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SY-025-BY-3
畢業(yè)設計（論文）開題報告
學生姓名
陳才東
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級
車輛工程B05-17班
指導教師姓名
王慧文
職稱
教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是√否
題目名稱
雙立柱巷道物流堆垛起重機設計
一、課題研究現(xiàn)狀,選題的目的和意義
1、目的和意義
現(xiàn)代物流系統(tǒng)是在計算機、自適應控制、及gps、gis等技術的發(fā)展而建立起來的，它不僅改善了物流系統(tǒng)的組織形式和管理技術，而且降低了勞動消耗，提高了勞動生產(chǎn)率。倉儲設備是其中最關鍵的技術設備，物品大部分時間都是在倉庫中停留和周轉，因此其設備和技術的先進性和控制水平將直接影響物流效率和勞動生產(chǎn)率。自動化立體物流倉庫是先進的物流倉儲設備，對其進行研究和設計是必要的。
2、有軌巷道堆垛起重機技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
1、 概述
? ? 有軌巷道堆垛起重機是隨著立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機，通常簡稱為堆垛機。堆垛機是立體倉庫中最重要的起重運輸設備，是代表立體倉庫特征的標志。其主要用途是在高層貨架倉庫的巷道內(nèi)沿軌道運行，將位于巷道口的貨物存入貨格；或者相反，取出貨格內(nèi)的貨物運送到巷道口，完成出入庫作業(yè)。20世紀70年代初期，我國開始研究采用巷道式堆垛機的立體倉庫，據(jù)不完全統(tǒng)計，到目前已建成三百余座。堆垛機做為立體倉庫中最重要的起重運輸設備，也得到了較快的發(fā)展。
? ? 2、 有軌巷道堆垛起重機的技術現(xiàn)狀
? ? 按現(xiàn)行機械行業(yè)標準，有軌巷道堆垛機分類方式多種多樣，如按支承方式、用途、控制方式、結構、運行軌跡等分類。但無論何種類型的堆垛機，一般都由水平行走機構、起升機構、載貨臺及貨叉機構、機架和電氣設備等基本部分組成。在目前立體倉庫應用中，堆垛機最常見的是按結構形式和運行軌跡分類。
? ? 2.1 有軌巷道堆垛起重機的結構形式
? ? 從結構形式上區(qū)別，目前立體倉庫中堆垛機有雙立柱結構和單立柱結構。
? ? 2.1.1 雙立柱堆垛機。雙立柱結構的堆垛機機架由兩根立柱和上橫梁、下橫梁組成一個長方形框架。立柱形式有方管和圓管。方管兼作起升導軌，圓管附加起升導軌。雙立柱堆垛機的最大優(yōu)點就是強度和剛性都比較好，并且運行平穩(wěn)。一般對于起重高度較高、起重量較大和水平運行速度高的立體倉庫堆垛機多采用雙立柱結構。雙立柱堆垛機的起升機構，普遍采用鏈條傳動，由電機減速機驅動鏈輪轉動，通過鏈條引載貨臺沿立柱或起升機導軌作升降運動。由于鏈條牽引載貨臺或配重裝置，受空間尺寸限制，傳動和布置較復雜，但定位較準確。
? ? 2.1.2單立柱堆垛機。單立柱結構的堆垛機機架由一根立柱和下橫梁組成。立柱多采用較大的H型鋼或焊接制作，立柱上附加導軌。整機重量較輕，消耗材料少，因此制造成本相對較低，但剛性稍差。由于載貨臺及貨物對立柱的偏心作用，以及行走、制動時產(chǎn)生的水平慣性力作用，使單立柱堆垛機在使用上有局限性。不適于起重重量大和水平運行速度高的堆垛機。單立柱堆垛機的起升結構，普遍采用鋼絲繩傳動，由電機減速機驅動卷筒轉動，通過鋼絲繩牽引載貨臺沿立柱或起升鋼軌作升降運動。對于鋼絲繩傳動，傳動和布置相對容易，但定位準確性稍差。
