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編號
無錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）
題目： FMS自動化立體倉庫
堆垛起重機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
信機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
學(xué) 號： 0923102
學(xué)生姓名： 趙 磊
指導(dǎo)教師： 尤麗華 （職稱：副教授 ）
2013年5月25日
無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 自動化立體倉庫堆垛起重機機械設(shè)計是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級： 機械92
學(xué) 號： 0923102
作者姓名：
2013 年 5月 25日
無錫太湖學(xué)院
信 機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務(wù) 書
一、題目及專題：
1、題目 FMS自動化立體倉庫堆垛起重機機械設(shè)計
二、課題來源及選題依據(jù)
本課題來源于工程生產(chǎn)實際，應(yīng)教學(xué)要求，使我們在學(xué)習(xí)期間接觸到一些先進的技術(shù)裝備和控制技術(shù)等重要知識，配合有關(guān)課程開設(shè)“柔性制造系統(tǒng)綜合實驗”的需求，培養(yǎng)獨立進行科學(xué)研究、綜合分析思考以及實際動手的能力，此畢業(yè)設(shè)計課題由此設(shè)立。
三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求：
① 有軌巷道堆垛起重機的設(shè)計要求包括：
1.結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；
2.堆垛方式準確可靠；
3.結(jié)構(gòu)緊湊堅固，使用維護方便，外形美觀；
② 熟練掌握模擬貨物在自動化立體倉庫各倉儲單元內(nèi)存儲的物流過程；
③ 熟悉堆垛起重機的各部分零件組成及運行過程；
④ 了解有軌巷道堆垛起重機在國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及特點；
I
⑤ 能夠設(shè)計出堆垛起重機的起升機構(gòu)、貨叉機構(gòu)以及行走機構(gòu)的選擇方案。
四、接受任務(wù)學(xué)生：
機械92 班 姓名 趙 磊
五、開始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長研究所所長〕 簽名
系主任 簽名
2012年11月12日
I
摘 要
近年來，隨著企業(yè)生產(chǎn)與管理的不斷提高，越來越多的企業(yè)認識到物流系統(tǒng)的改善與合理性對企業(yè)的發(fā)展非常重要。堆垛機是自動化立體倉庫中最重要的起重堆垛設(shè)備，它能夠在自動化立體的巷道中來回穿梭運行，將位于巷道口的貨物存入貨格；或者相反取出貨格內(nèi)的貨物運送到巷道口。
本文詳細論述了在現(xiàn)代大多數(shù)企業(yè)中普遍使用的雙立柱堆垛機的設(shè)計方案，文章的重點放在其兩個部件：升降機構(gòu)、貨叉伸縮機構(gòu)的設(shè)計上，并對安全機構(gòu)和控制部分進行簡單的選取和計算其中包含電機,減速器的選取，齒輪，齒條的計算，卷筒的計算，軸的校核，電器原理圖的配置等。首先，提出各個機構(gòu)的總體設(shè)計方案；其次，對各個機構(gòu)的受力情況進行了分析并計算，然后估算初取值，再進行校核，最后確定各個實際值。
關(guān)鍵詞：自動化立體倉庫；堆垛機；升降機構(gòu)；貨叉伸縮機構(gòu)
I
Abstract
In recent years, along with the unceasing raising of enterprise production and management, more and more enterprises know that thing flows out reasonability and the improvement of system, is very important for the development of enterprise. Stacker cranes is automation three-dimensional storehouse in most important take heavy crane pile up equipment, it can in the tunnel of automation cube in the shuttle operation of round trip, will locate in tunnel the goods of mouth stock goods shelf; or opposite take out the goods transit in goods shelf go to tunnel mouth.
This paper describes the majority of enterprises in the widespread use of modern double-column stacking machine design, the article focused on its two components: lifting mechanism, telescopic fork design of institutions, and security agencies and the control part simple selection and calculation including motor, reducer selection, gear, rack of calculation, the calculation of roll, axis calibration, electrical schematic diagram of the configuration. First, the proposed design programs of various agencies; Secondly, the force of the various agencies to conduct the analysis and calculation, and then estimate the initial value, and then checked, and finally establish the actual value.
