1、目 录摘 要 .IABSTRACT .II第 1 章 绪论 .11.1 堆垛机简介 .11.2 堆垛机的发展 .11.3 有轨巷道式堆垛机 .11.3.1 有轨巷道式堆垛机的特点 .11.4 堆垛机的结构设计综述 .21.4.1 堆垛机结构的组成和形式 .21.4.2 堆垛机的自动控制系统总述 .31.5 研究背景及意义 .31.6 研究的内容 .4第 2 章 堆垛机门架的结构设计计算 .52.1 框架的弯矩和挠度 .52.1.1 有叉取作业产生的弯矩 .62.2 设计数据计算校核 .62.2.1 各部分的弯矩 .72.2.2 结构构件的弯曲应力 .8第 3 章 堆垛机伸缩货叉机构的设计 .9
2、3.1 伸缩货叉的扰度与强度 .93.1.1 下叉的受力分析: .93.1.2 中叉的受力分析 .103.1.3 上叉的设计分析 .113.2 货叉各参数的选择 .123.3 货叉内部零件的选取与校核 .123.3.1 轴承 的选取校核 .123.3.2 链轮、链条的选取校核 .13第 4 章 堆垛机行走机构的设计计算 .144.1 堆垛机走行轮的设计 .144.2 走行装置的电机、减速器的选取 .14第 5 章 堆垛机升降机构的设计计算 .165.1 升降机构零部件的设计计算 .165.2 升降机构的电机减速器的选取 .165.3 制动器的制动容量的设计 .16结 论 .17北华航天工业学院
3、毕业论文II致 谢 .18参考文献 .19北华航天工业学院毕业论文I摘 要自动化立体仓库是物流中的重要组成部分，它是在不直接进行人工干预的情况下自动地存储和取出物流的系统。它是现代工业社会发展的高科技产物，对提高生产率、降低成本有着重要意义。 近年来，随着企业生产与管理的不断提高，越来越多的企业认识到物流系统的改善与合理性对企业的发展非常重要。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的起重堆垛设备，它能够在自动化立体的巷道中来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存入货格；或者相反取出货格内的货物运送到巷道口。本文详细论述了在现代大多数企业中普遍使用的双立柱堆垛机的设计方案，文章的重点放在其三个部件：升降机构、
4、行走机构、货叉伸缩机构的设计上。首先，提出各个机构的总体设计方案；其次，对各个机构的受力情况进行了分析并计算，然后估算初取值，再进行校核，最后确定各个实际值。关键词 自动化立体仓库 堆垛机 北华航天工业学院毕业论文IIAbstractAutomation three-dimensional storehouse is that thing flows important composition part, it is to stock and take out voluntarily under not directly carrying out the condition of artifi
5、cial intervention the system that thing flows out . it is the high-tech outcome of modern industrial social development, for raise productivity and reduction cost have important meaning.In recent years, along with the unceasing raising of enterprise production and management, more and more enterpris
6、es know that thing flows out reasonability and the improvement of system, is very important for the development of enterprise . Stacker cranes is automation three-dimensional storehouse in most important take heavy crane pile up equipment, it can in the tunnel of automation cube in the shuttle opera
7、tion 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.This paper has discussed the focal point of design scheme and article of the two pillar stacker crane of universal use in modern most enterprises i
8、n detail put , in thirdly parts: elevator Gou , walk organization and fork telescoping mechanism design , design a kind of tape the cranes safe organization of flexible installation design scheme. first, put forward the overall design scheme of every organization; secondly, for every organization an
