1、-_攀枝花学院本科毕业设计（论文）巷道式堆垛机机械部分设计学生姓名： 余 威 学生学号： 201210601197 院（系）： 机械工程学院 年级专业：2012 级机械设计制造及其自动化 指导教师：陈新德 讲师 二一六年六月-_摘 要本文详细论述了普遍应用在现代大中型企业中的单立柱有轨巷道式堆垛机的设计方案。文中对堆垛机的分类，特点及其构造进行了详细的叙述。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的起重堆垛设备，是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机。它能够在自动化立体仓库的巷道中来回穿梭运行，将放置在巷道口的货物存入指定的货格，或者从货格中取出货物运送到巷口。设计重点主要包括：堆垛机的机架、升降机
2、构、行走机构、货叉伸缩机构以及安全机构。文章在确定堆垛机的总体设计方案的前提下，再对各个机构进行受力分析和设计计算，最后进行必要的相关校核并最终确定各个的机构实际取值。本次的毕业设计运用多种起重机的现代设计方法，特别是运用计算机辅助设计（CAD ）的方法，在计算机上将堆垛机的设计图纸 CAD 化，大大提高了设计的效率，节省时间。关键词： 自动化立体仓库；堆垛机；升降机构；行走机构；货叉伸缩机构；安全机构 -_ABSTERCTThis article has discussed the design of the single-pillar type of Narrow-Aisle Stacke
3、r Crane which has been universally used in modern most enterprises in detail. This article described the kinds of stakers, features and the structure in detail. Stacker cranes is the most important part of the automation three-dimensional storehouse among the take heavy crane pile up equipment, it c
4、an in the tunnel of automation cube in the shuttle operation of round trip, will locate in tunnel the goods of mouth stock goods shelf; or opposite take out the goods transit in goods shelf go to tunnel mouth. The design focus mainly include: The stackers rack, walk organization, fork telescoping me
5、chanism and safe organization. Under the premise of overall design scheme of stacking crane, then for organization analyze by force condition calculate. Finally, check nuclear necessarily and definite every numerical.This Graduation Design use many kinds of Modern Designs of the crane, especially to
6、 use the method of Computer-aided design(CAD),Stackers will be the design drawings of the CAD on the computer, which greatly improve the efficiency of the design and saving time.Keywords: Automation three-dimensional storehouse Stacker Crane Movement organization Walk organization Fork telescoping m
7、echanism Safe organization-_目 录摘 要 .IABSTRACT.II1 引言 .11.1 研究背景及意义 .11.2 研究的内容及设计思路 .21.2.1 主要设计内容 .21.2.2 设计要求 .21.3 研究的发展趋势 .31.4 堆垛机所受载荷的简化方法 .32 堆垛机的整体结构设计方案 .52.1 堆垛机结构的主要结构组成 .52.2 单立柱有轨巷道式堆垛机的特点 .62.3 堆垛机的控制装置 .63 堆垛机机架的结构设计计算 .93.1 堆垛机的机架结构 .93.1 机架立柱的尺寸设计 .93.2 机架的上、下横梁设计 .104 堆垛机伸缩货叉机构的设计计