Keyword:automation three-dimensional storehouse;stacker cranes;lifting mechanism; telescopic fork institutions
I
目 錄
摘 要.......................................................................................................................................... III
ABSTRACT ................................................................................................................................. IV
目 錄........................................................................................................................................... V
1 緒論............................................................................................................................................ 1
1.1 研究的背景與內(nèi)容............................................................................................................................. 1
1.1.1 概述............................................................................................................................... 1
1.1.2 有軌巷道堆垛機的發(fā)展現(xiàn)狀及特點........................................................................... 1
1.1.3 有軌巷道堆垛機的類型............................................................................................... 2
1.1.4 巷道堆垛機的特點....................................................................................................... 5
1.2 設(shè)計的目的和意義.............................................................................................................. 5
1.3 設(shè)計的內(nèi)容及要求.............................................................................................................. 5
1.4 設(shè)計參數(shù).............................................................................................................................. 6
2.1 堆垛機三維運動速度的確定............................................................................................. 7
2.2 堆垛機各個部分的方案選擇.............................................................................................. 8
2.2.1 堆垛機起升機構(gòu)傳動方式的選擇........................................................................................... 8
2.2.2 堆垛機行走機構(gòu)傳動方式的選擇............................................................................... 9
2.2.3 堆垛機機架的設(shè)計思路............................................................................................... 9
2.2.4 堆垛機貨叉的設(shè)計思路............................................................................................... 9
