雙立柱堆垛機(jī)設(shè)計(jì)【含三維SW模型、CAD圖紙和說(shuō)明書(shū)】
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編號(hào)：
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
題 目： 雙立柱堆垛機(jī)
學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師單位： 機(jī)電工程學(xué)院
姓 名：
職 稱(chēng)：
題目類(lèi)型：¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 t工程設(shè)計(jì) ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開(kāi)發(fā)
年12月28日
一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容
本次設(shè)計(jì)是對(duì)雙立柱堆垛機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容如下：
1、查閱相關(guān)資料，了解雙立柱堆垛機(jī)工作原理；
2、進(jìn)行方案選擇論證，優(yōu)選出最佳方案；
3、進(jìn)行雙立柱堆垛機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，選用合適的上橫梁、下橫梁和立柱；設(shè)計(jì)計(jì)算行走裝置，并選擇合適的動(dòng)力匹配；設(shè)計(jì)計(jì)算起升卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)；設(shè)計(jì)計(jì)算載貨臺(tái)，貨叉取貨裝置；設(shè)計(jì)安全裝置，驅(qū)動(dòng)設(shè)備；對(duì)所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核。
4、繪制裝配圖、零件圖，編制設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)；
5、了解相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用。
二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的要求與數(shù)據(jù)
要求：
堆垛機(jī)最大起升高度3.6m；額定載荷2500kg；水平行走速度10m/min~80m/min；水平定位精度±3mm；水平行走加速度0.5m/s2；垂直提升速度 5m/min~15m/min；垂直定位精度±3mm；貨叉伸縮速度5m/min~10m/min；貨叉定位精度±3mm；貨叉運(yùn)行同步誤差＜5mm；運(yùn)行回位精度±5mm；
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的工作
指定整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生應(yīng)該完成的所有工作包括：
1、完成二萬(wàn)字左右的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）；在畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中必須包括詳細(xì)的300-500個(gè)單詞的英文摘要；
2、獨(dú)立完成與課題相關(guān)，不少于四萬(wàn)字符的指定英文資料翻譯（附英文原文）；
3、繪制堆垛機(jī)總裝配圖和主要零部件圖，繪圖工作量折合A0圖紙3張以上，其中必須包含兩張A3以上的計(jì)算機(jī)繪圖圖紙。
四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
[1] 任仲貴. CAD/CAM原理[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，1991.9.
[2] 吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.
[3] 朱學(xué)敏. 起重機(jī)械[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.
[4] 郭環(huán)、禹永偉. 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)[N]. 遼寧：遼寧國(guó)能集團(tuán)鐵嶺精工機(jī)械有限公司，2002.3.
[5] 王新榮, 陳永波.有限元法基礎(chǔ)及ANSYS應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)出版社，2008.
[6] 吳宗澤. 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.
[7] 楊明忠. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.
[8] 王明強(qiáng). 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2002.
[9] Mischke,Charles R., Shigley,Joseph Edward. Mechanical engineering design[M]. Boston,Mass:McGraw Hill,2001.
5、 試驗(yàn)、測(cè)試、試制加工所需主要儀器設(shè)備及條件
計(jì)算機(jī)一臺(tái)，CAD設(shè)計(jì)軟件（CATIA）
任務(wù)下達(dá)時(shí)間：
2015年12月28日
畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)始與完成時(shí)間：
2015年12月28日至 2016年05 月22日
組織實(shí)施單位：
機(jī)械電子工程系
教研室主任意見(jiàn)：
簽字： 2015年12月30日
院領(lǐng)導(dǎo)小組意見(jiàn)：
簽字： 2015年12月31日
編號(hào)：
畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告
題 目： 雙立柱堆垛機(jī)
院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師單位：
姓 名：
職 稱(chēng)：
題目類(lèi)型：¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 t工程設(shè)計(jì) ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開(kāi)發(fā)
年3月1日
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)等
一、本次設(shè)計(jì)是對(duì)雙立柱堆垛機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容如下：
1、查閱相關(guān)資料，了解雙立柱堆垛機(jī)工作原理；
2、進(jìn)行方案選擇論證，優(yōu)選出最佳方案；
3、進(jìn)行雙立柱堆垛機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，選用合適的上橫梁、下橫梁和立柱；設(shè)計(jì)計(jì)算行走裝置，并選擇合適的動(dòng)力匹配；設(shè)計(jì)計(jì)算起升卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)；設(shè)計(jì)計(jì)算載貨臺(tái)，貨叉取貨裝置；設(shè)計(jì)安全裝置，驅(qū)動(dòng)設(shè)備；對(duì)所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核；
4、繪制裝配圖、零件圖，編制設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)；
5、了解相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用。
二、本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)途徑
1、堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)：先查找堆垛機(jī)的相關(guān)資料,對(duì)堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)要有一定的認(rèn)識(shí)。堆垛機(jī)基本結(jié)構(gòu)主要由機(jī)架、行走機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)、機(jī)械手（貨叉）等裝置組成。分析其優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合適的研究對(duì)象。
2、堆垛機(jī)導(dǎo)向方式的選擇：先查找堆垛機(jī)的導(dǎo)向相關(guān)資料，找出目前堆垛機(jī)導(dǎo)向的主要方式，再查閱相關(guān)資料,對(duì)導(dǎo)向的原理和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，選擇合適的導(dǎo)向方式。
2．準(zhǔn)備情況（查閱過(guò)的文獻(xiàn)資料及調(diào)研情況、現(xiàn)有設(shè)備、實(shí)驗(yàn)條件等）
一、主要參考文獻(xiàn)
[1] 任仲貴. CAD/CAM原理[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，1991.9.
[2] 吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.
[3] 朱學(xué)敏. 起重機(jī)械[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.
[4] 郭環(huán)、禹永偉. 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)[N]. 遼寧：遼寧國(guó)能集團(tuán)鐵嶺精工機(jī)械有限公司，2002.3.
[5] 王新榮, 陳永波.有限元法基礎(chǔ)及ANSYS應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)出版社，2008.
[6] 吳宗澤. 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.
[7] 楊明忠. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.
[8] 王明強(qiáng). 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2002.
[9] 劉昌祺.董良.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.
[10]? 喬玉晶.立體倉(cāng)庫(kù)巷道堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用.2004(11).
[11] Mischke,Charles R., Shigley,Joseph Edward. Mechanical engineering design[M]. Boston,Mass:McGraw Hill,2001.
