小型立體倉庫設(shè)計(jì)
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單位代碼 6130 學(xué) 號(hào) 050105050 分 類 號(hào) TH 密 級(jí) 秘密 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書小型立體倉庫設(shè)計(jì)院 ( 系 ) 名 稱 工 學(xué) 院專 業(yè) 名 稱 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其 自 動(dòng) 化學(xué) 生 姓 名 劉 標(biāo)指 導(dǎo) 教 師 薛 東 彬2009 年 5 月 13 日黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁 1 緒論1.1 課題的背景物流自古以來就伴隨著人類社會(huì)共同向前發(fā)展,成為人們生活中不可缺少的組成部分,是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與工業(yè)發(fā)展相結(jié)合的產(chǎn)物。僅年來,我國(guó)為了發(fā)展經(jīng)濟(jì),各地都在大力發(fā)展交通,海、路、空并舉,進(jìn)行大規(guī)模的基本項(xiàng)目的投資建設(shè),成為現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主旋律。而交通事業(yè)發(fā)展的最終目的,就是使物質(zhì)能夠迅速流通,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在現(xiàn)代社會(huì)中,物質(zhì)流通領(lǐng)域的供應(yīng)鏈在信息、網(wǎng)絡(luò)的沖擊下發(fā)生了根本的改變,依靠傳統(tǒng)的流通方式已經(jīng)不能滿足時(shí)代的需要,而倉庫又成為各個(gè)交通樞紐上的結(jié)點(diǎn),倉庫設(shè)備的發(fā)展必須跟時(shí)代的步伐,為了滿足現(xiàn)代社會(huì)的商品需求、管理與流通,立體倉庫營(yíng)運(yùn)而生,并在現(xiàn)代物流中起著重要作用,且隨著社會(huì)的需要,向自動(dòng)化、智能化發(fā)展。1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況立體倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。50 年代初,美國(guó)出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉庫;50 年代末 60 年代初出現(xiàn)了司機(jī)操作的巷道式堆垛起重機(jī)立體倉庫;1963 年美國(guó)率先在高架倉庫中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù),建立了第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉庫。此后,自動(dòng)化立體倉庫在美國(guó)和歐洲得到迅速發(fā)展,并形成了專門的學(xué)科。60 年代中期,日本開始興建立體倉庫,并且發(fā)展速度越來越快,成為當(dāng)今世界上擁有自動(dòng)化立體倉庫最多的國(guó)家之一。 我國(guó)對(duì)立體倉庫及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開始并不晚,1963 年研制成第一臺(tái)橋式堆垛起重機(jī)(機(jī)械部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所),1973 年開始研制我國(guó)第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉庫(高 15 米,機(jī)械部起重所負(fù)責(zé)),該庫 1980 年投入運(yùn)行。到 2003 年為止,我國(guó)自動(dòng)化立體倉庫數(shù)量已超過 200 座。據(jù)美國(guó) ADL 公司調(diào)查,1988 年世界自動(dòng)化倉庫和運(yùn)輸設(shè)備的市場(chǎng)容量約為 20 億美元,到了 1995 年市場(chǎng)規(guī)模為 35 億美元。21 世紀(jì)自動(dòng)化倉庫和搬運(yùn)設(shè)備市場(chǎng)已達(dá) 70億,比 1995 年提高了一倍。又據(jù)日本通產(chǎn)省在 1990 年對(duì)日本國(guó)內(nèi)的自動(dòng)化立體倉庫市場(chǎng)調(diào)查結(jié)果為 549 億日元,到了 1995 年,日本自動(dòng)化立體倉庫的市場(chǎng)容量增加到752 億日元,2000 年達(dá)到 1030 億日元。依此推算,未來自動(dòng)化立體倉庫市場(chǎng)容量增長(zhǎng)黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 可達(dá) 65%。自動(dòng)化立體倉庫在國(guó)內(nèi)大中城市發(fā)展前景看好。上海市已經(jīng)把發(fā)展立體倉庫和立體倉庫事業(yè)作為上海的五大支柱產(chǎn)業(yè)之一。倉庫物流業(yè)的發(fā)展是一個(gè)及其復(fù)雜的動(dòng)態(tài)產(chǎn)業(yè)。而流通領(lǐng)域的革命是通過物流設(shè)備完成的,并將新的的業(yè)種和技術(shù)引入了現(xiàn)代社會(huì),成為一門新興產(chǎn)業(yè),對(duì)提高產(chǎn)、供、銷的效率和效益起著關(guān)鍵性的作用。