自动化立体仓库单立柱型堆垛机结构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985摘 要经过短短几十年的发展，堆垛机就变成了当今物流系统中的高层货架仓库的主要装卸设备，它可以使用全自动化控制系统，作业环境即便很恶劣也不受影响。堆垛机是一种工作效率高，保证准确性，半自动化甚至全自动化的仓库存取货物电气设备。由于它的结构特点，它可以在三维空间内运动，能够到达更广的范围，充分利用仓库空间。在生产成本难降低、生产效率难提高的窘迫形势下，公司管理层发现生产物流对盈利的重要性。生产物流是从原材料开始，经过一道道加工工序，然后形成半成品或成品，存库或运送到客户的手中的过程。当然，这个过程中货物需要储存。作为物流重要“核心零件”，自动化立体仓库不仅仅准确存取货物，存取方便，加快在生产和仓库间的货物周转，而且能极大地提高储藏容量，科学管理，足够满足现代公司商品流通的要求。存取货物过程自然少不了运输车，而堆垛机作为其中最常见的运输车，能快速储藏货物，并存档，以便准确取出。当下，国内自动化立体仓库技术尽管和发达国家相比还有一定差距，但正追赶国际顶级水平，也许不日齐平甚至超越。本设计论文主要详细地讲诉了单立柱型有轨巷道堆垛机的结构设计，其中主要论诉了机架的结构设计，起升机构、货叉伸缩机构及行走机构的结构设计和计算。在设计时，从经济和结构方面考虑，在比较单双立柱堆垛机结构方案后选取单立柱方案。根据要求选用单立柱机架，并设计出了具体结构形状，给出相应的参数及制造材料。根据三种机构受力大小不同，各需要的工作功率不同，选用的电动机型号不一样。根据减速比和转矩不同，起升机构和行走机构对减速器的选用各异。同样，制动器、链轮及链条、V 带及带轮等都是根据相应设计要求有不同选择。不管怎样，在初步选用类型后，都进行了必要的相应校核，以保证设计合理性和可行性。本次毕业设计所用软件主要有二维软件 CAD 和 CAXA。关键词：物流；自动化立体仓库；单立柱堆垛机；结构设计；计算校核。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985AbstractAfter a few decades of development, the stacker becomes todays logistics system in the main high-bay warehouse handling equipment, it can use a fully automated control system, even very harsh operating environment will not be affected.Stacker is a high efficiency and ensure accuracy, semi-automated or fully automated warehouse access to the goods electrical equipment.Because of its structural features, it can be in the three-dimensional movement, to reach a wider range of full use of warehouse space.Decrease in production costs is difficult, difficult to improve the productivity of the distress situation, the management company found that the importance of production logistics to earnings.Production logistics from raw material, through a channel processing, then the formation of semi-finished or finished goods, warehousing or transport to the customers hands in the process.Of course, this process needs to store the goods.As a logistics important core parts automated warehouse is not only accurate access to goods, to facilitate access, speed up production and warehouse between the goods turnover, but also can greatly increase the storage capacity, scientific management, modern enough to meet the companys commodity circulation Claim.Access to goods process natural