二、調(diào)研情況
近年來(lái)，由有軌巷道式堆垛機(jī)組成的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用越來(lái)越普及，對(duì)堆垛機(jī)的安全性和運(yùn)行效率也提出了越來(lái)越高的要求。堆垛機(jī)定位系統(tǒng)中的認(rèn)址技術(shù)作為控制技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，也自然成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點(diǎn)。根據(jù)物流設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)近幾年用戶(hù)的反映，結(jié)合國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展情況等有關(guān)情報(bào)資料分析，找出我們存在的主要差距主要體現(xiàn)在運(yùn)行速度、提升速度、貨叉速度、平穩(wěn)性及認(rèn)址精度。因此，本課題的研究是極其有必要。
三、現(xiàn)有設(shè)備及實(shí)驗(yàn)條件
計(jì)算機(jī)一臺(tái)，CAD設(shè)計(jì)軟件（CATIA）
3、實(shí)施方案、進(jìn)度實(shí)施計(jì)劃及預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料
一、實(shí)施方案計(jì)劃：
1、先理解并明確自己畢設(shè)課題及要求。
2、查找相關(guān)資料對(duì)堆垛機(jī)進(jìn)行觀察并注意每一細(xì)節(jié)，研究各部分的功能作用。
3、根據(jù)堆垛機(jī)設(shè)計(jì)的要求，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的選擇及計(jì)算。
4、通過(guò)老師的指導(dǎo)和自己所學(xué)并向別人討教學(xué)習(xí)及查閱各種文獻(xiàn)資料、手冊(cè)、圖表分析比較做出最可行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
5、進(jìn)行修改，并最后定稿，并且完成計(jì)算機(jī)繪制圖和外文翻譯。
6、核查相應(yīng)的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文格式，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，提交論文。
二、進(jìn)度實(shí)施計(jì)劃：
第一周：了解課題，收集資料和參考文獻(xiàn)。
第二周：整理資料，完成文獻(xiàn)綜述。
第三第四周：初步確定設(shè)計(jì)方案。
第五第六周：按結(jié)構(gòu)分解堆垛機(jī)，計(jì)算各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。
第七第八周：通過(guò)參數(shù)確定電機(jī)、軸承等標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)。
第九周：校核各機(jī)構(gòu)參數(shù)，檢測(cè)方案。
第十第十一周：繪制堆垛機(jī)總裝配圖及零件圖。
第十二第十三周：編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
第十四周：檢查說(shuō)明書(shū)是否存在問(wèn)題。
第十五第十六周：準(zhǔn)備畢設(shè)答辯。
三、預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料：
1、二萬(wàn)字左右的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）；在畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中包括詳細(xì)的300-500個(gè)單詞的英文摘要；
2、不少于四萬(wàn)字符的指定英文資料翻譯（附英文原文）；
3、堆垛機(jī)總裝配圖和主要零部件圖，繪圖工作量折合A0圖紙3張以上，其中必須包含兩張A3以上的計(jì)算機(jī)繪圖圖紙。
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
指導(dǎo)教師（簽字）：
2016年 月 日
開(kāi)題小組意見(jiàn)
開(kāi)題小組組長(zhǎng)（簽字）：
2016年 月 日
院（系、部）意見(jiàn)
主管院長(zhǎng)（系、部主任）簽字：
2016年 月 日
- 3 -
編號(hào)：
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
題 目： 雙立柱堆垛機(jī)
學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師：
職 稱(chēng)：
題目類(lèi)型： ¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 t工程設(shè)計(jì) ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開(kāi)發(fā)
年 6 月 3 日
摘 要
本次設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)的是雙立柱堆垛機(jī)。雙立柱堆垛機(jī)是現(xiàn)代自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中最為重要的組成部分之一，對(duì)現(xiàn)代物流有著重要影響，主要功能是可以在倉(cāng)庫(kù)中自動(dòng)行走存取貨物。并且本次主要研究的是它的機(jī)構(gòu)方面，并著重設(shè)計(jì)堆垛機(jī)的行走機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、貨叉機(jī)構(gòu)還有框架等的工作原理及其機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，尺寸的確定、方案的選擇和各機(jī)構(gòu)零件的設(shè)計(jì)與選擇。
行走機(jī)構(gòu)主要是先從電動(dòng)機(jī)的計(jì)算設(shè)計(jì)選擇入手，通過(guò)電機(jī)的計(jì)算選擇然后確定皮帶輪的型號(hào)及皮帶的型號(hào)進(jìn)而確定行走輪和軸。升降機(jī)構(gòu)也是先從電機(jī)的計(jì)算選擇入手，通過(guò)對(duì)卷筒、減速器、鋼絲繩和滑輪等的設(shè)計(jì)得到的。貨叉機(jī)構(gòu)對(duì)其方案的比較選擇，選出三級(jí)直線(xiàn)差動(dòng)機(jī)構(gòu)保證穩(wěn)定伸縮，再對(duì)貨叉中的零件進(jìn)行校核設(shè)計(jì)選擇及對(duì)零件的布置來(lái)設(shè)計(jì)的?？蚣芙Y(jié)構(gòu)主要是保證每一個(gè)機(jī)構(gòu)都能合理的安裝在框架之上，是堆垛機(jī)的整體構(gòu)架，根據(jù)堆垛機(jī)框架的幾點(diǎn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)確定框架上橫梁、立柱和上橫梁的具體尺寸，上橫梁和下橫梁主要為中空結(jié)構(gòu)保證整個(gè)堆垛機(jī)機(jī)構(gòu)重量適當(dāng)，便于安裝移動(dòng)本次設(shè)計(jì)將其設(shè)計(jì)為一個(gè)長(zhǎng)方形框架，具有穩(wěn)定安全等特點(diǎn)。由于堆垛機(jī)之六米高的重型機(jī)構(gòu)就要保證意外避免發(fā)生和意外發(fā)生后的緊急保護(hù)，所以就要對(duì)堆垛機(jī)的安全裝置進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)與安裝保證整個(gè)機(jī)構(gòu)、人身和倉(cāng)庫(kù)財(cái)產(chǎn)的安全。最后就可以設(shè)計(jì)出一個(gè)機(jī)構(gòu)完善，安全可靠的雙立柱堆垛機(jī)。
關(guān)鍵詞：雙立柱；自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)；巷道；物流；堆垛起重機(jī)；設(shè)計(jì)
Abstract
The design of the main design is a two-column stacker. Double-column stacker is an integral part of modern automated warehouse is the most important, modern logistics has a significant impact, the main function is automatically walking access to the goods in the warehouse. And this is the main aspect of its organization, and focus on the design of running gear stacker, elevating mechanism, fork institutional framework as well as the principle and mechanism design, determine the size, select programs and agencies parts design and selection.
The main running gear is to start calculating motor design choices start by calculating the motor pulley and then determine the choice of the model and the model and to determine the walking belt wheel and axle. Lifting mechanism is calculated starting with the choice of starting the motor, through the roll, reducer, ropes and pulleys designed to get. Fork mechanism of its program of comparative selection elect three linear differential mechanism to ensure stable stretch, and then the forks of the parts to be checked design choice and arrangement of parts to design. The main framework is to ensure that each agency can reasonably mounted on the frame, the overall framework stacker, according to several design criteria stacker frame to determine the specific dimensions of the frame beams, columns and beams on, on the beam and the main beam to ensure that the entire lower body weight appropriate stacker, easy to install mobile this design will be designed as a rectangular frame, a stable security features as a hollow structure. For the six-meter-high heavy stacker mechanism is necessary to ensure the protection of emergency to avoid an accident and after the accident, so it is necessary for the security apparatus stacker selection design and installation throughout the organization to ensure the safety, physical and warehouse property . Finally, we can design a perfect mechanism, safe and reliable two-column stacker.
