畢業(yè)論文雙立柱式巷道堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)

I畢業(yè)論文雙立柱式巷道堆垛機(jī)的設(shè)計(jì) II摘 要 自動(dòng)化立體倉庫是物流中的重要組成部分，它是在不直接進(jìn)行人工干預(yù)的情況下自動(dòng)地存儲(chǔ)和取出物流的系統(tǒng)。它是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)發(fā)展的高科技產(chǎn)物，對(duì)提高生產(chǎn)率、降低成本有著重要意義。 近年來，隨著企業(yè)生產(chǎn)與管理的不斷提高，越來越多的企業(yè)認(rèn)識(shí)到物流系統(tǒng)的改善與合理性對(duì)企業(yè)的發(fā)展非常重要。堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉庫中最重要的起重堆垛設(shè)備，它能夠在自動(dòng)化立體的巷道中來回穿梭運(yùn)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(yùn)送到巷道口。本文詳細(xì)論述了在現(xiàn)代大多數(shù)企業(yè)中普遍使用的雙立柱堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)方案，文章的重點(diǎn)放在其三個(gè)部件：升降機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，并設(shè)計(jì)一種帶柔性裝置的堆垛機(jī)安全機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。首先，提出各個(gè)機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)方案；其次，對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)的受力情況進(jìn)行了分析并計(jì)算，然后估算初取值，再進(jìn)行校核，最后確定各個(gè)實(shí)際值。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： 自動(dòng)化立體倉庫；堆垛機(jī)；設(shè)計(jì) The Design of two pillar type IIIof Narrow-Aisle Stacker Crane Abstract Automation 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 artificial 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 enterprises 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 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. 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 in 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 analyse by force condition calculate , then estimation beginning take value, check nuclear, final definite every reality again worth. IV Keyword: automation three-dimensional storehouse; stacker cranes 1目 錄摘摘 要要 .ITHE DESIGN OF TWO PILLAR TYPE.IIABSTRACT.II第一章第一章 緒緒 論論.31.1 研究背景及內(nèi)容.31.1.1 研究背景及意義.31.1.2 研究的內(nèi)容.31.2 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述.41.2.1 堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)的組成和形式.41.2.2 巷道堆垛機(jī)的特點(diǎn).51.3 堆垛機(jī)所受載荷的簡化方法.5第二章第二章 堆垛機(jī)門架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算堆垛機(jī)門架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算.82.1 框架的彎矩和撓度.82.1.1 由于水平載荷產(chǎn)生的彎距.102.1.2 由行走車輪的反力產(chǎn)生的彎距.142.1.3 有叉取作業(yè)產(chǎn)生的彎矩.152.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算校核.152.2.1 框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下：.152.2.2 各部分的彎矩.162.2.