在這個(gè)系統(tǒng)中包含著經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。技術(shù)先進(jìn)性和科學(xué)。運(yùn)用自然科學(xué)中的數(shù)學(xué)邏輯推理與計(jì)算,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模型化、模擬化、仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì),使集“物流、商流、資金流和信息流”于一身的物流配送系統(tǒng),在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中得到延伸。目前,我國(guó)的物流產(chǎn)業(yè)與美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的差距相當(dāng)大。所以,為了提高我國(guó)整體物流業(yè)的實(shí)力,同時(shí)為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)充分發(fā)揮強(qiáng)大的作用,通過道路交通的發(fā)展帶動(dòng)倉庫物流技術(shù),以倉庫設(shè)備及技術(shù)的提高帶動(dòng)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展,建立良好的物流系統(tǒng),使其越來越多地發(fā)揮出強(qiáng)大生命力,在國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮出越來越重要的作用。相信在不久的將來,隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的加快,自動(dòng)化搬運(yùn)和倉庫設(shè)備的完善,計(jì)算機(jī)及信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及,人們意識(shí)的提高,集自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和信息化管理的物流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必將大大發(fā)展,以物流發(fā)展起來的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將發(fā)揮出巨大的力量。1.3 課 題 研 究 內(nèi) 容本 次 設(shè) 計(jì) 對(duì) 象 為 一 個(gè) 五 行 六 列 , 共 30 個(gè) 倉 位 的 小 型 立 體 倉 庫 。 要 求 倉 庫 堆 垛機(jī) 能 夠 實(shí) 現(xiàn) 3 維運(yùn)動(dòng)、自動(dòng)定位;上下運(yùn)動(dòng)采用鋼絲繩提升機(jī)構(gòu);左右運(yùn)動(dòng)采用上下軌道導(dǎo)向支撐。且主要為機(jī) 械 部 分 設(shè) 計(jì) , 包 括 貨 架 和 堆 垛 機(jī) 。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 2 設(shè)計(jì)方案對(duì)比立體倉庫組成主要為貨架、堆垛機(jī)和電氣控制部分。貨架和堆垛機(jī)根據(jù)使用場(chǎng)合和實(shí)際需要其結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方式而不同,我們應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要,進(jìn)行方案對(duì)比加以選擇。2.1 貨架方案對(duì)比本次設(shè)計(jì)對(duì)象是一個(gè)配有有軌堆垛機(jī)的、能夠自動(dòng)定位的、單排的小型立體倉庫,因此可供選擇的貨架結(jié)構(gòu)大概有三種,一貫通式貨架,二懸臂式貨架,三牛腿式貨架。(1)貫通式貨架 這種貨架的優(yōu)點(diǎn)是具有高密度存儲(chǔ)能力,于一般貨架相比,其容量可加倍,高度可達(dá) 10m,不會(huì)壓損貨品。與其他高密度系統(tǒng)相比,其投資成本相對(duì)較低,能很好地適用存儲(chǔ)季節(jié)性貨物。缺點(diǎn)是無法不移動(dòng)其他托盤而揀取所需托盤,取貨時(shí)只能由外向內(nèi)順序取,且此貨位尺寸會(huì)影響有軌堆垛機(jī)的框架尺寸。由此可見此貨架不太適合本次設(shè)計(jì)。(2)懸臂式貨架 懸臂式貨是由若干塔式懸臂和縱梁構(gòu)成,根據(jù)懸臂上放置物品大小、重量、長(zhǎng)短,可以是單面懸臂,也可為雙面懸臂,懸臂一般用金屬構(gòu)件。架適合存放長(zhǎng)料貨物和不規(guī)則貨物.前伸的懸臂具有結(jié)構(gòu)輕巧,載重能力好,并且對(duì)存放不規(guī)則的或是長(zhǎng)度較為特殊的物料時(shí),能大幅提高倉庫的利用率和工作的效率。增加了擱板后,特別適合空間小,高度低的庫房,管理方便,視野寬闊,與普通擱板式貨架相比,利用率更高。此結(jié)構(gòu)貨架適合本設(shè)計(jì)。(3)牛腿式貨架 牛腿式貨架主要用于自動(dòng)化倉庫中。此類貨架系統(tǒng)所使用的托盤承載能力強(qiáng),剛性好,如托盤承載很小可取消橫梁,或貨格較小而不用橫梁,直接用塑料箱等置于牛腿之上,由堆垛機(jī)對(duì)貨物進(jìn)行自動(dòng)存取作業(yè)。此貨架適合本設(shè)計(jì)。懸臂式貨架與牛腿是貨架相比,前者通常用于大型、重型貨物,所用設(shè)備為側(cè)向叉車、起重機(jī)等;后者比較適合輕型貨物,通常于堆垛機(jī)配用,且我國(guó)早期的自動(dòng)化立體倉庫一般都采用牛腿式,這這方面技術(shù)較成熟。