and ultimately trucks, stackers and as one of the most common vehicles, goods can quickly store and archive for accurate removal.The moment, despite the domestic warehouse automation technology still lags far behind developed countries, but it is to catch up with the top international level, perhaps even beyond the few days flush.The design paper detail, a single column v type rail retrieval machine structure design, mainly on the complaint of the structural design of the rack, from the structural design and calculation of lifting mechanism, the telescopic fork agencies and travel agencies.At design time, from economic and structural considerations, in comparison odd and even column stacker select single column structure of the program plan.Selected according to requirements single-post racks, and design a specific structural shapes, gives the corresponding parameters and manufacturing materials.Depending on the size of the force three kinds of institutions, each require different operating power, the choice is not the same type of motor.Depending on the reduction ratio and rotational speed, from the selection of different lifting mechanism and running gear of the gear unit.Similarly, brakes, sprockets and chains, V belt and pulleys 买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985are all designed according to the respective requirements of different options.Anyway, after the initial selection of the type, we have carried out the necessary corresponding check to ensure that the design is reasonable and feasible.This graduation design software is mainly two-dimensional CAD software and CAXA.Keywords: logistics; automated warehouse; single-column stacker; structural design; calculation check.买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985目 录引 言 .11 概 述 .11.1 物流的发展 .11.2 物流与自动化立体仓库 .11.3 自动化立体仓库的分类 .21.4 堆垛机 .22 堆垛机结构方案的比较和确定 .32.1 单、双立柱巷道堆垛机结构方案对比 .32.2 单立柱堆垛机结构 .42.3 单立柱有轨巷道式堆垛机的特点 .63 单立柱堆垛机结构设计 .73.1 堆垛机的机架结构设计 .73.2 堆垛机的载货台结构设计 .73.3 堆垛机伸缩货叉的结构设计 .83.4 货叉伸缩机构的工作原理 .83.5 堆垛机起升机构的整体设计 .93.5.1 柔性件的选取 .93.5.2 卷筒的选取 .103.5.3 电动机的选取 .113.5.4 减速器的选取 .123.5.5 制动器的选取 .133.6 堆垛机行走机构的整体设计 .143.6.1 驱动方式的选取 .143.6.2 行走轮的的设计 .143.6.3 电动机、减速器及制动器的选取 .153.6.4 轨道的设计与安装 .154 堆垛机伸缩货叉机构的设计计算 .164.1 伸缩货叉的挠度与强度 .164.2 固定叉的挠度及转角计算 .164.3 中叉的受力分析计算 .17买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709854.4 上叉的设计分析计算 .194.5 货叉各参数的选择 .204.6 轴承的选取校核 .204.7 链轮及链条的选取校核 .215 升降机构零部件的设计计算 .235.1 钢丝绳及滑轮的设计计算 .235.2 卷筒的设计计算 .245.3 电动机及减速比的确定 .256 堆垛机行走机构的设计计算 .276.1 电动机及减速器的选取 .276.2 行走轮的设计及减速器计算 .276.3 V 带轮和 V 带的设计计算和选择 .28小 结 .31谢 词 .32参考文献 .33附 录 .34买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985引 言自动化立体仓库以巷道堆垛起得机为主、并 结合入出库周边设备来进行作业的一种仓库。自动货立体具有存储量大 存储效率高、空间利用率高、自动化和信息化水平高等优点，越来越得 到人们的广泛认同和普遍使用。我国在自动化立体仓库这方面起步较慢，但是发展速度很快，目前与欧美西方先进国家水平日益接近，很多企业也认识到自动化立体仓库对企业的生存的重要性，利用自动化立体仓库的计算机功能能够获取市场的第一信息，对企业的决策起到举足轻重的重用 1。1 概 述随着世界经济的持续发展和科学技术的突飞猛进以及经济全球化的趋势的加强，各国面临着前所未有的机遇和挑战。在这种大形势之下，现代物流作为工业化进程中最为经济合理的综合服务模式和管理技术已被越来越多的企业所重视。随着全球物流事业的快速发展，物流系统的进一步改善和合理性对优化资源配置、提高企业生产率、降低生产成本起着至关重要的作用。因此，自动化立体仓库系统也越来越受到青睐。其核心设备巷道堆垛起重机则是代表自动化立体仓库的标志，对立体仓库的出入库效率有重要影响。本文从堆垛机的应用特点入手，着重就堆垛机的结构设计进行初步的研究 1。1.1 物流的发展20 世纪，或许更早时候，物流就默默无闻地出现在人们生活中。直到 19 世纪中期，随着世界经济的快速发展，人们才渐渐意识到“新物种”-物流潜藏着巨大商机。特别是企业高层更关注物流领域。生产物流是一个极具综合性的系统，有机地糅合机电一体化、计算机、微电子及管理学等技术成为一门新技术。物流的核心工作是储存和运输物资。为了服务这一核心工作，物资的管理、包装及检验应运而生。此外，还要按物资种类、质量及数量，准确的以最低成本送到目的的，及时完成物资信息更正和传送，以及物资的回收等多个步骤。总而言之，物流是指物资实体的实际流动过程，是为服务客户而生。1.2 物流与自动化立体仓库 生产物流是指从原材料开始，经过基本一道道制造加工工序，然形成具有一定价值的半成品或成品，并将其运送仓库或客户的过程。物流对人们的贡献不仅仅在经济活动中体现，在日生生活中我们更是经常用到。在现代物流中，高层货架仓库（即自动化立体仓库）充当中流砥柱的作用，由以前以人力为劳动力，输送车和叉车为设备的普通平库发展变化成高度机械化、半自动化甚至完全自动化的高层仓库。现代机械化和自动化的仓库作业代替了以前的繁重的人力劳动，这不仅解放了人们的手脚，提买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985高了生产效率，更降低了生产成本，方便系统化管理。1.3 自动化立体仓库的分类按照建筑形式，自动化仓库可分为整体式和分离式两种。整体式是指货架除了储存货物外，还可以作为建筑物的支撑结构，分离式是指储存货物的货架独立存在，在建筑物内部。按照高度不同，自动仓库可以分为低层型（5 米以下），中层型（512 米）和高层型（12 米以上）。按照仓库的构造方式可以分为单元货格式，贯通式，水平旋转式和垂直旋转式仓库。按照仓库的作业方式可以分为单元货架式，移动货架式和拣选货架式仓库。按照自动化仓库的作用分类 可以分为生产性仓库和流通式仓库。按照自动化仓库与生产连接的紧密程度分类 可以分为独立型， 紧密型和紧密型仓库 10。1.4 堆垛机堆垛机是整个自动化立体仓库的核心设备，通过手动操作、半自动操作或全自动操作实现把货物从一处搬运到另一处。堆垛机是自动化立体仓库的重要组成部分，是直接将货物放入制定货格的装置，其形式有多种：堆垛机形式多种多样，包括单轨巷道式堆垛机、双轨巷道式堆垛机、转巷道式堆株机、单立柱型堆垛机、双立柱型堆垛机等等 10。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709852 堆垛机结构方案的比较和确定随着竞争日益激烈，许多制造业中小企业想要扩大利润空间，必须降低生产成本。因此，企业对生产设备的要求不仅操作简便、工作效率高，还要设备成本低。而这次堆垛机结构方案的确定主要从其工作的作用效果和经济性方面考虑。以下给出几种方案：2.1 单、双立柱巷道堆垛机结构方案对比巷道堆垛机由机架、吊具、起升及行走机构、货叉伸缩机构等组成，其按照结构的不同可分为单立柱巷道堆垛机（图 2-1）与双立柱巷道堆垛机（图 2-2）。