2.2.5 堆垛機安全方案的確定............................................................................................. 11
2.3 堆垛機的技術(shù)參數(shù)............................................................................................................ 11
2.4 堆垛機的技術(shù)要求............................................................................................................ 11
3 堆垛機起升機構(gòu)的設(shè)計.......................................................................................................... 15
3.1 起升機構(gòu)的總體選型........................................................................................................ 15
3.2 卷筒的設(shè)計........................................................................................................................ 18
3.2.1 卷筒部件計算............................................................................................................. 18
3.2.2 齒輪連接盤的計算..................................................................................................... 22
4 堆垛機行走機構(gòu)和機架的選型設(shè)計...................................................................................... 25
4.1 堆垛機行走機構(gòu)的選型設(shè)計........................................................................................... 25
4.2 堆垛機機架的選型設(shè)計................................................................................................... 27
5 堆垛機貨叉的設(shè)計.................................................................................................................. 28
5.1 貨叉?zhèn)鲃友b置的總體選型................................................................................................28
5.2 貨叉?zhèn)鲃育X輪、齒條的計算............................................................................................28
5.3 貨叉?zhèn)鲃渔溳?、鏈條的設(shè)計計算....................................................................................32
5.4 制動器的制動容量的設(shè)計................................................................................................34
6 堆垛機安全裝置.......................................................................................................................35
V
6.1 防撞保護裝置.................................................................................................................... 35
6.2 鋼絲繩斷繩保護裝置........................................................................................................ 35