8、算 .124.1 堆垛机伸缩货叉的结构设计 .124.1 货叉传动装置的总体选型 .124.2 货叉传动链轮，链条的设计计算 .124.3 堆垛机货叉静度和扰度的计算 .135 堆垛机行走机构的设计计算 .165.1 堆垛机行走机构的整体设计 .165.1.1 驱动方式的选取 .165.1.2 车轮的的设计 .165.1.3 电动机的选取 .165.1.4 减速器的选取 .175.1.5 制动器的选取 .175.2 轨道的设计 .175.3 行走机构电动机的选取 .18-_5.4 堆垛机行走轮的设计计算 .185.5 行走机构减速器的选取 .195.6 行走机构联轴器的选择 .196 堆垛机升
9、降机构的设计 .216.1 堆垛机升降机构的整体设计 .216.1.1 柔性件的选取 .216.1.2 卷筒的选取 .216.1.3 电动机的选取 .216.1.4 减速器的选取 .226.1.5 制动器的选取 .246.2 升降机构零部件的设计计算 .256.1.1 钢丝绳的计算 .256.1.2 卷筒的相关尺寸计算 .256.2 升降机构传动装置的选取 .266.2.1 电动机的选择 .266.2.2 减速器的选择 .277 堆垛机维修与保养及其操作规程 .287.1 日常维护 .287.2 检查内容 .287.3 修理 .287.4 适用范围 .287.5 管理内容 .287.5.1 操
10、作规程 .287.5.2 安全操作规程 .30参考文献 .32结论 .33致谢 .34-_1 引言随着世界经济的持续发展和科学技术的突飞猛进以及经济全球化的趋势的加强，各国面临着前所未有的机遇和挑战。在这种大形势之下，现代物流作为工业化进程中最为经济合理的综合服务模式和管理技术已被越来越多的企业所重视。随着全球物流事业的快速发展，物流系统的进一步改善和合理性对优化资源配置、提高企业生产率、降低生产成本起着至关重要的作用。因此，自动化立体仓库系统也越来越受到青睐。其核心设备巷道堆垛起重机则是代表自动化立体仓库的标志，对立体仓库的出入库效率有重要影响。自动化仓库是现代物流中的重要组成部分，它是在不
11、直接进行人工处理的情况下自动存取物料的系统，是现代工业社会发展的高科技产物，对提高生产率、降低成本有着重要的意义。在 20 世纪 70 年代初期，我国开始研究采用有轨巷道式堆垛机（简称堆垛机）的立体仓库。1980 年我国第一座自动化仓库在北京汽车制造厂投产，从此自动化仓库在我国得到了迅速发展。本文从堆垛机的应用特点入手，着重就堆垛机的结构设计进行初步的研究。巷道式堆垛机是立体仓库的核心物流设备，是随着自动化立体仓库出现而发展起来的专用起重机，它是仓库中使用最广泛的物料搬运设备，也是物流仓库系统中的最重要设备，其用途是在自动化立体仓库的货架巷道上来回穿梭运行，讲位于巷道口的货物存入货格，或者相反
12、取出货格内的货物运到巷道口。早期的堆垛机是在桥式起重机的起重小车上悬挂一个门梁，利用货叉在立柱上的上下运动及立柱的旋转运动来搬运货物，通常称之为桥式堆垛机。1960 年左右在美国出现了巷道式堆垛机，这种堆垛机在地面的导轨上行走，利用货架上部的导轨防止倾斜，或者相反，在上部导轨上行走，利用地面导轨防止倾斜。随着计算机控制技术和自动化立体仓库的发展，堆垛机的应用越来越广，技术性能越来越好，高度也越来越高，到 1970年代实现了有货架支撑的高度为 40 米的堆垛机。堆垛机的运行速度也不断提高，目前堆垛机水平运行速度也不断提高，最高达到 200m/min（小载重量的堆垛机已经达到300m/min） ，
13、起升速度达到 50m/min。1.1 研究背景及意义自动化立体仓库作为现代物流系统的重要组成部分，是一种多层存放货物的高架仓库系统。它是在不直接进行人工干预的情况下由巷道堆垛机实现货物的存储和取出，整个过程由计算机网络管理和自动控制系统完成。自动化立体仓库最早诞生在美国，进入20 世纪 80 年代，在世界发展迅速，使用范围涉及几乎所有行业，它的出现标志着现代工-_业技术步入了一个加速发展的阶段。50 年代，出现了司机操作的巷道式起重机立体仓库。此后，自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展，并形成专门学科。60 年代中期，日本开始兴建立体仓库，并且发展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化仓库最
14、多的国家。自动化仓库技术的研究对优化资源配置、提高企业生产率，降低生产成本有着非常重要的意义。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的其重堆垛设备，它能够在仓库巷道中来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存入货格，或者从货格里取出货物运送到巷道口。我国于 1973 年开始研制，据不完全统计，我国目前已建成 300 多座立体仓库。目前我过的自动化仓库技术已实现了与其他信息决策系统的集成，正在做智能控制和模糊控制的研究工作。但同世界主要工业发达国家相比，存在着一定的差距。总结经验，查找不足，勇于创新，不断交流改进，相信我们在该项技术的研究上一定回取得突破性的进展。1980 年，我国在汽车、化工、电子、烟草等行业
