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1、立体车库堆垛机机械结构设计学生姓名：郑超李昭白鹤鹏封二佳学 院：机械工程学院专业年级：机械10级指导教师：单根立2021年1月6日目录摘要4前言5第一章绪论41.1自动化立体仓库的起源与开展61.2课题的提出及主要任务71.2.1课题的提出71.2.2课题的主要任务7第二章堆垛机的分类82.1巷道式堆垛机的分类82.1.1巷道式单立柱堆垛机82.1.2双立柱巷道堆垛起重机92.1.3桥式堆垛起重机9第三章 堆垛机门架的结构设计计算103.1堆垛机各个局部运动速度计算103.1.1行走速度103.1.2升降速度113.1.3货叉的伸缩速度113.2额定数据表12第四章减速电机的选取124.1行走
2、装置的减速电机的选取124.2升降电动机的选用134.3伸缩运动电机的选用14第五章 堆垛机伸缩货叉机构的校核145.1叉架的受力分析计算15第六章结论16致 谢17参考文献18摘要自动化立体仓库，也叫自动化立体仓储，利用立体仓库设备可实现仓库高层 合理化，存取自动化，操作简便化。堆垛机是整个自动化立体仓库的核心设备， 通过手动操作，半自动操作和全自动操作实现把货物从一处搬运到另一处。它由 机架上横梁，下横梁，立柱，水平行走机构，载货台，货叉及电气控制系统 构成。本文主要是通过对一套实验室教学装置为根底，以实际为参考而建立的虚拟 自动化立体仓库堆垛机系统，作者主要对堆垛机的分类进行简要的介绍，
3、对堆垛 机的各个局部的结构进行详细的研究首先对不同堆垛机简介和描述，然后通过巷 道堆垛机进行整体分析并设计各个局部的结构，完成对各个局部的受力校核。关键字：立体仓库堆垛机 结构受力校核-S-t-刖言随着经济的开展和技术的进步，企业物资仓储的手段在不断地改善，自动化 立体仓库己成为当今企业开展的强劲趋势。近年来，随着物流内涵的不断扩展， 物流管理手段、技术都在不断地改善和提高，缩短物流时间、节省物流费用、提 高物流效率、使物流组织合理化是经济兴旺国家物流开展的共同特征，目前已拥 有了现代化的物流业根底设施自动化立体仓库系统是现代物流系统的一个重要 组成局部，广泛应用于各行各业中。目前，它已经成为
4、企业生产和管理信息化的 标志之一。本次毕业设计主要以三维立体车库为研究对象主要从车库的机械结构方面 展开对自动化立体仓库的研究。首先从机械式立体仓库的总体结构，了解三维立 体仓库堆垛机的主体钢架，升降机构，横移机构及旋转台等组成局部的结构及运 行原理，分析仓库的关键结构部件的堆垛机的种类及其特点，重点完成不同堆垛 机的结构原理及其适应场合。这些任务的完成要求我们熟练掌握和运用所学过的 机械以及控制局部的知识，对我们进一步稳固和加强专业知识和培养专业技能有 很重要的实践意义。第一章绪论自动化仓库是近代物流系统中迅速开展的一个重要组成局部，具有节约用地 和人力，作业迅速准确，提高保管效率以及降低储
5、运费用等许多优点。随着物流 系统的进一步合理化，采用电子计算机连线控制的自动化仓库，已经开展成为连 接生产与消费的重要环节，即不仅具有高效率储存的功能，而且兼有控制生产或 销售活动的功能。堆垛机是自动化立体仓库中重要的起重设备，本文着重就堆垛 机的结构设计进行初步研究。1.1自动化立体仓库的起源与开展立体仓库的产生和开展是第二次世界大战之后产生和技术开展的结果。50 年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库；50年代末60年代初出现 了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库；1963年美国率先在高架仓库中采用 计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的立体仓库。此后，自动化立体仓库 在美国和欧
