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1 第一章 緒論 隨著世界經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)以及經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢(shì)的加強(qiáng) 各 國(guó)面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn) 在這種大形勢(shì)之下 現(xiàn)代物流作為工業(yè)化進(jìn)程中最為 經(jīng)濟(jì)合理的綜合服務(wù)模式和管理技術(shù)已被越來(lái)越多的企業(yè)所重視 隨著全球物流事業(yè)的 快速發(fā)展 物流系統(tǒng)的進(jìn)一步改善和合理性對(duì)優(yōu)化資源配置 提高企業(yè)生產(chǎn)率 降低生 產(chǎn)成本起著至關(guān)重要的作用 因此 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)也越來(lái)越受到青睞 其核心設(shè) 備 巷道堆垛起重機(jī)則是代表自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的標(biāo)志 對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的出入庫(kù)效率有重要 影響 本文從堆垛機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)入手 著重就堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行初步的研究 1 1 研究背景及意義 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)作為現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分 是一種多層存放貨物的高架倉(cāng) 庫(kù)系統(tǒng) 它是在不直接進(jìn)行人工干預(yù)的情況下由巷道堆垛機(jī)實(shí)現(xiàn)貨物的存儲(chǔ)和取出 整 個(gè)過(guò)程由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理和自動(dòng)控制系統(tǒng)完成 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)最早誕生在美國(guó) 進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代 在世界發(fā)展迅速 使用范圍涉及幾乎所有行業(yè) 它的出現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代工 業(yè)技術(shù)步入了一個(gè)加速發(fā)展的階段 自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)的研究對(duì)優(yōu)化資源配置 提高企業(yè) 生產(chǎn)率 降低生產(chǎn)成本有著非常重要的意義 堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中最重要的其重 堆垛設(shè)備 它能夠在倉(cāng)庫(kù)巷道中來(lái)回穿梭運(yùn)行 將位于巷道口的貨物存入貨格 或者從 貨格里取出貨物運(yùn)送到巷道口 我國(guó)于 1973 年開始研制 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) 我國(guó)目前已建成 300 多座立體倉(cāng)庫(kù) 目前 我過(guò)的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了與其他信息決策系統(tǒng)的集成 正在做智能控制和模糊控 制的研究工作 但同世界主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比 存在著一定的差距 總結(jié)經(jīng)驗(yàn) 查找 不足 勇于創(chuàng)新 不斷交流改進(jìn) 相信我們?cè)谠擁?xiàng)技術(shù)的研究上一定回取得突破性的進(jìn) 展 1 2 研究的內(nèi)容及設(shè)計(jì)思路 1 2 1 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 堆垛機(jī)的機(jī)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 3 堆垛機(jī)的行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 2 4 堆垛機(jī)的升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 5 堆垛機(jī)的安全機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 1 2 2 設(shè)計(jì)要求 為使堆垛機(jī)能夠準(zhǔn)確 快速 安全 自動(dòng)搬運(yùn)貨物出入庫(kù) 必須滿足以下設(shè)計(jì)要求 1 具備三維運(yùn)動(dòng)功能 即堆垛機(jī)沿巷道來(lái)回水平運(yùn)動(dòng) 載貨臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng) 貨叉沿貨 架方向伸縮運(yùn)動(dòng) 2 滿足一定的定位精度 重復(fù)定位精度誤差不能超過(guò) 10mm 3 具備安全保護(hù)措施 4 在滿足強(qiáng)度 剛度和可靠性的前提下 盡量減小堆垛機(jī)各部的 重量 以減小提 升功率和行走時(shí)的摩擦阻力 5 保護(hù)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境 避免貨物污染受損 1 3 研究的發(fā)展趨勢(shì) 以品種多 數(shù)量少 頻率高供給方式下的物流環(huán)境為背景 對(duì)于自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的 效能提出了越來(lái)越高的要求 早期的堆垛機(jī) 在橋式起重機(jī)的起重小車上懸掛一個(gè)門柱 利用貨叉在立柱上的上下運(yùn)動(dòng)及立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)搬運(yùn)貨物 通常稱之為橋式堆垛機(jī) 但通常由于立柱高度的限制 橋式堆垛機(jī)的作業(yè)高度不能太高 而巷道堆垛機(jī)沿貨架倉(cāng) 庫(kù)巷道內(nèi)的軌道運(yùn)行 使得作業(yè)高度提高 采用貨叉伸縮結(jié)構(gòu) 可以使巷道寬度變窄 提高自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的利用率 它適用于各種高度的高層貨架倉(cāng)庫(kù) 可以實(shí)現(xiàn)半自動(dòng) 全自動(dòng)和遠(yuǎn)距離高集中控制 日本大福公司于 1999 年在巷道堆垛機(jī)主體的高速化上下功夫 開發(fā)了 AS21 模式 AS21 模式是以高效率動(dòng)作為基礎(chǔ) 在高效能化 縮短循環(huán)時(shí)間 方面引用的一個(gè)概念 使巷道堆垛機(jī)的高效能化技術(shù)得到了大幅度的提升 1 4 堆垛機(jī)所受載荷的簡(jiǎn)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) 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 3 作 其鋼結(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(jiǎn)化的基本方法作一一說(shuō)明 1 起重重量 PL 實(shí)際起重重量包括貨叉 附件重量和額定重量之和 用 SL 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 LPS 式中 稱為沖擊系數(shù) 與堆垛機(jī)分類有關(guān) 見表 1 1 I 類 II 類 III 類 IV 類1 1 25 1 41 6 表 1 1 堆垛機(jī)分類 工作時(shí)間 載荷 長(zhǎng) 中 短 輕 I 中 I 重 II 2 水平載荷 SH 堆垛機(jī)沿水平方向加減速行走或制動(dòng)時(shí) 其自身質(zhì)量及起重質(zhì)量必然會(huì)產(chǎn)生與其加 速度有關(guān)的水平慣性力 即 式中 稱為動(dòng)載荷系數(shù) 由于加速度的不確定LS 性 一般用額定速度 v 來(lái)確定 水平行走時(shí) 0 5 3 風(fēng)力載荷 SW 風(fēng)力載荷 SW 為風(fēng)壓力 q 與受風(fēng)面積的乘機(jī) 即 堆垛機(jī)工作時(shí) 風(fēng)壓力WSqA 非工作狀態(tài) 風(fēng)壓力 式中 h 為吊具高度 單位取 mm 4172 qh 418 4 起升沖擊載荷 SR 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 的不同組合 GS A 正常工作狀態(tài) GLHMS B 特殊工作狀態(tài) WS C 起升工作狀態(tài) S G SL SH 4 D 停止 S G SW 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) I 類 M 1 0 II 類 M 1 05 III 類 M 1 1 IV 類 M 1 20 第二章 堆垛機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)堆垛機(jī)廠家的分類和型號(hào) 結(jié)合堆垛機(jī)的具體工作環(huán)境 本次設(shè)計(jì) 的單立柱有軌巷道式堆垛機(jī)主要用于起重量在 15kg 起升高度在 0 8 米的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) 里 采用此設(shè)備便于實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)的綜合機(jī)械化 自動(dòng)化 2 1 堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)組成 堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)主要有三個(gè)機(jī)構(gòu)組成 整體結(jié)構(gòu)如圖 2 1 所示 圖 2 1 單立柱堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)圖 1 升降機(jī)構(gòu)有電動(dòng)機(jī) 制動(dòng)器 減速器 卷筒 鋼絲繩及防落安全裝置組成 升 降機(jī)構(gòu)的工作速度一般控制在 15 25m min 最高可達(dá) 45m min 設(shè)計(jì)時(shí)選取 20m min 2 行走機(jī)構(gòu)有電動(dòng)機(jī) 聯(lián)軸器 制動(dòng)器 減速器和行走輪組成 在其頂部設(shè)置導(dǎo) 向輪沿固定在貨架上弦的上軌道導(dǎo)行 下軌道設(shè)置兩個(gè)行走輪沿敷設(shè)在地面上的單軌運(yùn) 行 為防止堆垛機(jī)出現(xiàn)脫軌或側(cè)翻現(xiàn)象 在其車輪兩側(cè)裝有側(cè)面導(dǎo)向輪 行走機(jī)構(gòu)的工 作速度依據(jù)巷道長(zhǎng)度和物料出入庫(kù)頻率而定 正常工作速度控制在 50 100m min 最高可 達(dá)到 180m min 設(shè)計(jì)時(shí)選取 80m min 本堆垛機(jī)將采用交流變頻調(diào)速方式 在交流異步 5 電動(dòng)機(jī)的諸多調(diào)速方法中 變頻調(diào)速的性能最好 調(diào)速范圍大 穩(wěn)定性好 運(yùn)行效率高 3 貨叉伸縮機(jī)構(gòu)是堆垛機(jī)的取放物料裝置 它有上叉 中間叉 固定叉 滾動(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) 30m min 設(shè)計(jì)時(shí)選取 10m min 2 2 單立柱有軌巷道式堆垛機(jī)的特點(diǎn) 由于使用場(chǎng)合的限制 本單立柱巷道式堆垛機(jī)在結(jié)構(gòu)和性能方面具有以下幾個(gè)特點(diǎn) 1 由于機(jī)架采用單立柱結(jié)構(gòu) 整機(jī)重量小 結(jié)構(gòu)緊湊 作業(yè)時(shí) 駕駛員的視野較 好 但由于載貨臺(tái)和貨物對(duì)單立柱的幾何力矩作用可能會(huì)造成立柱的扭曲和變形 使整 機(jī)剛性較差 2 本堆垛機(jī)沿著巷道天地軌運(yùn)行 其作業(yè)具有三個(gè)方向動(dòng)作 水平行走為 x x 方向 能把貨物送到任意一列 垂直升降為 y y 方向 能把貨物提升到任意一層 貨叉伸縮為 z z 方向 能存取貨物 3 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 4 采用專門的叉取貨物的裝置 常用多節(jié)伸縮貨叉或貨板機(jī)構(gòu) 5 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)確的要求 6 為保證人生和設(shè)備的安全 堆垛機(jī)必須配備有硬件及軟件的安全保護(hù)裝置 控 制系統(tǒng)應(yīng)具有一系列連鎖保護(hù)措施 此外 在電氣柜上設(shè)置報(bào)警系統(tǒng) 當(dāng)堆垛機(jī)出現(xiàn)故 障或探測(cè)器發(fā)現(xiàn)異常情況發(fā)出報(bào)警 2 3 堆垛機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu) 機(jī)架是堆垛機(jī)的主要承載構(gòu)件 主要由立柱和上 下橫梁聯(lián)接而成 通常有單柱式和 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 立柱上附加導(dǎo)軌 使載貨臺(tái)沿導(dǎo)軌上下升降 同時(shí)還能夠靠地上和頂上的導(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 在機(jī)架上安裝有升降 走行等機(jī)械裝置 以及配置有電氣控制開關(guān) 安全保護(hù)裝置 等 下部支承式的集中放在機(jī)架的下部 由于載貨臺(tái)與貨物對(duì)單立柱的力矩作用 以及走行時(shí)起動(dòng) 制動(dòng)及加減速產(chǎn)生的水 6 平慣性力的作用 對(duì)立柱會(huì)產(chǎn)生動(dòng) 靜方面的影響 機(jī)架在通道的縱向發(fā)生撓曲 整個(gè) 機(jī)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(zhǎng)的伸縮叉的前端的撓度增大 當(dāng)柱端振動(dòng)和貨叉前端的 撓度一超過(guò)極限 就成為堆垛機(jī)自動(dòng)定位的障礙 所以機(jī)架應(yīng)滿足足夠的強(qiáng)度和剛度要 求 本次設(shè)計(jì)中采取立柱下部支承式 采用優(yōu)質(zhì)鋼材焊接而成牢固結(jié)構(gòu) 當(dāng)拼裝成型后 必須調(diào)整立柱的垂直度 以補(bǔ)償在貨架頂部載貨時(shí)造成立柱的彈性變形 1 2 4 堆垛機(jī)起升機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì) 為了使堆垛機(jī)上貨物的存取機(jī)構(gòu)做升降運(yùn)動(dòng) 需要設(shè)計(jì)一個(gè)升降機(jī)構(gòu) 用以滿足該 功能要求 起升機(jī)構(gòu)主要包括 電動(dòng)機(jī) 減速器 制動(dòng)器 卷筒 柔性件 導(dǎo)軌組成 起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)是通過(guò)減速裝置使卷筒轉(zhuǎn)動(dòng) 使柔性件卷入卷筒 柔性件機(jī)通過(guò)架立柱 頂部的定滑輪與載貨臺(tái)相連 因此柔性件牽引載貨臺(tái)上升 當(dāng)?shù)竭_(dá)指定的貨格位置時(shí) 制動(dòng)器動(dòng)作 使載貨臺(tái)平穩(wěn) 準(zhǔn)確地停住 2 4 1 柔性件的選取 在堆垛機(jī)的起升機(jī)構(gòu)里需要靠柔性件來(lái)來(lái)起吊貨物 目前 起重機(jī)常用的柔性件主要 有鋼絲繩和鏈條 鋼絲繩與鏈條相比 其優(yōu)點(diǎn)在于 強(qiáng)度高 承載能力大 彈性好 能 承受較大的沖擊 自重較輕 工作可靠 在破斷以前 外面的鋼絲先斷裂和松散 因此 容易發(fā)現(xiàn)和更換 安全可靠 及少驟然折斷 成本較低 高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)工作平穩(wěn) 無(wú)噪音 等 綜上所述 通過(guò)分析比較 設(shè)計(jì)中確定選用鋼絲繩作為起升機(jī)構(gòu)的柔性件 2 4 2 卷筒的選取 為了卷繞和容納鋼絲繩 通過(guò)對(duì)鋼絲繩的收放 需要設(shè)置卷筒裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能 在起重機(jī)械中 主要采用圓柱形的鋼絲繩卷筒 按鋼絲繩在卷筒卷繞層數(shù)的不同可有以 下兩種備選方案 方案一 單層卷繞卷筒 方案二 多層卷繞卷筒 方案對(duì)比 單層卷繞卷筒表面通常切有螺旋形繩槽 鋼絲繩依次排列其內(nèi) 繩槽節(jié) 距比鋼絲繩直徑稍大 繩槽半徑比鋼絲繩半徑梢大 這樣增了鋼絲繩與卷筒的接觸面積 防止卷繞過(guò)程中相鄰鋼絲繩間的相互摩擦 從而可以延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命 但當(dāng)起升 7 重物量增加 需要較長(zhǎng)的鋼絲繩時(shí) 卷筒的長(zhǎng)度和直徑都將有所增加 多層卷繞卷筒雖 可以減少卷筒的長(zhǎng)度 但由于鋼絲繩所受的擠壓力大 相互摩擦力大 使鋼絲繩的壽命 降低 此外 如果卷筒卷速不變 由于鋼絲繩每層卷繞半徑不等 鋼絲繩的卷繞速度或 作用卷筒上的外力矩就隨卷繞層數(shù)變化 運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)不平穩(wěn) 綜上所述 結(jié)合堆垛機(jī)具體使用場(chǎng)合和性能要求 本設(shè)計(jì)中選擇單層卷繞圓柱形卷 繞卷筒 2 4 3 電動(dòng)機(jī)的選取 一般工廠里都有交流電網(wǎng)提供三相交流電 其成本低 啟動(dòng) 制動(dòng) 調(diào)速方便 機(jī)械 活動(dòng)范圍廣 故選取電動(dòng)機(jī)作為起升機(jī)構(gòu)的原動(dòng)機(jī) 按電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)不同可有以 下兩種備選方案 2 方案一 繞線式異步電機(jī) 方案二 鼠籠式異步電機(jī) 方案對(duì)比 繞線式異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻可以調(diào)節(jié) 因此起動(dòng)電流不是很大 通常不 會(huì)超過(guò)額定電流的 2 2 5 倍 而且也便于調(diào)速 鼠籠式異步電機(jī)的構(gòu)造簡(jiǎn)單 操縱方便 價(jià)格也較便宜 但起動(dòng)電流較大 達(dá)到額定電流的 4 6 倍 調(diào)速性能差 不能承受較頻 繁的起動(dòng) 通常只用在起動(dòng)不頻繁 功率較小的工作機(jī)構(gòu)中 根據(jù)具體工作環(huán)境 堆垛 機(jī)的啟動(dòng)負(fù)載大 啟動(dòng) 制動(dòng) 換向頻繁 要求有較高的工作穩(wěn)定性 綜合以上兩種方案的對(duì)比 本設(shè)計(jì)中選用允許有較大振動(dòng)和沖擊 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小 過(guò) 載能力大的 YZR 系列繞線型起重用三相異步電動(dòng)機(jī) 2 4 4 減速器的選取 在電動(dòng)機(jī)和卷筒之間需要設(shè)計(jì)一個(gè)傳動(dòng)裝置用以傳遞運(yùn)動(dòng)和作用 并藉以改變運(yùn)動(dòng) 的形式 速度大小和轉(zhuǎn)矩的大小 本設(shè)計(jì)中采用減速器作為起升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置 1 傳動(dòng)方式的選擇 起重機(jī)械中常有以下四種備選方案 方案一 二級(jí)圓柱齒輪減速器 方案二 蝸輪減速器 方案三 行星齒輪減速器 方案對(duì)比 