Keyword: Double Pillar; Automated Three-dimensional Storehouse; Alley; Logistics; Stacking Crane; Design
目 錄
引言 1
1 總體運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析 2
1.1 雙立柱堆垛機(jī)總體的方案選擇 2
1.2 主要裝置 4
1.2.1底架 4
1.2.2立柱 4
1.2.3升降載貨臺(tái) 4
1.2.4行走機(jī)構(gòu) 4
1.2.5升降機(jī)構(gòu) 4
1.2.6貨叉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 4
2 雙立柱堆垛機(jī)升降裝置設(shè)計(jì) 4
2.1 電機(jī)的選擇與計(jì)算 4
2.1.1電動(dòng)機(jī)類(lèi)型的選擇 5
2.1.2選擇電動(dòng)機(jī)的容量 5
2.2 鋼絲繩與滑輪的設(shè)計(jì) 6
2.3 起重機(jī)卷筒的設(shè)計(jì) 7
2.4 蝸輪蝸桿減速器選取 8
3 堆垛機(jī)貨叉的設(shè)計(jì)與計(jì)算 8
3.1 鏈傳動(dòng)伸縮貨叉的總體設(shè)計(jì)方案 8
3.1.1鏈傳動(dòng)的伸縮貨叉的工作原理 8
3.1.2中叉的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 9
3.1.3上叉的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 10
3.1.4中叉連結(jié)板設(shè)計(jì) 10
3.2 電機(jī)和減速器的選擇與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的計(jì)算 11
3.2.1電機(jī)和減速器的選擇 11
3.2.2主動(dòng)鏈輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 11
3.2.3 下叉循環(huán)鏈中鏈條末端在中叉兩點(diǎn)的確定 13
3.2.4 中叉鏈輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 13
3.3 鏈輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 15
3.3.1鏈輪軸設(shè)計(jì)與計(jì)算 15
3.3.2滾輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 17
3.3.3 鏈輪軸承的選擇 19
3.4 伸縮貨叉的擾度和強(qiáng)度 20
3.4.1下叉的受力分析 20
3.4.2 中叉的受力分析 21
3.4.3 前叉的設(shè)計(jì)分析 23
3.5 貨叉各參數(shù)的選擇 24
4 堆垛機(jī)的行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 24
4.1 行走輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 24
4.2 行走機(jī)構(gòu)的電機(jī)選擇 25
4.3 V帶輪和V帶設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇 26
4.4 行走機(jī)構(gòu)減速器的選取 28
4.5 行走機(jī)構(gòu)的聯(lián)軸器選取 28
5 雙立柱堆垛機(jī)機(jī)體的支架設(shè)計(jì) 29
5.1 機(jī)架設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則與要求 29
5.1.1機(jī)架設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則 29
5.1.2機(jī)架設(shè)計(jì)的一般要求 29
5.2 機(jī)架的設(shè)計(jì)步驟 30
5.3 其他裝置設(shè)計(jì)和選擇 31
6 結(jié)論 33
謝 辭 34
參考文獻(xiàn) 35
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引言
隨著如今世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的日新月異以及全球化的趨勢(shì)的加強(qiáng)，全世界都面臨著從未有過(guò)的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。在這種情況之下，在工業(yè)化進(jìn)程中現(xiàn)代物流作為最經(jīng)濟(jì)合理的服務(wù)模式與管理技術(shù)被越來(lái)越多的公司企業(yè)所重視。其系統(tǒng)的改進(jìn)和合理性對(duì)提高企業(yè)生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本、優(yōu)化資源配置有著至關(guān)重要的作用。而堆垛起重機(jī)則是代表著立體倉(cāng)庫(kù)的標(biāo)志，是自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中的重要運(yùn)輸和起重的設(shè)備。本設(shè)計(jì)從堆垛機(jī)的特點(diǎn)與運(yùn)用入手，重點(diǎn)對(duì)堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)與研究。
（1）巷道堆垛機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀、優(yōu)勢(shì)與發(fā)展趨勢(shì)
如今計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的飛快發(fā)展，現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大與競(jìng)爭(zhēng)的加劇，社會(huì)市場(chǎng)對(duì)企業(yè)的物流的要求不斷更新，而自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)則是對(duì)實(shí)現(xiàn)物流的合理化起著關(guān)鍵作用。其優(yōu)勢(shì)主要為占地和操作空間小、方便管理和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、自動(dòng)結(jié)算貨物的種類(lèi)和數(shù)量、信息庫(kù)還可以與中央計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)連網(wǎng)運(yùn)作等等很多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)加快物流的速度、降低生產(chǎn)的成本和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率都有著重要的意義，所以自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)開(kāi)始受到了越老越多的重視并運(yùn)用與許多行業(yè)。倉(cāng)庫(kù)最早是二戰(zhàn)時(shí)被美國(guó)運(yùn)用與軍事物品的存儲(chǔ)。在那時(shí)這種簡(jiǎn)單設(shè)備就已經(jīng)有便于物品的存放和管理還有占地空間小等很多有點(diǎn)。到五六十年代國(guó)內(nèi)的大部分廠(chǎng)家也開(kāi)始應(yīng)用倉(cāng)庫(kù)來(lái)存放物品，到八十年代倉(cāng)庫(kù)已發(fā)展成自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)且得到了很廣泛的應(yīng)用。伴隨著倉(cāng)庫(kù)的不斷的發(fā)展，從最開(kāi)始的人力搬運(yùn)到機(jī)械搬運(yùn)。產(chǎn)品的搬運(yùn)設(shè)備最開(kāi)始由引導(dǎo)車(chē)牽引裝有起重機(jī)的車(chē)廂，并由起重機(jī)完成物品的存取和運(yùn)輸。較于之前的方法已具有了降低勞動(dòng)成本和生產(chǎn)率等優(yōu)點(diǎn)，可其行走的空間過(guò)大，倉(cāng)庫(kù)的利用率受到了限制。為了彌補(bǔ)這種缺點(diǎn)，巷道堆垛機(jī)也就出現(xiàn)了，它是隨著立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)而出現(xiàn)的專(zhuān)用起重機(jī)構(gòu)，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為堆垛機(jī)。堆垛機(jī)為倉(cāng)庫(kù)之中最為重要的搬運(yùn)、起重和運(yùn)輸與堆垛部分，是立體倉(cāng)庫(kù)的標(biāo)志。其出入貨的效率對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)有重要的影響，是立體倉(cāng)庫(kù)是否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求和體現(xiàn)優(yōu)點(diǎn)關(guān)鍵內(nèi)容之一。