6、洲得到迅速开展，并形成了专门的学科。60年代中期，日本开始兴 建立体仓库，并且开展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多 的国家之一。我国对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚，1963年研制成第一 台桥式堆垛起重机机械部北京起重运输机械研究所，1973年开始研制我国 第一座由计算机控制的自动化立体仓库高15米，机械部起重所负责，该库 1980年投入运行。到2003年为止，我国自动化立体仓库数量已超过200座。 立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制 管理而利于企业实施现代化管理等特点，已成为企业物流和生产管理不可缺少的 仓储技术，越来越受到企业
7、的重视。1980年，我国第一座自行研制的自动化立体仓库开始投产以来，在汽车、 化工、电子、烟草等行业的应用逐年增长。其中，最具典型意义的是我国家电龙 头企业海尔集团国际物流中心的立体仓库，该仓库高22米，拥有18056个标准 托盘位，包括原材料和产成品两大自动化物流系统，全部实现了现代物流的自动 化和智能化。近几年我国计算机自控技术的飞速开展，为我国自动化立体仓库的开展提供 了重要的技术支持。自动化立体仓库不仅具有节省和减轻劳动强度、提高物流效 率、降低储运损耗、减少流动资金积压等优势，而且在沟通物流信息、衔接产需、 保证生产均衡、合理利用资源、进行科学储藏与生产经营决策等方面发挥着独特 的作
8、用，使人们可以真正享受到现代计算机技术应用于企业物流管理的益处。1.2课题的提出及主要任务1.2.1课题的提出使用巷道式起重堆垛机的立体仓库或称自动化仓库，由于能节约劳动力， 作业迅速准确，提高保管效率，降低物流费用而问世。并且只要需要，课满足在 规定的时间内把指定的物品进行自动收集和分发的要求，因而受到产业的重视自动化立体仓库的优点主要有以下方面：1 .由于能充分利用仓库的垂直 空间，其单位面积存储量远远大于普通的单层仓库（一般是单层仓库的4-7倍）。 目前，世界上最高的立体仓库可达40多米，容量多达30万个货位。2.仓库作 业全部实现机械化和自动化，一方面能大大节省人力，减少劳动力费用的支
9、出， 另一方面能大大提高作业效率。3.采用计算机进行仓储管理，可以方便地做 到”先进先出”，并可防止货物自然老化、变质、生锈，也能防止货物的丧失。4.货 位集中，便于控制与管理，特别是使用电子计算机，不但能够实现作业的自动控 制，而且能够进行信息处理。5.能更好地适应黑暗、低温、有毒等特殊环境的 要求。例如，胶片厂把胶片卷轴存放在自动化立体仓库里，在完全黑暗的条件下， 通过计算机控制可以实现胶片卷轴的自动出入库。6 .采用托盘或货箱存储货 物，货物的破损率显著降低。1.2.2课题的主要任务本次毕业论文需要完成的主要任务如下：1、研究堆垛机的结构，了解堆垛机的分类，结构特点以及各自适合的不同 场
10、合2、分三个局部进行功能模块设计：行走机构，升降机构，货叉的伸缩机构， 并详细阐述每局部设计要点与设计过程。3、对堆垛机的各个局部的材料，连接方式，电机进行选取。4、对堆垛机的各个局部受力进行分析。第二章堆垛机的分类2.1巷道式堆垛机的分类按用途分：单元型，拣选型，单 元一拣选型三种按控制方式分：手动，半自动和 全自动三种按应用巷道数量分：直道型，转 弯型和转轨型三种按照金属结构的形式分：单立柱 和双立柱两种图1-1巷道式单立柱堆垛机2.1.1巷道式单立柱堆垛机单立柱结构的堆垛机机架由一根立柱和下横梁组成。立柱多采用较大的H 型钢焊接制作，立柱上附加导轨。整机重量较轻，消耗材料少，因此制造本钱
