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1、本科毕业设计（论文）中期报告毕业设计（论文）题目：立体仓库巷道式堆垛机设计专业：机械设计制造及其自动化一、课题简介1、课题研究任务有轨巷道堆垛机基本功能是在控制系统或人工控制下，按照指令完成对货架内及站台货 物的存取和输送。主要动作描述：有轨巷道堆垛机在货架巷道内运动，可以分解为沿货架巷道轨道行走运动、沿有轨巷道 堆垛机立柱或立柱导轨的垂直起升运动和对出入库站台的货物的存取运动。机械结构可以简 单叙述为：在堆垛机的顶部和底部上分别装有一组或两组导向轮，夹持着天轨和地轨（天轨 安装于货架上，地轨安装在地面上），行走电机驱动与地轨接触的行走轮，在天轨和地轨的 约束下，堆垛机在巷道内水平行走；系着钢
2、丝绳或链条的载货台，在起升电机的驱动下拉动 载货台使其沿立柱或者立柱两侧的导轨完成升降运动；货叉电机驱动一个行程倍增机构，使 上叉完成左右存、取货物运动。三种运动分别在控制系统协调控制下，完成货物的出、入库 工作。为完成有轨巷道堆垛机运动的基本功能，设备必须具备三个方向的驱动和传动功能，需 要对设备运行进行有效的控制，有轨巷道堆垛机除了完成货物的存取外，设备安全也是其功 能中的重要组成部分。2、相关参数堆垛机额定起重量：300kg；行走最大速度:；升降最大速度:；货叉速度:；货箱尺寸：长X宽X高=500X500X500mm；注：宽度方向为货叉叉取方向。二、课题详细方案设计（一）总体方案:1、为
3、使堆垛机能够准确、快速、安全、搬运货物出入库，必须满足以下设计要求：（1）具备三维运动功能，即堆垛机沿巷道来回运动、载货台垂直运动、货叉沿货架方向 双向伸缩；（2）满足一定的定位精度，重复定位精度误差不能超过10mm ；（3）具备安全保护措施；（4）在满足强度、刚度和可靠性的前提下，尽量减小堆垛机各部分的重量，以减小提升 功率和行走时的摩擦阻力；（5）保护仓库环境，避免货物污染受损12、有轨巷道堆垛机的现有类型及设计选用类型按现行机械行业标准，有轨巷道堆垛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。在目前立体仓库应用中，堆垛机最常见的是按结构形式和运 行轨迹分类。
4、（1）、按结构形式，分为双立柱有轨巷道堆垛机和单立柱有轨巷道堆垛机双立柱有轨巷道堆垛机双立柱有轨巷道堆垛机由两根立柱、上横梁、下横梁和带货叉的载货台组成，立柱、上 横梁和下横梁组成一个长方形的框架，一般称为机架。立柱形式有方管和圆管两种，方管可 兼作起升导轨，圆管需要附加起升导轨。这种堆垛机的最大优点就是强度和刚性都比较好， 能快速起、制动，并且运行平稳。一般用在起升高度较高、起重量较大和水平运行速度较高 的立体仓库中，其缺点是自重较大。双立柱堆垛机的起升机构，普遍采用链条或钢丝绳传动， 由电机减速机驱动链轮或钢丝绳转动，通过链条牵引载货台沿立柱或起升导轨作升降运动。其结构如图1所示。图1双立
5、柱有轨巷道堆垛机单立柱有轨巷道堆垛机单立柱有轨巷道堆垛机的机架由一根立柱、下横梁和上横梁组成。立柱多采用型钢或焊 接制作，立柱上附加导轨，整机重量较轻，消耗材料少，因此制造成本相对较低，但刚性稍 差。由于载货台和货物对立柱有偏心作用，以及行走、制动时产生的水平惯性力作用，使单 立柱有轨巷道堆垛机在使用上有较大的局限性，不适于起重量大和水平运行速度高的堆垛 机。单立柱堆垛机的起升结构，普遍采用钢丝绳传动，由电机减速机驱动卷筒转动，通过钢 丝绳牵引载货台沿立柱或起升导轨作升降运动。对于钢丝绳传动，传动和布置相对容易，但 定位准确性稍差。其结构如图2所示。图2单立柱有轨巷道堆垛机（2）、按运行轨迹形