安現(xiàn)行機(jī)械界行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，堆垛機(jī)按照用途、支撐方式、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行軌跡、控制方式這幾種方式來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，不管是任何一種歸類(lèi)它的主要的組成一般都是由其水平行走機(jī)構(gòu)與載貨臺(tái)及貨叉、起升機(jī)構(gòu)、電氣設(shè)備與機(jī)架這幾個(gè)部分來(lái)構(gòu)成的。堆垛機(jī)分類(lèi)有很多種，分類(lèi)形式主要有：
1、按照它的導(dǎo)軌。根據(jù)其有軌和無(wú)軌可以把堆垛機(jī)分為有軌堆垛機(jī)還有無(wú)軌堆垛機(jī)。有軌的堆垛機(jī)一定要隨巷道中的軌道上前進(jìn)與后退;一般無(wú)軌的堆垛機(jī)人們又把它叫做高架的叉車(chē)。對(duì)比之下，有軌堆垛機(jī)對(duì)寬度的要求小利用率高，作業(yè)高度高。
2、按照高度的不同，可分低層型、中層型、高層型。底層型一般起重高度在5米以下，中層型一般在五到十五米之間，高層型的起升高度則是十五米以上。
3、按驅(qū)動(dòng)方式可分為上部驅(qū)動(dòng)、下部驅(qū)動(dòng)和上下結(jié)合的驅(qū)動(dòng)方式。
4、還可以按照堆垛機(jī)的用途方式的不同把堆垛機(jī)分為橋式堆垛機(jī)還有巷道堆垛機(jī)。
巷道堆垛機(jī)的運(yùn)行方式是沿著倉(cāng)庫(kù)巷道內(nèi)運(yùn)行，可以讓工作的高度達(dá)到很高的一個(gè)地方；又使用貨叉得伸縮原理使得貨叉可以前后的伸縮，讓倉(cāng)庫(kù)利用率成三倍的提高；巷道堆垛機(jī)適用各種高度的倉(cāng)庫(kù)作業(yè)，此外，巷道堆垛機(jī)還要具有較高運(yùn)行速度和效率、較高的電氣傳動(dòng)要求和制動(dòng)平衡、準(zhǔn)確的停車(chē)、還要有安全裝置等特點(diǎn)。
（2）雙立柱巷道堆垛機(jī)的分類(lèi)
一般的巷道堆垛機(jī)可以按照它的機(jī)構(gòu)的不同來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，可以將其分為雙立柱和單立柱的堆垛機(jī)。
在單立柱型的堆垛機(jī)中它的機(jī)架大多都是一根立柱與上橫梁和下橫梁這幾個(gè)部分組成而成的框架。立柱大多都是用大的H型鋼或者焊接制造，立柱上加導(dǎo)軌。使得質(zhì)量變輕，消耗材料也隨之減少，一般來(lái)說(shuō)它的制造的成本相比之下會(huì)較低，可是結(jié)構(gòu)的剛度則會(huì)比雙立柱的剛度差。因?yàn)檩d物臺(tái)和貨物對(duì)立柱具有偏心的作用，在行走和制動(dòng)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生水平慣性力作用，讓單立柱的堆垛機(jī)在應(yīng)用上具有很大的局限。不能夠起重量大、水平運(yùn)行速度比較高的堆垛機(jī)，一般都是用于重量12t以下和高度16m以下倉(cāng)庫(kù)。單立柱的堆垛機(jī)它的上升和下降大多數(shù)也是由鋼絲繩來(lái)完成的，安裝在立柱上的電機(jī)可以使卷筒進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)鋼絲繩收和放，使鋼絲繩拉動(dòng)載貨臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)。它的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)和布置都比較簡(jiǎn)單，但是也因此導(dǎo)致單立柱堆垛機(jī)運(yùn)行起來(lái)不平穩(wěn)和定位比較差。
雙立柱堆垛機(jī)的機(jī)架都是由兩根立柱與上橫梁、下橫梁相組成的一個(gè)方型架。它的
立柱的形式由方管或者圓管組成。方管也作為起升的導(dǎo)軌，但圓管則需要加上一個(gè)起升的導(dǎo)軌才能使載物臺(tái)上升與固定。雙立柱堆垛機(jī)的廣泛使用的最大優(yōu)點(diǎn)為強(qiáng)度與剛性都是較為可靠的，且其穩(wěn)定性也較高。相對(duì)于一些起升的高度很高、起重量較大和水平速度快的立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)，一般使用雙立柱。雙立柱的上升與下降裝置與單立柱的大致相同，但其是由兩根鋼絲繩兩邊拉動(dòng)，相對(duì)比較穩(wěn)定。因鏈條的傳動(dòng)一般都采用封閉鏈或者配重裝置，雖然因?yàn)榭臻g尺寸的限制，它的傳動(dòng)、布置雖然一般比較的復(fù)雜，但是它可以較為準(zhǔn)確的定位。
1 總體運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析
1.1 雙立柱堆垛機(jī)總體的方案選擇
雙立柱與單立柱相比，雙立柱具有的強(qiáng)度和剛性都是比較好的，它的運(yùn)行比較平穩(wěn)而且定位很準(zhǔn)確等等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)之中，由于這現(xiàn)狀，我決定本次對(duì)雙立柱堆垛機(jī)進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。
為了讓堆垛機(jī)可以更準(zhǔn)確快速、安全和自動(dòng)的搬運(yùn)貨物出入庫(kù)，就須滿(mǎn)足以下的設(shè)計(jì)要求：
（1）需要具有三維的運(yùn)動(dòng)功能，可以在高窄的巷道進(jìn)行升降作業(yè),能有效利用空間,可以適應(yīng)高層、低層、其他層的貨位和站臺(tái)貨位存與取。貨叉的長(zhǎng)度和伸叉的行程適應(yīng)托盤(pán)的深度與貨架的寬度方向尺寸，使得單元負(fù)載以正確平穩(wěn)的地方進(jìn)入貨位之中。存取貨的時(shí)候，堆垛機(jī)行走與升降運(yùn)動(dòng)都可以同時(shí)進(jìn)行動(dòng)作，而且行走和升降的速度匹配，縮短作業(yè)的時(shí)間。
（2）雙立柱堆垛機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一定要穩(wěn)定和安全，對(duì)它的結(jié)構(gòu)一定要有夠大的強(qiáng)度和剛度，行走和上升也要求平穩(wěn)，同時(shí)也要保證一定的定位精度。
（3）具備一定的安全措施；
（4）滿(mǎn)足可靠性前提之下，盡可能的減小堆垛機(jī)各個(gè)部分重量，便于減小提升的功率與摩擦阻力；
（5）零部件按照標(biāo)準(zhǔn)要求使用優(yōu)質(zhì)的材料制造，提高堆垛機(jī)性能；本次設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)需要調(diào)整的零件不能過(guò)多，要能少就少，這樣維護(hù)和延長(zhǎng)它的壽命就會(huì)變得簡(jiǎn)單；
（6）堆垛機(jī)上升和下降的導(dǎo)軌一定要平滑，減少摩擦使其運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定；
（7）還要保護(hù)倉(cāng)庫(kù)的環(huán)境，以免貨物受到污染造成受損。根據(jù)幾點(diǎn)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)雙立柱堆垛機(jī)總體運(yùn)動(dòng)方案。
無(wú)軌堆垛機(jī)雖然在使用的過(guò)程中沒(méi)有軌道因此節(jié)約了倉(cāng)庫(kù)地面，可卻存在存取時(shí)不便控制等缺點(diǎn)，所以我針對(duì)有軌巷道堆垛機(jī)進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。該課題由于采用兩條軌道作為堆垛機(jī)滑軌可以保證沿伸叉向的平穩(wěn)，因此上下軌道均采用單軌道來(lái)作為滑軌，這樣即可節(jié)約占地空間又可節(jié)約制造成本。
一般堆垛機(jī)上升與下降的裝置都是使用鋼絲繩或是鏈條來(lái)進(jìn)行傳動(dòng)，在此為了減小堆垛機(jī)的體積選擇的是卷筒來(lái)拉動(dòng)鋼絲繩傳動(dòng)的；在伸縮叉結(jié)構(gòu)中為保證伸縮的平穩(wěn)的精度使用鏈輪—鏈條傳動(dòng)；在行走的部分為達(dá)到體積和平穩(wěn)性要求而采用皮帶輪傳動(dòng)。
堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1-1、1-2所示。
圖1-1 單立柱結(jié)構(gòu)圖 圖1-2 雙立柱結(jié)構(gòu)圖
1.2 主要裝置
1.2.1底架
整個(gè)堆垛機(jī)都是由底架支撐的，兩邊由四個(gè)行走輪所支撐。其全部重力全受力在底架傳到四個(gè)行走輪上，以上條件就必須要求底架和行走輪一定要具有很好的強(qiáng)度和剛性，保證整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)作。
1.2.2立柱
堆垛機(jī)的立柱截面是一個(gè)長(zhǎng)方形，這里為是載貨臺(tái)平穩(wěn)運(yùn)行就要盡量減少它的震動(dòng)。同時(shí)還要在立柱上設(shè)計(jì)一個(gè)使載貨臺(tái)上升和下降的導(dǎo)向槽，讓載貨臺(tái)可以安全平穩(wěn)的準(zhǔn)確上升和下降，不回左右搖擺。
1.2.3升降載貨臺(tái)
堆垛機(jī)的載貨臺(tái)是一個(gè)凹型的形狀，它的兩邊側(cè)面有四個(gè)深溝球軸承使其可以平穩(wěn)的在立柱上進(jìn)行平穩(wěn)的升降運(yùn)動(dòng)，它的牽引是依靠?jī)蓷l鋼絲繩實(shí)現(xiàn)的。
載貨臺(tái)的水平支架上有貨叉，能夠左右滑動(dòng)來(lái)叉取貨架上的貨物或者將貨物放置到貨架之上，貨叉設(shè)為鏈輪-鏈條式的驅(qū)動(dòng)。
1.2.4行走機(jī)構(gòu)
堆垛機(jī)底上部裝有四個(gè)行走輪支來(lái)?yè)握麢C(jī)重量運(yùn)動(dòng) ,讓堆垛機(jī)沿著天地軌的方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。其前進(jìn)與后退是由電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，電機(jī)安裝在后行走輪上面通過(guò)皮帶輪來(lái)帶動(dòng)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)行走輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。選擇的電機(jī)是減速電機(jī)，它可以改變轉(zhuǎn)速是速度減慢讓堆垛機(jī)更加的平穩(wěn)安全。
1.2.5升降機(jī)構(gòu)
堆垛機(jī)的升降載貨臺(tái)的上升與下降主要通過(guò)雙立柱內(nèi)側(cè)的導(dǎo)向凹槽固定其方向來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)載貨臺(tái)兩邊的深溝球軸承在槽內(nèi)滾動(dòng)，兩根鋼絲繩拉動(dòng)使其上下運(yùn)動(dòng)，選擇的電動(dòng)機(jī)的減速是通過(guò)減速器來(lái)實(shí)現(xiàn)它的速度降低，讓整個(gè)機(jī)構(gòu)更加的平穩(wěn)和可靠。該電機(jī)還需要可以讓載貨臺(tái)可以停留在立柱上。
升降部分包括有卷筒和滑輪。
1.2.6貨叉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
貨叉的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是由減速電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)的一個(gè)鏈輪鏈條機(jī)構(gòu)，讓貨叉可以自由的伸縮取貨。電機(jī)功率需很小，使得在接觸障礙的時(shí)候，就算電機(jī)堵轉(zhuǎn)了也不會(huì)影響堆垛機(jī)與叉體安全。
2 雙立柱堆垛機(jī)升降裝置設(shè)計(jì)
2.1 電機(jī)的選擇與計(jì)算
2.1.1電動(dòng)機(jī)類(lèi)型的選擇
由于異步電機(jī)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、易于制造、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行效率高、容易制造，因此本設(shè)計(jì)的電機(jī)選擇異步電動(dòng)機(jī)。
因?yàn)檫@次所選的電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，很容易滿(mǎn)足堆垛機(jī)對(duì)穩(wěn)定還有高速的要求。它的變頻調(diào)速有著啟動(dòng)性能好、調(diào)速范圍也較寬、速度的變化平穩(wěn)與完善過(guò)電壓和過(guò)電流的保護(hù)功能。
由已知的條件與工作的要求本次設(shè)計(jì)選用YVF2系列的變頻可調(diào)速三相異步交流電動(dòng)機(jī)。
2.1.2選擇電動(dòng)機(jī)的容量
工作的電動(dòng)機(jī)所需的功率Pw
Pw=FwVw1000ηw (2-1)
式中：Pw-----發(fā)動(dòng)機(jī)的功率（kw）
F-----作用力（N）
V-----運(yùn)行的速度
電機(jī)輸出的功率P0為
P0=Pwηkw （2-2）
式子中的是電動(dòng)機(jī)到滾筒軸的總效率。
凸緣聯(lián)軸器的效率取η聯(lián)=0.99；滾動(dòng)軸承的效率取η滾=0.995；蝸桿的傳動(dòng)效率取η蝸=0.82；卷筒的傳動(dòng)效率取η卷=0.95
則有 η=0.99×0.9952×0.82×0.95=0.764，
因 PW=Fw.vw1000ηw=2500×9.8×15/601000×87%≈7.0
所以有 P0=PWη=70.764=9.2kw
由于要求的載荷必須平穩(wěn)，我們所選的電機(jī)功率Pw不必過(guò)大于P0，查看Y2系列的三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)手冊(cè)可以選到合適電機(jī)，其Pm為11KW，因此本機(jī)構(gòu)所使用的電機(jī)是YVF2-180L-8。
2.2 鋼絲繩與滑輪的設(shè)計(jì)
（1）所用鋼絲繩的選擇
按照GB3811—83的計(jì)算考慮全面，計(jì)算很精確，計(jì)算的方法如下：
d=cFmax （2-3）
式子中：d-----鋼絲繩的最小直徑mm；
F-----鋼絲繩的最大靜拉力N；
C-----選擇系數(shù)mm/N。
選擇系數(shù)c的計(jì)算如下：
c=nkwπ4σb （2-4）
式子中：n-----安全系數(shù)；
k-----鋼絲繩的捻制系數(shù)；
w-----鋼絲繩的充滿(mǎn)系數(shù)。
一般來(lái)說(shuō)起升機(jī)構(gòu)的n值取6；選擇鋼絲繩，則有k=0.98；鋼絲繩的充滿(mǎn)系數(shù)為w=0.46， σb=1850MPa。
則有 c=60.98×0.46×π4×1850=0.096
鋼絲繩拉力為 Fmax=mg （2-5）
已知條件 m=3000kg,g=9.8N/kg;
因?yàn)槭怯勺笥覂筛摻z繩同時(shí)作用的所以可求得單根鋼絲繩上受的力為
Fmax=1500×9.8 = 14700N；
由此可算得 d=cFmax= 0.096×14700 = 11.64mm
依據(jù)GB8918-88 可選取d=12mm。
所以所選的鋼絲繩為： 12NAT619S+1WR+NF1670ZS35.2723.59GB8918-88
由計(jì)算出來(lái)的結(jié)果參考滑輪和鋼絲繩之間的匹配關(guān)系表，可得d=12mm的滑輪外徑D=315mm，軸徑是D0=45mm；可選用A型滑輪；
因此所選滑輪的型號(hào)為： 滑輪A12315-45 JB/T9005.3
2.3 起重機(jī)卷筒的設(shè)計(jì)
卷筒上的螺旋槽的部分長(zhǎng)為
L0=(HmaxπD1+Z1)P （2-6）
雙聯(lián)卷繞卷筒的長(zhǎng)度為
LS=2L0+L1+L2+Lg （2-7）
式子中：D1-----卷筒名義的直徑,D1=hd
d-----鋼絲繩的直徑
Hmax-----最大的卷起高度
a-----滑輪組的倍率
-----卷筒的計(jì)算直徑
-----固定的鋼絲繩安全圈數(shù)
L1-----無(wú)繩槽卷筒的端部尺寸
L2-----固定端的尾端所需的長(zhǎng)度，L2≈3P
已知的有：d=12mm，Hmax=800mm，查找GB/T3811-1983得h常取用6
D1=hd=12×6=192
則有 D0= D1+d=192+12=204mm
查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表8-1-60可知取D0=315mm
為繩槽槽距查找表可得卷筒槽形又得P=14mm，槽底半徑是R=6.5mm。
選取Z=2，則有
LS=2（198+60+20）+44=600mm
可知卷筒的標(biāo)記是：卷筒A315×600-6.5×14-6×1左JB/T9006.2-1999
2.4蝸輪蝸桿減速器選取