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彎曲應(yīng)力.17第三章第三章 堆垛機(jī)伸縮貨叉機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算堆垛機(jī)伸縮貨叉機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算.183.1 伸縮貨叉的擾度與強(qiáng)度.183.1.1 下叉的受力分析計(jì)算:.193.1.2 中叉的受力分析計(jì)算.213.1.3 前叉的設(shè)計(jì)分析計(jì)算.233.2 貨叉各參數(shù)的選擇.243.3 貨叉內(nèi)部零件的選取與校核.243.3.1 軸承 4 的選取校核.243.3.2 齒輪 5 的選取校核.253.3.3 貨叉內(nèi)部鋼絲繩的選取校核.283.4 貨叉伸縮裝置中的 SEW 減速機(jī)的選取.28第四章第四章 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算.29 24.1 堆垛機(jī)走行輪的設(shè)計(jì)計(jì)算及其校核.294.2 行走裝置的 SEW 減速機(jī)的選取.30第五章第五章 堆垛機(jī)升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算堆垛機(jī)升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算.315.1 升降機(jī)構(gòu)零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算.315.2 升降機(jī)構(gòu)的卷揚(yáng)機(jī)的選取.31結(jié)結(jié) 論論.33致致 謝謝.34參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).35附錄附錄.36 3第一章 緒 論近年來，隨著企業(yè)生產(chǎn)與管理的不斷提高，越來越多的企業(yè)認(rèn)識(shí)到物流系統(tǒng)的改善與合理性對(duì)企業(yè)提高生產(chǎn)率、降低成本非常重要。堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉庫中最重要的起重堆垛設(shè)備。本文著重就堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行初步研究。1.1 研究背景及內(nèi)容1.1.1 研究背景及意義自動(dòng)化立體倉庫是物流中的重要組成部分，它是在不直接進(jìn)行人工干預(yù)的情況下自動(dòng)地存儲(chǔ)和取出物流的系統(tǒng)。它是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)發(fā)展的高科技產(chǎn)物，對(duì)提高生產(chǎn)率、降低成本有著重要意義。近年來，隨著企業(yè)生產(chǎn)與管理的不斷提高，越來越多的企業(yè)認(rèn)識(shí)到物流系統(tǒng)的改善與合理性對(duì)企業(yè)的發(fā)展非常重要。堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉庫中最重要的起重堆垛設(shè)備，它能夠在自動(dòng)化立體的巷道中來回穿梭運(yùn)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(yùn)送到巷道口。世界主要工業(yè)國家都把著眼點(diǎn)放在開發(fā)性能可靠的新產(chǎn)品和采用高新技術(shù)上，更加注重實(shí)用性和安全性。在堆垛機(jī)方面，我們應(yīng)當(dāng)看到和世界發(fā)達(dá)國家的差距，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，找出不足，打破傳統(tǒng)思路，推出新的外形和更高性能的堆垛機(jī)。相信，通過我們的不斷努力，必能設(shè)計(jì)出高速、安全、可靠性能高的堆垛機(jī)，為增強(qiáng)我國綜合國力，為我國填補(bǔ)一分科技空白。1.1.2 研究的內(nèi)容在堆垛機(jī)設(shè)計(jì)中將做以下工作：（1） 堆垛機(jī)的門架的設(shè)計(jì)計(jì)算；（2） 堆垛機(jī)的貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算； 4（3） 堆垛機(jī)的行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算；（4） 堆垛機(jī)的升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算；1.2 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述1.2.1 堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)的組成和形式 堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)主要有三個(gè)機(jī)構(gòu)組成：（1） 升降機(jī)構(gòu)有卷揚(yáng)機(jī)和鋼絲繩組成。升降機(jī)構(gòu)的工作速度一般控制在 1525m/min，最高可達(dá) 60m/min，設(shè)計(jì)時(shí)選取 20m/min.（2） 行走機(jī)構(gòu)有電動(dòng)機(jī)、減速器（或者式 SEW 減速機(jī)）和行走輪組成。在其頂部設(shè)置導(dǎo)向輪沿固定在貨架上弦的導(dǎo)軌導(dǎo)行。下部裝有水平導(dǎo)輪沿貨架下部的水平導(dǎo)規(guī)導(dǎo)行。行走機(jī)構(gòu)的工作速度依據(jù)巷道長度和物料出入庫頻率而定，正常工作速度控制在 50100m/min，最高可達(dá)到 240m/min,設(shè)計(jì)時(shí)選取 100m/min.（3） 貨叉伸縮機(jī)構(gòu)是堆垛機(jī)的取放物料裝置，它有前叉、中間叉、固定叉、驅(qū)動(dòng)齒輪等組成。貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的工作速度控制在15m/min，最高可達(dá) 40m/min，設(shè)計(jì)時(shí)選取 20m/min.