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1、I 题目：堆垛机设计（机械部分）题目：堆垛机设计（机械部分） 专业：机械设计制造及其自动化专业：机械设计制造及其自动化 学生：学生： （签名）（签名） 指导教师：指导教师： （签名）（签名） 摘摘 要要 本文主要是有轨堆垛机的机械部分设计，包含堆垛机的行走机构、升降机构、伸缩 机构的设计，其中重点放在了行走机构的设计上。根据比较选择了单立柱堆垛机，在进 行机构的设计时，根据电机确定机构的总体结构，再由运行阻力计算行走电机的功率， 进而确定电机型号。本设计升降轨道采用双柱型轨道，结构简单工艺性好，货叉伸缩机 构借鉴了抽屉轨道的原理。根据设计要求对各主要部件初步选型后再对部件进行强度的 校核，来保
2、证选择的合理性。在本文最后部分，对该堆垛机的刚性和稳定性进行了较为 详细的分析，从而保证了堆垛机工作时运行的平稳性和可靠性。 关键词关键词：有轨堆垛机，行走机构，双柱型轨道 Subject: The Design of the mechanical structure of a Stacker Crane II Abstract This paper describes the design of the mechanical structure , including the walking、lifting、stretch outing and draw backing mechanism
3、of a stacker crane, in my design work I focus on the design of the walking mechanisms. According to the comparison we choice the single pillar stacker , In the design of the mechanism ,we according to he motor institutions determine the general structure of a stacker crane, Then cording the resistan
4、ce to calculation traveling motor power and determine the motor model. Tracking the movement double column type orbit. Structure is simple and good in usability. The goods for the expansion institutions fork drawer the principle of orbit. According to the design requirements of the main components o
5、f preliminary selection, then to parts of checking intensity. to ensure that the choice of rationality . In the last part of this paper , the stacker strength and stability for a more detailed analysis , so as to ensure the smoothness of work stacker slide may run and reliability . Keywords: stacker
6、 crane, walking mechanism, double column type orbit 目目 录录 1 1 绪绪 论论1 III 1.1 有轨巷道堆垛机的发展：.1 1.2 有轨巷道堆垛机的类型：.2 1.3 有轨巷道堆垛起重机的发展趋势和研究意义：.3 2 2 堆垛机的结构设计堆垛机的结构设计5 2.12.1 堆垛机的总体结构：堆垛机的总体结构：.5 2.2 起重重量.5 2.3 水平载荷.6 2.4 载荷状态.6 2.5 循环寿命.6 3 3 行走机构设计方案行走机构设计方案8 3.1 行走机构总体方案的确定.8 3.2 行走运行机构布置的主要问题.8 3.3 行走机构功率
7、的确定于电机的选择.9 3.3.1 轨道及车轮9 3.3.2 车轮踏面的疲劳强度校核9 3.3.2 主动行走轮直径的确定.11 3.3.3 运行阻力计算.12 3.4 行走轮主轴的设计计算.15 3.4.1 同步带传动设计计算.15 3.4.2 轴的设计计18 4 4 堆垛机伸缩机构设计堆垛机伸缩机构设计22 4.1 伸缩机构的方案确定.22 4.2 货叉传动装置的选型.22 4.3 货叉传动齿轮、齿条的计算.23 5 5 升降机构的设计升降机构的设计28 5.1 升降机构的总体选型.28 5.1.1 定机构的工作级别28 5.1.2 计算钢丝绳最大静拉力并选择钢丝绳28 5.1.3 确定最小
8、的卷绕直径29 5.1.4 选择电动机并验算制动力矩30 5.2 卷筒的设计.31 6 6 堆垛机稳定性计算堆垛机稳定性计算35 6.1 堆垛机稳定性分析.35 6.2 运行中立柱挠度的计算.35 6.2.1 立柱的相关计算.35 6.2.2 堆垛机外载荷计算35 IV 6.2.2 堆垛机静态刚度的分析.38 6.2.3 堆垛机结构强度计算.40 6.2.4 整体稳定性计算.42 结结 论论43 致致 谢谢44 参考文献参考文献45 1 1 1 绪绪 论论 我们熟知的轨巷道堆垛机是随着立体化仓库的发展而发展起来的专用起型重机，通 常我们称之简称为：堆垛机。堆垛机是立体化仓库中最重要的起重运输设