二級(jí)圓柱齒輪減速器效率高 功率范圍大 現(xiàn)已標(biāo)準(zhǔn)化 因而使用范圍 8 普遍 蝸輪減速器雖然結(jié)構(gòu)尺寸小 傳動(dòng)比較大 重量輕 但效率低 壽命較短 在長(zhǎng) 期連續(xù)使用時(shí)就顯得不經(jīng)濟(jì) 一般只用于小型起重機(jī) 行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)緊湊 傳 動(dòng)比也較大 但價(jià)格比較昂貴 綜上所述 從產(chǎn)品的成本 性能和具體使用場(chǎng)合考慮 本設(shè)計(jì)中選取二級(jí)圓柱齒輪 減速器 2 輸出 入 軸的配置 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)輸出 入 軸有以下四種備選方案 方案一 展開式 特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 但齒輪相對(duì)與軸承的位置不對(duì)稱 因此要求軸有較大的剛度 高 速級(jí)齒輪布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端 這樣 軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭矩變形和軸在彎矩作 用下產(chǎn)生的彎曲變形可部分的相互抵消 以減緩沿齒寬分布不均勻的現(xiàn)象 用于載荷比 較平穩(wěn)的場(chǎng)合 高速級(jí)一般做成斜齒 低速級(jí)一般做成直齒 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 應(yīng)用廣泛 方案二 分流式 特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 但由于齒輪相對(duì)于軸承對(duì)稱布置 與展開式相比載荷沿齒寬分布 均勻 軸承受載較均勻 適用于變載荷的場(chǎng)合 高速級(jí)一般用斜齒 低速級(jí)可用直齒或 人字齒 方案三 同軸式 特點(diǎn) 減速器橫向尺寸較小 兩對(duì)齒輪浸入油中深度大致相同 但軸向尺寸和重量 都較大 且中間軸較長(zhǎng) 剛度差 沿齒寬載荷分布不均勻 高速軸的承載能力難于充分 利用 方案四 同軸分流式 特點(diǎn) 每對(duì)嚙合齒輪僅傳遞全部載荷的一半 輸入軸和輸出軸只承受轉(zhuǎn)矩 中間軸 只承受全部載荷的一半 故與傳遞同樣功率的其他減速器相比 軸頸尺寸可以縮小 綜上所述 對(duì)比四種方案的特點(diǎn) 從堆垛機(jī)本身的工作場(chǎng)合考慮 本設(shè)計(jì)最終確定 選用展開式二級(jí)圓柱齒輪減速器 3 輸入 輸出端的形式 輸入端采用帶專用聯(lián)軸器的輸入軸 輸出軸為空心軸 用聯(lián)軸器與卷筒相連 4 潤(rùn)滑方式的選擇 因?yàn)榻蜐?rùn)滑具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 潤(rùn)滑可靠 成本較低的優(yōu)點(diǎn) 因此本設(shè)計(jì)中采用浸油 潤(rùn)滑的潤(rùn)滑方式 9 2 4 5 制動(dòng)器的選取 堆垛機(jī)在工作過(guò)程中 為了使存取的重物的升降運(yùn)動(dòng)能夠停止或者支持重物并使其保 持在空中 需要在起升機(jī)構(gòu)中設(shè)置一個(gè)制動(dòng)器來(lái)保證堆垛機(jī)工作的安全性和可靠性以及 實(shí)際工作特點(diǎn)的要求 一般規(guī)定 提升裝置的制動(dòng)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)為相當(dāng)于額定載重量 的貨物被吊起時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩值的 1 5 倍以上 3 通常情況 制動(dòng)器按其構(gòu)造形式可有以下三種備選方案 方案一 帶式制動(dòng)器 方案二 塊式制動(dòng)器 方案三 盤式制動(dòng)器 方案對(duì)比 帶式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 緊湊 制動(dòng)力矩較大 但是制動(dòng)時(shí)軸上產(chǎn)生較大 的彎曲載荷 制動(dòng)帶磨損不均勻 塊式制動(dòng)器工作可靠 兩個(gè)對(duì)稱的瓦塊磨損均勻 制 動(dòng)力矩大小與旋轉(zhuǎn)方向無(wú)關(guān) 制動(dòng)輪軸不受彎曲作用 但缺點(diǎn)是制動(dòng)力矩較小 與帶式 制動(dòng)器相比其結(jié)構(gòu)尺寸較大 盤式制動(dòng)器制動(dòng)平穩(wěn) 制動(dòng)輪軸不受彎曲作用 可用較小 的軸向壓力產(chǎn)生較大的制動(dòng)力矩 使堆垛機(jī)的機(jī)構(gòu)布置很緊湊 目前應(yīng)用也比較廣泛 綜上所述 也同時(shí)為了滿足升降機(jī)構(gòu)必須要有足夠的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求 本設(shè)計(jì)中選 用常閉盤式制動(dòng)器 2 5 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì) 要滿足堆垛機(jī)能夠在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的貨架巷道里來(lái)回穿梭運(yùn)行 實(shí)現(xiàn)貨物的存取 要求 需要設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu) 主要包括 電動(dòng)機(jī) 減速器 制動(dòng)器 行走車輪 2 5 1 驅(qū)動(dòng)方式的選取 方案一 地面驅(qū)動(dòng)式 行走機(jī)構(gòu)安裝在下橫梁上 行走軌道鋪設(shè)在地面上 堆垛機(jī)靠下部的車輪支承和驅(qū) 動(dòng) 上部的導(dǎo)向輪用以防止堆垛機(jī)的傾倒或擺動(dòng) 這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)在于 驅(qū)動(dòng)裝置 由于裝在下橫梁上 容易保養(yǎng)維護(hù) 使用方便 起重范圍大 應(yīng)用比較廣泛 適合于各 種高度的立體倉(cāng)庫(kù) 方案二 上部驅(qū)動(dòng)式 該驅(qū)動(dòng)方式又可分為懸掛式和支承式兩種結(jié)構(gòu)形式 行走機(jī)構(gòu)安裝在堆垛機(jī)門架的 上部 在地面上也沒有導(dǎo)軌 使門架下部的導(dǎo)軌以一定的間隙夾持在導(dǎo)軌的兩側(cè) 從而 10 防止堆垛機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的擺動(dòng)和傾斜 其升降裝置也安裝在門架的上部 這種驅(qū)動(dòng)方式 的優(yōu)點(diǎn)在于 在設(shè)計(jì)機(jī)架 即 金屬結(jié)構(gòu) 時(shí) 可不考慮橫向的彎曲強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)的自 重可以減輕 加減速時(shí)的慣性和擺動(dòng)小 穩(wěn)定靜止所需的時(shí)間就短 但是由于行走 升 降等驅(qū)動(dòng)裝置都安裝在堆垛機(jī)上部 保養(yǎng) 檢查與維修必須在高空作業(yè) 既不方便也不 安全 而且立體倉(cāng)庫(kù)的屋頂要承擔(dān)堆垛機(jī)的全部移動(dòng)載荷重 從而增加了屋頂結(jié)構(gòu)和貨 架的重量 綜合以上兩種方案的對(duì)比 結(jié)合設(shè)計(jì)題目的要求 本設(shè)計(jì)中的驅(qū)動(dòng)型式采用 下部 支承地面驅(qū)動(dòng)型 4 2 5 2 車輪的的設(shè)計(jì) 為使堆垛機(jī)能夠在軌道上平穩(wěn)運(yùn)行 因此必須依靠車輪來(lái)實(shí)現(xiàn)這一運(yùn)動(dòng) 通常 車輪的形式有帶輪緣和無(wú)輪緣兩種 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中將采用貨叉作業(yè) 這樣將 會(huì)產(chǎn)生啃軌現(xiàn)象 嚴(yán)重時(shí)使車輪與軌道劇烈磨損 并且大大增加附加載荷 使堆垛機(jī)運(yùn) 行扭擺 發(fā)出響聲 影響其正常工作 甚至出現(xiàn)開不動(dòng)和脫軌現(xiàn)象 因此 在設(shè)計(jì)中 在下軌道上設(shè)置圓柱形 無(wú)輪緣 車輪 設(shè)計(jì) 2 個(gè)行走輪 并在下軌道側(cè)面安裝 2 個(gè)側(cè) 面導(dǎo)向輪 上軌道設(shè)置 2 個(gè)有輪緣車輪作為導(dǎo)向輪 從而保證堆垛機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行 2 5 3 電動(dòng)機(jī)的選取 本設(shè)計(jì)中 行走機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)確定選用允許有較大振動(dòng)和沖擊 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小 過(guò)載 能力大的 YZR 系列繞線型起重用三相異步電動(dòng)機(jī) 2 5 4 減速器的選取 從堆垛機(jī)本身的工作場(chǎng)合考慮 本設(shè)計(jì)最終確定選用展開式一級(jí)圓柱齒輪減速器 2 5 5 制動(dòng)器的選取 堆垛機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中 為了滿足能夠減速停車的要求 需要在運(yùn)行機(jī)構(gòu)中設(shè)置一個(gè) 制動(dòng)器以便控制制動(dòng)力矩的大小 從而實(shí)現(xiàn)其功能 同時(shí)考慮堆垛機(jī)能平穩(wěn)工作 本設(shè) 計(jì)中確定選用盤式常開式制動(dòng)器 在走行方面的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩值的大小一般為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 的 100 即可 2 6 軌道的設(shè)計(jì)與安裝 11 本設(shè)計(jì)采用地面驅(qū)動(dòng)式 需要設(shè)計(jì)上 下軌道來(lái)支承起堆垛機(jī)的全部自重 并能使堆 垛機(jī)在其上順利運(yùn)行 目前 常用的軌道主要有以下三種 起重機(jī)鋼軌 鐵路鋼軌和方 鋼 綜合堆垛機(jī)的具體工作場(chǎng)合和性能要求 剛度強(qiáng)度的要求 并進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查進(jìn)行成 本考慮 上軌道可采用工字鋼 其具有良好的抗彎強(qiáng)度 常選用含 C Mn 較高的鋼材軋 制而成 下軌道可采用鐵路鋼軌中的輕軌 常選用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼 其頂部做成凸?fàn)畹?