系統(tǒng)總體方案示意圖如下： 5圖 2.3 堆垛機(jī)總體方案示意圖1貨物 2貨叉伸縮機(jī)構(gòu) 3載貨臺(tái) 4司機(jī)室 5立柱6下橫梁 7水平運(yùn)行機(jī)構(gòu) 8起升機(jī)構(gòu) 9鋼絲繩10升降導(dǎo)軌 11頂部滑輪 12上部導(dǎo)輪1.2.2 巷道堆垛機(jī)的特點(diǎn) 由于使用場合的限制，巷道堆垛機(jī)在結(jié)構(gòu)和性能方面有以下特點(diǎn)：1）整機(jī)結(jié)構(gòu)高而窄，其寬度一般不超過儲(chǔ)料單元的寬度，因此限制了整機(jī)布置和結(jié)構(gòu)選型。2）金屬結(jié)構(gòu)件除應(yīng)滿足強(qiáng)度和剛度要求外，還要有較高的制造和安裝精度。3）采用專門的取料裝置，常用多節(jié)伸縮貨叉或貨板機(jī)構(gòu)。4）各電氣傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)同時(shí)滿足快速、平穩(wěn)和準(zhǔn)確。1.3 堆垛機(jī)所受載荷的簡化方法 堆垛機(jī)的機(jī)架有立柱、上下梁組成，整機(jī)結(jié)構(gòu)高而窄。堆垛機(jī)工作時(shí)， 6將受到載貨臺(tái)、貨物的鉛垂作用，行走、制動(dòng)和加減速的水平慣性力作用以及起吊時(shí)的沖擊載荷作用；某些特殊環(huán)境下，還要受到風(fēng)力的作用。堆垛機(jī)每完成一個(gè)工作循環(huán)，以上載荷將重復(fù)出現(xiàn)一次。因次，堆垛機(jī)所受的是交替變化的載荷。為了保證堆垛機(jī)安全可靠的工作，其剛結(jié)構(gòu)部分的強(qiáng)度與剛度計(jì)算是必不可少的。在此，就堆垛機(jī)所受載荷簡化的基本方法作一說明。 1）起重重量 PL 實(shí)際起重重量包括吊具重量和額定重量之和，用 SL表示。考慮到貨物正常起吊時(shí)的動(dòng)載沖擊作用，則設(shè)計(jì)起重重量 PL=fSL 式中，f稱為沖擊系數(shù)，與堆垛機(jī)分類有關(guān)：1 類 f=1. 1 2 類 f=1.25 3 類 f=1.4 4 類 f=1.62）水平載荷 SH 堆垛機(jī)沿水平方向加減速行走，必然存在與其加速度有關(guān)的水平慣性力。即 S= S 式中，稱為動(dòng)載荷系數(shù)，由于加速度的不確定HL性，一般用額定速度 v 來確定。 水平行走時(shí) =0.0005v； 旋轉(zhuǎn)時(shí) =0.0004v.3）風(fēng)力載荷 SW 風(fēng)力載荷 S為風(fēng)壓力 q 與受風(fēng)面積的乘機(jī)，即 S=qAWW 堆垛機(jī)工作時(shí)，風(fēng)壓力 q=1742.74h 非工作狀態(tài)，風(fēng)壓力 q=148.1 式中，h 為吊具高度，單位4hmm4)起吊沖擊載荷 SR 7 在正常情況下，起吊貨物的加速度可能很大，這時(shí)的沖擊載荷很大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)另行考慮。5）載荷狀態(tài) 堆垛機(jī)工作時(shí)，其承載能力是上述各種載荷與自重 S 的不同組合：G A 正常工作狀態(tài)：M（S +fS + S）GLH B 特殊工作狀態(tài)：M（S +f S + S）+ SGLHW C 起吊工作狀態(tài)：S + S + SGLH D 停止：S + SGW 以上各式中，M 稱為作業(yè)系數(shù)，與堆垛機(jī)的分類有關(guān)： 1 類 M=1.0； 2 類 M=1.05； 3 類 M=1.1；4 類 M=1.20 8第二章 堆垛機(jī)門架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算門架是堆垛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)物，有單柱式和矩形框架式。按支承方式，又可分為安裝在貨架上的上部支承式和安裝在地面上的下部支承式。不論哪種型式都帶有伸縮貨叉和人工駕駛室（有時(shí)也沒有）的貨合。升降臺(tái)沿立柱升降，同時(shí)靠地上和頂上的導(dǎo)軌保持走行穩(wěn)定和支持貨叉伸出進(jìn)行裝卸作業(yè)時(shí)的翻轉(zhuǎn)彎矩。在門架上安裝有卷揚(yáng)、走行等機(jī)械裝置，以及配置有電氣控制開關(guān)、控制裝置、配線等。下部支承式的集中放在門架下部。 由于走行起動(dòng)、停止及加減速時(shí)產(chǎn)生的慣性力，門架在通道的縱向發(fā)生撓曲，整個(gè)門架成為振動(dòng)體，其柱端的振動(dòng)較大。同樣，在通道的直角方向，立柱由于貨叉作業(yè)時(shí)的彎矩作用而發(fā)生彎曲，使伸長著的伸縮叉的前端的撓度增大。 柱端振動(dòng)：和貨叉前端的撓度一超過極限，就成為堆垛機(jī)自動(dòng)定位的障礙，所以門架應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和撓度小的適當(dāng)剛度。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選取雙立柱下部支承式門架進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。2.1 框架的彎矩和撓度 9雙立柱門架簡圖堆垛機(jī)的矩形門架是超靜定結(jié)構(gòu)。這里按角變位移法解如下： 堆垛機(jī)門架的設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)： Q 上梁及附件重量1 Q 貨臺(tái)、貨物、附件及搭乘人員(本設(shè)計(jì)沒有人工駕駛室，所以此2重量不計(jì)入)的總重量 Q 電氣控制盤的重量3 Q 卷揚(yáng)裝置的重量4 Q5 上橫梁的重量 10 Q6下橫梁的重量 Q7立柱的總重量q 柱的單位長度的平均重量 作用在門架上的慣性力：H =（/g）Q 及 qh/gii1(:減速度，g =9.8 米 /秒 )2 h h 下梁中心線分別到 Q Q 的中心高度1414 l立柱的中心距I 立柱 AB、DC 的斷面慣性距1上梁與下梁端部的偏轉(zhuǎn)角 R因構(gòu)件兩端變位產(chǎn)生的彎距 E：縱彈性模量 C由構(gòu)件的中間載荷在杠端產(chǎn)生的彎距，稱為載荷項(xiàng)。