? ? 2.2 有軌巷道堆垛起重機的運行軌跡
? ? 堆垛機水平驅動裝置一般安裝在堆垛機下橫梁上，通過電機減速機驅動車輪轉動，使堆垛機沿水平方向運行。此種地面驅動方式使用最為普遍。一般采用兩個承重車輪，沿敷設在地面上的軌道（通常亦叫做地軌）運行。通過下部兩組水平輪沿軌道運行導向，在堆垛機頂部兩組導向輪沿上軌道（通常亦叫做天軌）運行輔助導向。按其運行軌跡形式區(qū)別，有直線運行型堆垛機和曲線運行型堆垛機。
? ? 2.2.1 直線運行堆垛機。直線運行型堆垛機只能在巷道內(nèi)直線軌道上運行，不能自行轉換軌道。只能通過其他輸送設備轉換巷道，如堆垛機轉運車。直線型堆垛機可以實現(xiàn)高速運行，能夠滿足出入庫頻率較高的立體倉庫作業(yè)，應用最為廣泛。
? ? 2.2.2 曲線運行型堆垛機。曲線運行型堆垛機車輪與下橫梁是通過垂直軸鉸接的，能夠在環(huán)形或其他曲線軌道上運行，即可以走曲線，不通過其他輸送設備便可以從一個巷道自行轉移到另一個巷道。此種堆垛機通常亦叫做轉軌堆垛機。曲線運行型堆垛機在使用上有局限性，只適用于出入庫頻率較低的立體倉庫。因為不但場地要受到轉彎半徑的限制，而且轉彎時速度特別慢，不能滿足出入庫頻率高的立體倉庫作業(yè)。
? ? 2.3 有軌巷道堆垛起重機的技術參數(shù)
? ? 堆垛機作為立體倉庫中重要的運輸設備，其各項技術參數(shù)的選用，將直接影響到整座立體倉庫的運行效率和經(jīng)濟效益。合理的選擇各項參數(shù)，將大大提高整個系統(tǒng)的運行效率和經(jīng)濟效益。我國現(xiàn)階段立體倉庫中，堆垛機技術參數(shù)的選用上，和世界先進水平相比，存在著較大的差別。
? 2.3.1 堆垛機的速度參數(shù)。與堆垛機的速度有關的參數(shù)，主要指水平運行速度、起升速度和貨叉伸縮速度。這三項參數(shù)的高低，直接關系到出入庫頻率的高低。?
? ? 2.3.2 堆垛機的尺寸參數(shù)。堆垛機的尺寸參數(shù)較多，例如起升高度、下降深度、整機全長、最低貨位極限高度等。其中最低貨位極限高度，即貨叉上表面從最低一層貨格的低位到地軌安裝水平面的垂直距離。該參數(shù)涉及合理利用有效空間，增加庫容量，亦是評價堆垛機設計水平的標準之一。目前，國內(nèi)立體倉庫堆垛機的最低貨位極限高度普遍偏高。
? ? 2.3.3 堆垛機的貨叉下?lián)隙?。貨叉下?lián)隙?，是堆垛機的一項非常重要的性能參數(shù)，直接關系到堆垛機是否能正常工作。因結構型式、材料及加工熱處理工藝的限制，同等狀況下，目前國內(nèi)立體堆垛機的貨叉下?lián)隙纫葒獯?0%~30%。改進貨叉結構，合理選材，提高工藝手段，是減少貨叉下?lián)隙?，保證堆垛機工作性能的重要措施。
? ? 2.3.4 堆垛機的噪音。堆垛機在高速運行和升降中，特別是在同時進行時，由于車輪與軌道摩擦和提升鏈條或鋼絲繩的振動、摩擦等，將產(chǎn)生較大的噪音。標準中規(guī)定，堆垛機在工作時，其噪聲值不高于84分貝。目前立體倉庫實際應用表明，對于行走速度不超過80米/秒的，還可以保證，超過100米/秒以上的，一般難以保證。
? ? 2.4 有軌巷道堆垛起重機的驅動機構