9、备之一，它是 代表立体仓库的标志。其主要作用是在货架仓库巷道里沿轨道运行，将位于巷道口处的 货物存入货格中，或者取出货格里的货物运送至巷道口，从而来完成出入库作业。本文 着重就堆垛机的机械结构设计进行初步探讨。 1.11.1 有轨巷道堆垛机的发展：有轨巷道堆垛机的发展： 在20世纪70年代初我国开始研究使用带有巷道式堆垛机的立体化仓库，不完全统 计，到现在已建成又三百余座左右。堆垛机作为立体化仓库中最重要的运输设备之一， 也得到了较快的发展。 但是我国现阶段堆垛机的技术发展与应用和世界先进水平相比 存在着较大的差别。堆垛机作为立体仓库中重要的运输设备, 它的各项技术参数的选用, 将直接影响到整
10、座立体仓库的运行效率和经济效益，更直接表现了我国堆垛机的发展状 态，下面仅以速度参数来说明： 堆垛机的速度参主要指水平行走速度、升降速度和货叉伸缩速度。这三项参数的高低, 直接关系到出人库频率的高低。从表中数据不难看出, 目前我国堆垛机的运行速度要落 后于日本。 2 1.21.2 有轨巷道堆垛机的类型：有轨巷道堆垛机的类型： 按现行机械行业标准, 有轨巷道堆垛起重机分类方式多种多样, 如按支承方式、用 途、控制方式、结构、运行轨迹等分类。但无论何种类型的堆垛机, 一般都由水平行走 机构、升降机构、货叉伸缩机构、机架和电气设备等基本部分组成。在目前立体仓库应 用中, 堆垛机的分类最常见的是按结构
11、形式分类和按运行轨迹分类。从结构形式上来说 目前立体化仓库中的堆垛机有双立柱堆垛机和单立柱堆垛机；按照运行轨迹形式来分, 有直线运行型堆垛机和曲线运行型堆垛机。 双立柱堆垛机：双立柱堆垛机的机架一般是由两根立柱、上横梁和货横梁组的一个 长方形的框架。立柱形式有方管、圆管、槽钢等。方管可以兼作升降导轨, 圆管附加铜 套做升降导轨。双立柱堆垛机的最大优点在于其强度和刚性好, 且运行起来比较平稳。 对于升降高度较高、起重量较大和水平运行速度高的情况, 一般多采用双立柱结构堆垛 机。双立柱堆垛机的升降机构, 普遍采用链条传动或者滚筒传动， 由电机减速机驱动 链轮转动, 通过链条来使载货台沿立柱或升降导
12、轨作升降运动。因为链条传动多采用封 闭链或配重装置, 会受到空间尺寸的限制, 传动及其布置比较复杂,所以本文采用滚筒 钢丝绳传动。其结构如图1. 1 所示 图1. 1 双立柱有轨巷道堆垛机 单立柱堆垛机：单立柱堆垛机的机架一般由一根立柱和货横梁组成。立柱多采用较 大的型钢或焊接拼制, 在立柱上再附加联接导轨。整体机构重量相对较轻, 消耗的材 料少所以制造成本较低, 不过其刚性相对稍差一些。在载货台及货物重量对立柱的偏心 作用下，以及在行走、制动时产生的水平惯性力作用, 使单立柱堆垛机在使用上有一定 3 的局限性。不适合用于起重量较大和水平运行速度比较高的场所。单立柱堆垛机升降结 构一般多采用钢
13、丝绳传动, 由电机减速机驱动卷筒, 再通过钢丝绳牵引载货台沿立柱或 升降钢轨来作升降运动。钢丝绳传动的传动和布置相对容易, 但定位精度稍差些。 其结构如图1.2 所示 图1. 2 单立柱有轨巷道堆垛机 直线运行型堆垛机：直线运行型堆垛机只能够在巷道内的直线轨道上来回运行,无 法自行转换巷道。只能通过其他辅助输送设备来转换巷道, 如堆垛机转运车等。直线运 行型堆垛机优点在于可以实现高速运行, 可以很好地满足出人库频率较高的立体仓库作 业需求, 因此应用最为广泛。 曲线运行型堆垛机：曲线运行型堆垛机的车轮与货横梁的联接是通过垂直轴铰在一 起的, 从而能够实现在环形及其他的曲线轨道上的运行, 即可行
14、走轨迹可以是曲线, 不 用通过其他的辅助输送设备便可以实现从一个巷道自行转移到另一个巷道。此类型的堆 垛机亦被称作做转轨堆垛机。但是曲线运行型堆垛机在使用上存在一定的局限性, 它只 适用于一些出人库频率较低的立体仓库。因为它不但场地会受到轨道转弯半径的限制, 而且在其转弯时速度特别的慢, 因此无法满足出人库频率高立体仓库的作业。 1.31.3 有轨巷道堆垛起重机的发展趋势和研究意义：有轨巷道堆垛起重机的发展趋势和研究意义： 随着经济全球化步伐的日益加快和信息技术的快速发展，传统行业和人们的消费方 式不断发生深刻的变化，现代物流在经济活动中的地位越来越高，物流设备的需求也在 快速地增长。物流实验
15、室是一座理论与实践的桥梁，现在我国高校建立了一批物流实验 4 室，据不完全统计，目前有160 多所高校建立了自己的物流实验室。物流实验室为学生 提供了实用的实验平台，深化了学生们对现代物流概念的理解，而且能够提高学生的操 作能力，这是一种内融有机械，电气，计算机等技术一体化的技术，在这种技术中 可 以将不同领域 的各个层次的知识与能力融会一体。堆垛机作为其中的机械部分发挥着 不可替代的作用。 5 2 2 堆垛机的结构堆垛机的结构设计设计 2.12.1 堆垛机的堆垛机的总体结构：总体结构： 巷道单立柱堆垛机共有三种运动， 在轨道上的运动为行走运动，将其视为 Y 轴向运动。在竖直方向为载物台的升降
16、运 动，将其视为 Z 轴向运动。载物台上货叉 进行存储作业的运动为伸缩运动，将其视 为 X 轴向运动。可将三个运动建立三维坐 标系， 图 2.1 堆垛机的正常作业示意图： 图中：1.立柱；2.货叉机构； 3.载物台； 4.导轨；5 地面导轨；6 提升机构；7 钢丝绳；8 滑轮；9 上部导轨 2.22.2 起重重量起重重量 实际起重重量包括货叉总重量和货物重量，用表示。 货物正常起吊时不可避免SL 会有动载冲击作用，所以我们可以设计起重的重量为： = （2-1）LPSL 上式中，是冲击系数， 它的选取由堆垛机的分类决定： I 类 = 11， II 类 = 125， 类 = 14， IV 类 = 160 本文设计中 Ls=50+20=70kg; 堆垛机载荷小且平稳运行环境良好取= 11。 6 2.32.3 水平载荷水平载荷 堆垛机在水平方向加速或者减速行走时，必然产生一定的水平惯性力。即 = HSSL 上式中，称为动载荷系数，由于加速度是
