堆垛机结构设计说明.doc
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1、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,货叉与电气控制系统构成。本文主要是通过对一套实验室教学装置为基础,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,对堆垛机的各个部分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部分的结构,完成对各个部分的受力校核。关键词:立体仓库、堆垛机、结构、受力校核
2、。AbstractAutomated multi-layered storehouse, also call for automated warehouse, using three-dimensional warehouse equipment can realize warehouse top rationalization, access automation, operation to handle. Stacking machine is the core of the whole automated warehouse equipment, through manual, semi
3、automatic operation and automatic operation to put the goods from one place to another place in handling. It is composed of (beam in beam, support), the mobile mechanism, bills, level platform, goods fork and electrical control system structure. This paper is mainly based on a set of laboratory teac
4、hing equipment as the basis, the actual for reference and establishing virtual automated multi-layered storehouse stacker system, the author mainly to the stackers classification, a brief introduction about the parts of stacker detailed study of the structure of different stacker first introduction
5、and description, and then through the tunnel stacker integral analysis and design of structure, various parts of each part of the complete stress checking.Keywords: Automated multi-layered storehouse,Stacker,structure,Stress checking目录第1章 绪论51.1自动化立体仓库的起源与发展51.2课题的提出与主要任务61.2.1 课题的提出61.2.2 课题的主要任务62
6、、分三个部分进行功能模块设计:行走机构,升降机构,货叉的伸缩机构,并详细阐述每部分设计要点与设计过程。61.3堆垛机的分类71.3.1巷道式堆垛机的分类71.3.2 巷道式单立柱堆垛机71.3.3单立柱堆垛机的优点9第2章 堆垛机的运动循环和各部分速度计算142.1堆垛机的运动循环142.2堆垛机各个部分运动速度计算14第3章 堆垛机各部分的结构设计和力学分析153.1堆垛机外载荷计算153.2 沿巷道纵向平面(YOZ平面)受力分析173.3单立柱堆垛机静态刚度分析183.4弯矩放大系数183.5立柱结构临界载荷193.6堆垛机设计计算203.6.1行走电动机的选用203.6.2升降电动机的选
7、用21附表22参考文献23致2521 / 24第1章 绪论自动化仓库是近代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分,具有节约用地和人力,作业迅速准确,提高保管效率以与降低储运费用等许多优点。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,已经发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发展立体仓库的产生和发展是第二次世界大战之后产生和技术发展的结果。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
8、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洲得到迅速发展,并形成了专门的学科。60年代中期,日本开始兴建立体仓库,并且发展速度越来越快,成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一。我国对立体仓库与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
9、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发展,为我国自动化立体仓库的发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