7 結(jié)論與展望.............................................................................................................................. 36
7.1 結(jié)論................................................................................................................................... 36
7.2 不足之處及未來展望........................................................................................................... 36
致 謝.......................................................................................................................................... 37
參考文獻...................................................................................................................................... 38
1
1緒論
1.1 研究的背景與內(nèi)容
1.1.1 概述
自動化立體倉庫是實現(xiàn)物流系統(tǒng)合理化的關(guān)鍵。它具有空間利用率高、便于實現(xiàn)自動化管理、實時自動結(jié)算庫存貨物種類和數(shù)量、立體倉庫信息庫可以和中央計算機系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行等許多優(yōu)點，對加快物流速度、提高勞動生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本都有重要意義，已開始應(yīng)用于汽車、電子、醫(yī)藥、煙草、建材、郵電等許多行業(yè)。而堆垛機對立體倉庫的出人庫效率有重要影響，是立體倉庫能否達到設(shè)計要求和體現(xiàn)其優(yōu)點的關(guān)鍵設(shè)備之一。
有軌巷道堆垛起重機是隨著立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機，是在高層貨架的窄巷道內(nèi)作業(yè)的起重機，通常簡稱為堆垛機。堆垛機是立體倉庫中最重要的起重運輸設(shè)備，可大大提高倉庫的面積和空間利用率，是自動化倉庫的主要設(shè)備，是代表立體倉庫特征的標志。堆垛機的功能是堆垛機接受計算機指令后，能在高層貨架巷道中來回穿梭，把貨物從巷道口出人庫貨臺搬運到指定的貨位中，或者把需要的貨物從倉庫中搬運到巷道口出人庫貨臺，再配以相應(yīng)的轉(zhuǎn)運、輸送設(shè)備通過計算機控制實現(xiàn)貨物的自動出人庫。在立體倉庫中的搬運設(shè)備有高位叉車、工業(yè)機器人、橋式堆垛機和有軌巷道式單雙立柱堆垛機。有軌巷道式雙立柱堆垛機由于效率高，高度可達30-40 m，便于實現(xiàn)無人操作，行走穩(wěn)定，載貨量大，噪聲小，在目前的立體倉庫中得到廣泛應(yīng)用。
1.1.2 有軌巷道堆垛機的發(fā)展現(xiàn)狀及特點
隨著經(jīng)濟全球化步伐的口益加快和信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)行業(yè)和消費方式正發(fā)生著深刻的變化，物流在經(jīng)濟活動中的作用越來越受到企業(yè)的重視，物流人才的需求也在口益增長。目前，物流人才已經(jīng)被列為我國12大類緊缺人才之一，有報道稱“物流人才的需求已超過600萬”。物流實驗室的建設(shè)正是要搭建一座理論與實踐的橋梁，目前，我國許多高校已經(jīng)建立了物流實驗室，據(jù)不完全統(tǒng)計，已經(jīng)有160多所高校建立了自己的物流實驗室。物流實驗室為學(xué)生提供實訓(xùn)平臺，深化學(xué)生對現(xiàn)代物流理論的理解，提高學(xué)生的操作能力，內(nèi)融機械、電氣、電子及計算機等技術(shù)于一體的綜合技術(shù)，在這種技術(shù)中，不同領(lǐng)域和層次的知識與能力融會在一起。
另外，為了更好的模擬貨物在自動化立體倉庫各倉儲單元內(nèi)存儲的物流過程，研究提高物流效率以及堆垛機性能和作業(yè)效率方法，許多物流研究中心業(yè)紛紛建立起來。山東大學(xué)現(xiàn)代物流控制實驗中心是目前我國第一個現(xiàn)代的物流控制實驗室，在物流調(diào)度、物流控制、機械手揀選控制和機器視覺的綜合研究和開發(fā)應(yīng)用方面目前處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。
圖1.1倉儲
1.1.3 有軌巷道堆垛機的類型
有軌巷道堆垛機可按其結(jié)構(gòu)形式、支承方式和運行軌跡等進行分類，一般可分為以下幾種類型:
(1) 按結(jié)構(gòu)形式，分為雙立柱有軌巷道堆垛機和單立柱有軌巷道堆垛機：
①雙立柱有軌巷道堆垛機