单双立柱堆垛机因其结构的不同而各有优缺点。单立柱型巷道堆垛机机架主要由单根立柱与上、下横梁等一起构成一个高而窄的框架结构。立柱较多使用较大的口字钢或者通过电焊工艺来制作，立柱表面设置有导轨。载货台设计成 L 型，材料采用 H 型钢、口字钢，水平台架设计为楔形，以便更好支撑。单立柱堆垛机整体结构简单紧凑，大型零部件（比如立柱）消耗的材料较少，质量较轻，所以制造成本相对来说比较低。但其结构刚度上比双立柱堆垛机的差。因为载物台和货物对立柱有偏心的作用，加减速行走和制动的时会产生的水平惯性力作用，让单立柱堆垛机行走速度相对较慢，在应用上有局限，影响其发展。该堆垛机起重重量较小、水平运行速度较慢，主要用于重量 12t 以下和高度 16m 以下仓库。单立柱堆垛机起升结构一般采用钢丝绳来传动，电机减速机使卷筒转动，钢丝绳拉动载物台沿立柱升降。采用钢丝绳传动，价格便宜，强度大，维护更换方便，但因其具有微弱弹性，定位准确性较差。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985图 2-1 单立柱堆垛机结构图 双立柱机构堆垛机机架是由两根立柱与上横梁、下横梁一起构造成一个倒 U 形的框架。立柱的形式有口字管或者圆管。若选用口字管，除了支撑堆垛机，也作起升的导轨，而圆管没有导向作用。载货台做成 U 型，结构对称性好。堆垛机由于采用双立柱机架结构，其对称性较好，升降运行很平稳,最大的优点就是强度较大，刚性较好。对于一些起升高度比较高、或起重量较大和水平速度快的立体仓库堆垛机，一般使用双立柱。双立柱堆垛机起升机构一般采用链条（钢丝绳）来传动，电机减速机使链轮（卷筒）转动，链条（钢丝绳）拉载货台沿立柱升降运动。因链条的传动一般都采用封闭链或者配重装置，造价更高，受着空间的尺寸限制，维护装配较困难，润滑不方便，而且断裂前没有预兆。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985图 2-2 双立柱机构堆垛机 对比结果：综上所述，单立柱堆垛机整机构造简单，结构紧凑，用材少重量轻，成本相对较低；但其起重重量小，水平行走速度较慢。双立柱机构堆垛机整体机构复杂，装配较难，消耗材料较多，造价跟高；但其导向性较好，起重重量较大，水平行走速度较快。上述两种堆垛机都符合要求，但从结构复杂程度和经济方面考虑，显然选择单立柱堆垛机更佳。2.2 单立柱堆垛机结构单立柱堆垛机结构主要由四个机构组成，整体结构如图 2-3 所示。（1)机架：单立柱堆垛机的机架是由上下横梁及单立柱组成，整体结构高而窄，有效地利用空间，主要起支撑及导向的作用。(2)起升机构：它由电动机、减速器、制动器、卷筒、柔性件及松绳保护装置等构成。升降机构的工作速度相对较低，一般控制在 1025m/min，最高仅达 46m/min，设计时选取 20m/min.（3）载货台：它起到连接起升结构和货叉伸缩机构的作用。为了提高载货台的强度及刚度，主要采用口字钢制造楔形，使其更好地承载伸缩货叉及货物而不变形。 (4)行走机构：它由电动机、带轮、皮带、制动器、减速器和行走轮等组成。在其顶部设置导向轮组沿固定在货架上弦的上轨道导向运行；地面下轨道设置四个行走轮买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985沿铺设在地面上的单轨来回穿梭运行。为防止堆垛机出现脱轨或侧翻现象，行走轮设计成圆台型。行走机构的工作速度依据巷道长度和物料出入库频率而定，正常工作速度一般控制在 45100m/min 范围内，最高可达到 180m/min。（5）货叉伸缩机构；它是唯一一个可以与货架直接交接堆垛机机构，可实现堆垛机存放物料的基本功能。货叉可根据货物的长度以及需要在货架上的藏货位置来调整其长度。它由货叉（其包括上叉、中间叉、固定叉、链条及链轮等）、电动机构成。货叉伸缩机构的工作速度一般控制在 18m/min，最高可达 36m/min。 图 2-3 单立柱堆垛机结构图2.3 单立柱有轨巷道式堆垛机的特点根据本毕业设计要求的使用场合限制，本单立柱巷道式堆垛机在结构和性能方面具有以下几个特点：（1）由于机架采用单立柱结构，整机重量轻用材少，结构紧凑，构造简单，成本相对经济些。占用仓库空间少，整体刚性较差。但由于不对称的机架结构货叉作业时受到弯矩作用而可能产生扭曲甚至变形现象，所以立柱材料要用高强度、高硬度的材料。此外，机架还要有较高的制造精度和装配精度。（2）单立柱堆垛机沿着有轨巷道天地轨道运行,其作业时具有三个运动方向。水买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985平行走方向为 x 轴方向，堆垛机行走机构可以沿此方向运行到任意指定地点；垂直升降为 z 轴方向，起升机构能把货物提升到任意高度；货叉伸缩为 y 轴方向，货叉伸缩机构能存放或取走所需货物。（3）载货台的水平台架做成楔形，以提高支撑力度。（4）通常用三级伸缩货组成伸缩货板机构的一部分。（5）驾驶室必须设置在水平方向上远离载货台的地方；（6）为保障人身和设备的安全，必须设置安全保护装置，并在作业前确保其正常工作后，在进行作业。