由于蝸桿和電機(jī)軸是通過(guò)凸緣聯(lián)軸器相連起來(lái)的，所以蝸桿的轉(zhuǎn)速和電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速是相等的，升降裝置中的減速器可以通過(guò)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比來(lái)從標(biāo)準(zhǔn)中選取。
升降機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為：
（2-8）
式子中：------電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速；
------卷筒轉(zhuǎn)速,n=6×104V4πD=11.97
將相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入到式（2.8）之中得：i=72011.97=60.15
查看減速器與變速器的設(shè)計(jì)與選用手冊(cè)，本次設(shè)計(jì)所使用的型號(hào)是：
SCWS 250-63-IIFJB/T6387。
3 堆垛機(jī)貨叉的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.1 鏈傳動(dòng)伸縮貨叉的總體設(shè)計(jì)方案
3.1.1鏈傳動(dòng)的伸縮貨叉的工作原理
堆垛機(jī)一般所使用的貨叉大部分都由三級(jí)直線(xiàn)差動(dòng)的機(jī)構(gòu)組成，該結(jié)構(gòu)貨叉都是有動(dòng)力驅(qū)還有上、中、底三個(gè)叉與導(dǎo)向部分這幾個(gè)組成，它的底叉是固定在載貨臺(tái)的，它的中叉則是鏈輪鏈條驅(qū)動(dòng)之下，可以相對(duì)于底叉的兩側(cè)伸出適當(dāng)距離，而上叉又是在安裝在中叉之上增速機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)之下可以相對(duì)中叉來(lái)伸出更加遠(yuǎn)的距離，如此來(lái)實(shí)現(xiàn)向貨物的存取。
堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是一種三層的直線(xiàn)差動(dòng)機(jī)構(gòu)，其原理如圖3-1所示。它的固定貨叉一是固定于巷道的堆垛機(jī)的自動(dòng)升降臺(tái)之上的，在上面還安裝有兩個(gè)鏈輪還有電動(dòng)機(jī)。要想實(shí)現(xiàn)上層的貨叉可以增倍的平移，還要在中間貨叉5的兩端安裝兩個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)鏈輪2，鏈輪在這里就等于是兩個(gè)動(dòng)滑輪，下圖中和左邊鏈輪所嚙合鏈條則是固定于上下貨叉右端；和右邊鏈輪所嚙合鏈條則是固定于上下貨叉左端。首先中叉5在移動(dòng)的時(shí)候，可以用鏈輪和鏈條來(lái)驅(qū)動(dòng)，它的上叉8就會(huì)比中間貨叉的兩倍速度和路程伸出。中間的貨叉每當(dāng)相對(duì)于固定的貨叉水平的位移1/3總長(zhǎng)度的行程，它的上叉就會(huì)相對(duì)于中間的貨叉平移2/3總長(zhǎng)度行程，使得可以附合貨叉的伸縮行程和動(dòng)作的要求。
這一種3級(jí)的直線(xiàn)差動(dòng)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)都為上叉比中叉伸出的距離是伸出總的2/3它的中叉又伸出的行程有是總的1/3，上叉于中叉、中叉與下叉都有適合的導(dǎo)向接觸的長(zhǎng)度，可以保證它的3層貨叉在伸出的時(shí)候相對(duì)剛度的要求。還有它的三層貨叉處在相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，可以使用滾輪和滾道這一種純滾動(dòng)的摩擦，使得最大限度的去減小它的工作摩擦和阻力。
圖3-1 貨叉3層直線(xiàn)差動(dòng)機(jī)構(gòu)原理圖
1． 固定的貨叉 2.固定的鏈輪 5.處于中間的貨叉 7.傳動(dòng)的鏈條 8.最上面的貨叉 9.上叉的滾輪
3.1.2中叉的傳動(dòng)方案設(shè)
堆垛機(jī)貨叉關(guān)于中叉的傳動(dòng)，一般多采用齒輪齒條傳動(dòng)或鏈輪鏈條傳動(dòng)，本設(shè)計(jì)欲采取鏈輪鏈條傳動(dòng)如圖3-2所示。鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)彈性滑動(dòng)和整體打滑現(xiàn)象，因而能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率高；又因鏈條不需要像帶那樣張得很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較?。绘湕l采用金屬材料制造，在同樣的使用條件下，鏈傳動(dòng)的整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)較為緊湊；與此同時(shí)，鏈傳動(dòng)還有一個(gè)很好的的優(yōu)點(diǎn)，那就是鏈傳動(dòng)還可以在高溫與潮濕環(huán)境之中工作，滿(mǎn)足了各種環(huán)境的要求。
鏈條的傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)互相對(duì)比，鏈條傳動(dòng)制造和安裝的精度可以要求很低，其成本也不高。同時(shí)它在進(jìn)行遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)時(shí)，它的結(jié)構(gòu)可以比齒輪簡(jiǎn)單很多。所以在這次傳動(dòng)的選擇中選取了鏈輪鏈條的傳動(dòng)。
同時(shí)鏈條傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)也有幾點(diǎn)：運(yùn)行的時(shí)候不可以維持恒定瞬時(shí)傳動(dòng)比；也只可以實(shí)現(xiàn)平行軸之間鏈輪同向的傳動(dòng)；在工作久磨損以后容易發(fā)生跳齒現(xiàn)象；工作之時(shí)會(huì)有噪聲的出現(xiàn)；不適合在載荷的變化非常大、速度快與快速的反向傳動(dòng)中。
中叉?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)中，把兩個(gè)鏈輪固定于下叉之上，它的鏈條另外兩段則固定于中叉之上，為保證貨叉伸出長(zhǎng)度，還有考慮貨叉為兩個(gè)方向伸出來(lái)，而且中叉在移動(dòng)的時(shí)候?yàn)榉乐构潭ㄓ谙虏娴逆溳嗘湕l這兩個(gè)互相阻擋住，因此要在中叉上尋找合適兩點(diǎn)用來(lái)固定住鏈條末端，使得和下叉兩個(gè)鏈輪構(gòu)成完整封閉循環(huán)鏈。就可以在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)之下，讓鏈輪的傳動(dòng)，拉動(dòng)中間的貨叉往左或者往右運(yùn)行達(dá)到要求的長(zhǎng)度，這樣就可以完成貨物的存放。根據(jù)貨叉運(yùn)動(dòng)的距離算出中間貨叉的兩點(diǎn)如下圖：
圖3-2 貨叉的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
1．下叉 2.中叉 3.鏈輪 4.上叉 5.鏈條
3.1.3上叉的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)
堆垛機(jī)的貨叉大多數(shù)使用的是直線(xiàn)差動(dòng)的結(jié)構(gòu)。
中間的貨叉兩端端安裝2個(gè)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)鏈輪，使2個(gè)鏈輪可以等于滑輪組機(jī)構(gòu)的2個(gè)動(dòng)滑輪，和左邊鏈輪嚙合鏈條都固定于其上下貨叉右邊,和右邊鏈輪嚙合鏈條都固定于其上下貨叉的左邊。齒輪和齒條傳動(dòng)的速度與行程增倍的機(jī)構(gòu)原理是相同的，在中間的貨叉在其方向上位移的時(shí)候，就可以使鏈輪鏈條帶動(dòng)，上貨叉會(huì)以中間貨叉2倍速度和行程向滾輪的中心位移方向進(jìn)行水平的移動(dòng)，最后就可以實(shí)現(xiàn)其三層貨叉自由的伸縮與倍增的運(yùn)動(dòng)。
3.1.4中叉連結(jié)板設(shè)計(jì)
對(duì)于中叉聯(lián)結(jié)板，考慮到結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，需要將聯(lián)結(jié)板與滾輪通過(guò)軸連在一起。但是由于貨叉采用的是直線(xiàn)差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，上、中、下三叉是逐級(jí)運(yùn)動(dòng)的，并且通過(guò)滾輪滑動(dòng)。當(dāng)上叉伸到最大長(zhǎng)度時(shí)，考慮到滾輪的數(shù)量必須達(dá)到貨叉的平衡。所以中叉聯(lián)結(jié)板上軸孔的位置與數(shù)量應(yīng)充分考慮貨叉的平衡，為了保證貨叉的平衡，應(yīng)使貨叉在移動(dòng)的過(guò)程中，必須至少有兩個(gè)滾輪支撐著叉板。其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3-3、3-4所示：