底部具有一定寬度 具有良好的抗彎強(qiáng)度 堆垛機(jī)軌道安裝的好壞直接影響到堆垛機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量 常用的安裝方法有 壓板固定法 鉤形螺桿固定 焊接和螺栓聯(lián)用固定 軌道的接頭采用焊接方式 其 順序是由上而下 先軌底后軌腰 軌頭 逐層逐道進(jìn)行堆焊 最后修補(bǔ)周圍 焊接時(shí)應(yīng) 注意以下問(wèn)題 1 在施焊前 固定鋼軌接頭時(shí) 2 根鋼軌端頭之間所留間隙是上寬下窄 以軌底間 隙為準(zhǔn) 一般控制在 15 18mm 之間 2 當(dāng)鋼軌端頭焊接完成后 應(yīng)采取熱處理來(lái)消除其應(yīng)力 可以用氣焊噴嘴圍繞軌頭 軌腰 軌底反復(fù)進(jìn)行加熱 5 2 7 堆垛機(jī)的控制裝置 自動(dòng)運(yùn)行的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)必須具有行走控制 升降控制 位置控制 速度控制 貨叉控制 安全保護(hù)功能 自我診斷故障的功能等多種控制功能 6 1 位置功能 位置控制就是確定堆垛機(jī)停止在作業(yè)位置的功能 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)一般都采用高層貨架結(jié)構(gòu) 以 X Y Z 坐標(biāo)表示貨架的行 列 段 的方向 用三維坐標(biāo)表示貨物的位置 為了自動(dòng)確定位置 也就是為了在某一位置發(fā)出 減速指令使堆垛機(jī)減速 在規(guī)定位置發(fā)出停機(jī)信號(hào) 就必須檢測(cè)現(xiàn)在的位置 本設(shè)計(jì)中 位置的檢測(cè)可由在個(gè)坐標(biāo)軸上按一定的間隔裝設(shè)的傳感器來(lái)進(jìn)行檢測(cè) 2 速度控制 速度控制包括對(duì)提高作業(yè)效率有關(guān)的高速度 防止貨物倒塌以及不致于使堆垛機(jī)發(fā)生 沖擊的加速度和減速度 以及為便于高精度定位的最終穩(wěn)定微速度等的速度控制 3 貨叉控制 根據(jù)堆垛機(jī)出庫(kù)和入庫(kù)作業(yè) 伸縮貨叉向左側(cè)或右側(cè)進(jìn)行叉取操作的順序控制功能 4 全保護(hù)裝置 12 堆垛機(jī)的立柱高度達(dá) 2 米 載貨臺(tái)的升降速度也達(dá)到 20m min 而載貨臺(tái)是沿堆垛機(jī) 立柱的導(dǎo)軌上下運(yùn)行的承載結(jié)構(gòu) 上有貨叉機(jī)構(gòu) 駕駛室等 為了保證堆垛機(jī)正常工作 確保操作人員的人身和貨物的安全 其上必須配備完善的安全保護(hù)裝置 本設(shè)計(jì)中設(shè)置 以下幾種保護(hù)裝置 1 機(jī)貨叉上 下限自動(dòng)停止保護(hù) 在堆垛機(jī)貨叉在進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)時(shí) 不能超過(guò)導(dǎo)軌的上端和下端極限 因此可以在上 下端各設(shè)置一個(gè)限位開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能 2 載貨臺(tái)負(fù)荷限制 在載貨臺(tái)超載時(shí) 發(fā)出報(bào)警信號(hào)并切斷起升機(jī)構(gòu)動(dòng)力 當(dāng)載貨臺(tái)被托住 鋼絲繩松 弛時(shí) 也會(huì)發(fā)出停止運(yùn)動(dòng)的報(bào)警信號(hào)并切斷動(dòng)力 因此可設(shè)置熱繼電器來(lái)作為檢測(cè)裝置 再安裝一個(gè)蜂鳴器作為警報(bào)提示 3 駕駛室的安全保護(hù) 為確保駕駛室里操作人員的人身安全 駕駛室門安全與否非常重要 可設(shè)置一個(gè)限 位開關(guān)來(lái)檢測(cè)為使堆垛機(jī)能夠在軌道上平穩(wěn)運(yùn)行 因此必須依靠車輪來(lái)實(shí)現(xiàn)這一運(yùn)動(dòng) 4 速度轉(zhuǎn)換裝置 當(dāng)堆垛機(jī)走到軌道的某一位置時(shí)應(yīng)以高 中 低速 的某一速度行進(jìn)時(shí) 就需要通過(guò) 速度裝換裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能 本設(shè)計(jì)中可以設(shè)置一個(gè)接近開關(guān) 5 貨叉保護(hù)裝置 其功能 若發(fā)現(xiàn)不安全則堆垛機(jī)就會(huì)完全停止工作 6 貨叉保護(hù)裝置 堆垛機(jī)在進(jìn)行工作過(guò)程中 為了確保當(dāng)貨叉伸縮到一定位置時(shí)就回自動(dòng)停止 可設(shè) 置一個(gè)機(jī)械制動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能 7 載貨臺(tái)斷繩保護(hù)裝置 當(dāng)鋼絲發(fā)生繩斷裂時(shí) 能夠自動(dòng)可靠的將載貨臺(tái)停止 避免溜車或墜車事故的發(fā)生 因此對(duì)這種安全保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)要求是靈敏度高 作用可靠 沖擊小 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 本設(shè) 計(jì)中采取連桿凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能要求 一旦鋼絲繩斷裂 彈簧通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)使凸 輪卡在升降機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌里阻止載貨臺(tái)墜落 正常工作時(shí) 提桿平衡載貨臺(tái)及其上貨物的 質(zhì)量 彈簧處于壓縮狀態(tài) 凸輪與升降機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌分離 13 第三章 堆垛機(jī)機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 3 1 機(jī)架立柱的尺寸設(shè)計(jì) 堆垛機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)如下 Q 上梁及附件重量 1 Q 貨臺(tái) 貨物 附件及搭乘人員的總重量 2 Q 電氣控制盤的重量 3 Q 卷?yè)P(yáng)裝置的重量 4 q 柱的單位長(zhǎng)度的平均重量 L 立柱的高度 E 彈性模量 依材料而定 許用應(yīng)力 堆垛機(jī)的立柱應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠?因此 為解決該類問(wèn)題 本設(shè)計(jì)中 按強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)設(shè)計(jì)截面尺寸 設(shè)計(jì)時(shí) 初取橫截面的長(zhǎng) 寬之比為 b h 1 2 初選 截面為矩形的鋼管作為立柱材料 堆垛機(jī)的受力分析如圖 3 1 所示 7 圖 3 1 立柱受力分析圖 立柱可以簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁來(lái)計(jì)算 立柱的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 式 3 1 max WM 14 自重引起的彎矩 2160 195 68qMl KNm 載荷 包括 Q Q Q Q 引起的彎矩 1234 20hL 33hQL 441018 9hKNmL 因此立柱中央截面的總彎矩 M 總 M q 5 95 118 9 124 85 KN m 抗彎截面系數(shù) 式 3 2 26bhW 3 將 3 2 式帶入 3 1 式得 33618 902bm h 3 2 機(jī)架的上 下橫梁設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)時(shí)初選槽鋼 高 腿長(zhǎng) 腰厚 截面面積 28 83 單位長(zhǎng)度重量2073 22 63kg m q 22 63 7kg m 486Icm 對(duì)其進(jìn)行剛度校核 上 下橫梁應(yīng)滿足剛度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 max 許用轉(zhuǎn)角 將上 下橫梁簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁進(jìn)行計(jì)算 324qlEI 滿足剛度要求 因此最終確定選用槽鋼 70 15 第四章 堆垛機(jī)伸縮貨叉機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 4 1 伸縮貨叉的撓度與強(qiáng)度 伸縮貨叉各尺寸表示如圖 4 1 所示 圖 4 1 伸縮貨叉的結(jié)構(gòu)尺寸 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)貨叉前端的擾度 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 分別為固定叉 中間叉 上叉的重力方向的慣性矩123 E 材料的彈性模量 4 1 1 下叉的受力分析計(jì)算 如圖 4 2 所示 16 圖 4 2 下叉受力分析圖 進(jìn)行受力分析時(shí) 在 AC 段內(nèi)取距 A 端為 x 的任意截面為研究對(duì)象 則該截面上產(chǎn)生 的反力 P W l b 12 a x l 時(shí)的彎矩方程為 0 10 PbxMal 用積分法求得起其轉(zhuǎn)角為 dx x a 式 4 1 1 0 xEI10 12Ip0 3lbx2 撓度為 x x a 式 4 2 