雙立柱有軌巷道堆垛機由兩根立柱、上橫梁、下橫梁和帶貨叉的載貨臺組成，立柱、上橫梁和下橫梁組成一個長方形的框架，一般稱為機架。立柱形式有方管和圓管兩種，方管可兼作起升導(dǎo)軌，圓管需要附加起升導(dǎo)軌。這種堆垛機的最大優(yōu)點就是強度和剛性都比較好，能快速起、制動，并且運行平穩(wěn)。一般用在起升高度較高、起重量較大和水平運行速度較高的立體倉庫中，其缺點是自重較大。其結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。
圖1.2雙立柱有軌巷道堆垛機
②單立柱有軌巷道堆垛機
單立柱有軌巷道堆垛機的機架由一根立柱、下橫梁和上橫梁組成。立柱多采用型鋼或焊接制作，立柱上附加導(dǎo)軌。整機重量較輕，消耗材料少，因此制造成本相對較低，但剛性稍差。由于載貨臺和貨物對立柱有偏心作用，以及行走、制動時產(chǎn)生的水平慣性力作用，使單立柱有軌巷道堆垛機在使用上有較大的局限性。不適于起重量大和水平運行速度高的堆垛機。單立柱堆垛機的起升結(jié)構(gòu)，普遍采用鋼絲繩傳動，由電機減速機驅(qū)動卷筒轉(zhuǎn)動，通過鋼絲繩牽引載貨臺沿立柱或起升導(dǎo)軌作升降運動。對于鋼絲繩傳動，傳動和布置相對容易，但定位準確性稍差。其結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。
3
圖1.3單立柱有軌巷道堆垛機
(2) 按支承方式分類，有軌巷道堆垛機分為懸掛型和地面支承型。
①懸掛型有軌巷道堆垛機
懸掛型有軌巷道堆垛機懸掛在巷道上方的軌道上運行，其運行機構(gòu)安裝在堆垛機門架的上部。在地面鋪設(shè)導(dǎo)軌，使門架下部的導(dǎo)向輪以一定的間隙夾在導(dǎo)軌的兩側(cè)，從而防止堆垛機運行時產(chǎn)生擺動和傾剎。懸掛式堆垛機有如下優(yōu)點:在設(shè)計門架時，可以不考慮橫向的彎曲強度，鋼結(jié)構(gòu)的自重可以減輕，加減速時的慣性擺動小，穩(wěn)定所需的時間短;其缺點是維修和檢查不方便。
②地面支承型有軌巷道堆垛機
堆垛機的運行軌道鋪設(shè)在地面上，堆垛機用下部行走輪支承和驅(qū)動，上部導(dǎo)向輪用來防止堆垛機傾倒或擺動。和懸掛型有軌巷道堆垛機相比，這種堆垛機的立柱主要考慮軌道平面內(nèi)的彎曲強度，因此，需要加大立柱在行走方向截面的慣性矩。由于驅(qū)動裝置均裝在
3
下橫梁上，容易保養(yǎng)和維修。
(3) 按其運行軌跡形式不同，分為直線運行型堆垛機和曲線運行型堆垛機。
①直線運行型堆垛機
直線運行型堆垛機只能在巷道內(nèi)直線軌道上運行，不能自行轉(zhuǎn)換巷道。只能通過其他輸送設(shè)備轉(zhuǎn)換巷道，直線運行型堆垛機可以實現(xiàn)高速運行，能夠滿足出入庫頻率較高的立體倉庫作業(yè)，應(yīng)用最為廣泛。
②曲線運行型堆垛機
曲線運行型堆垛機行走輪與下橫梁是通過垂直軸鉸接的，能夠在環(huán)形或其他曲線軌道上運行，不通過其他輸送設(shè)備便可以從一個巷道自行轉(zhuǎn)移到另一個巷道。曲線運行型堆垛機在使用上有局限性，只適用于出入庫頻率較低的立體倉庫。
本文研究的堆垛機是結(jié)構(gòu)形式為雙立柱，支承方式為地面支承型，并且其運行軌跡為直線型巷道堆垛機。
1.1.4 巷道堆垛機的特點
由于使用場合的限制，巷道堆垛機在結(jié)構(gòu)和性能方面有以下特點：
(1)整機結(jié)構(gòu)高而窄，其寬度一般不超過儲料單元的寬度，因此限制了整機布置和結(jié)構(gòu)選型。
(2)金屬結(jié)構(gòu)件除應(yīng)滿足強度和剛度要求外，還要有較高的制造和安裝精度。
(3)采用專門的取料裝置，常用多節(jié)伸縮貨叉或貨板機構(gòu)。
(4)各電氣傳動機構(gòu)應(yīng)同時滿足快速、平穩(wěn)和準確。
(5)配備可靠的安全裝置，控制系統(tǒng)應(yīng)具有一系列連鎖保護措。
1.2 設(shè)計的目的和意義
倉儲自動化建設(shè)是一項系統(tǒng)工程，物資儲運作業(yè)自動化是其重要的內(nèi)容。實現(xiàn)倉庫物資儲運作業(yè)自動化，倉儲機械設(shè)備、設(shè)施及管理、信息、人才系統(tǒng)配套、協(xié)調(diào)發(fā)展是重要的發(fā)展趨勢。
通過引入計算機、自動控制技術(shù)和人工智能等高新技術(shù)對倉儲機械的技術(shù)該做，倉儲機械的技術(shù)性能將較大提高。載重量大、機動性強、操作方便、可維修性好的叉車、無人叉車、牽引車、托盤運輸車、堆高車、堆垛機、碼垛機、管道輸送機、帶狀輸送機、自動揀選機等先進的裝卸搬運機械設(shè)備將廣泛應(yīng)用于倉儲系統(tǒng)。
本設(shè)計通過設(shè)計用于倉儲貨架的堆垛機，完成堆垛機水平行走機構(gòu)、起升機構(gòu)、載貨臺及貨叉機構(gòu)、機架和電氣設(shè)備的設(shè)計，能及時、準確地把物品自動送到指定位置，從而加深對堆垛機的認識與了解。
1.3 設(shè)計的內(nèi)容及要求
有軌巷道堆垛機的內(nèi)容包括:
第一,分析、論述目前堆垛機堆垛的原理、方法，堆垛機的設(shè)計思路，探討各種解決途徑。
5
第二,論述本設(shè)計采用的方法、原理及可行性，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計、運動學(xué)計算和強度計算。
第三,堆垛機的工作方式及貨物識別控制原理。
第四,繪制堆垛機總裝圖和主要零部件圖。