（7）应当设置报警系统，堆垛机出现故障或探测器发现异常情况时发出报警，以防发生机械事故。3 单立柱堆垛机结构设计3.1 堆垛机的机架结构设计堆垛机的机架是堆垛机的最主要承重构件，主要由上、下横梁、立柱和其他部件构成。机架通常有单柱式和倒 U 形框架式两种类型。按支承方式，其又可分为顶部支承式和地面支承式。上横梁包含导轨，联接立柱的顶部。立柱是机架最重要的组成部分，其上附加导轨，可使载货台沿导轨上升下降，同时还能够沿着地上和顶部的导轨买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985保持走行的稳定和承载货叉伸出进行装卸作业时产生的翻转弯矩。而安装立柱的下横梁也受到弯矩作用，因此下横梁要有足够的强度、硬度，避免的变形损坏。在机架上安装有升降、走行机构，人工驾驶室（有时也没有）以及配置有电气控制系统、安全保护装置等，使整体机构紧凑，减少占用空间。由于载货台与伸缩货叉机构作业时对单立柱的力矩作用，以及走行时起动、制动及加减速产生的水平惯性力的作用，对立柱会产生一定强度的冲击并使其产生振动，冲击和振动过大时会造成损坏。同样，由于货叉作业时的重力作用而立柱产生弯曲现象，使伸长的上叉末端的更加向下弯曲，严重时会影响货叉的正常作业。总之，避免冲击损坏、振动破坏及弯曲损坏，机架应满足足够的强度和刚度要求。本次设计中采用优质钢材焊接成牢固机架结构。机架装配成型后必须调整立柱的垂直度，以补偿在货架顶部载货时造成立柱的弹性变形。所以，立柱采用 Q235 制成的 900*640mm 的口字钢，10mm 高。3.2 堆垛机的载货台结构设计载货台由两个互相垂直的框架焊接成的并装配货叉伸缩机构，可进行上下垂直运动的装置。其水平框架一般采用矩形钢管做成，减小了总体重量从而满足载货的要求；而升降动滑轮和安全保护装置安装在垂直框架，通过起升机构带动的钢细绳的牵引力和地球的重力使载货台做升降运动来运送货物。载货台两侧装有导向轮和滚轮，使其平稳运行。载货台的工作原理：如图 3-1 所示，载货台垂直框架上下设置两组导向轮（共 4个），防止其在 Y 轴方向晃动，可通过调节导向轮的偏心轴来调节导向轮和导轨之间的间隙，使载货台平稳运行和货叉保持水平。X 轴方向，在导轨左右设置两组滚轮（共 4 个），一组在左上方，另一组在右下方。两组滚轮不仅仅起到导向作用，还承载着来自货叉和货物对载货台的弯矩作用。而载货台上下垂直运动是由绕过定滑轮的钢丝绳的牵引力克服地球引力来实现的。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985图 3-1 载货台结构图 3.3 堆垛机伸缩货叉的结构设计堆垛机货叉通常采用三级直线差动机构，也称为链传动双向伸出货叉机构，简称伸缩货叉机构。作为堆垛机向立体货架存取货物的装置，伸缩货叉机构要尽可能合理利用立体货架空间。因此在满足足够刚度强度条件下，伸缩货叉机构的机构设计不宜复杂庞大。货叉行程不小于货物周转货箱的长度，这样货物在立体货架上摆放整齐，快速稳定。货叉伸缩机构应尽量减少摩擦阻力和机构运动间隙，其目的是为了使堆垛机存取货物动作更加灵活高效。由于堆垛机的工作空间限制，为了使货叉机构结构紧凑，造价低廉，货叉伸缩机构的电机应重量轻、体积小，动作行程要短，来满足货叉伸缩机构的工作要求。3.4 货叉伸缩机构的工作原理堆垛机伸缩货叉机构一般由电动机、固定货叉、中间货叉（中叉）、上层货叉（上叉）及链轮和链条等构成。链轮和链条在机伸缩货叉机构作业时传递运动和动能，买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985并把电动机、固定叉、中叉及上叉联接成一个整体。电动机和固定叉装在载货台上，电动机驱动链条，使中叉相对固定叉向两侧伸出一定距离，上叉在安装中叉上的加速装置的带动下以两倍中叉运动速度伸出，相对于固定叉伸出更远的距离，从而实现向货架存取货物。固定叉安装于载货台上，而其上装有两个链轮。如图 3-2 所示，与两链轮同轴上分别设置两个小型（或微型）的卷筒，在其上端输出钢细绳。当卷筒 2 顺时针方向转动，其回收钢细绳时，而卷筒 1 也顺时针旋转释放钢细绳，货叉做伸出运动。反之，货叉做收缩运动。在中叉的两端设置了 2 个可动链轮，使上叉以两倍中叉移动速度运动。与中叉左端链轮啮合的链条的两端分别固定在上、下货叉的右端，而与右端链轮啮合的链条的两端分别固定在上、下货叉的左端。当中叉移动时，上叉以两倍中叉移动的速度和行程伸出或缩回。也可以这样说，当中叉相对于固定叉水平移动 1/3 的固定叉的长度行程时，而上叉就相对于固定叉移动了 2/3 的固定叉长度行程，最终满足货叉伸缩的行程要求。这种三级直线差动机构的特点是上叉相对与中叉伸出的距离为其伸出行程的 2/3，而中叉相对于固定叉伸出的距离为其伸出行程的 1/3。上叉与中叉之间，中叉与固定叉之间均有合适的导向接触长度，以保证三层货叉伸出时相对刚度要求。同时，三层货叉相对运动是，采用滚轮和和滚道的纯摩擦，尽可能减少相对运动摩擦阻力。图 3-2 三级直线差动机构图 3.5 堆垛机起升机构的整体设计堆垛机起升机构一般由电动机、卷筒、柔性件、减速器、制动器及导向部件构成。