K = I / h 立柱的剛度 K=I/l 上下梁的剛度 111n=K/ K 剛度比 M彎距12.1.1 由于水平載荷產(chǎn)生的彎距作出作用于框架結(jié)構(gòu)的慣性力圖解： 11 h3h2h1l21BCDBlD1C4h4h1圖 1 列出角變位移方程： M=2EK（2+-3R）AB1ABM=2EK（2+-3R）BA1BAM=2EK（2+）BC1BCM=2EK（2+）CB1CBM=2EK（2+-3R）+CCD1CDCD M=2EK（2+-3R）-CDC1DCDCM=2EK（2+）AD1ADM=2EK（2+）DA1DA其中載荷項(xiàng)：C=（1/h）H h(h -h ) +H h ( h - h ) +q h/12gCD212221223313221C=（1/h）H h(h -h ) +H h( h - h )+q h/12gDC212221223321321 12有節(jié)點(diǎn)的彎距平衡方程式：M+ M=0 M +M=0BABCABADM+ M=0 M+ M=0CBCDDADC由隔離體靜力平衡方程式：M +M+ M +M+H h +H h + H h + q h/2g=0ABBACDDC11223321+=4 R +（n/6EK）(C- C-H h -H h - H hABCDDCCD11223-q h/2g)321有上面各式，可先求出、 R 再帶入可求出ABCD上下梁內(nèi)力M M、M 、M； 、ADADBCCB立柱內(nèi)力M = -M、M= - MABADBABC M= - M、 M= - MCDCBDCDA圖 2 列出角變位移方程式： M=2EK（2+-3R）-CAB1ABAB M=2EK（2+-3R）+CBA1BABAM=2EK(2+)BCBCM=2EK(2+)CBCBM=2EK（2+-3R）CD1CDM=2EK（2+-3R）DC1DCM=2EK(2+)ADAD 13M=2EK(2+)DADA固端彎距（載荷項(xiàng)）C=（1/h）H h (h -h ) + q h/12gAB214414221C=（1/h）H h(h -h )+ q h/12gBA214421421C =C=C=C=C=CCDDCBCCBADDA有節(jié)點(diǎn)的彎距平衡方程式：M+ M=0 M+ M=0ABADBABCM+M=0 M+ M=0CBCDDCDA有隔離體靜力平衡方程式：M+ M+M+ M+ H h +q h/2gABBACDDC4421+=4R +(n/6EK)( C -C- H h -q ABCDABBA44h/2g)=021 解上面各式，可先求出、R。ABCD再求出上下梁及立柱的內(nèi)力有水平載荷產(chǎn)生的彎距，可由圖 1 圖 2 疊加得出：M= M+ M M= M+ M1ABABAB1BCBCBCM= M+ M M= M+ M1CDCDCD1DADADA又有節(jié)點(diǎn)方程式可得M= -M M= -M M= -M M= -M1AB1AD1BC1BA1CD1CB1DA1DC門架立柱端部的線變位 ： 14=+=h (R +R )12.1.2 由行走車輪的反力產(chǎn)生的彎距受力分析圖如下：列出角變位移方程式：DBCalaAh1M=2EK（2+）2BCBCM=2EK（2+）2ABABM=2EK（2+）2BABAM=2EK（2+）2CBCBM=2EK（2+）2CDCDM=2EK（2+）2DCDCM=2EK（2+）+C2ADAD 15M=2EK（2+）-C2DADA固端彎距：C=V a=n(2+n)C/2EK (n+1)(n+3) = -nc/2EK(n+1)(n+3)AB= - = -ADBC M=1/(n+1)(n+3)(2n+3)2ABaV M=1/(n+1)(n+3)(n)2BAaV M=1/(n+1)(n+3)n(n+2)2DAaV 在此，M= - M M= - M M= - M M= - M2AB2DC2BA2BC2CB2CD2DA2ADV：走行車輪的反力，按 1/2（堆垛機(jī)總重量+載重）求出。2.1.3 有叉取作業(yè)產(chǎn)生的彎矩由于貨叉作業(yè)，在門架上及與走行方向成直角的方向增加了彎矩，產(chǎn)生了擾度。但是，此彎矩相比前兩種相差很大，而且不會(huì)在貨叉伸出的情況下走行，所以可以認(rèn)為最大彎矩為 M 和 M 合成的彎矩。 122.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算校核2.2.1 框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下：上下梁為焊接件，具體尺寸見圖 立柱（12.5 等邊角鋼，I=361.,67 厘米 ） 4l=1.2m h =20m h =18m h =2m h =1m a=0.5m1234Q =200kg Q =700kg Q =150kg Q =250kg1234q=0.85kg/cm /g=0.1 H =0.1Qii堆垛機(jī)總重量（自重+載重）=1300kg 16載重增加 25%作為試驗(yàn)載荷，為 300*（1+25%）=375kg根據(jù) 1.1.3 的討論，關(guān)于載荷的補(bǔ)加系數(shù)，對(duì)堆垛機(jī)的沖擊系數(shù)f=1.4，作業(yè)系數(shù) M*=1.1。則載荷組合為 M*（S +S +S）。GLH2.2.2 各部分的彎矩n=K/K =Ih /I l=11123.61.2723201024固端彎矩：C=24.9Nm C=28.6 NmABBAC=57.4 Nm C=34.5 NmCDDCR=R +R =0.0018+0.00075=0.00255走行停止時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)的立柱上端的線變位： =1780 0.00255=4.54cm(注：值容許范圍一般在 2.55cm,符合要求)由水平載荷產(chǎn)生的各部分的彎矩：M=M*（M+M）=1.1 （186.5+76.5）=289.4 Nm 1ADADAD M= M*(M+M)=1.1 (170.7+73.4)=266.1 Nm1BCBCBCM= M*(M+M)=1.1 (178.2+73.4)=276.8 Nm 1CBCBCBM= M*(M+M)=1.1 (176.2+75)=276.3 Nm1DADADA由走行輪的反力產(chǎn)生的各部分的彎矩:V=M*(8000-2300-2300)/2=4906kg固端彎矩: C=4906 45=220. 