有軌巷道堆垛起重機的設(shè)計要求包括：
1.結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。
2.堆垛方式準確可靠。
3.結(jié)構(gòu)緊湊堅固，使用維護方便，外形美觀。
1.4 設(shè)計參數(shù)
立體倉庫為8巷道16排40列7層
堆垛機總高度：8m 總長度：3.1m 總寬度：1m
堆垛機額定起重量300kg
行走最大速度130m/min(2.2m/s)
升降最大速度30m/min(0.5m/s)
貨叉速度9m/min(0.15m/s)
加減速度：升降0.6 行走0.6 伸縮0.2
貨架上下7層，層高1100mm
貨架每層40格，格寬900mm
貨箱尺寸：長×寬×高＝600×500×800mm
貨格尺寸：長×寬×高＝900×600×1100mm
寬度方向為貨叉叉取方向。
2 總體設(shè)計方案的確定
為使堆垛機能夠準確、快速、安全、自動搬運貨物出人庫，必須滿足以下設(shè)計要求:(1)具備三維運動功能，即堆垛機沿巷道來回運動、載貨臺垂直運動、貨叉沿貨架方向雙向伸縮; (2)滿足一定的定位精度，重復(fù)定位精度誤差不能超過10 mm; (3)具備安全保護措施;(4)在滿足強度、剛度和可靠性的前提下，盡量減小堆垛機各部分的重量，以減小提升功率和行走時的摩擦阻力;(5)保護倉庫環(huán)境，避免貨物污染受損。
堆垛機組成
圖2.1 有軌巷道式雙立柱堆垛機
1.天軌 2.天軌導(dǎo)向輪 3.上橫梁 4.立柱 5.鏈輪 6.載貨臺導(dǎo)向輪 7.載貨臺頂輪 8.電器柜 9.輪系 10.地軌 11.下橫梁 12.電機 13.卷筒 14.減速器 15.載貨臺 16.貨叉 17.載貨臺立板
2.1 堆垛機三維運動速度的確定
(1)行走速度的確定：40×900=36000mm=36m
行走加速度為
最優(yōu)行走速度為，取為130m/min
(2)升降速度的確定：
貨架高度為7×1100＝7700mm=7.7m
最優(yōu)升降速度為，取為30m/min,即0.5m/s
(3)貨叉速度的確定：
貨叉伸縮長度為0.46m=460mm 伸縮加減速度為
最優(yōu)伸縮速度為，取為9m/min
取微升降高度為8mm
2.2 堆垛機各個部分的方案選擇
2.2.1 堆垛機起升機構(gòu)傳動方式的選擇
巷道式堆垛起重機的起升機構(gòu)是使載貨臺垂直運動的機構(gòu)，主要由電動機、制動器、減速器、卷筒或鏈輪以及相應(yīng)的柔性件組成。電動機通過減速器帶動柔性件使載貨臺升降。常用的柔性件有鋼絲繩和起重鏈兩種。鏈條傳動的缺點是自重量大，有可能突然斷裂，不安全，因而本傳動機構(gòu)選用鋼絲繩，鋼絲繩的優(yōu)點是質(zhì)量輕，使用安全，工作噪聲低，便于維護保養(yǎng)等等。
在堆垛機特殊的工作環(huán)境下，為了使起升機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，本設(shè)計使用帶制動器的電動機。這種電動機具有錐形轉(zhuǎn)子，通電時，轉(zhuǎn)子在磁拉力作用下產(chǎn)生一定的軸向位移，使尾部的錐形盤式制動器同時打開。斷電時，磁拉力消失，制動器在彈簧作用下又重新上閘，使電動機很快地停住。起升機構(gòu)的位置布置在堆垛機的下部，位于立柱外側(cè)。
聯(lián)軸器選用梅花形彈性聯(lián)軸器，此聯(lián)軸器是由帶突爪的形狀相同的兩個半聯(lián)軸器和梅花形彈性元件組成，將梅花形彈性元件置于兩個半聯(lián)軸器的突爪之間以實現(xiàn)聯(lián)結(jié)。聯(lián)軸器工作時，梅花瓣受壓。單向運轉(zhuǎn)時只有半數(shù)花瓣參與工作，半數(shù)不承載；反向運轉(zhuǎn)時，亦是如此。此聯(lián)軸器具有結(jié)構(gòu)簡單，零件數(shù)少，徑向尺寸小，不需潤滑；彈性塊受壓，承載能力較高等特點。
減速器選用JZQ型減速器，它是特為起重機設(shè)計制造的低硬度齒面的減速器，制造工藝較容易，有很多中小型廠均有現(xiàn)成產(chǎn)品供貨。卷筒為與減速器配合的自制卷筒，通過齒輪連接盤與減速器的低速軸齒輪軸端相連。此卷筒的特點是卷筒軸不受轉(zhuǎn)矩，只承受彎矩，為封閉式傳動，不易受外界環(huán)境干擾。
鋼絲繩的一端固定在卷筒上，另一端固定在機架的上橫梁上，鋼絲繩通過安裝在立柱上的定滑輪導(dǎo)向，帶動安裝在載貨臺上的兩個動滑輪使載貨臺升降。
2.2.2 堆垛機行走機構(gòu)傳動方式的選擇
堆垛機的行走機構(gòu)是堆垛機水平運行的驅(qū)動裝置。一般由電動機、聯(lián)軸器、制動器、減速箱和行走車輪組成。本設(shè)計選用三合一減速器，把突緣電動機、盤式制動器和減速器做成整體，選用標準件，提高了系統(tǒng)的可靠性。采用帶平衡架及水平輪的車輪組，平衡架使兩個車輪的輪壓相等，車輪為無輪緣圓柱車輪，是為了避免車輪在運行時輪緣啃軌，同時為了防止出軌在軌道兩側(cè)加水平導(dǎo)向輪。
本傳動系統(tǒng)為地面支承式，三合一減速器和車輪組安裝在堆垛機下橫梁下方起支承和驅(qū)動作用，上部用導(dǎo)向輪運行在工字鋼的下翼緣上來防止堆垛機傾倒或擺動。由于驅(qū)動裝置裝在堆垛機下下部，容易維修保養(yǎng)。
2.2.3 堆垛機機架的設(shè)計思路
上橫梁是由四塊鋼板焊接而成的箱形結(jié)構(gòu)，其與立柱間通過焊接聯(lián)結(jié)在一起。
立柱由角鋼和鋼板焊接而成的箱式矩形斷面，具有抗扭、抗彎剛度大，重量輕，耐磨性好等特點。