01xMdI 01bIp0 3l3 當(dāng) x 0 時(shí) A 端的截面轉(zhuǎn)角 b 式 4 3 1006paEI l 當(dāng) x l 時(shí) 將式 3 代入式 2 和式 1 中 分別算得在 c 點(diǎn)處的轉(zhuǎn)角和撓度 0 01 6pablEI 103 6palI 4 1 2 中叉的受力分析計(jì)算 如圖 4 3 所示 因載荷 W 的作用 在 b 間產(chǎn)生反力 P P 12x 圖 4 3 中叉受力分析圖 17 進(jìn)行受力分析時(shí) 在 BF 段內(nèi)取距左端為 x 的任意截面為研究對(duì)象 當(dāng) 時(shí) 可算得其轉(zhuǎn)矩方程為 0lxa 21WlMPb 用積分法算出其轉(zhuǎn)角為 式 4 4 dx 2lEI 0 撓度為 式 4 5 326WlIb 0 當(dāng) x b 時(shí) B 端的截面轉(zhuǎn)角 式 4 6 20lEI 當(dāng) x b 時(shí) 將式 4 6 代入式 4 4 和式 4 5 中 分別算得此段的轉(zhuǎn)角和撓度 223WlbI 223lbI 如圖 4 4 所示 將 b 段作為剛性 c 點(diǎn)作為固定端 即視為懸臂梁 考慮 并設(shè)由于 W 在中叉產(chǎn)生的反力為 和 而由這些反力作用在貨叉前端產(chǎn)生的擾度為分別為 和3P4 3 4 e2 圖 4 4 中叉受力分析圖 轉(zhuǎn)矩方程為 M x d x3P 4 以固定端 E 視為坐標(biāo)原點(diǎn) 算得 eWd 以固定端 D 視為坐標(biāo)原點(diǎn) 算得 4 18 用積分法算出其撓度為 當(dāng) x l 時(shí) 代入式 4 7 算得 1 e d e l d 326WEId 31l2 式 4 8 402xM 222 exdex 當(dāng) x l 時(shí) 代入式 4 8 算得 1 e l d e d l 42WEId 1221 所以 431 l 4 1 3 上叉的設(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 撓度為 受力分析34 5 5 如圖 4 5 所示 圖 4 5 上叉受力分析圖 轉(zhuǎn)矩方程為 eWMxd 用積分法算出其轉(zhuǎn)角為 式 4 9 x 23eEI 0 撓度為 x 式 4 10 36eWId0 當(dāng) x d 時(shí) D 端的截面轉(zhuǎn)角 式 4 11 03eEI 當(dāng) x d 時(shí) 將式 4 11 代入式 4 9 和式 4 10 中 分別算得此段的轉(zhuǎn)角和撓度 19 l l 53eWdEI 53eWdEI 1 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 總 12345 第五章 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 5 1 行走機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的選取 行走機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)所需的功率為可按下式計(jì)算 KW 式 5 1 10jFvP 式中 行走阻力 v 行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度jF 行走機(jī)構(gòu)的總效率 一般可取 0 85 0 95 由上式可知 現(xiàn)須確定行走阻力的大小 可按下式計(jì)算 N 式 5 2 fQj kDdGF 2 式中 堆垛機(jī)的額定起重量和自重之和 GFQ 軸承摩擦系數(shù) 查表選取 0 1 f 車輪滾動(dòng)阻力系數(shù) 查表選取 0 3 D 車輪直徑 d 軸徑 阻力摩擦系數(shù) 查表選取 1 5 fk 將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入式 5 2 中 算得 2005N 并將其結(jié)果帶入式 5 1 最后算jF 得所需電動(dòng)機(jī)的功率 P 2 9KW 因此選擇型號(hào)為 Y112M 轉(zhuǎn)速為 1440r min 額定功率為 4KW 效率為 90 且 4 90 3 6 可選 2 9KW 5 2 行走機(jī)構(gòu)減速器的選取 20 行走機(jī)構(gòu)中的減速器可根據(jù)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比從標(biāo)準(zhǔn)中選用 9 行走機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比由下式確定 式 5 7 mni 式中 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 車輪的轉(zhuǎn)速mnn 代入相關(guān)數(shù)據(jù)到式 5 7 中算得 1406 7523i 可選取減速器的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)為 ZDY160 低速級(jí)中心距為 160 5 3 行走機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器的具體規(guī)格根據(jù)載荷情況 計(jì)算轉(zhuǎn)矩 軸直徑和工作轉(zhuǎn)速來(lái)選擇 計(jì)算轉(zhuǎn)矩 有下式確定 式 5 8 cATK nP 9502 9140 3Nm 工作情況系數(shù) 取 2 3 則 2 3 19 23 44 24AKc 由設(shè)計(jì)手冊(cè)選取彈性柱銷聯(lián)軸器 TL8 它的許用轉(zhuǎn)矩為 710 半聯(lián)軸器材料為鋼 時(shí) 許用轉(zhuǎn)速為 3000r min 21 第六章 堆垛機(jī)升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 6 1 升降機(jī)構(gòu)零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 6 1 1 鋼絲繩的計(jì)算 起升機(jī)構(gòu)中鋼絲繩的直徑按最大靜載荷來(lái)確定 鋼絲繩中最大靜拉力可根據(jù)式 6 1 來(lái)確定 N 式 6 1 maxQBFS 式中 最大起升載荷 其中包括貨叉和附件重量 QF 滑輪組倍率 根據(jù)公式算得 a 為 2 a 滑輪組總效率 B 代入相關(guān)數(shù)據(jù)到式 6 1 中估算得鋼絲繩中最大靜拉力 875NmaxS 可根據(jù)式 6 2 確定鋼絲繩的直徑 mm 式 6 2 minaxdCS 式中 鋼絲繩最小直徑 mind C 與工作級(jí)別有關(guān)的選擇系數(shù) 本設(shè)計(jì)中選取 0 093 代入相關(guān)數(shù)據(jù)到式 6 2 中算得 2 75mm 故選擇鋼絲繩直徑為 3mm mind 6 1 2 卷筒的相關(guān)尺寸計(jì)算 卷筒的直徑可根據(jù)式 6 3 進(jìn)行計(jì)算 式 6 3 1minDhd 式中 卷筒的最小卷繞直徑 1minD h 與工作級(jí)別有關(guān)的選擇系數(shù) 本設(shè)計(jì)中選取 14 22 d 鋼絲繩的直徑 代入相關(guān)數(shù)據(jù)到式 6 3 中算得 38 5mm 設(shè)計(jì)中取 40mm 1minD 1minD 卷筒的壁厚可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 6 4 進(jìn)行計(jì)算 式 6 4 0 28 0 02 40 8 9mm 6 2 升降機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置的選取 6 2 1 電動(dòng)機(jī)的選擇 要將載貨臺(tái) 貨物 附件及搭乘人員以 20m min 的速度提升時(shí) 所選取的電動(dòng)機(jī)的功 率可根據(jù)式 6 6 進(jìn)行計(jì)算 式 6 6 601QFVP 式中 最大起升載荷 其中包括貨叉和附件重量 QF V 起升速度 設(shè)計(jì)中選取 20m min 機(jī)構(gòu)總效率 設(shè)計(jì)中取 0 9 代入相關(guān)數(shù)據(jù)到式 6 6 中算得 P 0 73KW 再根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別 作業(yè)特點(diǎn)以及電動(dòng)機(jī)的工作特性 所選擇的電動(dòng)機(jī)的額定 功率應(yīng)滿足式 6 7 KW 式 6 7 JPK 式中 電動(dòng)機(jī)的額定功率 JP 穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù) 查表選取該值為 0 80 K 代入相關(guān)數(shù)據(jù)算得 電動(dòng)機(jī)的額定功率 0 584WJ 由此 選擇型號(hào)為 Y90S 額定功率為 1 1KW 轉(zhuǎn)速為 1440r min 效率為 92 且 1 1 92 1 012 0 584KW 可選 6 2 2 減速器的選擇 升降機(jī)構(gòu)中的減速器可根據(jù)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比從標(biāo)準(zhǔn)中選用 升降機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比由下式確定 23 式 6 8 mni 式中 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 卷筒的轉(zhuǎn)速mnn 代入相關(guān)數(shù)據(jù)到式 6 8 中算得 321405i 可選取減速器的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)為 ZLY180 低速級(jí)中心距為 180 第七章 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 由上一章我們已經(jīng)了解了堆垛機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)中重要部件的組成原理 以及其機(jī)械保 護(hù)裝置 但是僅僅知道這些還是不夠的 堆垛機(jī)要想在人不直接參與的情況下對(duì)指定的 貨物進(jìn)行存取作業(yè) 還需要控制元器件以及相關(guān)程序?qū)ζ溥M(jìn)行控制和約束 機(jī)械部件和 控制系統(tǒng)的元器件在其正常工作過(guò)程中就像軀體和思想靈魂的關(guān)系一樣 