故此,本設(shè)計(jì)貨架采用牛腿式。為了減少貨架日后的為何工作量,貨架通過焊接連接。2.2 堆垛機(jī)方案對(duì)比黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 有軌巷道堆垛起重機(jī)通常稱為巷道堆垛其中機(jī),簡(jiǎn)稱堆垛機(jī),是自動(dòng)化立體倉庫中重要的貨物存取設(shè)備之一。堆垛機(jī)的起重量一般在 2t 以下,特殊需要的可達(dá) 10t 以上,使用高度在 10~25m 之間,高者已達(dá) 50m。本次設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)要求:上下運(yùn)動(dòng)采用鋼絲繩提升機(jī)構(gòu);左右運(yùn)動(dòng)采用上下軌道導(dǎo)向支撐。且其按功能分,可分為三個(gè)組成部分:起升機(jī)、存取機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)。(1)起升機(jī)構(gòu) 起升機(jī)構(gòu)是用于驅(qū)動(dòng)載貨臺(tái)升降運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu),通過支架用螺栓固定在立柱下端、下端或中部。通常的起升機(jī)構(gòu)的方式有:電動(dòng)葫蘆起升機(jī)構(gòu)和卷揚(yáng)機(jī)起升機(jī)構(gòu)。 電動(dòng)葫蘆起升機(jī)構(gòu)通常用于重型或中型起重,而本次設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)的載貨重量不超過 50kg,不適合采用電動(dòng)葫蘆起重機(jī)構(gòu)。故選用卷揚(yáng)機(jī)起升機(jī)構(gòu)。卷揚(yáng)機(jī)起升機(jī)構(gòu)的可采用放置位置有兩種:一放置在中部,二放置在上端。考慮到如果把卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)放置在中部會(huì)影響存取機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì),因此決定把卷揚(yáng)機(jī)起升機(jī)構(gòu)放置在上端,通過微電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)卷筒提升載貨臺(tái)。(2)存取機(jī)構(gòu) 通過查閱相關(guān)資料并進(jìn)行篩選,得到兩種可供選擇的存取機(jī)構(gòu)。一三節(jié)伸縮式貨叉機(jī)構(gòu)(如圖 2.1) ,二鋼絲繩拉伸式貨叉結(jié)構(gòu)(如圖 2.2) 。1) 后叉也即固定叉,安裝在載貨臺(tái)上,中間叉在齒輪齒條的驅(qū)動(dòng)下,從中間叉的中點(diǎn),向左向右移動(dòng)大約自身長(zhǎng)度的一半。前叉可從中間叉的某一固定點(diǎn)向左或向右伸出中間叉二倍的長(zhǎng)度。2)鋼絲繩拉伸式貨叉結(jié)構(gòu) 如圖 2.2 所示,通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)拉動(dòng)連接著貨叉的鋼絲繩,從而實(shí)現(xiàn)貨叉的向左向右運(yùn)動(dòng)。圖 2.1 三節(jié)伸縮式貨叉機(jī)構(gòu)黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁 鋼絲繩拉伸式貨叉機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),但由于鋼絲繩的彈性,貨叉動(dòng)作會(huì)有滯后性,且貨叉尺寸較大。三節(jié)伸縮式貨叉機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊,動(dòng)作迅速,實(shí)時(shí)性較好,且由于是兩節(jié)貨叉同事伸縮,這就減小了貨叉的長(zhǎng)度。相比,三節(jié)伸縮式貨叉機(jī)構(gòu)則是個(gè)較好的選擇,且從本次的設(shè)計(jì)目的角度看,設(shè)計(jì)三節(jié)伸縮式貨叉將會(huì)用到更多所學(xué)專業(yè)知識(shí),達(dá)到溫故而知新的效果。因此三節(jié)伸縮式貨叉機(jī)構(gòu)。(3)行走機(jī)構(gòu) 行走機(jī)構(gòu)即是驅(qū)動(dòng)堆垛機(jī)在軌道上來回運(yùn)動(dòng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知微電機(jī)是本次設(shè)計(jì)的動(dòng)力源的最佳選擇。因此行走結(jié)構(gòu)有兩種方案,一通過聯(lián)軸器把電機(jī)伸出軸與滾子軸連接,直接驅(qū)動(dòng);二通過電機(jī)伸出的齒輪軸通過齒輪嚙合驅(qū)動(dòng)滾子(被動(dòng)齒輪做在滾子邊緣上。圖 2.2 鋼絲繩拉伸式貨叉結(jié)構(gòu)黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁 3 總體設(shè)計(jì)立體倉庫的方案通過比較已經(jīng)確定后,立體倉庫的整體設(shè)計(jì)就是按照已確定的方案進(jìn)行材料的選擇、參數(shù)及尺寸的確定。根據(jù)立體倉庫方案對(duì)比的劃分,立體倉庫的整體設(shè)計(jì)同樣可以劃分為貨架設(shè)計(jì)和堆垛機(jī)設(shè)計(jì),同時(shí)堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)又可分為堆垛機(jī)的存取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、堆垛機(jī)的起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。