垂直升降货柜设计

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1、摘 要 错误！未定义书签。ABSTRACT 错误！未定义书签。第1章绪论 -1 -1.1自动货柜与垂直升降式货柜的定义与特点 -1 -1.2垂直升降货柜的主要组成部分及作用 -2 -1.3 垂直升降货柜控制系统的组成 -4 -1.3.1 系统硬件 -4 -1.3.2 系统管理软件 -5 -1.5自动化货柜控制系统设计 -5 -1.5.1 硬件设计 -5 -1.5.2 软件设计 -6 -1.6自动化货柜在国内外的发展情况 -6 -第2章 主体控制结构的选定 -8 -第3章 传动方案的选定 错误！未定义书签。3.1传动方式的选定 错误！未定义书签。3.2各主要部件的计算 错误！未定义书签。3.2.

2、1 已知条件 错误！未定义书签。3.2.2重要零件的选择 错误！未定义书签。3.3选择电机 -13 -3.4货箱结构的设计 -13-第4章垂直升降货柜的控制系统设计 -14 -第5章 结论 错误！未定义书签。致 谢 错误！未定义书签。参考文献 错误！未定义书签。第1章绪论随着先进制造技术的发展，自动化存储技术已越来越多的应用于 CIMS和FMS系统, 或者纳入企业的整个物流链当中。 但是以往的自动化立体仓库多用于固定品种，大批量的 存储,而这种面向特定应用整体式设计的系统不能根据企业的现阶段经济状况和未来的发 展模式逐步扩展，不能灵活地适应各种管理水平和企业平台的需要。为了适应当前的应用 环境

3、，自动化存储系统应该具有下述特点：模块化构造，能任意拼装，灵活布局,实现物流合理 化;能重组和扩展，对变品种生产存储的应变能力强，响应速度快,适应生产发展；能实现机械 结构、存储和管理的多元柔性。为此按照实用性、开放性、模块自治性、通用性、兼容性 的原则设计了自动化立体仓库系统。 21世纪随着我国国民经济的迅速发展及加入WTO后的竞争形势，要求物流体系必须迅速现代化，现在物流系统的优化往往都集中在宏观方面 作为其重要组成部分的立体仓库内部的优化就比较少。已经出现的一些相关优化理论和算法大多是关于库存管理的理论，关于内部运输工具存取路径方面的优化甚少，因而企业还是 不能有效地提高经济效益。1.1

4、自动货柜与垂直升降式货柜的定义与特点自动货柜即自动化仓储货柜，是由电脑控制的自动存取货物的仓储设备。 其主要特点 如下：（1）全自动化操作，存取物品方便，是货到人，不是人找货，存取速度快，大大节 省了时间；（2）充分利用空间：能够在占地面积最小的情况下，充分利用现有的空间高度，从 而使仓储能力增加60%以上；（3）降低劳动强度，提高了生产效率；（4）由于是封闭的，存储的物品可以有效地避免灰尘、阳光的侵害；（5）具有保密授权功能，可以对不同的用户设置不同的密码，一般用户无法提取被 用户所定的物品；（6）可以实现智能管理：当低于最小库存量时，系统会自动提示补充；因而不会出 现库存短缺；（7）具有先

5、进先出的功能，不会有货物长期存放而失效；（8）随着信息技术和网络技术的发展，自动货柜的最大优点是可以对货物进行实时 管理而作为垂直升降式货柜，是自动化货柜（包括水平旋转式、垂直回转式和垂直升降式） 的一种，它又具备了以下几个鲜明的特点：（1）存取货物时，只有相关的托盘运动，有效地解决了旋转式货架在存取货物时重 量不平衡的问题；（2）可以更加有效的利用空间；（3）完全从使用者的角度出发的软件设计，功能更加强大。多数企业对零备件的储存基本上采用的是传统的存储管理方式一一普通开式货架贮存。这种管理方式存在的主要缺点是：现有房屋的高度、面积不能充分利用；需要经常提取放在货架上层的物品，利用梯子爬上爬下