9、alyse by force condition calculate , then estimation beginning take value, check nuclear, final definite every reality again worth.Keyword automation three-dimensional storehouse stacker cranes 北华航天工业学院毕业论文1第 1 章 绪论近年来，随着企业生产与管理的不断提高，越来越多的企业认识到物流系统的改善与合理性对企业提高生产率、降低成本非常重要。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的起重堆垛设备。本文着重
10、就堆垛机的结构设计进行初步研究。1.1 堆垛机简介堆垛机是一种安装了起重设备的有轨或无轨小车。堆垛机上装有电动机，带动堆垛机移动和托盘的升降，一旦堆垛机找到需要的货位，就可以将零件或货箱自动推入或拉出货架，堆垛机上有检测横向移动和起升高度的传感器，辩认货位的位置和高度，有时还可以阅读货箱内零件的名称以及其他有关零件信息。1.2 堆垛机的发展早期的堆垛机是在桥式起重机的起重小车上悬挂一个门架（立柱） ，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。1960 年左右在美国出现了巷道式堆垛机。这种堆垛机是在地面上的导轨行走，利用上部的导轨防止倾倒；或者相反，在上部导轨上
11、行走，利用地面导轨防止倾倒。其后，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泛，技术性能越来越好，高度也在不断增加，到目前为止，堆垛机的高度可达 40m，事实上，如果不受仓库建筑和费用的约束，堆垛机的高度可以不受限制。有轨巷道式堆垛机替代桥式堆垛机主力地位的原因如下：（1） 与巷道堆垛机相比，自重很大，必须用比较坚固的建筑结构支持。（2） 为使堆垛机的大梁通过，在仓库顶部与货架之间要有很大的空间。（3） 堆垛机的通道宽度大，作业范围要受大梁的跨度的限制。与巷道无轨堆垛机相比，有轨巷道堆垛机在结构上有很大的不同。它采用钢轮在钢轨上运行，而巷倒无轨堆垛机则采用轮胎，因此在轮压不
12、同时会产生不同的变形量；有轨堆垛机采用立柱，无轨堆垛机采用多级门架，当门架伸出时，由于门架间的间隙，货叉尖的水平和垂直位移会随门架升降高度的变化而变化。凡此种种因素都对巷道无轨堆垛机的货叉在垂直和水平方向上的定位精度产生影响。 1.3 有轨巷道式堆垛机1.3.1 有轨巷道式堆垛机的特点有轨巷道堆垛机的主要用途是在高层货架的巷道内来回运行，将位于巷道口入库台北华航天工业学院毕业论文2上的货物存入货位；或者将货位内的货物取出送到巷道口的出库台上。（1） 整体结构高而窄。由于采用有轨巷道堆垛机的高架仓库货架很高，而巷道很窄，堆垛机的宽度一般只与所搬运的单元货物的宽度相同。（2） 结构的刚度和精度要求
13、高。堆垛机的金属结构设计除需满足强度要求外，结构的静刚度，动刚度是一项非常重要的指标。制动时，机架顶端水平位移一般要求不超过 20mm，结构振动衰减时间要短。载货台在立柱上的升降导轨的不垂直度一般要求不超过 3-5mm。（3） 取物装置复杂。堆垛机配备有特殊的取物装置，常用的有伸缩货叉，伸缩平板和可对物料箱或特殊形状货物作业的机器手，工作时，能对两侧货架作业，存取货物。（4） 堆垛机的电力拖动系统要同时满足快速，平稳和准确三个方面的要求。即要求堆垛机的工作速度高，启，制动快，尽量缩短作业周期；还要求平稳性好，启，制动要平稳，以防货物单元在载货台上发生滑移或使装在托盘上的货物发生倒塌，并减少结构
14、的动载荷；同时要求具有较高的停车准确性，能保证载货台停在指定的货位，停车的精度在 510mm。安全要求高。特别是有升降司机室的堆垛机。1.4 堆垛机的结构设计综述1.4.1 堆垛机结构的组成和形式堆垛机一般由升降机构，运行机构，载货台及取货装置组成。下面对本设计的双立柱堆垛机各机构做出介绍。 1运行机构运行机构是堆垛机水平运动的驱动机构。一般由电动机，联轴器，制动器，减速器和行走车轮组成。按运行机构所在位置的不同分为地面运行式，上部运行式，中间运行式等，本处采用地面运行式。这种方式用四个车轮，沿设在地面的单轨运行。堆垛机的顶部有两组水平轮沿固定在上横梁的工字钢导向，上横梁用螺栓和立柱连在一起。
15、下横梁用槽钢和钢板拼焊，行走驱动机构，主从动车轮，电器柜等都装在它的上面，下横梁的两侧还装有缓冲器，防止堆垛机在巷道两端因失控而产生很大的碰撞力。如果堆垛机要走弯道，还可对导向轨道做一些改进，本设计简化这方面的要求不考虑。2升降机构升降机构是使载货台垂直运动的机构。一般由电动机，制动器，减速器，滚筒或轮以及柔性件组成。常用的柔性件有钢丝绳和起重链两种。除一般的齿轮减速机外，由于需要比较大的速比，因而采用蜗轮蜗杆减速机和行星减速机。起重链传动装置多数装在上部，常配有平衡重块，以减小提升功率。为使起重机构结构紧凑，常使用带制动器的北华航天工业学院毕业论文3电机。钢丝绳通过上横梁两侧的定滑轮与载货台