下橫梁也是由四塊鋼板焊接的箱式矩形斷面，具有較大的抗扭、抗彎剛度。下橫梁與立柱間通過焊接聯(lián)結(jié)在一起。
2.2.4 堆垛機貨叉的設(shè)計思路
貨叉裝置是堆垛機存取貨物的執(zhí)行機構(gòu)，裝設(shè)在載貨臺上。本機構(gòu)采用二級直線差動式伸縮貨叉，由上叉、下叉及起導(dǎo)向作用的滾針軸承等組成，以減少巷道的寬度，且使之具有足夠的伸縮行程。
由于存取貨物時貨叉伸出的距離已經(jīng)超過本身的長度，所以貨叉為級伸縮裝置，下叉固定在載貨臺本體上，起支承作用，上面的上叉叉取貨物。
貨叉的伸縮可以采用齒輪齒條傳動或者鏈輪鏈條傳動，本設(shè)計采用齒輪齒條傳動，齒輪齒條傳動具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動關(guān)系清晰等優(yōu)點。
貨叉裝置采用二級直線式伸縮貨叉，叉體體積小、剛性大，且具有超載保護功能。
貨叉主要由電動機、聯(lián)軸器、減速器、鏈輪鏈條傳動裝置、齒輪齒條傳動裝制、下叉、上叉和滾針軸承等組成。
圖2.2 貨叉結(jié)構(gòu)示意圖
1.上叉叉板 2.上叉活動導(dǎo)軌 3.上叉支承板 4.上叉擋板 5.上叉齒條板 6.滾針軸承 7.下叉立板 8.下叉底板 9.軸承支承板 10.傳動軸 11.鏈條 12.減速器 13.聯(lián)軸器 14.傳動齒輪 15.電動機 16.下叉擋板
結(jié)構(gòu)示意圖如上圖2－1所示。上叉由上叉叉板、上叉支承板、上叉齒條板組成，上叉叉板直接承載貨箱，為了防滑選用花紋鋼板，上叉支承板則安裝有支承上叉的四個滾針軸承，使上叉相對于中叉運動，上叉齒條板下方焊接有齒條，由裝在中叉連接板上的雙嚙合齒輪傳遞動力。中叉由中叉活動導(dǎo)軌、中叉連接板、中叉齒條板組成，中叉活動導(dǎo)軌支承在四個滾針軸承上，四個滾針軸承分別裝在下叉立板和下叉支承板上，中叉連接板則把中叉齒條板、中叉活動導(dǎo)軌和雙嚙合齒輪連接起來，中叉齒條板下方焊接有齒條，通過傳動軸上的齒輪傳遞動力。下叉由下叉支承板、下叉立板、下叉齒條板和下叉底板組成，下叉支承板下部安裝有滾針軸承，支承起傳動軸，上部安裝有支承中叉活動導(dǎo)軌的滾針軸承，下叉立板也安裝有支承中叉活動導(dǎo)軌的滾針軸承，下叉齒條板的頂部裝有齒條，提供與雙嚙合齒輪嚙合的下齒條，下叉底板則是整個貨叉的支承板，其上固定有電動機、減速器、下叉立板、下叉齒條板、下叉支承板和雙向擋板。焊接在下叉底板上的雙向擋板則限制貨叉的極限伸縮位置。
整個貨叉的傳動原理是，電動機通過聯(lián)軸器、減速器減速把動力傳遞給減速器軸端的鏈輪，軸端鏈輪通過鏈條把動力傳遞給傳動軸，傳動軸上的鏈輪和減速器軸端的鏈輪一樣大，鏈輪鏈條傳動比為1。安裝在傳動軸軸端的齒輪通過中叉齒條板把動力傳遞給中叉，使中叉以一定的速度相對于下叉運動，而安裝在中叉連接板上的雙嚙合齒輪以中叉速度與中叉一起運動，雙嚙合齒輪下面與下叉齒條板上的齒條嚙合，上面與上叉齒條板上的齒條嚙合，下叉齒條板不動，那么上叉齒條板則以二倍于中叉的速度向前運動。
當(dāng)電動機反向時中叉與上叉則反方向運動，從而實現(xiàn)貨叉的雙向存取貨物。焊接在下叉底板上的雙向擋板與焊接在中叉連接板底部的雙向擋板配合使用，當(dāng)貨叉運行到極限位置時上、下雙向擋板相碰，從而使貨叉停止運動。聯(lián)軸器為限力矩聯(lián)軸器，當(dāng)力矩超過設(shè)定值時，聯(lián)軸器內(nèi)部的鋼珠打滑，從而保護貨叉受到破壞，提高系統(tǒng)的安全性。
本貨叉?zhèn)鲃酉到y(tǒng)除了電動機、聯(lián)軸器和減速器安裝在貨叉左側(cè)以外，基本為對稱布置，左半部分相當(dāng)于左貨叉，右半部分相當(dāng)于右貨叉，這樣鏈輪鏈條傳動布置于貨叉中間，從而提高系統(tǒng)的平穩(wěn)性。
2.2.5 堆垛機安全方案的確定
為了保護人身、設(shè)備和貨物的安全，堆垛機必須具有完善的安全保護措施：
（1）堆垛機在行走、載貨臺升降和貨叉伸縮終端處都設(shè)有機械和電氣限位裝置。
（2）貨物檢測載貨臺上設(shè)有貨物超高、超長和超寬檢測裝置。在貨物進入載貨臺時，當(dāng)檢測到貨物超過設(shè)定高度、長度或?qū)挾葧r，堆垛機便停止運行并報警。一般允許誤差為30一40 mm，檢測元件采用對射或反射式光電傳感器。
（3）載貨臺上還設(shè)有檢測貨叉是否回位、貨叉上有無貨物和貨位中有無貨物的裝置。如貨叉沒有回位，堆垛機不能水平運行;如貨叉上已有貨物，則不能再取貨;人庫時，必須檢測貨位中有無貨物，以避免發(fā)生事故。
（4）斷電保護如載貨臺升降過程中忽然斷電，則通過提升電機制動使載貨臺停在當(dāng)前位置，不會掉落下來。
（5）載貨臺斷鏈保護提升鏈條通過壓簧與載貨臺相連，當(dāng)鏈條由于長時間使用或意外原因忽然斷裂時，彈簧彈開鏈條，檢測裝置檢測到鏈條時，便驅(qū)動相應(yīng)裝置使載貨臺停在當(dāng)前位置，不至于掉下來，同時整個堆垛機停止運行。
2.3 堆垛機的技術(shù)參數(shù)
堆垛機作為立體倉庫中重要的運輸設(shè)備，其各項技術(shù)參數(shù)的選用，將直接影響到整座立體倉庫的運行效率和經(jīng)濟效益。合理的選擇各項參數(shù)，將大大提高整個系統(tǒng)的運行效率和經(jīng)濟效益。我國現(xiàn)階段立體倉庫中，堆垛機技術(shù)參數(shù)的選用上，和世界先進水平相比，存在著較大的差別。