6、，长距离搬运，工作人员劳 动强度大，效率低；开式货架上的物品受灰尘的污染，不适合某些精密零备件的存储；无法限制无关人员在货架上存取物品，使管理混乱；难于采取先进先出的管理办法，盘库、清库困难；库房显得杂乱无章，不整洁美观，有碍库房面貌。鉴于许多企业目前零备件管理中的上述缺点， 提出了由若干台垂直循环货柜、垂直升 降式货柜、一定数量的开式货架以及集中管理的计算机组成零备件自动化存储与管理系 统。该系统能为零备件库带来一个安全、整洁的工作环境和高效的现代化企业信息管理。1.2垂直升降货柜的主要组成部分及作用由于初次涉及垂直升降货柜的设计，所以所选结构比较简单，货柜主要由箱体如图1-1 所示、升降台

7、如图1-2所示、货箱如图1-3所示、传动轴、传动链等几部分组成。高层存储 货架模块由各种基本模块拼装组合， 构成柜式结构，可灵活布置在生产线的各个位置，有 效地提高空间的利用率，并能够缩短物流路线，使物流更合理。我们可以通过增加模块库的数量向平面扩展，也可以通过增加结构子模块的层数向空间延伸， 并可根据生产的变 化重新组合，适应现代化变品种在线存储的柔性要求。在存储过程中，将所存物品及托盘视为托盘模块，系统根据模块的大小，将其分配到 合适的存储单元空间。具体实施中，在存储区主支承立柱上预先设置若干托架， 形成若干 存储单元，存储空间内不设有限制存储单元的高度的横梁，即存储单元不固定分配给任何托

8、盘，托盘模块经过操作窗口的过程中，系统检测模块的最大高度，按照最大空间利用率 原则，选择一组合适的存储单元空间，分配给托盘模块。同样也可以设计横向不限定的存 储单元，或两者结合的货架。箱体是垂直升降货柜的主体，用来支撑货格和承载货箱；升降台用来运载货物，负责-# -货物的传输；传动链用来带动升降台的升降。图1-1箱体-# -图1-2升降台图1-3货箱1.3垂直升降货柜控制系统的组成1.3.1系统硬件垂直升降货柜是一种封闭式结构，其内部的提升机根据操作指令让货柜自动以最短路 径运动实现垂直升降运动，使需要提取的物品自动送到存取窗口， 这些货柜可以按用户存 储物品的要求，做成不同的结构形式，或者在

9、货柜上放置很多可以盛放小型配件的塑料盒， 用来存放不同尺寸、形状、重量的物品。垂直升降货柜适用于存放一个人能搬动的物品， 单件重量以低于50千克左右为宜。垂直升降式货柜有一个提取器，通过操作指令，将用户所需要的物品送到存取口，或 送到一个空间，使储存密度最大。集中管理计算机，可以对数十个货柜进行集中管理和控制， 并能提供各种统计分析手 段。132系统管理软件根据库房实际情况开发的管理控制软件，能较好地满足车间库房管理的要求。(1) 库房的管理计算机与各车间有关的管理计算机联网，便于车间随时查询和信息交换，这样二级备件库就没有存在的必要。(2) 库房内的管理计算机与各货柜控制器(PLC)之间联网

10、通讯，便于管理计算机对货 柜的控制，一台管理计算机可以同时控制数十台货柜的运动。(3) 计算机可以有效地管理自动化仓储货柜和普通货架中的配件，准确地记录物品的各项信息，包括零件的编号、名称、规格、存放位置、库存数量、同一种零件的属性(随机、进口、国产)以及零件的替代关系等。零件编号可以有 24位。满足所有国产和进口零 件的要求。从进货到领用的全过程进行管理，进货的数量、经办人、供应商、入库和领用的 详细记录，高效准确地处理出入库事务。从而提高工作效率，保证零配件的及时供应。(5)实用的统计分析功能，可以按不同要求进行各种统计、给出各种报表。 详细的领用记录； 按时统计消耗，帮助更合理地确定订货