密不可分 缺 一不可 堆垛機(jī)正常工作的目的 是對(duì)指定的貨物進(jìn)行定向的存取 然而在眾多貨格中能夠 正常工作 這就需要堆垛機(jī)有能夠確認(rèn)貨格地址的功能 即堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的認(rèn)址 尋 址 而堆垛機(jī)準(zhǔn)確的行走到貨格前 叉車對(duì)貨物進(jìn)行精準(zhǔn)的存取 這就需要堆垛機(jī)有能 夠準(zhǔn)確停車的功能 即堆垛機(jī)的定位 7 1 堆垛機(jī)的位置檢測(cè) 自動(dòng)控制的堆垛機(jī)必須具有自動(dòng)認(rèn)址系統(tǒng) 自動(dòng)認(rèn)址系統(tǒng)可分為數(shù)字式和非數(shù)字式 兩大類 而數(shù)字式認(rèn)址又可分為相對(duì)數(shù)字認(rèn)址系統(tǒng)和絕對(duì)數(shù)字認(rèn)址系統(tǒng) 1 相對(duì)數(shù)字認(rèn)址系統(tǒng) 每個(gè)貨格都有一個(gè)層號(hào)以及一個(gè)列號(hào) 當(dāng)操作人員將貨格的 地址輸入的時(shí)候 計(jì)數(shù)器就記下了所輸入地址的列數(shù)和層數(shù) 從中減去堆垛機(jī)在接受這 個(gè)作業(yè)命令時(shí)所處位置的列數(shù)和層數(shù)后 其差值就分別代表堆垛機(jī)從目前所處位置走到 目的地址需沿巷道縱長(zhǎng)方向經(jīng)過(guò)的列數(shù)和沿垂直方向經(jīng)過(guò)的層數(shù) 堆垛機(jī)沿巷道運(yùn)行時(shí) 每經(jīng)過(guò)1個(gè)貨列就計(jì)1個(gè)數(shù) 計(jì)夠了一定的數(shù) 離目的地的距離 就減速 到達(dá)了目的地 就停止 在貨臺(tái)升降時(shí) 也用同樣的方法認(rèn)址 2 絕對(duì)數(shù)字認(rèn)址系統(tǒng) 每一個(gè)貨位的列數(shù)和層數(shù)分別用編碼表示 堆垛機(jī)運(yùn)行時(shí)就 用相應(yīng)的檢測(cè)裝置 對(duì)標(biāo)號(hào)牌進(jìn)行讀數(shù) 檢測(cè)所在的實(shí)際地址 然后送入地址運(yùn)算程序 24 與目的地址比較 當(dāng)其差值為一定數(shù)值時(shí)即進(jìn)行減速 差值為零時(shí) 發(fā)出機(jī)構(gòu)停止的信 號(hào) 3 非數(shù)字式認(rèn)址系統(tǒng) 在每個(gè)貨格前裝一個(gè)發(fā)號(hào)元件 如干簧管 當(dāng)堆垛機(jī)來(lái)到 目的地址前時(shí) 磁場(chǎng)使堆垛機(jī)上的檢測(cè)元件動(dòng)作 堆垛機(jī)即能確認(rèn)已到了目的地址 在本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)中我們采用絕對(duì)數(shù)字認(rèn)址系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的定位 在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中我們?cè)谒椒较虿捎脙蓪?duì)光電開關(guān)和認(rèn)址擋板的組合來(lái)進(jìn)行定位 兩對(duì)光電開關(guān)之間的距離為 180mm 擋光板的長(zhǎng)度為 200mm 運(yùn)行時(shí) 前面的光電 開關(guān)用來(lái)計(jì)數(shù) 一般的情況下是快速運(yùn)行 當(dāng)計(jì)數(shù)到位后 即第一個(gè)光電管被擋光 距準(zhǔn)確 位置還有 190mm 減速到慢速 再以慢速向前繼續(xù)運(yùn)行 當(dāng)后面的光電開關(guān)被擋光后剎車 定位 此種方法的定位精度為 10mm 允許最高速度為 400m min 此種定位方法的優(yōu) 點(diǎn)是 在運(yùn)行到位前 堆垛機(jī)是以較高的速度來(lái)接近目的地址 當(dāng)?shù)诙?duì)光電開關(guān)被擋 光后 再由慢速剎車定位 慢速運(yùn)行的時(shí)間可通過(guò)改變加速度的大小來(lái)實(shí)現(xiàn) 堆垛機(jī)的縱向定位我們也采用光電開關(guān)和認(rèn)址擋板組合定位 低位為放貨完畢收叉 或取貨開始伸叉的位置 髙位為取貨完畢收叉或放貨開始伸叉的位置 為了保證貨叉能 完成作業(yè) 堆垛機(jī)在垂直方向上必須要提供使貨叉能停在高位或低位的檢測(cè)裝置 所以 在堆垛機(jī)的升降臺(tái)上安裝三個(gè)光電開關(guān) 與升降臺(tái)一起上升下降 中間的一個(gè)共用 其 他兩個(gè)分別為上位置和下位置 存貨開始或取貨結(jié)束時(shí) 升降臺(tái)貨叉停在髙位置 下面 兩個(gè)光電開關(guān)處于認(rèn)址片內(nèi) 取貨開始或存貨結(jié)束時(shí) 貨叉停在低位置 此時(shí)上面兩個(gè) 光電開關(guān)處于認(rèn)址片內(nèi) 圖7 1 縱向認(rèn)址 在堆垛機(jī)運(yùn)行控制功能上 堆垛機(jī)的認(rèn)址是非常重要的部分 我們采用光電開關(guān)和 認(rèn)知擋板來(lái)實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中的定位 首先自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) 3 3 的貨格當(dāng)中以 6 個(gè)認(rèn)址設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) 9 個(gè)貨格的編號(hào) 橫 25 向認(rèn)址設(shè)備我們分別放在堆垛機(jī)的軌道和滑輪 堆垛機(jī)移動(dòng) 附近 來(lái)實(shí)現(xiàn)貨格列數(shù)的 編號(hào) 而縱向排數(shù)的編號(hào)我們則將認(rèn)址設(shè)備分別放在縱向立柱及滑軌之上 堆垛機(jī)收到信號(hào) 從入口 原零點(diǎn) 開始向目標(biāo)貨格進(jìn)軍 在橫向上 當(dāng)堆垛機(jī)前 光電開關(guān)接觸到認(rèn)址擋板時(shí)計(jì)數(shù) 當(dāng)前光電開關(guān)接觸到目標(biāo)貨格的認(rèn)址擋板時(shí) 計(jì)數(shù)器 動(dòng)作并開始減速 當(dāng)后光電開關(guān)也接觸到目標(biāo)認(rèn)址擋板時(shí) 發(fā)出停車信號(hào) 堆垛機(jī)停止 運(yùn)行 在縱向 以上光電開關(guān)接觸到認(rèn)址擋板為計(jì)數(shù)信號(hào) 在取貨定位時(shí)則以上光電開關(guān) 接觸到目標(biāo)認(rèn)址擋板 使得計(jì)數(shù)器開始動(dòng)作并且堆垛機(jī)開始減速 以光電開關(guān)上對(duì)準(zhǔn) 上光電開關(guān)和中光電開關(guān)都接觸到認(rèn)址擋板 作為停車信號(hào) 而在存貨定位時(shí) 也是 以上光電開關(guān)接觸到目標(biāo)認(rèn)址擋板 使得計(jì)數(shù)器開始動(dòng)作并且堆垛機(jī)開始減速 以光電 開關(guān)下對(duì)準(zhǔn) 下光電開關(guān)和中光電開關(guān)都接觸到認(rèn)址擋板 作為停車信號(hào) 而光電開關(guān) 的上 下對(duì)準(zhǔn)時(shí)堆垛機(jī)所行走的路程為堆垛機(jī)伸叉后提降貨物的行程 7 2 光電傳感器選擇 在本設(shè)計(jì)當(dāng)中 光電開關(guān)主要用于堆垛機(jī)的位置檢測(cè)和認(rèn)址以及對(duì)貨格有無(wú)貨物進(jìn) 行檢測(cè)的重要檢測(cè)部件 光電開關(guān)有很多種類型 按照檢測(cè)方式可分為漫反射式 對(duì)射式 鏡面反射式和槽 式光電開關(guān)四種類型 1 漫反射式光電開關(guān) 漫反射光電開關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器 當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)時(shí) 將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器 于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào) 當(dāng)被檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率極高時(shí) 漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測(cè)模式 如圖 7 2 為漫反射原理圖 圖 7 2 漫反射原理圖 2 鏡反射式光電開關(guān) 鏡反射式光電開關(guān)亦是集發(fā)射器與接收器于一體 光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)反 射鏡 反射回接收器 當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)且完全阻斷光線時(shí) 光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)開關(guān)信號(hào) 如圖 7 3 為鏡反射式光 電開關(guān) 26 圖 7 3 鏡反射式光電開關(guān) 3 對(duì)射式光電開關(guān) 對(duì)射式光電開關(guān)包含在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器 發(fā)射器 發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器 當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí) 光 電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào) 當(dāng)檢測(cè)物體是不透明時(shí) 對(duì)射式光電開關(guān)是最可靠的檢測(cè)模 式 圖 7 4 對(duì)射式光電開關(guān) 4 槽式光電開關(guān) 槽式光電開關(guān)通常是標(biāo)準(zhǔn)的 U 字型結(jié)構(gòu) 其發(fā)射器和接收器分別位于 U 型槽的兩邊 并形成一光軸 