10、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、进行科学储备与生产经营决策等方面发挥着独特的作用,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课题的提出与主要任务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
11、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,也能避免货物的丢失。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
12、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,结构特点以与各自适合的不同场合2、分三个部分进行功能模块设计:行走机构,升降机构,货叉的伸缩机构,并详细阐述每部分设计要点与设计过程。1.3堆垛机的分类1.3.1巷道式堆垛机的分类按用途分:单元型,拣选型,单元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1.3.2 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,因此制造成本相对较低
13、,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)。图1-4 单立柱堆垛机示意图单立柱堆垛机主要由以下几个部分组成:1.上横梁,2.上水平导轮,3.货叉机构,4.载货台,5.松绳过载安全装置,6司机室,7断绳安全装置,8立柱,9.起升机构,10.电气控制柜,11.运行机构。2.堆垛机的结构 堆垛机如下图,主要由下横梁、载货台、货叉机构、立柱、上横梁、水平运
14、行机构、起升机构、电控柜、安全保护装置和电气控制系统等几大部分组成。 (1)主体结构 堆垛机主体结构主要由上横梁、立柱、下横梁和控制柜支座组成。上、下横梁是由钢板和型钢焊接成箱形结构,截面性能好,下横梁上两侧的运行轮轴孔在落地镗铣床一次装夹加工完成,确保了主、被动轮轴线的平行,从而提高了整机运行平稳性;立柱是由方钢管制作,在方钢管两侧一次焊接两条扁钢导轨(材质16Mn),导轨表面进行硬化处理,耐磨性好。在焊接中采用了具有特殊装置的自动焊接技术,有效克服了整体结构的变形;上横梁焊于立柱之上,立柱与下横梁通过法兰定位,用高强度螺栓连接,整个主体结构具有重量轻、抗扭、抗弯、刚度大、强度高等特点。 (
15、2)载货台 载货台是通过起升机构的动力牵引做上下垂直运动的部件,由垂直框架和水平框架焊接成的L形结构,垂直框架用于安装起升导轮和一些安全保护装置。水平框架采用无缝钢管制成,完全能够满足载货的要求。 (3)水平运行机构 水平运行机构是由动力驱动和主被动轮组组成,用于整个设备巷道方向的运行。我们选用了德国SEW公司的螺旋伞齿轮直交轴电机减速机直接驱动车轮,质量可靠、维护方便、噪声低。 (4)起升机构 起升机构是由驱动电机、卷筒、滑动组和钢丝绳组成,用于提升载货台做垂直运动。我们选用德国SEW公司的螺旋伞齿轮直交轴电机减速机直接驱动卷筒,钢丝绳带动载货台上下运动。 (5)货叉机构 货叉伸缩机构是由动
16、力驱动和上、中、下三叉组成的一个机构,用于垂直于巷道方向的存取货物运动。下叉固定于载货台上,三叉之间通过链条传动做直线差动式伸缩。货叉驱动电机选用SEW的电机减速机。 (6)导轮装置 堆垛机共采用了上下水平导轮和起升导轮三组导轮装置,上下水平导轮分别安装在上下横梁上,用于导向堆垛机沿巷道方向做水平运动。起升导轮安装于载货台上,沿立柱导轨上下运动,导向载货台的垂直运动,同时通过导轮支撑荷重,并传递给主体结构。1.3.3单立柱堆垛机的优点单立柱堆垛机的优点主要集中在以下几点:节省材料从而节省投资,简单实用,故障率低,维护方便。 在超长超高巷道满载运行时,运行和升降速度分别最高可达到150米/分和4
17、5米/分,货叉叉取速度最快达到30米/分。 人机操作界面(HMI)采用西门子触摸屏;取消大部分按钮、旋钮和表示灯,仅保留电源开关和急停按钮。操作非常简单和方便;多重冗余操作模式:联机自动/单机自动(地面设置操作站时可在地面操作)/手动(自动定位)/维修(点动),且在操作界面上一键切换:;HMI帮助可指导用户轻松完成各部件的日常维护工作。 运行、升降和货叉机构设有多重机械安全保护装置和电控安全保护功能,总计达到19种之多,确保堆垛机设备安全平稳工作和货物的安全储存与传送。 电控器件全部采用国际知名品牌,关键器件无故障工作时间达到2万小时以上。 自动接收、分析和执行指令;自动记录并上传所有状态信息
18、和故障数据;当运行过程中发生各种异常时,能瞬间自动停止运行并报警。现今,越来越多的商家把注意力集中在单立柱堆垛机上。单立柱堆垛机以其结构简单,重量轻巧著称,但其受力情况比较复杂,在设计时,必须对各个部分进行优化设计,避免自重过大。4.堆垛机的安全措施 (1) 松绳、断绳保护装置:当堆垛机提升钢丝绳松垂或断裂时,自动切断提升电机电源,载货台制动器卡在立柱上,避免载货台跌落。 (2)堆垛机具有过载保护装置,当加载超过额定起重量的10%时,自动切断起升电机电源。 (3)堆垛机设有提升极限限制开关和机械缓冲双重保护装置。当载货台超出正常升降行程并达到上、下极限位置时,触发该开关,自动切断提升电机电源,
19、载货台将停止运行。此外,在超出上、下极限位置外另加设抗冲击性能良好的缓冲块,迫使载货台停止运行。 (4)堆垛机设有运行极限限制开关和机械缓冲块双重保护装置。当堆垛机超出正常运行行程并达到左、右极限位置时,触发该开关,自动切断运行电机电源,堆垛机将停止运行。此外,在超出左、右极限位置外另加设抗冲击性能良好的缓冲块,迫使堆垛机停止运行。作用于缓冲块上的力,是按堆垛机满载和高速行走的条件下计算的。 (5)堆垛机上装有手动急停按纽,在紧急情况下,能切断堆垛机总电源。 (6)堆垛机的电气联锁保护。 (7)多地点操纵的堆垛机设有互锁,以保证某一时刻,只能从一个地点操纵堆垛机。 (8)各控制方式间应有互锁,
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