圖3-3 聯(lián)結(jié)板主視圖
圖3-4 聯(lián)結(jié)板的左視圖
3.2 電機(jī)和減速器的選擇與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的計(jì)算
3.2.1電機(jī)和減速器的選擇
已知的有：上叉的伸縮叉速度是V=6m/min，所載的貨物重量是G=2500kg，貨叉長(zhǎng)為1500mm，伸出1650mm。
電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算：
根據(jù)貨叉的常用場(chǎng)合所取的摩擦系數(shù)f是：0.1
所以電機(jī)計(jì)算功率 P= F ×V (3-1)
= f×G×V
= 0.1×25000×0.1W= 250W
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：
滾動(dòng)軸承使用的是深溝球軸承它的傳動(dòng)效率是：0.99
聯(lián)軸器傳動(dòng)效率：0.99
中叉鏈傳動(dòng)效率：0.96
上叉鏈傳動(dòng)效率：0.96
減速器傳動(dòng)效率：0.96
滾輪傳動(dòng)效率：0.85
余量系數(shù)為1.3
所以總效率η=0.99×0.99×0.99×0.96×0.96×0.96×0.85=0.73
電動(dòng)機(jī)的功率:
P=1.3FVη=1.3×2500×0.10.73=445.2W （3-2）
最后根據(jù)各種要求所選則的電機(jī)參數(shù)是:
選取的的電動(dòng)機(jī)功率是1.1KW，選擇的電機(jī)型號(hào)則為：YVF2-90S-6
它的轉(zhuǎn)速是980r/min,采取的安裝型式本設(shè)計(jì)選擇的是B3
減速器的傳動(dòng)比為i=980/11=89
則選的減速器型號(hào)為T(mén)ZSD112
3.2.2主動(dòng)鏈輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算
1.已知的條件：電動(dòng)機(jī)所傳動(dòng)的功率是P=1.1KW，主動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速為n1= 11r/min,任務(wù)書(shū)所給出的上叉的伸出速度為0.1m/s
設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：確定鏈條型號(hào)、鏈輪齒數(shù)Z1、Z2，鏈節(jié)數(shù)Lp還有排數(shù)，以及鏈
輪的結(jié)構(gòu)、材料和幾何尺寸，鏈傳動(dòng)的中心距a、壓軸力Fp、潤(rùn)滑方式和張緊裝置等。
設(shè)計(jì)的步驟有：
（1） 傳動(dòng)比i=1：1
（2） 計(jì)算當(dāng)量單排鏈計(jì)算功率Pca
Pca= KaKzKpP （3-3）
可以由已經(jīng)知道的要求可查表有 Ka=1.0 Ka是工況系數(shù)；Kz=1.54 Kz是主動(dòng)鏈輪齒數(shù)的系數(shù)；
則有 Pca=1×1.541×1.1=1.694kw
（3）確定鏈條型號(hào)和節(jié)距p
鏈條的型號(hào)是由單排鏈的計(jì)算功率Pca和主動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速n1，通過(guò)查表可以選取鏈條的型號(hào)是08a，我們又可以依據(jù)型號(hào)能知道節(jié)距p是12.7mm。
（4）鏈輪的齒數(shù)確定：
鏈輪直徑d = p/sin(180o/z)；
由已知條件可以得出，貨叉的上叉收縮速度是0.1m/s 由于本設(shè)計(jì)所選用的貨叉機(jī)構(gòu)是個(gè)差動(dòng)倍增結(jié)構(gòu)，因此可以算出中叉的收縮速度是0.05m/s；所以下叉鏈輪的線(xiàn)速度是0.05m/s；
鏈輪轉(zhuǎn)速11r/min=0.367πrad/s
因此d= 0.050.367π=0.043m
d = p/sin(180o/z)及p=12.7mm得z=10.49
選取的鏈輪齒數(shù)為z=11
繼而可得到鏈輪直徑尺寸為
d=12.7/sin（180°/11）=43.5mm
(5)計(jì)算鏈節(jié)數(shù)與中心距
初定中心距：a0=1344mm
按下式計(jì)算鏈節(jié)數(shù)：
Lp0=2a0p+z1+z22+z1-z22π2pa0 （3-4）
則有
Lp0=2×1344/12.7+（11+11）/2+0=222
由于要避免使用過(guò)渡鏈節(jié)，所以L(fǎng)p0要取圓整成為偶數(shù)則Lp=222
（6）鏈長(zhǎng)度：L=Lp×p=222×12.7=2819.4mm (3-5)
（7）計(jì)算中心距：
ac=P2lp-z
=12.7(222-11)/2 =1339.85mm
(8)計(jì)算鏈條速度v：平均鏈速按公式
v=z1n1p/(60×1000) (3-6)
得：
V=0.025m/s
(9)有效的圓周力為:Ft =1000pv=0.508KN (3-7)
壓軸力為：Fp≈FtKFp=1.05×0.508KN=0.533KN
由此可知主動(dòng)鏈輪的主要參數(shù)：
鏈條型號(hào)08a 節(jié)距p=12.7mm，z=11
分度圓的直徑為d = p/sin(180o/z)=43.5mm （3-8）
齒頂圓直徑為da=damin=d+p×(1-1.6z)—d1 (3-9)
=43.5+12.7×0.855-8=46.36mm
damax=d+1.25p-d1=43.5+1.25×12.7-8=51.38mm (3-10)
齒根圓的直徑為：df=d-d1=43.5-8=35.5mm (3-11)
齒高h(yuǎn)a：hamin=0.5（p-d1）=0.5×（12.7-8）=2.35mm (3-12)
確定的最大軸凸緣直徑：
dg=Pcot180°z-1.04h2-0.76=12.7×cot16.36°-1.04×12.07-0.76=29.87mm
取dg=29mm
齒寬：bf1=0.93b1=0.93×7.85=7.3mm
齒側(cè)倒角：ba=0.13p=0.13×12.7=1.65
齒側(cè)半徑： r=p=12.7mm
3.2.3下叉循環(huán)鏈中鏈條末端在中叉兩點(diǎn)的確定
在這次設(shè)計(jì)中上叉相對(duì)下叉伸出的長(zhǎng)度是1650mm，而貨叉本身的長(zhǎng)度是1500mm，由于直線(xiàn)差動(dòng)倍增的原理，中叉要相對(duì)于下叉移出a的距離，繼而上叉就會(huì)移出2a距離，所以可知3a=1650，可以得到a=550 因此可以知道中間貨叉位移的的最大的距離是550，中間貨叉上的鏈條末端離中心的距離可定為0到190；同時(shí)也要保證下叉零件的布局，所以選擇固定于中叉鏈條位置為中心45mm。如此在中叉移動(dòng)過(guò)程時(shí)，就可以達(dá)到所需位置。
3.2.4中叉鏈輪設(shè)計(jì)與計(jì)算
由任務(wù)書(shū)可以知道上貨叉的收縮速度是0.1m/s,貨叉的電動(dòng)機(jī)額定功率則P=1.1KW，其載荷都是平穩(wěn)的，中心線(xiàn)是沿著水平布置的。
1.所選擇的鏈輪的齒數(shù)：選擇鏈輪齒數(shù)為z=11
2.計(jì)算的功率：
依據(jù)表查有Ka=1.0，Kz=1.52，單排鏈，則計(jì)算功率為
Pca=Ka×Kz×P=1.0×1.52×1.1=1.6KW (3-14)
3.選擇鏈條型號(hào)和節(jié)距：
由Pca=1.6KW與鏈輪的轉(zhuǎn)速可以查找表，就可以選出鏈條型號(hào)是08a，其節(jié)p=12.7mm。
4.計(jì)算鏈節(jié)數(shù)與中心距：
初選鏈輪鏈條固定端的位置：
左邊鏈輪中心距左端的距離是135mm,右端上叉鏈條固定處距右端的距離195mm,右端下叉鏈條固定處距右端的距離為150mm.而鏈條繞鏈輪半個(gè)圓周。
由公式d=psin180°z=43mm (3-15)
根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以計(jì)算出鏈條長(zhǎng)度：
L=π×43/2+2×1500-2×135-195-150=2452.5mm (3-16)
由鏈節(jié)距P=12.7mm,可計(jì)算鏈節(jié)數(shù)：
Lp= LP =2452.5/12.7=193.1節(jié) (3-17)
鏈條的節(jié)數(shù)圓整為194節(jié)。
同理可以知道：右端鏈輪中心距離右端的距離為135mm,左端上叉鏈條固定處距左端的距離195mm,左端下叉鏈條固定處距左端的距離為150mm.而鏈條繞鏈輪半個(gè)圓周，由公式
d= psin180°z =43.5mm
由這些數(shù)據(jù)可計(jì)算鏈條長(zhǎng)度：