當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò) U 型槽且阻斷光軸時(shí) 光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)到的開 關(guān)量信號(hào) 槽式光電開關(guān)比較安全可靠的適合檢測(cè)高速變化 分辨透明與半透明物體 圖 7 5 槽式光電開關(guān) 在本設(shè)計(jì)中貨格貨物檢測(cè)我們采用漫反射式光電開關(guān) 認(rèn)址系統(tǒng)我們采用鏡反射式 光電開關(guān) 7 3 變頻器的選擇 變頻器的結(jié)構(gòu)及工作原理 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用把電壓 頻率固定不變的交流電變成電壓 頻率都可調(diào)的交流電源 現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交 直 交方式 VVVF 變頻或矢量控制變頻 先把工頻 交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源 然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率 電壓均可控制的 交流電源以供給電動(dòng)機(jī) 變頻器主要由整流 交流變直流 濾波 再次整流 直流變交流 制動(dòng)單元 驅(qū)動(dòng)單 27 元 檢測(cè)單元微處理單元等組成的 變頻器的類型繁多 目前市場(chǎng)上主流變頻器的基本結(jié)構(gòu)為 整流電路 直流中間電路 逆變電路 控 制 電 路 交流電 頻率和電壓可調(diào)的交流電 圖 7 6 變頻器的基本結(jié)構(gòu) 在本設(shè)計(jì)中 我選用三菱 FR A540 型全數(shù)字變頻器 它具有磁通矢量控制 轉(zhuǎn)差補(bǔ) 償 負(fù)載轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)等先進(jìn)功能 以最大限度地提高電機(jī)功率因數(shù)和電機(jī)效率 特別適 合交流感性類負(fù)載頻繁變化的場(chǎng)合 另外 FR A540 變頻器的起動(dòng) 制動(dòng)具有可任意調(diào) 節(jié)的 S 曲線和零頻仍可輸出 150 力矩的特點(diǎn) 控制精度可達(dá) 0 01 0 02 使得電機(jī)運(yùn) 行情況好 它可自學(xué)習(xí)所配電機(jī)的各個(gè)參數(shù) 精確控制任何品牌的電機(jī) 采用高性能 IGBT 載波頻率 20KHZ 從而使變頻器輸出一個(gè)不失真的正弦流波形 使電機(jī)始終運(yùn)行 于靜噪音狀態(tài) FR A540 變頻器的特點(diǎn)如下 1 包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化 2 有豐富的內(nèi)藏與選擇功能 3 由于采用了最新式的硬件 因此 功能全 體積小 4 保護(hù)功能完善 維修性能好 在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 選用低壓型 FR A540 型變頻器變頻的輸出電壓為 380 650V 輸 出功率為 0 75 400kW 工作頻率為 0 400Hz 它的主電路采用交 直 交電路 PLC 的選型 在進(jìn)行 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候 我們首先應(yīng)該確定的就是控制方案 接下來(lái)就是 PLC 的選型 在進(jìn)行設(shè)計(jì)選型時(shí)我們要重點(diǎn)參考工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求 因此 工 程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí) 應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn) 控制要求 明確控制任務(wù)和范圍確 定所需的操作和動(dòng)作 然后根據(jù)控制要求 估算輸入輸出點(diǎn)數(shù) 所需存儲(chǔ)器容量 確定 PLC 的功能 外部設(shè)備特性等 最后選擇有較高性能價(jià)格比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系 統(tǒng) 1 輸入輸出 I O 點(diǎn)數(shù)的估算 28 I O 點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?通常根據(jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù) 再增加 10 20 的 可擴(kuò)展 余量后 作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù) 實(shí)際訂貨時(shí) 還需根據(jù)制造廠商 PLC 的 產(chǎn)品特點(diǎn) 對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整 根據(jù)估算的方法故本課題的 I O 點(diǎn)數(shù)為輸入 40 點(diǎn) 輸出 21 點(diǎn) 2 存儲(chǔ)器容量的估算 存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小 程序容量是存儲(chǔ)器 中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小 因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量 設(shè)計(jì)階段 由 于用戶應(yīng)用程序還未編制 因此 程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的 需在程序調(diào)試之后才 知道 為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算 通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)替代 存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式 許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式 大體上 都是按數(shù)字量 I O 點(diǎn)數(shù)的 10 15 倍 加上模擬 I O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍 以此數(shù)為內(nèi)存的總字 數(shù) 16 位為一個(gè)字 另外再按此數(shù)的 25 考慮余量 因此本課題的 PLC 內(nèi)存容量選擇 應(yīng)能存儲(chǔ) 5000 條梯形圖 這樣才能在以后的改造過(guò)程中有足夠的空間 3 控制功能的選擇 該選擇包括運(yùn)算功能 控制功能 通信功能 編程功能 診斷功能和處理速度等特 性的選擇 4 PLC 的選擇 1 PLC 的類型 FX2 系列可編程控制器主機(jī)分為 16 24 32 64 80 128 點(diǎn)六檔 還有各種輸入 和輸出擴(kuò)展單元 這樣在增加 I O 點(diǎn)數(shù)時(shí) 不必改變機(jī)型 可以通過(guò)擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn) 降低 了經(jīng)濟(jì)投入 本課題設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)有輸入信號(hào) 40 個(gè) 輸出信號(hào) 21 個(gè) 其中 外部輸入元件包括 檢測(cè)元件 按鈕 取 送 急停 限位開關(guān) 超限位保護(hù)等等 輸 出有三個(gè)方向上三相異步電動(dòng)機(jī)的正反向 動(dòng)作指示 錯(cuò)誤顯示等等 按照上述配置 所選 I O 點(diǎn)不得低于 61 點(diǎn) 結(jié)合實(shí)際情況 所選 I O 點(diǎn)為 80 點(diǎn) 因此我所選型號(hào)為 FX2N 80MR 2 經(jīng)濟(jì)性的考慮 選擇 PLC 時(shí) 應(yīng)考慮性能價(jià)格比 考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí) 應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性 可 操作性 投入產(chǎn)出比等因素 進(jìn)行比較和兼顧 最終選出較滿意的產(chǎn)品 輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響 當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后 相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量相 應(yīng)增加 因此 點(diǎn)數(shù)的增加對(duì) CPU 選用 存儲(chǔ)器容量 控制功能范圍等選擇都有影響 29 在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮 使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比 本課題所設(shè)計(jì)的 立體倉(cāng)庫(kù)屬于小型控制系統(tǒng) 結(jié)合經(jīng)濟(jì)性的考慮因此選擇整體型 PLC 根據(jù)我們?cè)O(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)其輸入點(diǎn)數(shù)為 40 點(diǎn) 輸出點(diǎn)數(shù)為 21 點(diǎn) 所以選擇三菱 FX2N 80MR PLC 對(duì)變頻器的控制 隨著電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速已經(jīng)發(fā)展到今天的變頻器 調(diào)速時(shí)代 并且在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用 在現(xiàn)在工業(yè)控制系統(tǒng)中 以 PLC 控制 變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制最為常見 本次設(shè)計(jì)采用 PLC 通過(guò) RS485 通訊實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速 本方法是 PLC 主機(jī)上裝 RS 485BD 通訊適配器與變頻器的 485PU 口相連接 通過(guò) PLC 和變頻器之間的 RS485 半雙工串行通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速 PLC 和變頻器之間的 RS 485 協(xié)議 PLC 和變頻器之間進(jìn)行通訊 通訊規(guī)格必須在變頻器的初始化中設(shè)定 如果沒有進(jìn) 行設(shè)定或有一個(gè)錯(cuò)誤的設(shè)定 數(shù)據(jù)將不能進(jìn)行通訊 且每次參數(shù)設(shè)定后 需復(fù)位變頻器 確保參數(shù)的設(shè)定生效 該過(guò)程分 5 個(gè)階段 1 計(jì)算機(jī)發(fā)出通訊請(qǐng)求 2 變頻器處理等待 3 變頻器作出應(yīng) 答 4 計(jì)算機(jī)處理等待 5 計(jì)算機(jī)作出應(yīng)答 根據(jù)不同的通訊要求完成相應(yīng)的過(guò)程 如寫變頻器啟 ?？