6、式不同，分为直线运行型堆垛机和曲线运行型堆垛机堆垛机水平驱动装置一般安装在堆垛机下横梁上，通过电机减速机驱动车轮转动，使堆 垛机沿水平方向运行，此种地面驱动方式使用最为普遍。一般用两个承重车轮，沿铺设在地 面上的轨道（通常叫地轨）运行。通过下部两组水平轮沿轨道运行导向，在堆垛机顶部两组 导向轮沿上轨道（通常叫天轨）运行辅助导向。 直线运行型堆垛机直线运行型堆垛机只能在巷道内直线轨道上运行，不能自行转换巷道，只能通过其他输 送设备转换巷道。直线运行型堆垛机可以实现高速运行，能够满足出入库频率较高的立体仓 库作业，应用最为广泛。 曲线运行型堆垛机曲线运行型堆垛机行走轮与下横梁是通过垂直轴铰接的，能
7、够在环形或其他曲线轨道上 运行，不通过其他输送设备便可以从一个巷道自行转移到另一个巷道。此种堆垛机通常叫做 转轨堆垛机。曲线运行型堆垛机在使用上有局限性，只适用于出入库频率较低的立体仓库。 因为不但场地要受到转弯半径的限制，而且转弯时速度特别慢，不能满足出人库频率高的立 体仓库作业2综上所述各类堆垛机的特点，双立柱堆垛机强度和刚性都比较好，能快速起、制动，并 且运行平稳，且所设计的为出入库频率较低的立体仓库，故选用双立柱、U型轨道式堆垛机。 其转轨形式如图3：图3堆垛机转弯示意图3、设计功能实现一般把有轨巷道堆垛机水平运行的方向称为X方向，起升运行的方向称为Y方向，货叉 运行的方向称为Z方向。
8、有轨巷道堆垛机沿X、Y和Z三个方向的直线运动完成货物的搬运 是有轨巷道堆垛机的基本功能。有轨巷道堆垛机总功能可分解为沿X方向的运动的分功能、沿Y方向的运动的分功能和沿Z方向的运动分功能，如图4所示:图4有轨巷道堆垛机总功能沿X方向的水平运动的分功能主要由有轨巷道堆垛机的行走机构来完成，行走机构主要 有电机、主动行走轮、被动行走轮、行走轮轴、轴承等主要零部件组成。电动机装在主动行 走轮上，驱动有轨巷道堆垛机在地轨上运行，当电机电源切断时，电动机能够自动制动，使 有轨巷道堆垛机停止在立体库的巷道中。沿Y方向的起升运动的分功能主要由起升机构来实现。起升机构主要有起升电机、卷筒、 钢丝绳等零部件组成。
9、钢丝绳与载货台相连接，与上横梁的链轮组成封闭结构。当电动机通 过钢丝绳传动带动载货台在立柱的导轨上进行上下运动。沿Z方向伸缩的运动分功能主要由货叉机构来完成货物的存取，货叉主要由电动机、下 叉、中叉、上叉、双啮合齿轮、链传动机构及齿轮齿条传动组等零部件组成3。有轨巷道堆垛机三个方向运动的实现都是在控制系统的控制下实现的。另外，为保证机器及人员的安全，应有一些辅助安全保护功能：运动防护功能是有轨巷道堆垛机机械结构中重要的安全功能，该功能部件由安装于地轨 终端的机械缓冲装置构成。该功能部件保护有轨巷道堆垛机在控制失去作用的条件下，将有 轨巷道堆垛机运行的动能吸收，避免有轨巷道堆垛机发生冲出轨道等恶
10、性事故，终端防护缓 冲堆垛机质量和运行速度有关，需要按照标装置结构设计与有轨巷道准选择。载货台断绳保护，当堆垛起重机载货台的起吊装置失控、载货台产生加速度下坠时，应 有保护装置对载货台施加制动力，确保机构、货物及工作人员的安全4。4、堆垛机的组成:。123zo J 何/ 碍图5有轨双立柱巷道式堆垛机的结构图（二）、堆垛机各个部分的方案选择1、堆垛机起升机构传动方式的选择巷道式堆垛起重机的起升机构是使载货台垂直运动的机构，主要由电动机、制动器、减 速器、卷筒或链轮以及相应的柔性件组成。电动机通过减速器带动柔性件使载货台升降。常 用的柔性件有钢丝绳和起重链两种。链条传动的缺点是自重量大，有可能突然
11、断裂，不安全， 因而本传动机构选用钢丝绳，钢丝绳的优点是质量轻，使用安全，工作噪声低，便于维护保养等等L*在堆垛机特殊的工作环境下，为了使起升机构结构紧凑，本设计使用带制动器的电动机。 这种电动机具有锥形转子，通电时，转子在磁拉力作用下产生一定的轴向位移，使尾部的锥 形盘式制动器同时打开。断电时，磁拉力消失，制动器在弹簧作用下又重新上闸，使电动机 很快地停住。起升机构的位置布置在堆垛机的下部，位于立柱外侧。联轴器选用梅花形弹性联轴器，此联轴器是由带突爪的形状相同的两个半联轴器和梅花 形弹性元件组成，将梅花形弹性元件置于两个半联轴器的突爪之间以实现联结。联轴器工作 时，梅花瓣受压。单向运转时只有
