小型立體倉庫設(shè)計(jì)

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單位代碼 6130 學(xué) 號 050105050 分 類 號 TH 密 級 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 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)代社會的商品需求、管理與流通，立體倉庫營運(yùn)而生，并在現(xiàn)代物流中起著重要作用，且隨著社會的需要，向自動化、智能化發(fā)展。1.2 國內(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，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(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)今世界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。 我國對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 年開始研制我國第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動化立體倉庫（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，我國自動化立體倉庫數(shù)量已超過 200 座。據(jù)美國 ADL 公司調(diào)查，1988 年世界自動化倉庫和運(yùn)輸設(shè)備的市場容量約為 20 億美元，到了 1995 年市場規(guī)模為 35 億美元。21 世紀(jì)自動化倉庫和搬運(yùn)設(shè)備市場已達(dá) 70億，比 1995 年提高了一倍。又據(jù)日本通產(chǎn)省在 1990 年對日本國內(nèi)的自動化立體倉庫市場調(diào)查結(jié)果為 549 億日元，到了 1995 年，日本自動化立體倉庫的市場容量增加到752 億日元，2000 年達(dá)到 1030 億日元。依此推算，未來自動化立體倉庫市場容量增長黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 可達(dá) 65%。自動化立體倉庫在國內(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，成為一門新興產(chǎn)業(yè)，對提高產(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，我國的物流產(chǎn)業(yè)與美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家的差距相當(dāng)大。所以，為了提高我國整體物流業(yè)的實(shí)力，同時(shí)為國家經(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)展帶動倉庫物流技術(shù)，以倉庫設(shè)備及技術(shù)的提高帶動機(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，隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的加快，自動化搬運(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，人們意識的提高，集自動化、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 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、自動定位；上下運(yùn)動采用鋼絲繩提升機(jī)構(gòu)；左右運(yùn)動采用上下軌道導(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)行方案對比加以選擇。2.1 貨架方案對比本次設(shè)計(jì)對象是一個(gè)配有有軌堆垛機(jī)的、能夠自動定位的、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)是具有高密度存儲能力，于一般貨架相比，其容量可加倍，高度可達(dá) 10m，不會壓損貨品。與其他高密度系統(tǒng)相比，其投資成本相對較低，能很好地適用存儲季節(jié)性貨物。缺點(diǎn)是無法不移動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，并且對存放不規(guī)則的或是長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)對貨物進(jìn)行自動存取作業(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，且我國早期的自動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)，簡稱堆垛機(jī)，是自動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)動采用鋼絲繩提升機(jī)構(gòu)；左右運(yùn)動采用上下軌道導(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)動載貨臺升降運(yùn)動的機(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：電動葫蘆起升機(jī)構(gòu)和卷揚(yáng)機(jī)起升機(jī)構(gòu)。 電動葫蘆起升機(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?？紤]到如果把卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)放置在中部會影響存取機(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)動卷筒提升載貨臺。（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，安裝在載貨臺上，中間叉在齒輪齒條的驅(qū)動下，從中間叉的中點(diǎn)，向左向右移動大約自身長度的一半。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。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)簡單，運(yùn)動平穩(wěn)，但由于鋼絲繩的彈性，貨叉動作會有滯后性，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)伸縮式貨叉將會用到更多所學(xué)專業(yè)知識，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)動堆垛機(jī)在軌道上來回運(yùn)動。根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知微電機(jī)是本次設(shè)計(jì)的動力源的最佳選擇。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；二通過電機(jī)伸出的齒輪軸通過齒輪嚙合驅(qū)動滾子（被動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 號結(jié)構(gòu)用冷彎方型空心剛，材料為 Q235—A。貨架片用 5 號結(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)采用齒輪長條式三級貨叉伸縮式，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 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、材料及齒數(shù)1） 選用直齒圓柱齒輪傳動。由于貨叉機(jī)構(gòu)要求的速度速度不高，故選用 7 級精度（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)動力起升的物體主要為：提升籠框架框架、存取驅(qū)動電機(jī)、貨叉機(jī)構(gòu)及貨物。貨臺框架：長×寬×高=340×340×500=（ 340+340+500）× 4×103×2.361kg=11.144kg架m存取驅(qū)動電機(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 電磁制動電機(jī)，型號 10YB200DV22（精研） 。選用速比為 25 的標(biāo)準(zhǔn)減速箱，型號 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 號熱軋槽鋼，其理論重量為 5.438kg/m。框架長×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 90YR90DV22。選擇速比為 25 的標(biāo)準(zhǔn)減速箱（帶耳型） ，型號 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、材料及齒數(shù)1） 選用直齒圓柱齒輪傳動。由于行走機(jī)構(gòu)要求的速度速度不高，故選用 7 級精度（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 90GF12.5HE。3.5 軸承的設(shè)計(jì)由總裝圖可知，行走機(jī)構(gòu)從動輪的軸承負(fù)載大，尺寸小。因此只須校核從動輪軸承即可，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潤滑方式：脂潤滑（2） 被選軸承信息軸承類型：深溝球軸承軸承型號：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)量動載荷： N75.916)07.631(2.)( ??????arPYFXf軸承所需基本額定動載荷：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。主動輪軸承選用型號為 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、控制、檢測和安全保護(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)必須有自動認(rèn)址、貨位虛實(shí)等檢測以及其他檢測。電力拖動要同時(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，需要先探測貨格內(nèi)有無貨物，以防止雙重入庫，造成事故。探測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； 載貨臺斷鏈保護(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．使載貨臺能夠沿著起升導(dǎo)軌上下運(yùn)動。當(dāng)由于意外及長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)，使載貨臺不致突然下落；斷電保護(hù)。如果載貨臺升降過程中突然斷電，則通過升降電機(jī)制動使載貨臺不致于降落下來。4.1 控制系統(tǒng)自動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 檢測到的各設(shè)備狀態(tài)信號及命令執(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設(shè)備的控制動作。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)以及對庫存等信息及其與其他系統(tǒng)的接口管理。自動化倉庫是計(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)是自動化立體倉庫中一個(gè)重要的組成部分，是充分發(fā)揮自動化立體倉庫與信息系統(tǒng)緊密結(jié)合優(yōu)勢的保證。它體現(xiàn)了自動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、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。自動化倉庫技術(shù)在物資存儲行業(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，自動化技逐漸成為倉庫自動化技術(shù)的核心。而作為現(xiàn)代物流新發(fā)展階段的產(chǎn)物的自動化立體倉庫的出現(xiàn)將使勞動密集、效率低下的倉儲業(yè)發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的改變，在節(jié)約勞動、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、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，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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