? ? 目前，國內(nèi)立體倉庫堆垛機的驅動機構中，電機減速機普遍采用德國、日本、意大利的產(chǎn)品，也有少數(shù)采用國內(nèi)的電機減速機。由于堆垛機是立體倉庫中最重要的運輸設備、各項技術參數(shù)和綜合性能要求都非常嚴格，如無故障率應大于97%，停準精度±10mm，以及噪音要求等。這就要求電機減速機的可靠性非常高。因此，現(xiàn)階段在驅動機構中電機減速機的選用上，建議選用國外先進的產(chǎn)品，以保證堆垛機的整機性能。
? ? 3、 有軌巷道堆垛起重機的應用情況
? ? 隨著我國立體倉庫的發(fā)展，有軌巷道堆垛起重機已廣泛用于各行業(yè)和地區(qū)，有的已形成系列。
? ? 3.1 有軌巷道堆垛起重機的載重與高度
? ? 在國內(nèi)立體倉庫中，堆垛機的載重量、高度等大小不一。據(jù)了解，國內(nèi)堆垛機的高度已達到36米，載重量達到4200公斤，貨物寬達到4000mm。
? ? 3.2 有軌巷道堆垛起重機的行業(yè)分布
? ? 目前，我國的立體倉庫中，應用堆垛機的行業(yè)較為廣泛，應用于機械制造業(yè)、汽車制造業(yè)、紡織業(yè)、鐵路、卷煙、醫(yī)藥等行業(yè)較多。因為這些行業(yè)的產(chǎn)品比較適合自動倉庫存儲。由于受人的觀念影響，在物流過程中，生產(chǎn)過程庫用的較多，成品庫用的較少。 ?
? ? 3.3 有軌巷道堆垛起重機的地區(qū)分布
? ? 目前國內(nèi)立體倉庫中，采用堆垛機的自動倉庫，隨地區(qū)的不同而不同，主要是地區(qū)經(jīng)濟的差異和人的觀念不同。較多的應用在經(jīng)濟較發(fā)達的地區(qū)，如華東、華南、華北地區(qū)。
? 4、 有軌巷道堆垛起重機的安全性問題
? ? 堆垛機作為一種重要的起重設備，其安全性和可靠性尤為重要。生產(chǎn)制造及安裝廠家必須具有資格證，設備經(jīng)需方當?shù)貏趧硬块T驗收。標準規(guī)定有多種安全保護裝置，并在電氣控制上采取一系列聯(lián)鎖和保護措施，目前應用較多的安全保護裝置有：
? ? 4.1 終端限位保護
? ? 在水平行走、垂直升降和貨叉伸縮的終端都有機械限位保護裝置。
? ? 4.2電氣聯(lián)鎖保護
? ? 堆垛機在出入庫作業(yè)時，保護貨叉不能動作；相反，貨叉伸縮時，保證水平行走或垂直升降不能動作。
? ? 4.3 正位檢測保護
? ? 堆垛機在出入庫作業(yè)時，只有在水平（列）方向和垂直（層）方向停準時，貨叉才能伸縮，即貨叉運動是受條件控制的。
? ? 4.載貨臺斷繩保護
? ? 當鋼絲繩或鏈條斷裂時，通過斷繩保護裝置使載貨臺卡住立柱或導軌，阻止其墜落。目前比較常見的載貨臺制動器有楔鐵式和凸輪式兩種，也有棘輪式結構。
? ? 另外，一般還有松繩保護，過載保護等。
? ? 5、 有軌巷道堆垛起重機的發(fā)展趨勢
? ? 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，有軌巷道堆垛起重機技術在不斷提高和完善。世界主要工業(yè)國家都把著眼點放在開發(fā)性能可靠的新產(chǎn)品和采用高新技術上，更加注重實用性和安全性。在堆垛機方面，我們應當看到和世界先進國家的差距，總結經(jīng)驗，找出不足，打破傳統(tǒng)思路，推出具有新的外形和更高性能的堆垛機。在使用堆垛機具有更高定位精度的同時，提高運行速度，以獲得更短的操作周期和更大的生產(chǎn)能力。