刂泼顣r(shí)則只需完成 1 3 三個(gè)過(guò)程 監(jiān)視變頻器運(yùn)行頻率時(shí)則需完成 1 5 五個(gè)過(guò)程 不論是寫數(shù)據(jù)還是讀數(shù)據(jù) 均 有 PLC 發(fā)出請(qǐng)求 變頻器只是被動(dòng)接受請(qǐng)求并作出應(yīng)答 本設(shè)計(jì)采用 PLC 輸出的開關(guān)量控制的變頻器調(diào)速 實(shí)現(xiàn)方法 PLC 的輸出點(diǎn) COM 點(diǎn)直接與變頻器的 STF 正轉(zhuǎn)啟動(dòng) STR 反轉(zhuǎn)啟動(dòng) RH 高速 RM 中速 RL 低速 REX 輸入端 SG 等端口分別相連接 PLC 通過(guò)程序 即可以控制變頻器的啟動(dòng) 停止 也可以控制變頻器高速 中速 低速端子的不同組合 實(shí)現(xiàn)多段速度運(yùn)行 變頻器參數(shù)設(shè)置 操作模式 Pr 79 2 外部模式 基本參數(shù) 上限頻率 Pr 1 40Hz 下限頻率 Pr 2 20Hz 點(diǎn)動(dòng)頻率 Pr 13 30Hz Pr 7 2s 加速時(shí)間 Pr 8 2s 減速時(shí)間 Pr 9 電動(dòng)機(jī)的額定電流 x100 根據(jù)所用電動(dòng)機(jī)的額定電流大小設(shè)定 69 根據(jù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的性能 在堆垛機(jī)水平方向和垂直方向以及貨叉方向上我們采 30 用三相異步電動(dòng)機(jī)采用泰安伊萬(wàn)福電機(jī)有限公司生產(chǎn)的 Y2 系列 Y2 632 2 型電機(jī) 額定 功率 300W 額定電流 0 69A 額定電壓 380V 額定頻率 50Hz 轉(zhuǎn)速 2720r min 功率 因數(shù) 0 81 通訊方案的確定 為了使堆垛機(jī)在無(wú)人直接參與的情況下對(duì)其進(jìn)行控制 必須對(duì)堆垛機(jī)傳輸運(yùn)轉(zhuǎn)和作 業(yè)的信息 一條指令執(zhí)行結(jié)束之后 堆垛機(jī)須向地面發(fā)送確認(rèn)信號(hào) 然后才能執(zhí)行下一 條指令 堆垛機(jī)傳輸信息的順序是 首先堆垛機(jī)接受的作業(yè)信息是從什么地方取貨 而 后再把它存放在哪個(gè)貨格 堆垛機(jī)控制盤在收到作業(yè)信息之后向地面控制盤發(fā)出響應(yīng)信 息 堆垛機(jī)根據(jù)作業(yè)信息進(jìn)行作業(yè) 作業(yè)完了之后 向地面發(fā)出 作業(yè)結(jié)束 信息 這 樣把一系列作業(yè)進(jìn)行完了之后 成為等待下一個(gè)作業(yè)信息的待機(jī)狀態(tài) 串行通信中最常用的物理層協(xié)議為 RS 232C 和 RS 485 本文采用 RS 485 標(biāo)準(zhǔn) 主 要基于以下兩點(diǎn)考慮 1 RS 232C 接口標(biāo)準(zhǔn)只能用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信 而 RS 485 能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信 RS 485 允許平衡電纜上連接 32 個(gè)發(fā)送器 接收器 立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)要求監(jiān)控系統(tǒng)和 3 臺(tái)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)連接 要求物理層的協(xié)議必須支持一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信 2 RS 485 采用差動(dòng)發(fā)送 接收 所以共模抑制比高 抗干擾能力強(qiáng) 立體倉(cāng)庫(kù)的工 作環(huán)境較惡劣 熱 電 磁等干擾信號(hào)較多 要求通信網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力較強(qiáng) 才能保 證數(shù)據(jù)的正確接收 RS 485 標(biāo)準(zhǔn)除上述優(yōu)點(diǎn)外 還具有傳輸速率高 傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn) 由于 PLC 帶有串行通信接口 只需用 RS 485 總線分別連接到計(jì)算機(jī)即可 可見系統(tǒng) 的構(gòu)建十分簡(jiǎn)單當(dāng)需要增加新設(shè)備時(shí) 只需要將新設(shè)備也連接到計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)的擴(kuò)展也 較容易 為了利用計(jì)算機(jī)帶有的 RS 232 接口與下層的各個(gè)模塊通信 在計(jì)算機(jī)上需要安 裝 232 485 轉(zhuǎn)換器 在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中選用 Modbus 通訊協(xié)議作為其通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié) 議 Modbus 通訊協(xié)議是 Modicon 公司設(shè)計(jì)的一種適用于工業(yè)控制的主從結(jié)構(gòu)式串口通訊 協(xié)議 已經(jīng)成為通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) Modbus 串行鏈路協(xié)議是一個(gè)主 從協(xié)議 采用請(qǐng)求 響應(yīng) 方式 主站發(fā)出帶有從站地址的請(qǐng)求報(bào)文 具有該地址的從站收到后發(fā)出響應(yīng)報(bào)文進(jìn)行 應(yīng)答 采用該協(xié)議 不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以互連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò) 實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控 許 多工控產(chǎn)品 例如 PLC 變頻器 人機(jī)界面 DCS 和自動(dòng)化儀表等 都在廣泛地使用 31 Modbus 協(xié)議 本系統(tǒng)中使用的變頻器和 PLC 都支持 Modbus 協(xié)議 而且 Modbus 協(xié)議編 程簡(jiǎn)單 容易實(shí)現(xiàn) 在筆者所研制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中得到了很好的應(yīng)用 數(shù) 據(jù)傳輸準(zhǔn)確 可靠 PLC 原理圖 圖 7 7 堆垛機(jī)電氣原理圖 7 4 本章小結(jié) 本章中我們對(duì)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的硬件部分做出了設(shè)計(jì)和論述 首先在認(rèn)址系統(tǒng)中我 們?cè)跈M向和縱向采用了結(jié)構(gòu)不同的光電開關(guān)和認(rèn)知擋板結(jié)合的結(jié)構(gòu)進(jìn)行堆垛機(jī)運(yùn)行的認(rèn) 址 在水平 垂直以及貨叉伸縮部分方向采用三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制 然后對(duì) PLC 和 變頻器進(jìn)行了選型 采用開關(guān)量對(duì)變頻器進(jìn)行控制 32 結(jié) 論 本次 單立柱有軌巷道式堆垛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 屬于工程制圖設(shè)計(jì) 從機(jī)架設(shè)計(jì) 以及堆垛機(jī)的幾個(gè)主要組成機(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)及主要結(jié)構(gòu)的敘述開始 接著根據(jù)其具體的工作要求和工 作環(huán)境給出了堆垛機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案 然后分析門架的受力情況及依據(jù)強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì) 準(zhǔn)則 最終設(shè)計(jì)出了滿足承受重載 高而窄的單立柱門架 在貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 中 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(jiǎn)捷 方 便的貨叉結(jié)構(gòu) 然后介紹了堆垛機(jī)的行走機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 并確定了主要零 部件的尺寸及電動(dòng)機(jī) 減速器的選取 該種單立柱有軌巷道式堆垛機(jī)體積小 靈敏度高 動(dòng)作可靠 帶有安全保護(hù)裝置 33 致 謝 能順利完成論