11、相 对较低，但刚性稍差。该设备的参数如下所示。主要性能：仓库高度624m,最大40m；运行速度：标准型80m/min、高速型200m/min；起升高度：标准型Hmax = 20m/min、高速型Hmax=50m/min；货叉伸缩速度：Vmax = 12m/min（标准性）、50m/min（高速型）。2.1.2双立柱巷道堆垛机机架由两根立柱和上横梁、下横梁 组成一个长方形框架。立柱形式有方管 和圆管，方管兼做起升导轨，圆管需附 加起升导轨。图1-2双立柱巷道堆垛主要由桥架、大车运行机构、小车运行机构、电气设备等局部组成。其工作原理可参考第五章桥式起重机局部。操纵司机室有单独的起升机构，保证司机有
12、良好的视野，同时司机室还安装有平安装置，保证了操纵者的平安。起重机还装有多种平安装置，保证了起重机的平安工作。2.1.3桥式堆垛起重机图1-3桥式堆垛起重机第三章 堆垛机门架的结构设计计算门架是堆垛机的主要结构物，有单柱式和矩形框架式。按支承方式，又可分 为安装在货架上的上部支承式和安装在地面上的下部支承式。不管哪种型式都带 有伸缩货叉和人工驾驶室有时也没有的货合。升降台沿立柱升降，同时靠地 上和顶上的导轨保持走行稳定和支持货叉伸出进行装卸作业时的翻转弯矩。在门架上安装有卷扬、走行等机械装置，以及配置有电气控制开关、控制装 置、配线等。下部支承式的集中放在门架下部。由于走行起动、停止及加减速时
13、产生的惯性力，门架在通道的纵向发生挠曲， 整个门架成为振动体，其柱端的振动较大。同样，在通道的直角方向，立柱由于 货叉作业时的弯矩作用而发生弯曲，使伸长着的伸缩叉的前端的挠度增大。柱端振动：和货叉前端的挠度一超过极限，就成为堆垛机自动定位的障碍， 所以门架应具有足够的强度和挠度小的适当刚度。本次毕业设计选取双立柱下部支承式门架进行结构计算。3.1堆垛机各个局部运动速度计算加速度时容易是货物倒塌。载人堆垛机的加减速度一般在0.30.5米/秒2。 不容易产生货物倒塌的箱式托盘等减速度在1米/秒2以下，走行停止前得爬行 速度即微动速度宜为46米/秒2爬行行程因堆垛机总质量不同而异，约 为0.30.6
14、米。现在趋向于采用更快的最高速度。另一方面，为确保货台的停 位准确，停止前得升降微速希望在5米/分以下。3.1.1行走速度v 幻 1.0* JL x bv q 1.0./80 x 0.4=4.0m/s选择行走速度为4m/min。式中Vx堆垛机的走行速度米/秒：bx堆垛机的走行加速度米/秒2；L最大走行距离米即使选择的速度超过这个数值，作业周期的缩短也少于10%。选择的速度如 果显著少于这个数值，作业周期就要大大增加3.1.2升降速度H x Vv z0.75 x 1.67Vw x80一=0.94m/min选择升降速度为0.94m/min。式中 Vw一堆垛机的升降速度米/秒：H最大走行距离米即使超
15、过这个速度，作业周期的缩短一般也远远少于10%的值。3.1.3货叉的伸缩速度；Z x b匕2 zV 挪2； 0.2 = 0.1选择伸缩速度为0.1m/s。式中VZ一堆垛机的升降速度米/秒：bz一堆垛机的伸缩加速度米/秒2；Z最大伸缩距离米3.2额定数据表通过上述计算堆垛机各局部数据如下表所示第四章减速电机的选取4.1行走装置的减速电机的选取走行装置在额定速度下必需的功率为：岩W = Q (R d + f) X 1P=612011 KW其中，r 2 r式中，Wr走行阻力 d走行轮轴的直径R一摩擦系数f一滚动摩擦系数Q一堆垛机的总重量350 x (0.3 x 5/2 + 0.1) x 4/3.5 =68W由此，求得P=6120x0-9直流减速电机的具有如下优势：1. 启动转矩大2. 回转速度变动小3. 用途广泛，效率高、用电省、维护方便4. 可依需要加装制动器或高速装置类型如下：出力：20W、30W、36W、4