由电动机输经减速器减速增加转矩，驱动卷筒，继而带动柔性件，经过导向部件牵引载货台做上下垂直运动。当载货台将要到达指定高度，马上开启制动器，使载货台平稳准确指定位置，从而圆满完成起升机构任务，实现其作为堆垛机构件的功能。3.5.1 柔性件的选取在堆垛机的起升机构里柔性件是不可或缺一个零件。升机构作为一种工作机，需要靠电动机供给一定形式的能量才能工作。但是，很少有把电动机和工作机构直接连接起来的，往往要在两者之间加入能传递动力或改变运动状态的柔性件。目前，起升买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985机构常用的柔性件有传动带、链条及钢细绳。传动带按横截面的不同可分为平带、圆带、V 带及多楔带，具有的特点是：传动效率较高、重量轻、结构简单紧凑、制造容易等，但其传动比经常变化，易弹性打滑及整体打滑。目前，V 带的用途最广泛。按用途链条可分为传动链、输送链及起重链。链传动的特点：无打滑现象，能保持稳定传动比，效率较高；整体尺寸小，结构紧凑，能在高温高湿环境下工作。钢细绳具有的特点：挠性好、柔韧性好；种类多样，选择性大；自重轻、强度高、耐冲击、承载能力大；成本低廉、平稳可靠及极少崩断等优点，广泛应用于多种机构中。综合上述三种柔性件特点对比分析，再结合本设计堆垛机的技术要求，应选用钢细绳作为起升机构的起重柔性件，如图 3-3 所示。图 3-3 钢细绳3.5.2 卷筒的选取起升机构作业时出现钢细绳缩回或伸出，需要设置卷筒装置对钢细绳收放，以卷绕和容纳钢细绳，避免造成不必要的事故。目前，国内卷筒主要分为两种：气管卷筒和电缆卷筒。其中电缆卷筒按钢细绳堆置层数的不同又分为单层卷绕卷筒和多层卷绕卷筒，主要运用于起重机等场合。方案一：单层卷绕卷筒的卷筒表面通常设计有螺旋形绳槽，钢细绳依次绳槽排列。并且绳槽的节距和直径均要比钢细绳的直径大，这样可以加大钢细绳和卷筒表面的接触面积，避免其卷绕过程中钢细绳打滑，亦可以延长钢丝绳的使用寿命。但是需要的钢细绳过长时，卷筒的长度和直径都将有所增大，造价更贵。方案二：多层卷绕卷筒的卷筒长度较短，但钢细绳受到的挤压力大，摩擦力大，使刚牺牲的寿命降低。另外，钢丝绳每层卷绕半径变化，使得钢丝绳的卷绕速度和作用卷筒上的外力矩发生变化，卷筒运转起来不平稳。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985方案三：气管卷筒主要由高压胶管或金属软管与金属外壳构成，其一般用于水、气体、油等介质的传输，结构紧凑，容易安装。比较上述三种方案，结合堆垛机具体使用场合和性能要求，选择单层卷绕圆柱形卷绕卷筒更合适，如图 3-4 所示。图 3-4 卷筒 3.5.3 电动机的选取为了足够满足起升机构流畅的作业，作为整个机构动力输出的电动机的选择尤为重要。目前，电动机常见的有单相异步电动机和三相异步电动机。三相异步电动机的特点：运行性能更好，价格较低，调速方便，并且节约更多的材料。按转子结构不同三相异步电动机有以下两种不同两种备选方案：方案一：绕线式异步电机是目前最常用的三相异步电动机。其可以改变调节变阻器电阻来改善电动机的运行性能启动、制动平稳可靠，可承受一定冲击载荷，可频繁启动。因此其起动电流较小，一般是额定电流的 2 2.5 倍甚至更小，这样更方便于调节电动机的转速。方案二：鼠笼式异步电机具有诸多优点：整体结构紧凑简单，操纵方便，重量轻，造价也较便宜。但其起动电流比较大，甚至达到额定电流的 4 6 倍，调节速度较困难，不能承受较频繁的启动，不能运用于启动频繁、功率大的工作机构中。根据本设计中要求的工作环境，堆垛机的启动负载较大，启动、制动、换向及调速频繁，要求有较高的工作稳定性。综合以上两种方案的所述，本设计中选用允许有较大振动和冲击性能，转动惯量较小，过载能力大的 YZR 系列绕线型起重用三相异步电动机，如图 3-5 所示。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985图 3-5 三相异步电动机 3.5.4减速器的选取减速器是设置在电动机和卷筒之间用来传递运动和动力的一个减速传动装置，其目的为减低速度及提高转矩以满足各种各样设备的需求。(1)传动方式的选择起重机械中常有以下三种备选方案。方案一：二级圆柱齿轮减速器；它是应用最广最常用的减速器。其优点：结构紧凑、寿命长、成本低廉；工作准确可靠、传递效率高、维护简便，应用广泛等。方案二：蜗轮减速器：它是通过蜗轮与蜗杆在空间交错接触来传递运动和动力的。与其他减速器相比，它传递效率较低、冲击小、传动平稳；但其成本较高，易磨损，不易散热，寿命短，应用范围较窄。方案三：行星齿轮减速器：它虽然传递效率高，传动比大，寿命长，但造价比较昂贵。结合上述三种方案，从产品的成本、性能和具体使用场合方面考虑，本设计中选取二级圆柱齿轮减速器。(2)输出（入）轴的配置根据机械设计手册输出（入）轴有以下四种备选方案。方案一：展开式。特点：结构简单，但齿轮相对与轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭矩变形和轴在弯买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985矩作用下产生的弯曲变形可部分的相互抵消，以减缓沿齿宽分布不均匀的现象。