12、半数花瓣参与工作，半数不承载；反向运转时，亦是如此。 此联轴器具有结构简单，零件数少，径向尺寸小，不需润滑；弹性块受压，承载能力较高等 特点。减速器选用JZQ型减速器，它是特为起重机设计制造的低硬度齿面的减速器，制造工艺 较容易，有很多中小型厂均有现成产品供货。钢丝绳的一端固定在卷筒上，另一端固定在机架的上横梁上，钢丝绳通过安装在立柱上 的定滑轮导向，带动安装在载货台上的两个动滑轮使载货台升降。2、堆垛机行走机构传动方式的选择堆垛机的行走机构是堆垛机水平运行的驱动装置。一般由电动机、联轴器、制动器、减 速箱和行走车轮组成。本设计选用三合一减速器，把突缘电动机、盘式制动器和减速器做成 整体，选用
13、标准件，提高了系统的可靠性。采用带水平轮的车轮组，为了防止出轨在轨道两 侧加水平导向。本传动系统为地面支承式，三合一减速器和车轮组安装在堆垛机下横梁下方起支承和驱 动作用，上部用导向轮运行在工字钢的下翼缘上来防止堆垛机倾倒或摆动。由于驱动装置装 在堆垛机下部，容易维修保养。3、堆垛机机架的设计思路上横梁是由四块钢板焊接而成的箱形结构，其与立柱间通过焊接联结在一起。立柱由角钢和钢板焊接而成的箱式矩形断面，具有抗扭、抗弯刚度大，重量轻，耐磨性 好等特点7。下横梁也是由四块钢板焊接的箱式矩形断面，具有较大的抗扭、抗弯刚度。下横梁与立 柱间通过焊接联结在一起。4、堆垛机货叉的设计思路货叉机构是有轨巷道
14、堆垛机主要工作机构，货叉机构安装在载货台上，能够双向伸出， 以便向货格存取货物。货叉机构主要由电机、减速器、链轮、链条、齿轮、齿条、下叉、中 叉、上叉、滚针轴承等组成。由于要求在设计货叉时，其本身的长度要小于堆垛机运行巷道 的宽度，以防止小型有轨巷道堆垛机在运行过程中与巷道两边的货架发生碰撞；在货叉进行 存取货物时，货叉的行程又要远远大于巷道的宽度，来完成货物的存取。因此，货叉在结构 上设计成行程倍增结构，来满足货叉功能要求。通常行程倍增结构采用三级齿轮齿条直线差 动式货叉机构，其结构如下：图6货叉机构结构图这种结构的货叉工作原理是电机驱动齿轮旋转，通过齿轮齿条啮合传动驱动中叉运动， 安装在中
15、叉上的双啮合齿轮同时与上下叉啮合，而下叉是固定的，从而驱动上叉存取货B9。5、堆垛机安全方案的确定为了保护人身、设备和货物的安全，堆垛机必须具有完善的安全保护措施：（1）堆垛机在行走、载货台升降和货叉伸缩终端处都设有机械和电气限位装置。（2）货物检测载货台上设有货物超高、超长和超宽检测装置。在货物进入载货台时， 当检测到货物超过设定高度、长度或宽度时，堆垛机便停止运行并报警。一般允许误差为 30-40 mm，检测元件采用对射或反射式光电传感器口。（3）载货台上还设有检测货叉是否回位、货叉上有无货物和货位中有无货物的装置。 如货叉没有回位，堆垛机不能水平运行；如货叉上已有货物，则不能再取货；人库时，必须 检测货位中有无货物，以避免发生事故。（4）断电保护如载货台升降过程中忽然断电，则通过提升电机制动使载货台停在当前 位置，不会掉落下来。（5）载货台断链保护提升钢丝绳通过压簧与载货台相连，当钢丝绳由于长时间使用或 意外原因忽然断裂时，弹簧弹开链条，检测装置检测到钢丝绳时，便驱动相应装置使载货台 停在当前位置，不至于掉下来，同时整个堆垛机停止运行u。三、堆垛机起升机构的设计提升重量Cp=3000N，司机室与载货台重量Ci=15000N，起升速度v=，起升高度H=5m。1、定机构的工作级别堆垛机工作级别根据堆垛机使用条件的两个重要