L=π×43.5/2+2×1500-2×135-185-150=2452.5mm (3-18)
由鏈節(jié)距為P=12.7mm,可以計(jì)算鏈節(jié)數(shù)為：
Lp=LP =2452.5/12.7=193.1節(jié) (3-19)
鏈條節(jié)數(shù)圓整為194節(jié)。
5.計(jì)算其壓軸力Fp
有效的圓周力為Fe=1000 Pv =1000 ×1.1/0.1=1100N (3-20)
查機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)有鏈輪在水平布置的時(shí)候壓軸系數(shù)是KFp=1.15,因此壓軸力
Fp=KFp×Fe=1.15×1100=1265N (3.21)
中叉的鏈輪的參數(shù)計(jì)算為：
分度圓直徑d = p/sin(180o/z)=43.5mm (3-22)
齒頂圓直徑da=damin=d+p×(1-1.6z)-d1 (3-23)
=43.5+12.7×（1-1.6/11）-7.92
=46.43mm
damax=d+1.25p-d1=43.5+1.25×12.7-7.92=51.46mm (3-24)
齒根圓的直徑：df=d-d1=43.5-7.92=35.58mm (3-25)
齒高h(yuǎn)a：hamin=0.5（p-d1）=0.5×（12.7-7.92）=2.93mm (3-26)
確定的最大軸凸緣直接：
dg=Pcot180°z-1.04h2-0.76=12.7×cot16.36°-1.04×12.07-0.76=29.87mm
取dg=29mm
齒寬：bf1=0.93b1=0.93×7.85=7.3mm
齒側(cè)倒角：ba=0.13p=0.13×12.7=1.65
齒側(cè)半徑： r=p=12.7mm
3.3 鏈輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.3.1鏈輪軸設(shè)計(jì)與計(jì)算
（1）最小直徑
D ≥ A03Pn =31.95mm (3-28)
A0的值取自《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15－3取110，綜合各種因素取D=35mm
（2）軸上的零件布置方案
鏈輪軸上面應(yīng)該有鏈輪、軸承與彈性擋圈。鏈輪部件的軸向的定位通過(guò)軸肩實(shí)現(xiàn)定位的，因?yàn)槠滏溳喪菑埦o輪所以不用軸向定位不必加鍵，它的彈性擋圈固定要用擋圈槽固定。軸一般在變化應(yīng)力下工作，軸截面的尺寸改變的位置會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力的集中，軸的疲勞破壞一般都是在此處發(fā)生。想要升高軸疲勞強(qiáng)度，就要盡量的減少它的應(yīng)力集中源還有降低它應(yīng)力集中程度。還要保證軸上各零部件安裝，在安裝的時(shí)候還用防止軸會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，要在左端開(kāi)個(gè)刀槽，這樣就可以放進(jìn)螺絲刀。
它的布置簡(jiǎn)圖為下圖3-5所示：
圖3-5 鏈輪軸的裝配圖
（3）軸的校核
已知有：鏈輪的壓軸力Fp=533N,鏈輪的轉(zhuǎn)矩T=95.5×105Pn， (3-29)
則T=95.5×105×1.144=2.39×105N.mm
1.求支反力:FB=533N （3-30）
2.計(jì)算彎矩
AB段：Mmax=33×533=17589N.mm
BC段：M=17589N.mm
3.計(jì)算扭矩
AB段：T=0,BC段：T=Me=2.39×105N.mm (3-31)
4.做彎矩圖與扭矩圖3-6。
5.應(yīng)用第三強(qiáng)度理論校核有公式
σca = M2+Tα2W,其中=0.3；W=0.1d3=4665.7mm3
= 175892+0.3X23900024665.7
= 55.3MPa （3-32）
由表查得45鋼的許用彎曲應(yīng)力σ-1=60MPa
55.3MPa＜60Mpa,故上述軸的設(shè)計(jì)合理。
圖3-6 主動(dòng)輪軸受力分析及扭矩彎矩圖
3.3.2滾輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）最小直徑
D ≥ A0=11031.156=29.59mm (3-33)
A0的值取自《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15－3，綜合各種因素取D=30mm
（2）軸上零件的布置方案
要使?jié)L輪軸向的定位規(guī)定,軸上就要設(shè)計(jì)一個(gè)軸肩,因?yàn)闈L輪左邊用彈性的擋圈固定住，彈性的擋圈固定就要用擋圈槽來(lái)保證,所以還要在軸上和滾輪配合的地方開(kāi)個(gè)擋圈的槽。又因?yàn)檩S一般來(lái)說(shuō)都是在變化的應(yīng)力之下工作，所以軸截面的尺寸變化的地方就會(huì)有應(yīng)力集中的出現(xiàn)，同時(shí)軸的疲勞破壞大多數(shù)也是這一地方出現(xiàn)。想要提高軸疲勞強(qiáng)度，就必須想辦法減少應(yīng)力集中的地方與降低應(yīng)力集中程度。由于軸上的各個(gè)零部件安裝時(shí)要避免軸會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，還要在左端開(kāi)一個(gè)槽，就可以放進(jìn)進(jìn)螺絲刀。
它的布置方案如圖3-7。
圖3-7 滾輪軸裝配圖
（3） 軸的校核
已知滾輪的壓軸力F=mg=25000N，滾輪的扭矩T=25000N*225mm=5625N*m
求支反力F=25000N （3-34）
1、計(jì)算彎矩
AB段Mmax=9×106N?mm BC段M=0
2、計(jì)算扭矩
T=5625N?m=5.62?105N?mm (3-35)
3、做彎矩圖與扭矩圖3-8所示。
4、應(yīng)用第三強(qiáng)度理論校核有公式
σca=M2+Tα2W 其中=0.3；W=0.1d3=2700mm3 (3-36)
=（9X106）2+（5.62X105X0.3）22700=58.6MPa
由表查得45鋼的許用彎曲應(yīng)力σ-1=60MPa
58.6MPa＜60Mpa,故上述軸的設(shè)計(jì)合理。
軸受力分析及扭矩彎矩圖如圖3-8：
圖3-8 滾輪軸受力分析及扭矩彎矩圖
3.3.3鏈輪軸承的選擇
鏈輪的壓軸力Fp=533N,即徑向力Fr=533N,軸向力Fa=0,即該軸只受徑向力，不受軸向力。
鏈輪軸軸承的軸承選用深溝球軸承，其性能和特點(diǎn)是：主要受到的是徑向的載荷，同時(shí)也能夠承受一定的軸向載荷。接下來(lái)預(yù)算軸承的使用壽命，通過(guò)查找教材機(jī)械設(shè)計(jì)
第九版書(shū)P316，得：
La=10660nCP?
注：對(duì)于球軸承?=3，對(duì)于滾子軸承ε=103
預(yù)算軸承的使用壽命為10年，每天工作8h，每年300天計(jì)算，則有：
Lh=10×8×300=24000h
通過(guò)叉機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)，求的軸承的當(dāng)量載荷：
P=fdXFr+YFa
查機(jī)械設(shè)計(jì)表13-5，可知X=1，Y=0, fd=1.2則，
P=1.2×533N=639.6N
所以，C=P360nLh、106=639.6360×24000×44106=1.18KN
通過(guò)查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》P144，表15-3深溝球軸承（摘自GB276-89），可知，應(yīng)該選取D的軸承為6007，滿(mǎn)足使用要求 。其主要參數(shù)為d=35，D=62，B=14。
3.4 伸縮貨叉的擾度和強(qiáng)度
設(shè)計(jì)的貨叉是插入貨架中存取貨物的部分,要使厚度盡可能的薄,還要使貨叉的前端擾度控制在最小范圍內(nèi)，作為設(shè)計(jì)的目標(biāo)。
貨叉各參數(shù)如下:
W: 載荷
I ,I, I: 是下叉中叉和上叉重力方向慣性矩
E: 材料的縱彈性系數(shù)
貨叉的尺寸圖如圖3-9所示：
圖3-9 貨叉的尺寸圖
3.4.1下叉的受力分析
下叉的受力如圖3-10所示
圖3-10 下叉的受力分析
貨叉進(jìn)行受力分析的時(shí)候，在AC段內(nèi)取距A端為x的任意截面作為研究的對(duì)象，因此有該截面上產(chǎn)生的反力為P=W l/b
ax l時(shí)的彎矩方程為：
M= - P(x-a) （3-39）
用積分法求得BC端截面轉(zhuǎn)角為：
i = i-dx= i- [+(x-a)] （3-40）
BC端截面撓度為：
= ix-dx= ix-[+(x-a)] （3-41）
當(dāng)x= 0時(shí),A端的截面轉(zhuǎn)角
i= -( +b) （3-42）
當(dāng)x=l時(shí)，將式子（3-41）代入式子（3-40）與式子（3-39）之中，可以計(jì)算出在c處的轉(zhuǎn)角與撓度。
= -
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