3.1 貨架設(shè)計(jì)3.1.1 貨架材料選擇通過查閱相關(guān)資料及類似設(shè)計(jì)類比,貨架的立柱及橫梁采用 6 號(hào)結(jié)構(gòu)用冷彎方型空心剛,材料為 Q235—A。貨架片用 5 號(hào)結(jié)構(gòu)用冷彎矩形空心鋼,材料 Q235—A。3.1.2 貨架材料校核已知 6 號(hào)結(jié)構(gòu)用冷彎方型空心剛寬 A=30mm,厚度 t=3mm,慣性矩 Ix=Iy=3.5×104mm4, ,取 r=4m,理論重量為m2.43.1tr???2.361kg/m,Q235—A 的彈性模量 E=2.05×105。 立柱的臨界壓應(yīng)力 Fr(貨架受力如圖 3.1):?? N1039.23502114.3 62422 ??????????lEIFcr??立柱實(shí)際承受的壓力 F: ??N394.1270 N10358.9316.25021 3max? ?????? ??????? ?qlgF安全系數(shù) ,所以所選材料能夠滿足設(shè)計(jì)要507394.1706??ncr求。圖3.1貨架受力分析圖黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁 3.2 堆垛機(jī)存取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)的存取機(jī)構(gòu)采用齒輪長(zhǎng)條式三級(jí)貨叉伸縮式,首先,固定叉上的齒輪與中間叉上的齒條嚙合,驅(qū)動(dòng)中間叉,中間叉上的齒輪同時(shí)固定叉與前叉上的齒條嚙合,驅(qū)動(dòng)前叉。它的參數(shù)設(shè)計(jì)主要是電機(jī)的選擇和齒輪齒條的參數(shù)計(jì)算。3.2.1 堆垛機(jī)存取機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇取貨叉伸縮速度為 v=0.18m/s, N1473.0895???mgfF取安全系數(shù) n=1.2,則 W182.359.07174.6.22????wdPv故可以選擇 40W 可逆電機(jī)(精研) ,型號(hào) 90YR40DV22。其額定轉(zhuǎn)速 1200r/min.中間叉(中間齒輪)速度: s/m06.s/318.0??v中試選轉(zhuǎn)速 n=32r/min,5.72niT故選擇傳動(dòng)比為 i=36,選用標(biāo)準(zhǔn)減速箱 90GK36RT(精研) ,輸出轉(zhuǎn)速為 36r/min,輸出額定轉(zhuǎn)矩為 8.3mN*m。3.2.2 齒輪齒條設(shè)計(jì)1、選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1) 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。由于貨叉機(jī)構(gòu)要求的速度速度不高,故選用 7 級(jí)精度(GB 10095—88) 。2) 材料選擇。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (以下類似)表 10-1 選擇齒輪材料為 40Cr(調(diào)質(zhì)) ,硬度為 280HBS,齒條材料為 45 鋼(調(diào)質(zhì)) ,硬度為 240HBS,二者材料硬度差為40HBS。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 8 頁 3) 選擇齒輪齒數(shù)為 22。2、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)公式 進(jìn)行試算。??213*2. ????????HEdt ZuKTd??(1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1) 試選載荷系數(shù) Kt=2。2) 計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 mN106.N364095041 ??????nPT3) 由表 10-7 選取齒寬系數(shù) =1。d?4) 由表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) =189.8MPa。EZ5) 由圖 10-21d 按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 =600Mpa;齒條1limH?的接觸疲勞強(qiáng)度極限 =550MPa。2limH?6) 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù)取工作壽命 10 年(每年工作 300 天): 81037.)3082(1360?????hnjLN7) 由圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 。9.21HNK8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1%,安全系數(shù) S=1,得 MPa539098.][ 86.2lim11li ???SKHN?(2) 計(jì)算1) 計(jì)算齒輪分度圓直徑 ,代入 中較小的值。td][H?黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 9 頁 m35.40m5398.1106.2][3. 