? ? 相信，通過我們的不斷努力，更加高速、安全、可靠的堆垛機將不斷從國外引進消化到國內(nèi)，使有軌巷道堆垛起重機發(fā)展到一個新階段
二、設計（論文）的基本內(nèi)容,擬解決的主要問題，設計思路
（一）主要研究內(nèi)容
本課題的主要內(nèi)容是研制開發(fā)雙立柱巷道物流堆垛起重機的總體布置的方案和各系統(tǒng)的設計，計算和校對.結合國外堆垛機設計的一些先進技術和國內(nèi)專家們做過的一些工作，對雙立柱堆垛起重機的設計給出了詳細的方法和較為合理的理論。
根據(jù)以上設計思路所設計的有軌巷道式雙立柱堆垛機的結構主要由機架、行走機構、提升機構及載貨臺、貨叉、電氣控制和各種安全保護裝置構成
1）機架
機架是由上橫梁、左右立柱和下橫梁構成的長方形框架,主要用于承載。為了便于安裝零件和減輕堆垛機重量,上、下橫梁用槽鋼制作,立柱用方通制作。上橫梁上設有天軌阻擋器和緩沖器,下橫梁上設有地軌阻擋器。
2）行走機構
行走機構選用DAMAG行走輪組件,安裝在下橫梁上,主要由行走電機(包括減速
器)、行走輪及沿地軌的導向輪組成。為了保證堆垛機平穩(wěn)運行,在上橫梁上裝有天軌導向輪。
3）提升機構和載貨臺
提升機構主要由提升電機(包括減速器)、傳動鏈輪、傳動鏈條、雙聯(lián)鏈輪、提升鏈
條和惰鏈輪組成。提升鏈條選用雙排滾子鏈,安全系數(shù)大于5,它與載貨臺和上下橫梁上的惰鏈輪組成一個封閉結構。當提升電機通過傳動鏈條驅動雙聯(lián)鏈輪旋轉時,使提升鏈條運動,從而帶動載貨臺(包括貨叉、貨物)升降。提升電機通過PLC變頻控制,避免在開始升降和停止時提升鏈條所受拉力過大。載貨臺主要由扁通、鋼板焊接而成,主要用于安裝貨叉和一些安全保護裝置。為了保證載貨臺平穩(wěn)上下運行,在它的每個側面裝有沿立柱的4個導向輪和2個頂輪。
4）貨叉
主要由電機減速器、鏈輪、鏈連接裝置、叉板、活動導軌、固定導軌、輥輪軸承和
一些定位裝置組成內(nèi)側輥輪軸承通過連接板和叉板連在一起,外側輥輪軸承安裝在固定導軌上,固定導軌安裝在載貨臺橫梁上, 2組軸承都嵌在工字型活動導軌中,當電機減速器通過鏈條驅動鏈輪時,通過鏈連接板Ⅱ帶動活動導軌運動,再通過鏈輪和鏈連接板Ⅰ帶動叉板雙向伸縮,使叉板能以2倍于活動導軌的速度運動。
為了使貨叉伸縮到位,保證準確存、取貨物,在貨叉上裝有機械定位裝置(雙向阻擋
器)和電氣定位感應開關(極限感受塊和接近開關)組成的雙重定位報護裝置。另外,還有檢測貨叉是否回到原位的中位感應條和接近開關。
5）電氣設備及控制
主要包括電力拖動、信號傳輸和堆垛機控制。堆垛機采用滑觸線供電;由于用供電
滑觸線載波通訊易受電力雜波等干擾,所以采用抗干擾性好的紅外通信方式與計算機等倉庫設備進行信息交換。堆垛機運行特點是必須精確定位和準確認址否則就會取錯貨物,碰壞貨物、貨架,嚴重時會損壞堆垛機本身。堆垛機的位置控制采用絕對認址方式,用激光測距儀通過測量堆垛機到基點的距離和事先儲存在PLC中的數(shù)據(jù)進行比較來確定堆垛機當前位置,成本較高,但可靠性很高。
6）安全保護裝置
為了保護人身、設備和貨物的安全,堆垛機必須具有完善的安全保護措施:
a)堆垛機在行走、載貨臺升降和貨叉伸縮終端處都設有機械和電氣限位裝置。
b)貨物檢測 載貨臺上設有貨物超高、超長和超寬檢測裝置。在貨物進入載貨臺時,
當檢測到貨物超過設定高度、長度或寬度時,堆垛機便停止運行并報警。一般允許誤差為30~40 mm,檢測元件采用對射或反射式光電傳感器。
c)載貨臺上還設有檢測貨叉是否回位、貨叉上有無貨物和貨位中有無貨物的裝置。