8Nm因此:M=87.4 Nm M=28.2 Nm M=133.4 Nm2AB2BA2DA最大彎矩:M= -289.4+87.4= -201 NmAB 17 M= -266.1+28.2= -237.9 NmBA M=266.1-28.2=237.9 NmBC M=276.8+28.2=305.0 NmCB M= -276.8-28.2= -305.0 NmCD M= -276.3-87.4= -363.7 NmDC M=276.3+133.4=409.7 NmDA M=289.4-133.4=156.0 NmAD2.2.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彎曲應(yīng)力上下梁的斷面系數(shù) Z=498 cm ,柱的斷面系數(shù) Z =789cm313則:= -2560N/cm = -3010N/cmAB2BA2 =4780 N/cm =613 N/cmBC2CB2 = -3870 N/cm = -4610 N/cmCD2DC2 =8230 N/cm =2870 N/cmDA2AC2隨著堆垛機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng),這些應(yīng)力交變出現(xiàn),在下梁 A 和 D 點(diǎn)產(chǎn)生最大應(yīng)力振幅.如用應(yīng)力比法,則 K= -2870/8230= -0.35,按切口分類為 a,可查出疲勞許用應(yīng)力為 12500 N/cm .故能滿足上述彎曲應(yīng)力條件.2第三章 堆垛機(jī)伸縮貨叉機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 貨叉是堆垛機(jī)中最主要的部分, 所設(shè)計(jì)的貨叉,是三節(jié)伸縮式貨叉,即由上叉、中叉、下叉以及導(dǎo)向滾子等構(gòu)成的貨叉. 它主要由 SEW 減速機(jī)、齒 18輪、齒條、下叉、中叉、鋼絲繩 、叉、上叉、軸承等組成.如圖所示. 1、滑輪 2、導(dǎo)向輪 3、行走輪 4、SEW 減速機(jī) 5、齒輪 6、滑輪7、深溝球軸承 8、固定叉（下叉）9、中叉 10、上叉 11、齒條下叉 1 側(cè)面裝有軸承 4 并固定在載貨臺(tái)的臺(tái)架上,中叉 2 的下板與工字行導(dǎo)軌相連,上叉 4 的頂板與立板相連,在立板上裝有軸承 4.貨叉電機(jī)通過鏈輪鏈條帶動(dòng)齒輪 5 旋轉(zhuǎn),齒輪帶動(dòng)齒條及中叉 2 運(yùn)動(dòng),同時(shí)中叉 2 中的鏈輪 7 通過鏈條帶動(dòng)上叉 3 沿著中叉 2 中的工字行導(dǎo)軌運(yùn)行.中叉可在齒輪、齒條或鏈輪、鏈條的驅(qū)動(dòng)下從中叉的中點(diǎn),向前或向后移動(dòng)大約自身長度的一半,上叉可從中叉的中點(diǎn),向前或向后伸出比自身稍長的長度.3.1 伸縮貨叉的擾度與強(qiáng)度 19所設(shè)計(jì)的貨叉是指貨叉插入貨架中的部分,應(yīng)以厚度盡量薄,同時(shí)叉前端的擾度控制在最小,作為設(shè)計(jì)的目標(biāo).貨叉各參數(shù)如下:W: 載荷I ,I, I : 分別為下叉 中叉 上叉的重力方向的慣性矩123E: 材料的縱彈性系數(shù)3.1.1 下叉的受力分析計(jì)算:如圖,假設(shè) l 為不變形部分的長度. 3 20baxll1l2P =W l /b ,ax l 時(shí)的彎矩為120M= - P (x-a)01lbxP1i =i -dx= i - +(x-a) -(1)10 xEIM010112EIp03lbx2= i x-dx= i x-+(x-a) -(2)0 xxEIM001011bEIp03lbx3當(dāng) x= i 時(shí), =00i = -( i +b)-(3)00116IEIabp0將(3)代入(1),x=l 時(shí) c 點(diǎn)的傾角與為0t = - = -l101016)(IEIlaabp101016)(IEIlaabp3 213.1.2 中叉的受力分析計(jì)算圖 a: 因載荷 W 的作用,在 b 間產(chǎn)生反力 P ,P ,12設(shè)點(diǎn)的傾角為 i ,擾度為 22baxll1l2M= P x=x = -= -1bWl222dxd2EIMbEIxWl22i= -+i -(4)dxdbEIxWl22220= -+ i x+-(5)bEIxWl232600 因 x=b 時(shí), =0, =00 則 i =-(6)0226EIbWl將(6)代入(4),求 x=b 時(shí)的傾斜角i = - = -2223EIbWl2223EIbWl2l圖 b: 把 b 段作為剛性,c 點(diǎn)作為固定端考慮,并設(shè)由于 W 在中叉產(chǎn) 22生的反力為 P 和 P ,而由這些反力作用在叉子前端產(chǎn)生的擾度為和,則 3434cdel2lx M= - P (x-d)+ P x34P =W P =W3de4dde)( = -dx = - P x - P (x-d) xxEIM0022261EI4333在 x=l 時(shí) = -(e+d) l-e(l -d) 13dEIW261312其次 i = -dx= -4xEIM02dEIW2222)()(xdedxe當(dāng) x=l時(shí), i = -e(l -d) +(e+d)l 14dEIW221221所以 = i(l -l )44313.1.3 前叉的設(shè)計(jì)分析計(jì)算載荷 W 在 d 區(qū)間產(chǎn)生的反力有 P , P ，在 E 點(diǎn)的傾斜角為 i ，345 23擾度為,受力分析如下：5cdel2l則 M=x = -= -deW22dxd3EIMdEIeWx3 i= -+i -(7)dxddEIeWx3220 = -+i x+-(8)dEIeWx33600當(dāng)x=d時(shí), =0, =0 , i =-(9)0036EIeWd將（9）代入（7） ，當(dāng) x=d 時(shí) i = - = -(l -l )636EIeWd533EIeWd31 因此，設(shè)載貨臺(tái)和立柱為剛性時(shí)，伸縮貨叉工作的總擾度為 =+12345（注）當(dāng)托盤貨架進(jìn)深為厘米時(shí)，值應(yīng)控制在 1015 毫米。 