2421?????????????HEdtt ZuTKd??2) 計(jì)算圓周速度 v s/076.s/10635.4.106???ndvt?3) 計(jì)算齒寬 b m35.435.4?tdb?4) 計(jì)算齒寬與齒高比模數(shù) 8.12.0?zmtt齒高 7.43.5??h791.43b5) 計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù) v=0.076m/s,7 級(jí)精度,由圖 10-8 查得 :0.1?vK直齒輪, ;1??FHK由表 10-2 查得使用系數(shù) ;A由表 10-4 用插值法查得 7 級(jí)精度、齒輪懸臂布置時(shí), 198.??HK由 , 查圖 10-13 得 ;故載荷系數(shù)78.9?hb198.??HK184.??F90??VA6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑 m016.342198.35.43 ??ttKd7) 計(jì)算模數(shù) m黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁 m546.120.34??zdm3、按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為 ?????????FSadYzKT??23(1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1) 由圖 10-20c 查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ;齒條的彎曲強(qiáng)度MPa501?FE?極限 ;MPa3802?FE?2) 由圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) ;98.,98.21FNFNK3) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4,得?? MPa17.268Pa4.13098.5.52211 ???SKFENF?4) 計(jì)算載荷系數(shù) K 40.???FVA5) 查取齒形系數(shù)由表 10-5 查得 27.;.21?FaFaY6) 查取應(yīng)力校正系數(shù)由表 10-5 查得 64.1;57.21SaSa7) 計(jì)算齒輪齒條的 并加以比較??FY???01592.7.268435121??FSaFY?黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 11 頁 齒條的數(shù)值大。設(shè)計(jì)計(jì)算 ??m938.0251.064431213?????????FSadYZKT??對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù),由于齒輪模數(shù) m 的大小取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑有關(guān),可取由彎曲強(qiáng)度算的的模數(shù) 0.983 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=1mm,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d=34.016 mm,算出齒輪齒數(shù)3401634???dz4、幾何尺寸計(jì)算 m5.31).234(61 ?????ffaahdmz3.3 堆垛機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)起升驅(qū)動(dòng)力起升的物體主要為:提升籠框架框架、存取驅(qū)動(dòng)電機(jī)、貨叉機(jī)構(gòu)及貨物。貨臺(tái)框架:長(zhǎng)×寬×高=340×340×500=( 340+340+500)× 4×103×2.361kg=11.144kg架m存取驅(qū)動(dòng)電機(jī)(包含安裝架):=( 5.3+0.27)kg=5.57kg機(jī)貨叉機(jī)構(gòu):=8kg叉m黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 12 頁 N63.872.19.73, N197.328.)57.014.()(???? ????Gngmmg取 安 全 系 數(shù) 叉機(jī)架(2)鋼絲繩的選用選用鋼絲繩公稱直徑 ,6×7 類天然纖維芯鋼絲繩,最小破壞拉力d4.39KN(GB/T 8918—1996) 。(3)卷筒公稱直徑 m6032min???dhD取 D=60 。(4)選擇起升電機(jī)取起升速度 ,則轉(zhuǎn)速:s/15.0?v。min/r746.inr6.33???Dvn?電機(jī)功率 W795.1308???vGFPW選用 200W 電磁制動(dòng)電機(jī),型號(hào) 10YB200DV22(精研) 。選用速比為 25 的標(biāo)準(zhǔn)減速箱,型號(hào) 100GF25H,其輸出轉(zhuǎn)速: 25r/min;額定轉(zhuǎn)矩:27.7N·m。3.4 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.4.1 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)動(dòng)力部分設(shè)計(jì)(1) 行走機(jī)構(gòu)所受的壓力行走機(jī)構(gòu)所受的壓力可以看為起升總重量加上堆垛機(jī)外框架重、起升電機(jī)及卷筒重。起升總重量: N197.32?G堆垛機(jī)外框架重:堆垛機(jī)外框架采用 5 號(hào)熱軋槽鋼,其理論重量為 5.438kg/m??蚣荛L(zhǎng)×高=450mm×2210mm。 N815.23.9438.5102)40(- ?????gmG堆 架堆 架黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 13 頁 起升電機(jī)及卷筒重: N98.)50.9(????gmG起 重起 重則 。