如貨叉沒有回位,堆垛機不能水平運行;如貨叉上已有貨物則不能再取貨;入庫時,必須檢測貨位中有無貨物,以避免發(fā)生事故。
d)斷電保護 如載貨臺升降過程中忽然斷電,則通過提升電機制動使載貨臺停在當
前位置不會掉落下來。
e)載貨臺斷鏈保護 提升鏈條通過壓簧與載貨臺相連,當鏈條由于長時間使用或意
外原因忽然斷裂時,彈簧彈開鏈條,檢測裝置檢測到鏈條時便驅動相應裝置使載貨臺停在當前位置,不至于掉下來,同時整個堆垛機停止運行。
(二）擬解決的主要問題
1．通過對資料的分析研究課題的意義；
2. 立體物流倉庫的選型、設備的選擇；
3．雙立柱巷道物流堆垛起重機組成、機構原理分析，選型和總體方案設計；
4．雙立柱巷道物流堆垛起重機零件設計；
5自雙立柱巷道物流堆垛起重機的經(jīng)濟和社會效益分析。
（三） 設計思路
為使堆垛機能夠準確、快速、安全、自動搬運貨物出入庫,必須滿足以下設計要求:
1． 具備三維運動功能,即堆垛機沿巷道來回運動、載貨臺垂直運動、貨叉沿貨架方
向雙向伸縮;
2．滿足一定的定位精度,重復定位精度誤差不能超過10 mm;
3．具備安全保護措施;
4．在滿足強度、剛度和可靠性的前提下,盡量減小堆垛機各部分的重量,以減小提升
功率和行走時的摩擦阻力;
5．倉庫環(huán)境,避免貨物污染受損。
三、技術路線（研究方法）
1、在現(xiàn)有的資料和實驗室器材的基礎上進行結構尺寸的分析、設計、布置，如有必要進行調研，參考相近似的同類機型。
2、雙立柱巷道物流堆垛起重機的選型分析、結構分析，運動分析和強度計算，液壓系統(tǒng)圖的設計，電氣控制圖的設計。
3、在對各個主要部件、總成的尺寸參數(shù)進行設計后，利用CAD軟件繪制裝配裝配圖。
四、主要參數(shù)及簡圖
額定起重量：0.1 0.25 0.6 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0(T)
起升范圍：30(m)
水平運行速度：80 100 125 140 160 180 200 250(m/min)
起升速度：16 20 25 31.5 40 63 80 100(m/min)
貨叉伸縮速度：12.5 16 20 31.5 40 50(m/min)
（以上參數(shù)任選一種）
有軌巷道式雙立柱堆垛機
1. 上橫梁 2.天軌導向輪 3.立柱 4.載貨臺頂輪 5.載貨臺導向輪 6.貨叉
7.傳動鏈輪 8.提升電機 9.傳動鏈條 10.雙聯(lián)鏈輪 11.下橫梁 12.惰鏈輪
13.行走輪 14.行走電機 15.提升鏈條 16.載貨臺
五、進度安排
1．調研，查閱相關文獻，寫文獻綜述及開題報告；第1～2周（3月2日～3月15日）
2．對課題雙立柱巷道物流堆垛起重機零件進行設計計算；第3～8周（3月16日～4月26日）
3．期中考核； 第9周（4月27日～5月3日）
小四號宋體，加粗
4．對課題計算數(shù)據(jù)進行CAD繪制裝配圖及部分零件圖；第10～13周（5月4日～5月31日）
5．對裝配圖、零件圖進行修改；第14周（6月1日～6月7日）
6、審核；第15周（6月8日～6月14日）
7、修改、撰寫說明書；第16周（6月15日～6月21日）
8、畢業(yè)設計答辯準備及答辯；第17周（6月22日～6月 28日）
六、參考文獻
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七、備注
指導教師意見：
簽字： 年 月 日
7