243.2 貨叉各參數(shù)的選擇a=50cm b=50cm c=5cm d=45cm e=5cml =100cm l =50cm l =55cm l =105cm0123上叉、下叉、中叉長為：L = L = L =100123上叉為板狀，并取其寬也為 120cm，其余數(shù)據(jù)見裝配圖上標(biāo)注。代入數(shù)據(jù)可得 =+12345=)I35714.3I1595238I234127I1833333.3I2500000(-32221)I35714.3I3662698.3I2500000-(321令 |1510注：注：滿足上述要求設(shè)計(jì)上、中、下叉的尺寸，詳細(xì)尺寸見圖紙。3.3 貨叉內(nèi)部零件的選取與校核3.3.1 軸承 4 的選取校核設(shè)計(jì)選取貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的工作速度為 20m/min則每各軸承所承受的壓力為 F=400 10/4=1000N轉(zhuǎn)速為 n=20000r/d (r/min), 取 C=110 則 d=Cmin60200002010001103dnP所以 d110mmmin所以 取 d=110mm, 則 n=20000/110=57.958r/min 25機(jī)械設(shè)計(jì)查表 18.1，選擇深溝球軸承 GB/T 276，代號(hào)為 6130其基本參數(shù)為：d=50mm D=110mm B=27mm c =61.8KN c=38.0KN ror徑向載荷 F =400 10/4=1000Nr 軸向載荷 F =0N F / F =0h=6000h 故軸承壽命滿足條件。則軸承選取合適。h3.3.2 齒輪 5 的選取校核1. 選取齒輪為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度 HB=217255，平均硬度為 236 2. 初步計(jì)算傳動(dòng)尺寸 為軟齒面開式傳動(dòng) d= min321)(12HHEZZZZuudKT（1）轉(zhuǎn)矩 T =9.55P /n =162.43d Nmm161011 （2）設(shè)計(jì)時(shí)，因 V 值未知，K 不能確定，故可初選 K =1.4Vt 26 （3）取齒寬系數(shù)=1.1d（4）取彈性系數(shù) Z =189.8EMPa （5）初選螺旋角=12 ，取節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) Z=2.46oH （6）初選 Z =23，齒條 Z=12則得重合度=1.88-3.2（1/ Z +1/ Z）cos=1.712取軸面重合度=0.318Z tg=1.77d1取重合度系數(shù) Z =0.765（7）取螺旋角系數(shù) Z =0.99（8）許用接觸應(yīng)力由式=HHHNSZlim 取接觸疲勞極限應(yīng)力為=595MPalimH 齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分別為 N=60naL =1.08h810 取壽命系數(shù) Z=1.06 取安全系數(shù) S=1.0NH 則=630.7 MpaHHHNSZlim0 . 159506. 1 （9）齒輪的分度圓直徑 d ,初算為 u=Z /Z = 故t 12111uu 則 d=272mmmin321)(12HHEZZZZuudKT3. 確定傳動(dòng)尺寸（1）計(jì)算載荷系數(shù)取使用系數(shù) K =1.0A 27因 V=smmndt/6/1min/1010006011取動(dòng)載系數(shù) K =1.15V取齒向載荷分布系數(shù) K =1.11取齒間載荷分配系數(shù) K =1.2故 K= K K K K =1.53AV （2）對(duì)修正 d =133.9mmtd11td131/tkk （3）確定模數(shù) m=dcos/Z=5.69 取 m=6 （4）故 d =141mm 并取 b=50mm 1cosmZ012cos236 4. 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度=FYYYYbmdKTSF112F式中各參數(shù)：（1）各值同前mdbTK11（2）因當(dāng)量系數(shù) Z =Z/cos12 =23.5V0 故取齒形系數(shù) Y =2.64，應(yīng)力修正系數(shù) Y =1.58FS（3）取重合度系數(shù) Y69. 0（4）取螺旋角系數(shù) Y9 . 0（5）許用彎曲應(yīng)力FFNFSYlim 取彎曲疲勞極限應(yīng)力MPaF220lim 取壽命系數(shù) Y， 取安全系數(shù) S 0 . 1N25. 1F 28 故 =1.0 FFNFSYlimMPa17625. 1/220 則 =4.29MPa176MPa=FYYYYbmdKTSF112F 故能滿足齒根彎曲疲勞極限。 設(shè)計(jì)合理。3.3.3 貨叉內(nèi)部鋼絲繩的選取校核 選取鋼絲繩 637 標(biāo)準(zhǔn)（GB 110274）鋼絲繩直徑 D=8.7由于伸縮貨叉式克服滾動(dòng)摩擦阻力很小，選取的鋼絲繩強(qiáng)度足夠。3.4 貨叉伸縮裝置中的 SEW 減速機(jī)的選取 齒輪 5 的轉(zhuǎn)速為min/42.2327214. 360/20100060100060rdvn 可取齒輪 5 與減速器的外端接口傳動(dòng)比 i=3. 