N71.3)15.23173( ??堆 架起 重行 G取安全系數(shù) n=1.2。 k6.4.62.7.1????行行 N9304536fF行(1) 電機(jī)選擇主動(dòng)滾輪的直徑設(shè)計(jì)為 65mm,行走速度為 0.2m/s;min/r765.8in/r10652. W1.934?????DvnPW故選擇功率為 90W 的可逆電機(jī)(精研) ,型號(hào) 90YR90DV22。選擇速比為 25 的標(biāo)準(zhǔn)減速箱(帶耳型) ,型號(hào) 90GF30HE。3.4.2 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)齒輪設(shè)計(jì)1、選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1) 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。由于行走機(jī)構(gòu)要求的速度速度不高,故選用 7 級(jí)精度(GB 10095—88) 。2) 材料選擇。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (以下類似)表 10-1 選擇小齒輪材料為 40Cr(調(diào)質(zhì)) ,硬度為 280HBS,大齒輪材料為 45 鋼(調(diào)質(zhì)) ,硬度為 240HBS,二者材料硬度差為 40HBS。3) 選擇齒輪齒數(shù)為 35。2、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)公式 進(jìn)行試算。??213*2. ????????HEdt ZuKTd??(1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1) 試選載荷系數(shù) Kt=1.3。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 14 頁 2) 計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 mN109.mN43095041 ??????nPT3) 由表 10-7 選取齒寬系數(shù) =0.5。d?4) 由表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) =189.8MPa。EZ5) 由圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 =600Mpa;大1limH?齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 =550MPa。2limH?6) 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù)取工作壽命 10 年(每年工作 300 天): 81023.)3082(14360?????hnjLN7) 由圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 。。9.,621?HNHNK8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1%,安全系數(shù) S=1,得 MPa53908.][ 769.2lim11li ???SKHN?(2) 計(jì)算1) 計(jì)算齒輪分度圓直徑 ,代入 中較小的值。td][H?m396.54m5398.15.012][3. 24211?????????????HEdtt ZuTKd?2) 計(jì)算圓周速度 v s/12.0s/106439.5.106???ndvt?3) 計(jì)算齒寬 b黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 15 頁 m198.27396.5401???tdb?4) 計(jì)算齒寬與齒高比模數(shù) 54.3.1zmtt齒高 9725??h7849.3?b5) 計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù) v=0.122m/s,7 級(jí)精度,由圖 10-8 查得 :0.1?vK直齒輪, ;1??FHK由表 10-2 查得使用系數(shù) ;A由表 10-4 用插值法查得 7 級(jí)精度、齒輪懸臂布置時(shí), 1.192??HK由 , 1.192 查圖 10-13 得 1.172;故載荷系數(shù)98.5?hb??HK??F1920.1??VA6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑 m846.53.1926.543 ??ttKd7) 計(jì)算模數(shù) m 0.358.2z3、按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為 ?????????FSadYzKTm??23(1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1) 由圖 10-20c 查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ;大齒輪的彎曲強(qiáng)MPa501?FE?度極限 ;MPa3802?FE?黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 16 頁 2) 由圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) ;97.0,5.21?FNFNK3) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4,得?? MPa286.3Pa4.138097.9.52211 ???SKFENF?4) 計(jì)算載荷系數(shù) K 170.???FVA5) 查取齒形系數(shù)由表 10-5 查得 ;; 45.245.21?FaFaY6) 查取應(yīng)力校正系數(shù)由表 10-5 查得 ;; 6.1.21?SaSa7) 計(jì)算小齒輪大齒輪的 并加以比較??FY???01534.286.3459921??FSaFY?大齒輪的數(shù)值大。(2) 設(shè)計(jì)計(jì)算 ?? m837.0154.0359.172.43213 ???????????FSadYzKTm??對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù),由于齒輪模數(shù) m 的大小取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑有關(guān),可取由彎曲強(qiáng)度算的的模數(shù) 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m= 0.837mm,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d= 1mm,算出齒輪齒數(shù)黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 17 頁 53648.219.5???mdz4、幾何尺寸計(jì)算 m3?z由于齒輪的尺寸不能滿足設(shè)計(jì)需求,因此對(duì)齒輪參數(shù)進(jìn)行修正。取模數(shù) ,8,5.1?z。72??25.867.152m7.13).(.m. 25.75260)3(.121?????????dahzdhzffaaffaa修正減速箱速比:06.38712zi 340.126.??i?故選擇減速箱的速比為 12.5,型號(hào) 90GF12.5HE。3.5 軸承的設(shè)計(jì)由總裝圖可知,行走機(jī)構(gòu)從動(dòng)輪的軸承負(fù)載大,尺寸小。因此只須校核從動(dòng)輪軸承即可,軸承受力如圖 3.2 所示。(1) 設(shè)計(jì)參數(shù)徑向力: N567.107.1351???行GPN9.69.34221Fr軸向力: 0?a軸頸:d 1=15mm圖 3.2 軸承受力分析黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 18 頁 轉(zhuǎn)速:n=58.765r/min要求壽命: h4801382????Lh溫度系數(shù):f t=1潤(rùn)滑方式:脂潤(rùn)滑(2) 被選軸承信息軸承類型:深溝球軸承軸承型號(hào):6002軸承內(nèi)徑 :d=152mm軸承外徑 :D=32mm軸承寬度 :B=9 mm基本額定動(dòng)載荷:C=5580N基本額定靜載荷 :Co=2850N極限轉(zhuǎn)速(脂) :nlimz=19000 r/min(3)當(dāng)量動(dòng)載荷負(fù)荷系數(shù) fp=1.2,判斷系數(shù) e=0.16,徑向載荷系數(shù) X=1,軸向載荷系數(shù) Y=0當(dāng)量動(dòng)載荷: N75.916)07.631(2.)( ??????arPYFXf軸承所需基本額定動(dòng)載荷:C'=5071.073 N(4)校核軸承壽命軸承壽命: h48063951h7.915806.0601 ?????????????????? hth LPCfnL?所以所選軸承滿足使用要求。主動(dòng)輪軸承選用型號(hào)為 6304 的深溝球軸承。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 19 頁 4 電氣部分電氣設(shè)備主要包括電力拖動(dòng)、控制、檢測(cè)和安全保護(hù)堆垛機(jī)的控制一般采用可編程序控制器(PIJ3) 及計(jì)算機(jī)等 堆垛機(jī)必須有自動(dòng)認(rèn)址、貨位虛實(shí)等檢測(cè)以及其他檢測(cè)。電力拖動(dòng)要同時(shí)滿足快速、平穩(wěn)和準(zhǔn)確三方面的要求。在安全方面,堆垛機(jī)是一種起重機(jī)械,它要在又高又窄的巷道內(nèi)高速運(yùn)行。主要的安全保護(hù)措施有:終端極限限位保護(hù);堆垛機(jī)在行走、升降和伸縮貨叉的終端都設(shè)有限位保護(hù)裝置;聯(lián)鎖保護(hù) 堆垛機(jī)在行走與升降時(shí),貨叉伸縮電路切斷;相反貨叉伸縮時(shí),行走與升降電路切斷; 正位虛實(shí)檢測(cè)控,只有堆垛機(jī)在垂直和水平方向停準(zhǔn)時(shí),貨叉才能伸縮。堆垛機(jī)到某貨格入庫,在伸叉存入貨物前,需要先探測(cè)貨格內(nèi)有無貨物,以防止雙重入庫,造成事故。探測(cè)器可以是反射式光電開關(guān),當(dāng)貨格內(nèi)有貨物時(shí)則停止送貨,同時(shí)發(fā)出“雙重入庫”報(bào)警信號(hào); 載貨臺(tái)斷鏈保護(hù) 堆垛機(jī)正常工作時(shí),起升導(dǎo)軌兩側(cè)的偏心輪與導(dǎo)軌脫開.使載貨臺(tái)能夠沿著起升導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)由于意外及長(zhǎng)期使用等原因造成提升鏈條突然斷裂時(shí),偏心輪通過連稈機(jī)構(gòu)及彈簧作用卡在起升導(dǎo)軌的兩側(cè),使載貨臺(tái)不致突然下落;斷電保護(hù)。如果載貨臺(tái)升降過程中突然斷電,則通過升降電機(jī)制動(dòng)使載貨臺(tái)不致于降落下來。4.1 控制系統(tǒng)自動(dòng)化立體倉庫的控制系統(tǒng)主要是指托盤搬運(yùn)控制系統(tǒng),包括堆垛機(jī)的控制和外圍輸送設(shè)備的控制。