11、数量； 按车间、班组、机组统计消耗，帮助核算生产成本； 显示和警示功能：显示库存数量、最低值、低库存和空库的报告。事先设定的标准 库存量及库存下限的警告； 其它管理功能。可按不同用户的实际需要和具体要求设计。1.5自动化货柜控制系统设计1.5.1硬件设计系统硬件组成如图2所示控制系统采用西门子S7 - 200 (CPU226)作为控制核心。可编 程控制器(PLC)具有体积小、灵活通用、维护简单、抗干扰能力强及可靠性高等优点，而 且PLC的输入输出模块、特殊功能模块都有即插即用功能，连接十分容易，很方便系统扩 展。操作界面采用西门子公司的TP07人机操作界面，该产品为触摸屏操作，可以实现系 统要

12、求的数值输入、数值显示、画面变换及按键操作等绝大部分的人机界面功能。采用一 块EM232模拟量输出模块，联接两台欧陆514C直流调速器。S7-200(CPU226本身带有24 个输入点/16个输出点，其中I0101115同时作为PLC高速计数器的输入。通过联接两个增 量编码器至两个高速计数器，可以检测货柜的速度和位置。高速计数器的工作频率可达到 2kHz，有12种工作模式，而且不影响CPU的性能。为了保证系统正常运行，还设置有原点检测、货高检测、限位保护、有无货物检测、货叉状态检测等各种类型的传感器2 o1.5.2 软件设计为了使货柜在不同的情况下都能够正常运行，货柜的控制方式有联机自动控制(

13、接上位机)、自动控制(单机自动)、半自动控制和手动控制四种。控制系统的软件设计根据货 柜运行特点，采用模块化设计方案。 过载保护、限位保护、联锁及互锁等系统的基本功能 由主程序完成。设计有如下子程序：报警子程序、X轴运行控制子程序、丫轴运行控制子程序、高速计数器中断程序、取货子程序、卸货子程序、通信子程序等。1.6自动化货柜在国内外的发展情况自动货柜的发展始于20世纪50年代中叶，在欧洲，德国亨乃尔公司根据垂直旋转原 理，开始批量生产办公用的文件柜，用于存放各种式样的文件和文件夹。由于受到办公高 度的限制，办公用的文件柜一般只有 23米高，载重也不大，软件功能也比较简单。到了 70年代，德国亨

14、乃尔、瑞士卡迪斯等公司相继开发出工业用的垂直旋转式自动 货柜，如亨乃尔的 Rotomat和卡迪斯的In dustriver，使自动货柜的应用领域有了更大扩 展。进入80年代，世界市场对工业用的垂直自动货柜有了巨大的需求。为了适应市场需 求，工业用的自动货柜比起办公用的文档柜有了长足的发展，体现在：(1) 更宽：达到36米；(2) 更高：10米以上，可以穿过多层楼板，每层楼都有出货口，像电梯一样；(3) 载重更大，单个货架可以载重 7501 000公斤以上，总载重30吨以上。在工业用自动货柜发展的同时也出现了一些问题： 当需要存取一个货物时，所有的货 物都要转动，容易产生重量的不平衡。为了解决这

15、个问题亨乃尔公司为 6米以上的自动货 柜加装了不平衡显示装置。在哪个货架增加货物在哪个货架减少货物，以消除不平衡。由于上述弊端限制了自动货柜的发展，所以激发了新的开发、研究。90年代，垂直升降式的自动货柜开发成功，其中最具代表性的是亨乃尔公司的 Lean-Lift和卡迪斯公司 的Shuttle。与旋转式自动货柜相比较，垂直升降式自动货柜有以下优点：(1) 存取货物时，只有相关的托盘运动。(2) 可以更加有效地利用空间，高度可达 20米以上。(3) 完全从使用者的角度出发的软件设计，功能更强大。在机械方面发展的同时，软件的发展也日趋完善。软件功能与硬件技术的完美结合， 使自动货柜成为现代化工厂中不可缺少的设备， 也是现代物流系统中具有实时管理功能的 仓储设备。在工业发达的欧美国家，自动货柜已得到广泛应用，几乎没有严格的行业和领域的差 别，各种行业都可以用。如：办公用文档