用于载荷比较平稳的场合，高速级一般做成斜齿，低速级一般做成直齿。结构简单，应用广泛。方案二：分流式特点：结构复杂，但由于齿轮相对于轴承对称布置，与展开式相比载荷沿齿宽分布均匀，轴承受载较均匀。适用于变载荷的场合。高速级一般用斜齿，低速级可用直齿或人字齿。方案三：同轴式特点：减速器横向尺寸较小，两对齿轮浸入油中深度大致相同，但轴向尺寸和重量都较大，且中间轴较长，刚度差，沿齿宽载荷分布不均匀，高速轴的承载能力难于充分利用。方案四：同轴分流式特点：每对啮合齿轮仅传递全部载荷的一半，输入轴和输出轴只承受转矩，中间轴只承受全部载荷的一半，故与传递同样功率的其他减速器相比，轴颈尺寸可以缩小。综上所述，对比四种方案的特点，从堆垛机本身的工作场合考虑，本设计最终确定选用展开式二级圆柱齿轮减速器。(3) 输入、输出端的形式输入端采用专用联轴器的输入轴，输出轴为空心轴，用联轴器与卷筒相连。(4)润滑方式的选择从堆垛机工作环境和成本及展开式二级圆柱齿轮减速器的特点考虑，润滑剂采用润滑油，润滑方式采用滴油润滑方式中的针阀油杯。该润滑方式可调节滴油速度来改变供油量，并且停止工作时可扳动油杯上端的手柄来关闭针阀而停止供油。3.5.5 制动器的选取堆垛机作业过程中，制动器能让以正常速度升降运动、载着货物的载货台停下来或是其保持在空中不动，并且可以保证堆垛机工作的安全性以及满足实际工作特殊的要求。机械手册规定，提升装置的制动器的制动转矩不小于额定载重量的货物被吊起时1.5 倍的最大转矩值。通常情况，制动器按其构造形式可有以下三种备选方案。方案一：带式制动器用料较少，造价较便宜；结构简单紧凑，制动力矩大，但机构不对称，制动时轴上产生较大的弯矩，制动带易磨损损坏，降低工作寿命。方案二：块式制动器机构紧凑，工作可靠，两个对称的瓦块磨损均匀；冲击力通常较小，挤压力可以相互抵消，制动轮轴不受弯曲作用。但其制动力矩较小，其结构买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985尺寸比带式制动器大。方案三：盘式制动器受摩擦系数影响小，效能较稳定，工作稳定可靠，冲击小且维修保养简单；散热性好、水稳定性较好，制动力矩与旋转方向无关；在同等条件下，其输出的制动力矩更大。但其缺点是制动较粗暴，摩擦片磨损快，有时制动不平顺。综合上述三种方案，对比其特点，又从堆垛机平稳快速制动及维修保养的方面考虑，本设计选用常闭盘式制动器。3.6 堆垛机行走机构的整体设计 为了实现堆垛机货架巷道轨道里水平来回运动，存取货物的目的，要设计一个行走机构。3.6.1 驱动方式的选取驱动方式按照支承方式有以下两种方案：方案一：地面驱动式以铺设在地面笔直水平金属导轨为行走路线，在电动机的驱动下，安装在下横梁上的行走机构依靠下部行走车轮支撑并运动。为了防止堆垛机的倾倒或摆动，需要上部的导向轮。这种驱动方式的特点是：驱动装置装配在下横梁上，行走平稳可靠，起重范围大，应用比较广泛，适合于各种类型的立体仓库；使用方便，保养维护容易。方案二：顶部驱动式行走机构安装在堆垛的上横梁上，靠行走车轮沿着水平天轨运动。门架上的导向轮以一定的间隙夹持在天轨的两侧，避免堆垛机运行时或其它情况而产生摆动、倾斜或脱轨。其起升机构安装的位置与地面驱动式的不同装在门架上部。这种驱动的特点：不需要考虑门架的横向弯曲强度，钢材料重量减轻，造价降低；与地面驱动式相比，加减速时振动较小，制动所需时间短。但整个堆垛机机构没有底部支撑，需要立体仓库屋顶承担全部载荷，故对屋顶结构和货架的强度要求高。而且保养、检查和维修在高空作业，既不方便也不安全，容易发生意外。综合以上两种方案的特点的分析，结合设计题目的要求，本设计选用下部支承地面驱动式。其中下横梁采用 1380*550mm 口字钢，长 5500mm，材料用 Q235。3.6.2 行走轮的的设计行走轮是一种能承载堆垛机的载荷并使其能够在地面轨道上平稳运行的装置。一般的，车轮按照形式可分为有带轮缘和无轮缘两种。在设计的堆垛机中将采用有带轮缘的行走轮，其不仅起运行支撑的作用，还有一定的导向作用。但为了避免产买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985生啃轨现象，甚至使车轮与轨道剧烈磨损，使堆垛机运行不平稳，还需要在上横梁或下横梁另外安装导向轮。在本设计中，在下横梁上靠近两端处各设置一对圆柱形行走轮，共 4 个，同时也设置 2 个导向轮。3.6.3 电动机、减速器及制动器的选取本设计中，单立柱堆垛机行走机构运行时有一定的振动和冲击，起动载荷较大，所以电动机选用过载能力大的 YZR 系列绕线型起重用三相异步电动机（见 3.5.3 章）。由于在堆垛机水平方向的阻力相对来说不大，只要减速器输出一定的转矩即可满足堆垛机的正常工作，所以设计中选用展开式一级圆柱齿轮减速器（见 3.5.4 章）。至于制动器，由于水平行走速度较大，所以选用工作平稳可靠、寿命长盘式常开式制动器（见 3.5.5 章）。