且齒輪傳動(dòng)所需功率為 P=FV=3000.015KN5160/2010 其中摩擦阻力系數(shù)為 0.015 則選取減速型機(jī)號(hào)為 R147。 29第四章 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算首先，堆垛機(jī)的驅(qū)動(dòng)型式設(shè)計(jì)成“下部支承下部驅(qū)動(dòng)型” ，該型式的走行裝置安裝在下梁上，通過減速裝置驅(qū)動(dòng)走行輪，走行輪支承堆垛機(jī)的全部重量，在單軌上走行。4.1 堆垛機(jī)走行輪的設(shè)計(jì)計(jì)算及其校核走行輪有主動(dòng)輪與從動(dòng)輪各 1 個(gè)，由于堆垛機(jī)在操作貨叉時(shí)的反作用力會(huì)對(duì)走行輪產(chǎn)生側(cè)壓，為了防止走行輪由于側(cè)壓脫軌與走行中的爬行現(xiàn)象，需安裝側(cè)面導(dǎo)輪驅(qū)動(dòng)輪的末端齒輪采用輪軸直接連接的驅(qū)動(dòng)方式。走行輪的允許載重量等各參數(shù)間有下列關(guān)系式：Q堆垛機(jī)總重量估計(jì)為 3kg B鋼軌寬（cm） v走行速度為 4（m/s）每個(gè)行走輪所承受壓力Q =(Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7) 2 1500kg所以行走輪所承受輪壓 P =15KN,查文獻(xiàn)起重機(jī)械和吊裝表 85選擇直徑 D=250的輪子，其許用輪壓P=33KNP.軌道的選擇：由表 84，可選擇 P18 的鋼軌車輪的校核：已知 P18 鋼軌的曲率半徑 R=90,鋼制車輪與軌道點(diǎn)接觸應(yīng)力為：d =850其中32111PRrj(r1 =125 R =90 Pj =rKchI Px Px =15KW 為電動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)速度下時(shí)的靜功率，計(jì)算詳見行走機(jī)構(gòu) SEW 減速機(jī)選擇。r =0.8 KchI =1.0 ) 30代入公式Pj =12KW所以 d1391 N/2查表 88 可選擇材料是 45，ZG55;許用d 1700 N24.2 行走裝置的 SEW 減速機(jī)的選取 走行裝置在額定速度下必需的功率為：Px =10001FVm其中 m =1 V =4 m/s F =W摩擦 + W風(fēng) + W斜坡 = Q10其中后兩項(xiàng)為 0 =0.9 =0.015代入數(shù)據(jù)得F=450N 將此代回上式得Px =2KW選擇 SEW 減速機(jī)所需功率 PW =Kd PX Kd =3代入數(shù)據(jù)得 PW = 6 KW 查上海嘉田傳動(dòng)機(jī)械有限公司選型手冊(cè)選擇 SEW 減速機(jī)的型號(hào)為KA77 31第五章 堆垛機(jī)升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 升降機(jī)構(gòu)采用鋼絲繩卷筒裝置結(jié)構(gòu)，用鋼絲繩作柔性件，質(zhì)量輕，工作安全，噪聲小，其傳動(dòng)裝置一般裝在下部。卷筒為帶溝的圓筒，鋼絲繩在溝內(nèi)纏繞的方向與纏入溝內(nèi)的鋼絲繩方向之間的角度不超過 4 度。 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈：卷揚(yáng)機(jī) -鋼絲繩-貨臺(tái)。5.1 升降機(jī)構(gòu)零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算定滑輪的軸徑與輪徑的設(shè)計(jì)計(jì)算：則對(duì)定滑輪 n=1000 20/3.14d, p=700 10/2=3500N則 mm9 .28/3minnPCd選取滑輪的輪徑 D =180mm1則滑輪的轉(zhuǎn)速 n =127.39r/min1選取卷筒的直徑為 D =200mm,卷筒的軸徑取為 d=85mm2則卷筒的轉(zhuǎn)速 n = n D / D =63.7r/min2112每根鋼絲繩所承受的拉力為 F=700 10/4=1750N=1.75KN則手選鋼絲繩為第二組 6 19 類。選取鋼絲繩公稱直徑為 6.2mm，公稱抗拉強(qiáng)度為 1400MPa鋼芯鋼絲繩的最小破斷拉力為 20KN1.75KN,滿足要求。5.2 升降機(jī)構(gòu)的卷揚(yáng)機(jī)的選取將載荷 W+貨臺(tái)的自重 G 以速度 v 米/分提升時(shí)的功率為：=KW6120)(vGWLg7.61198. 0612020)30004000( 32由此，根據(jù)上海春鳳機(jī)械公司選型手冊(cè)選取卷揚(yáng)機(jī)型號(hào)為 JK1 型，額定功率為 5.5KW。 33結(jié) 論本次“雙立柱巷道堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)”屬于工程制圖設(shè)計(jì)，從門架設(shè)計(jì)以及幾個(gè)主要重點(diǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)著手，分析了堆垛機(jī)的運(yùn)行機(jī)理。論文首先從堆垛機(jī)的特點(diǎn)及組成形式開始，接著分析門架的受力情況及推導(dǎo)出門架的彎矩及撓度關(guān)系式，再設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，最終設(shè)計(jì)出了滿足承受重載，高而窄的雙立柱門架；詳細(xì)重點(diǎn)設(shè)計(jì)了貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先分析貨叉的受力圖，并推導(dǎo)出彎矩?fù)隙裙?，設(shè)計(jì)出貨叉的外部結(jié)構(gòu)尺寸，接著又設(shè)計(jì)校核了貨叉內(nèi)部零件的尺寸，最終設(shè)計(jì)出了滿足條件、靈活、適用、簡捷、方便的貨叉結(jié)構(gòu)，并選取出適宜的電機(jī)、減速器；介紹了堆垛機(jī)的升降機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并確定了尺寸及電機(jī)、減速器的選?。