15、的应用逐年增长。其中，最具代表性的是我国龙头企业海尔集团国际物流的立体仓库，该仓库高 22 米，拥有 18056 个标准托盘位，包括原材料和产品两大自动化物流系统，全部实现了现代物流的自动化和智能化。近几年，我国计算机自控技术的飞速发展，为我国自动化立体仓库发展提供了重要的技术支持。自动化立体仓库不仅具有节约和减轻劳动强度、提高物流效率、降低储运损耗、减少流动资金等优势，而且在沟通物流信息、衔接产需、保证生产均匀、合理利用资源、进行科学储备与生产经营决策方面发挥着独特的作用，使人们可以真正享受到现代计算机技术应用与企业物流管理的益处。 1.2 研究的内容及设计思路1.2.1 主要设计内容（1）
16、堆垛机的机架的设计计算；（2）堆垛机的货叉伸缩机构的设计计算；（3）堆垛机的行走机构的设计计算；（4）堆垛机的升降机构的设计计算；（5）堆垛机的安全机构的设计计算。1.2.2 设计要求为使堆垛机能够准确、快速、安全、自动搬运货物出入库 ，必须满足以下设计要求：(1)具备三维运动功能，即堆垛机沿巷道来回水平运动、载货台垂直运动、货叉沿货架方向伸缩运动；(2)满足一定的定位精度 ，重复定位精度误差不能超过 10mm；(3)具备安全保护措施；-_(4)在满足强度、刚度和可靠性的前提下，尽量减小堆垛机各部的 重量，以减小提升功率和行走时的摩擦阻力;(5)保护仓库环境，避免货物污染受损。1.3 研究的发
17、展趋势以品种多、数量少、频率高供给方式下的物流环境为背景，对于自动化立体仓库的效能提出了越来越高的要求。早期的堆垛机，在桥式起重机的起重小车上悬挂一个门柱，利用货叉在立柱上的上下运动及立柱的旋转运动来搬运货物，通常称之为桥式堆垛机。但通常由于立柱高度的限制，桥式堆垛机的作业高度不能太高，而巷道堆垛机沿货架仓库巷道内的轨道运行，使得作业高度提高。采用货叉伸缩结构，可以使巷道宽度变窄，提高自动化立体仓库的利用率，它适用于各种高度的高层货架仓库，可以实现半自动、全自动和远距离高集中控制。日本大福公司于 1999 年在巷道堆垛机主体的高速化上下功夫，开发了 AS21 模式。AS21 模式是以高效率动作
18、为基础，在高效能化（缩短循环时间）方面引用的一个概念，使巷道堆垛机的高效能化技术得到了大幅度的提升。1.4 堆垛机所受载荷的简化方法堆垛机的机架有立柱、上下梁组成，整机结构高而窄。堆垛机工作时，将受到载货台、货物的铅垂作用，行走、制动和加减速的水平惯性力作用以及起吊时的冲击载荷作用；某些特殊环境下，还要受到风力的作用。堆垛机每完成一个工作循环，以上载荷将重复出现一次。因次，堆垛机所受的是交替变化的载荷。为了保证堆垛机安全可靠的工作，其钢结构部分的强度与刚度计算是必不可少的。在此，就堆垛机所受载荷简化的基本方法作一一说明。1)起重重量 PL 实际起重重量包括货叉、附件重量和额定重量之和，用 示。
19、考虑到货物正常起吊LS时的动载冲击作用，则设计起重重量 = LPLS式中， 称为冲击系数，与堆垛机分类有关：(见表 1-1)类 =1. 1 类 =1.25 类 =1.4 类 =1.6表 1-1 堆垛机分类工作时间载荷 长 中 短轻 中 -_重 2)水平载荷 HS堆垛机沿水平方向加减速行走或制动时，其自身质量及起重质量必然会产生与其加速度有关的水平惯性力。即 = 式中， 称为动载荷系数，由于加速度的不确HLS定性，一般用额定速度 v 来确定。水平行走时 =0.0005v3）风力载荷 WS风力载荷 SW为风压力 q 与受风面积的乘机，即 =q AWS堆垛机工作时，风压力 q=1742.7 4h非工
20、作状态，风压力 q=148.1 式中，h 为吊具高度，单位取 mm4)起升冲击载荷 R在正常情况下，起吊货物的加速度可能很大，这时的冲击载荷很大，设计时应另行考虑。5）载荷状态堆垛机工作时，其承载能力是上述各种载荷与自重 的不同组合：GSA 正常工作状态：M （ + + ）GSLHB 特殊工作状态：M （ + + ）+ WC 起升工作状态： + + LD 停止： + GSW以上各式中，M 称为作业系数，与堆垛机的分类有关：类 M=1.0； 类 M=1.05； 类 M=1.1；类 M=1.20-_2 堆垛机的整体结构设计方案参考国内外有关堆垛机厂家的分类和型号，结合堆垛机的具体工作环境，本次设计
21、的单立柱有轨巷道式堆垛机主要用于起重量在 0.5t1t 之间，起升高度不大于 9 米的自动化立体仓库里，采用此设备便于实现仓库的综合机械化、自动化。2.1 堆垛机结构的主要结构组成堆垛机结构主要有三个机构组成，整体结构如图(2-1)所示：1.水平行走机构 2,.下横梁 3.伸缩机构 4.立柱 5.拉升机构 6.上横梁图 2.1 单立柱堆垛机结构图（1） 升降机构有电动机、制动器、减速器、卷筒、钢丝绳及防落安全装置组成。升降机构的工作速度一般控制在 1525m/min，最高可达 45m/min，设计时选取 20m/min.(2)水平行走机构有电动机、联轴器、制动器、减速器和行走轮组成。在其顶部设置导向轮沿固定在货架上弦的上轨道导行。下轨道设置两个行走轮沿敷设在地面上的单轨运行。为防止堆垛机出现脱轨或侧翻现象，在其车轮两侧装有侧面导向轮。行走机构的