3.6.4 轨道的设计与安装本设计采用地面驱动式（前面已作具体介绍），设计有上、下导轨，以支承起堆垛机的全部自重，同时具备导向的作用，因而上、下导轨要有一定的强度刚度，防止轨道发生弯曲损坏甚至崩断的现象，影响堆垛机的正常工作。目前，常见的轨道主要有起重机轨、重型钢轨和轻型钢轨三种类型。从本设计堆垛机性能要求（刚度强度的要求）和成本考虑，上轨道可采用 H 型钢，材料 Q235，具有抗弯能力强、刚度较高的特点。下轨道可采用轻型钢轨，材质通常采用 Q235 或 Q55.其横截面形状做成凸状，抗弯能力良好；两水平面具有一定宽度，是轻轨与行走轮的接触面更大，降低相互挤压力。堆垛机轨道安装质量的好坏直接影响到堆垛机的正常工作，甚至由于其违规安装，导致发生惨重的堆垛机事故，造成本可避免的巨大损失。压板法、钩形螺杆、焊接和螺栓联用是常见的轨道安装方法固定方法三种。轨道接头主要采用电弧焊焊接，偶尔用到电阻焊等。其顺序是由下而上，先焊轨底，然后轨腰，接着轨头，逐层进行堆焊，最后修补周围，完成焊接。焊接时应注意以下问题：1）在施焊前，清除钢轨接口杂质。固定时，两钢轨接口留下 V 形的间隙，以轨底间隙为准，一般控制在 14 17mm 之间。2）当钢轨端头焊接完成后，应采取热处理来消除其应力，防止其冷却后变形。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709854 堆垛机伸缩货叉机构的设计计算4.1 伸缩货叉的挠度与强度伸缩货叉各尺寸表示如图 4-1 所示：I -固定叉的重力方向惯性矩 ,I -中叉的重力方向的惯性矩,1 2I - 上叉的惯性矩，W货物自重载荷；E 材料的弹性模量3图 4-1 伸缩货叉的结构尺寸4.2 固定叉的挠度及转角计算货叉伸出时，固定叉部分叉身受到中、上叉及货物的重力的作用，使其向下弯曲。简化下叉受力示意图如图 4-2 所示。图 4-2 下叉受力简化示意图在 AC 段内取距 A 端为 x 的任意截面为研究对象。 时的弯矩方程为：0lxa)(10xaPlbM买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985式中： P 1为 x 处截面上产生的反力， 。blWP/*1用积分法求得其转角为：(4.1)(230310011 axlbEIdxIM式中： A 端（即当 x= 0 时）的截面转角，0(4.2)0106IEblap）（ 其挠度为： (4.3)(30310011 axlbIxdIMxf 当 x=l 时，将式 （ 4.2） 代入式 （ 4.3） 和式 （ 4.1） 中，可算得 c 点处的转角和挠0度：0116)(lEIabp0131)(lIf4.3 中叉的受力分析计算中叉直接受到固定叉和上叉的力 W 作用，如图 4-3 所示，在 bc 间产生反力P ,P 。12图 4-3 中叉受力分析图受力分析:如图 4-3 所示，在 BF 段内取距左端 （ A） 为任意 x 处的截面为研究对象。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985当 时，可算得其转矩方程：0lxaxbWlPM21用积分法算出其转角为：(4.4)EIldx20其挠度为：(4.5)0236fxbIWlf当 x=b 时， B 端的截面转角为：(4.6)206EIl将式 （ 4.6） 代入式 （ 4.4） ，可算得此段的转角为：223IbWl将式 （ 4.6） 代入式 （ 4.5） 中，可算得此段的挠度为：22lEIf如图 4-4 所示，把 bc 段看作悬臂梁， b 段作为刚性, c 点作为固定端,并且由于 W在中叉产生的支反力为 P 和 P ,相对应的在货叉前端产生的扰度为分别为 和 ： 34 34de2图 4-4 中叉受力分析图转矩方程为：买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985 xPdM4)(若以固定端 E 视为坐标原点，可得： eW/3若以固定端 D 视为坐标原点，可得： )(4用积分法算出其挠度：当 时，代入式 （ 4.6） 算得：1lx)()(621323 dledEIf （ 4.7）222024 )()(xdexIWxIM同理可算得： 21224 )()(ledxeEI最后算得： 134lf4.4 上叉的设计分析计算上叉受到中叉及货物载荷 W 在 d 区间产生的支反力 P 、 P ，受力分析如图 4-345 所示，在 E 点的倾斜角为 ，挠度为 ：55图 4-5 上叉受力分析图转矩方程为： xdeWM用积分法算出其转角为：(4.8)032EIex算得挠度为：(4.9)036fxdIeWf买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985当 x=d 时, D 端的截面转角(4.10)306EIeWd将式 （ 4.10） 代入式 （ 4.8） 中，分别算得此段的转角：35Ied将式 （ 4.10） 代入式 （ 4.9） 中，分别算得此段的挠度：)(135lEIeWf因此，设载货台和立柱为刚性时，伸缩货叉工作的总扰度为:54321fff总注：当托盘货架进深为 115 厘米时， 值应控制在 10 15 毫米。