目前自動(dòng)化立體倉庫中應(yīng)用的控制系統(tǒng)是樹形結(jié)構(gòu)的系統(tǒng),如圖 4.1所示。圖 4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 20 頁 上位機(jī)通信模塊的作用是把控制命令傳送給設(shè)備控制 PLC,同時(shí)獲取 PLC 檢測(cè)到的各設(shè)備狀態(tài)信號(hào)及命令執(zhí)行情況等信息,以保證存取作業(yè)的順利進(jìn)行。上位機(jī)發(fā)送給 PIE 的命令有功能設(shè)定、貨物狀態(tài)、存取位置等類型,PLC 根據(jù)這些命令自主地完成對(duì)設(shè)備的控制動(dòng)作。堆垛機(jī)及外圍托盤輸送設(shè)備的控制 PIE 要完成的功能見表 4.1。表 4.1 堆垛機(jī)及外圍托盤輸送設(shè)備 PLC 功能4.2 計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)自動(dòng)化立體倉庫的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)包括出入庫管理(出入庫的原則和優(yōu)化調(diào)度)以及對(duì)庫存等信息及其與其他系統(tǒng)的接口管理。自動(dòng)化倉庫是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的一部分,目前企業(yè)級(jí)的信息系統(tǒng)都是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng),自動(dòng)化立體倉庫的庫存數(shù)據(jù)庫將成為企業(yè)信息系統(tǒng)中分布式數(shù)據(jù)庫的一部分,解決立體倉庫信息在網(wǎng)絡(luò)上與其他系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)的問題是自動(dòng)化立體倉庫的庫存管理的基本內(nèi)容和需要著重解決的問題計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)是自動(dòng)化立體倉庫中一個(gè)重要的組成部分,是充分發(fā)揮自動(dòng)化立體倉庫與信息系統(tǒng)緊密結(jié)合優(yōu)勢(shì)的保證。它體現(xiàn)了自動(dòng)化立體倉庫可以與企業(yè)信息系統(tǒng)天然結(jié)合的特點(diǎn)。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 21 頁 結(jié)論在倉庫領(lǐng)域中,物資的輸送、存儲(chǔ)、管理和控制的規(guī)模越來越大,靠人工實(shí)現(xiàn)已經(jīng)遠(yuǎn)不能夠需要。自動(dòng)化倉庫技術(shù)在物資存儲(chǔ)行業(yè)中受到人們的重視,其控制重點(diǎn)轉(zhuǎn)向物資的控和管理要求實(shí)時(shí)、協(xié)調(diào)和一體化,計(jì)算機(jī)之間、數(shù)據(jù)采集點(diǎn)之間、機(jī)械設(shè)備的控制器之間及它們與主計(jì)算機(jī)之間的通信可以及時(shí)地匯總信息,倉庫計(jì)算機(jī)及時(shí)地記錄訂貨和到貨間,顯示庫存量,計(jì)劃人員可以方便地作出供貨決策,管理人員隨時(shí)掌握貨源及需求 。息技術(shù)的應(yīng)用已成為倉庫技術(shù)的重要支柱。滿足了人們速度、精度、高度、重量、重復(fù)存和搬運(yùn)等要求,使總體效益和生產(chǎn)的應(yīng)變能力大大超過各部分獨(dú)立效益的總和,自動(dòng)化技逐漸成為倉庫自動(dòng)化技術(shù)的核心。而作為現(xiàn)代物流新發(fā)展階段的產(chǎn)物的自動(dòng)化立體倉庫的出現(xiàn)將使勞動(dòng)密集、效率低下的倉儲(chǔ)業(yè)發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的改變,在節(jié)約勞動(dòng)、節(jié)省空間的基礎(chǔ)之上大大拓展了倉庫的功能,使之從單純的保管型向綜合的流通型方向發(fā)展。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 22 頁 致謝本畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)論文是在我的指導(dǎo)老師薛東彬老師的精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神,孜孜以求的工作作風(fēng),深深地感染和鼓勵(lì)著我。在整個(gè)論文創(chuàng)作過程中,薛老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持,在此向薛老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 論文的完成過程中,多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助,在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母,謝謝你們! 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 23 頁 參考文獻(xiàn)[1] 田奇.倉庫物流機(jī)械與設(shè)備.機(jī)械技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2008.(1). 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