蛔詈?，設(shè)計(jì)出了一種體積小、靈敏度高、動(dòng)作可靠、帶柔性裝置的堆垛機(jī)安全機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，并給出詳細(xì)尺寸及夾軌原理。本次設(shè)計(jì)，囊括了大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的方方面面，是我在以后的學(xué)習(xí)工作之前，對(duì)各個(gè)學(xué)科課程的一次深入的綜合性的練習(xí)，鍛煉了自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，并為以后的工作學(xué)習(xí)打下良好的堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)是對(duì)四年以來學(xué)習(xí)的總結(jié)，并鍛煉了總體設(shè)計(jì)的能力。由于本人能力有限，以及時(shí)間上的倉促，設(shè)計(jì)中難免有考慮不周與設(shè)計(jì)不正確的地方，希望各位老師能夠給予諒解，并提出您的寶貴建議，我將不勝感激！ 34致 謝 能順利完成本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)，首先與 X 老師的悉心教導(dǎo)分不開的，在此，我先向 X 老師致以我深深的謝意！本次論文設(shè)計(jì)從論文的選題、撰寫、修改直到打印完成自始自終都是在X 老師的悉心指導(dǎo)和勉勵(lì)下完成的。X 老師淵博的學(xué)識(shí)、敏銳的思維、民主而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)使我受益非淺；梁老師一絲不茍的鉆研精神，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，執(zhí)著忘我的工作作風(fēng)，獨(dú)樹一幟的思維方式，無時(shí)無刻不在影響著我，讓我終身難忘。他的言傳身教，將永遠(yuǎn)指導(dǎo)著我今后的學(xué)習(xí)和工作。感謝機(jī)械教研室的諸位老師，在進(jìn)行畢業(yè)論文工作中所給予的幫助，他們的不倦教誨和點(diǎn)撥是我今日點(diǎn)滴知識(shí)的來源。感謝圖書館、資料室、微機(jī)室的各位老師的關(guān)心和幫助， 。還要感謝我的學(xué)友和朋友對(duì)我的關(guān)心和幫助，他們的啟發(fā)和友愛互助的精神給予我論文寫作極大的幫助。最后，再次向他們表示忠心的感謝！ 35參考文獻(xiàn) 1日吉國宏， 自動(dòng)化倉庫堆垛機(jī)設(shè)計(jì) ，北京：中國鐵道出版社，1979。2劉昌祺， 物流配送中心設(shè)計(jì) ，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001。3程育仁、繆龍秀、侯炳麟， 疲勞強(qiáng)度 ，北京：中國鐵道出版社，1990。4劉品、劉麗華、柳河、袁正友， 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ) ，哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000。5劉鴻文， 材料力學(xué) ，北京：高等教育出版社，1991。6邱宣懷主編 機(jī)械設(shè)計(jì)第四版，高等教育出版社。7周驥平、王崗， 機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù) ，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001 。8.機(jī)械設(shè)計(jì)聯(lián)合編寫組， 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1983。9.王麗潔、吳佩年， 畫法幾何及機(jī)械制圖 ， 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1998.4。10周奇才、黃孝民， 巷道堆垛機(jī)安全機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ，上海：上海鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，1995。11郭環(huán)、禹永偉， 自動(dòng)化立體倉庫中堆垛機(jī)的設(shè)計(jì) ，遼寧： 遼寧國能集團(tuán)鐵嶺精工機(jī)械有限公司，2002.3。 12董良、陸連、王宗彥， 堆垛機(jī)系列產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計(jì) ，山西：太原剛玉物流工程有限公司，2001。13.華玉潔主編， 起重機(jī)械與吊裝,化學(xué)工業(yè)出版社。14 Lubomir Janovsky. Elevator mechanical design principles and concepts. London:Englang Ellis Horwood Limitted,1987:117124,128131 3615 W.P.Dayawansa,D.cheng et al.Global(f,g)invariance of nonlinear systems.SLAMJ.Contr.Optimiz,1988.26:1119-1132.附錄SimulationSimulation modelmodel ofof multi-shuttlemulti-shuttle automatedautomated storagestorage andand retrievalretrieval systemssystems