16、上的动滑轮联接。垂直升降的支撑部件为立柱，立柱为一抗扭曲的箱形结构，而导轨就装在立柱的两侧，立柱上还装有上下极限位置开关等部件。 3货叉机构货叉机构是堆垛机存取货物的执行机构，装在堆垛机载货台上，可以横向伸缩以便向两侧货格送入或取出货物。一般按叉子的数量分为单叉货叉，双叉货叉和多叉货叉。其中多叉货叉多用在特长货物的堆垛。货叉多采用三级直线差动式伸缩货叉，由上叉，中叉，下叉及起导向作用的滚针轴承等组成，以减少巷道的宽度，且使之具有足够的伸缩行程。货叉按结构形式分有两种：齿轮-齿条方式和链轮-链条方式。货叉的伸缩原理是下叉安装在载货台上，中叉在齿轮齿条或链轮链条的驱动下，从下叉的重点向左或向右移动
17、约自身长度的一半，上叉从中叉的中点，向左或向右伸出比自身长度一半稍长的长度。上叉由两根滚子链或钢丝绳驱动，链条或钢丝绳的一端固定在下叉或载货台上，而另一端固定在上叉上。1.4.2 堆垛机的自动控制系统总述本巷道堆垛机自动控制系统由控制器（此处选用 PLC 可编程序控制器） 、通讯接口（此处选用总线） 、执行机构（此处选用变频器+异步电动机） 、传感检测系统（此处选用光电开关） 、速度位置控制系统（此处选用旋转编码器连高速计数器） 、控制软件（此处即根据选用的 PLC 厂家提供的编程语言编辑）构成。其中位置检测与控制系统是堆垛机自动控制系统中解决停位问题的关键部分（由于停位的不准确而引起的反复起
18、停以及过早减速而无法充分利用最高速运动都使堆垛机的利用效率降低，直接影响自动化立体仓库的工作效率，而效率问题就是现代物流取胜的关键） ，在控制方式上，根据控制要求，对各机构采用闭环控制系统，实现对堆垛机高速、高精度定位控制。闭环反馈的传感检测设备不采用传统的光电认址检测设备，而采用先进的高精度检测设备：旋转编码器。为了能对速度进行无级控制，采用了先进的变频调速控制技术。1.5 研究背景及意义自动化立体仓库是物流中的重要组成部分，它是在不直接进行人工干预的情况下自动地存储和取出物流的系统。它是现代工业社会发展的高科技产物，对提高生产率、降低成本有着重要意义。近年来，随着企业生产与管理的不断提高，
19、越来越多的企业认识到物流系统的改善与合理性对企业的发展非常重要。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的起重堆垛设备，它能够在自动化立体的巷道中来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存入货格；或者相反取出货格内的货物运送到巷道口。世界主要工业国家都把着眼点放在开发性能可靠的新产品和采用高新技术上，更加北华航天工业学院毕业论文4注重实用性和安全性。在堆垛机方面，我们应当看到和世界发达国家的差距，总结经验，找出不足，打破传统思路，推出新的外形和更高性能的堆垛机。相信，通过我们的不断努力，必能设计出高速、安全、可靠性能高的堆垛机，为增强我国综合国力，为我国填补一分科技空白。1.6 研究的内容在堆垛机设计中将做以下
20、工作：(1) 堆垛机的门架的设计计算；(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。北华航天工业学院毕业论文5第 2 章 堆垛机门架的结构设计计算门架是堆垛机的主要结构物，有单柱式和矩形框架式。按支承方式，又可分为安装在货架上的上部支承式和安装在地面上的下部支承式。不论哪种型式都带有伸缩货叉和人工驾驶室（有时也没有）的货合。升降台沿立柱升降，同时靠地上和顶上的导轨保持走行稳定和支持货叉伸出进行装卸作业时的翻转弯矩。在门架上安装有卷扬、走行等机械装置，以及配置有电气控制开关、控制装置、配线等。下
21、部支承式的集中放在门架下部。由于走行起动、停止及加减速时产生的惯性力，门架在通道的纵向发生挠曲，整个门架成为振动体，其柱端的振动较大。同样，在通道的直角方向，立柱由于货叉作业时的弯矩作用而发生弯曲，使伸长着的伸缩叉的前端的挠度增大。柱端振动：和货叉前端的挠度一超过极限，就成为堆垛机自动定位的障碍，所以门架应具有足够的强度和挠度小的适当刚度。本次毕业设计选取双立柱下部支承式门架进行结构计算。2.1 框架的弯矩和挠度堆垛机的矩形门架是超静定结构。这里按角变位移法解如下：堆垛机门架的设计计算参数：Q 上梁及附件重量1Q 货台、货物、附件及搭乘人员的总重量2Q 电气控制盘的重量3Q 卷扬装置的重量4q
22、 柱的单位长度的平均重量作用在门架上的惯性力：H =（ /g） Q 及 qh /gii1( :减速度，g =9.8 米 /秒 )2h h 下梁中心线分别到 Q Q 的中心高度14 14l立柱的中心距I 立柱 AB、DC 的断面惯性距1上梁与下梁端部的偏转角 R因构件两端变位产生的弯距 E： 纵弹性模量 C由构件的中间载荷在杠端产生的弯距，称为载荷项。K = I / h 立柱的刚度 K=I/l 上下梁的刚度 1n=K/ K 刚度比 M弯距作出作用于框架结构的惯性力图解：北华航天工业学院毕业论文6h321lBCDBlD1C4图 2-12.1.1 有叉取作业产生的弯矩由于货叉作业，在门架上及与走行方向成直角的方向增加了弯矩，产生了扰度。但是，此弯矩相比前两种相差很大，而且不会在货叉伸出的情况下走行，所以可以认为最大弯矩为 M 和 M 合成的弯矩。 122.2 设计数据计算校核 DBCalaAh1图 2-2