（1）堆垛機的速度參數(shù)。與堆垛機的速度有關(guān)的參數(shù)，主要指水平運行速度、起升速度和貨叉伸縮速度。這三項參數(shù)的高低，直接關(guān)系到出入庫頻率的高低。
（2）堆垛機的尺寸參數(shù)。堆垛機的尺寸參數(shù)較多，例如起升高度、下降深度、整機全長、最低貨位極限高度等。其中最低貨位極限高度，即貨叉上表面從最低一層貨格的低位到地軌安裝水平面的垂直距離。該參數(shù)涉及合理利用有效空間，增加庫容量，亦是評價堆垛機設(shè)計水平的標準之一。目前，國內(nèi)立體倉庫堆垛機的最低貨位極限高度普遍偏高。
（3）堆垛機的貨叉下?lián)隙?。貨叉下?lián)隙?，是堆垛機的一項非常重要的性能參數(shù)，直接關(guān)系到堆垛機是否能正常工作。因結(jié)構(gòu)型式、材料及加工熱處理工藝的限制，同等狀況下，目前國內(nèi)立體堆垛機的貨叉下?lián)隙纫葒獯?0%~30%。改進貨叉結(jié)構(gòu)，合理選材，提高工藝手段，是減少貨叉下?lián)隙?，保證堆垛機工作性能的重要措施。
（4）堆垛機的噪音。堆垛機在高速運行和升降中，特別是在同時進行時，由于車輪與軌道摩擦和提升鏈條或鋼絲繩的振動、摩擦等，將產(chǎn)生較大的噪音。標準中規(guī)定，堆垛機在工作時，其噪聲值不高于84分貝。目前立體倉庫實際應(yīng)用表明，對于行走速度不超過80米/秒的，還可以保證，超過100米/秒以上的，一般難以保證。
（5）堆垛機的驅(qū)動機構(gòu)。目前，國內(nèi)立體倉庫堆垛機的驅(qū)動機構(gòu)中，電機減速機普遍采用德國、日本、意大利的產(chǎn)品，也有少數(shù)采用國內(nèi)的電機減速機。由于堆垛機是立體倉庫中最重要的運輸設(shè)備、各項技術(shù)參數(shù)和綜合性能要求都非常嚴格，如無故障率應(yīng)大于97%，停準精度±10mm，以及噪音要求等。這就要求電機減速機的可靠性非常高。因此，現(xiàn)階段在驅(qū)動機構(gòu)中電機減速機的選用上，建議選用國外先進的產(chǎn)品，以保證堆垛機的整機性能。
（6）堆垛機的起重量和載荷參數(shù)。包括額定起重量、總起重量、堆垛機總重量、堆垛機設(shè)計重量和輪壓。額定起重量是堆垛機的主要性能參數(shù)、它是堆垛機允許起升的貨物和托盤（或貨箱）的質(zhì)量的總和?？偲鹬亓渴潜黄鹕呢浳?，托盤（或貨箱）、貨叉、司機室、載貨臺、固定在載貨臺上的屬具（包括動滑輪組，起重鋼絲繩及其它零、部件）及人的質(zhì)量的總和。堆垛機總重量是堆垛機各部分質(zhì)量的總和（包括機上電源裝置、信號傳輸裝置、控制柜、平衡重和潤滑劑在內(nèi)）。堆垛機設(shè)計重量是整機總質(zhì)量中，除去潤滑劑的堆垛機質(zhì)量。輪壓是一個車輪傳遞到軌道或地面上的最大垂直載荷。按工況不同，分為工作輪壓和非工作輪壓。
2.4 堆垛機的技術(shù)要求
堆垛機是自動化立體倉庫的心臟部分。自動化立體倉庫的優(yōu)越性必須通過堆垛機才能充分體現(xiàn)出來。為此，堆垛機必須有嚴格的技術(shù)要求。
堆垛機的正常工作條件：
（1）堆垛機正常工作的環(huán)境溫度范圍為-5～40攝氏度，在24小時內(nèi)平均溫度不超過35攝氏度。在40攝氏度的溫度條件下，相對
濕度不超過50％。溫度較低時相對濕度可以高一些
（2）堆垛機工作環(huán)境的污染等級應(yīng)在國家規(guī)定范圍之內(nèi)。
（3）堆垛機工作環(huán)境的污染等級應(yīng)在國家規(guī)定范圍之內(nèi)。
（4）供電電網(wǎng)進線電源為頻率是50赫茲，電壓是380伏的三相交流電，電壓波動的允許偏差為。
堆垛機用的金屬結(jié)構(gòu)件的材質(zhì)：
必須按國家規(guī)定的行業(yè)標準來選擇鋼材，如上橫梁、下橫梁、立柱和載貨臺等重要構(gòu)件。對車輪、齒輪、滑輪、卷筒和貨叉等重要零件的材質(zhì)必須保證。
堆垛機結(jié)構(gòu)件的焊接：
首先要求焊條、焊絲和焊劑必須與被焊接的材料相適應(yīng)。焊接坡口應(yīng)符合國家技術(shù)標準。焊接不得有明顯缺陷，重要構(gòu)件的主要受力部件的焊縫質(zhì)量等級不得低于GB/T3323——1987中的級。
對通用零部件的要求：
(1) 對鏈條鏈輪的要求
堆垛機載貨臺頻繁地上下運動主要是靠鏈輪和鏈條來完成的。為此要求采用短節(jié)距精密滾子鏈。要求鏈輪的齒形和公差應(yīng)符合GB/T1243——1997的規(guī)定，特別要求鏈輪的輪齒和凹槽不得有損傷鏈條的表面缺陷。此外，必須經(jīng)常潤滑鏈條和鏈輪。鏈條強度許用安全系數(shù)不得低于6。
(2) 對鋼絲繩的要求
鋼絲繩必須采用GB/T8918——1996中規(guī)定的圓股鋼絲繩。絕對不能把鋼絲繩接長之后再用。鋼絲繩強度許用安全系數(shù)不得小于6。
(3) 為了防止堆垛機停止時產(chǎn)生沖擊和振動，必須采用緩沖器減振
緩沖器采用橡膠、工程塑料或液壓方式。要求緩沖器能承受堆垛機以70%的額定載荷運行速度的撞擊。
(4) 對螺栓和螺母的要求
要求主要受力部件所用螺栓性能等級不低于8.8級，螺母性能等級不低于8級。要求高強度螺栓性能等級不低于10.9S級，高強度螺母性能不低于10H級。
(5) 制造和組裝要求
要求下橫要求堆垛機上橫梁的水平彎曲，K為上橫梁全長。梁的水平彎曲，B是主、從動輪軸距。按照機械工程實際經(jīng)驗，只允許下橫梁向上拱曲，其上拱度。
在制造中必須嚴格要求按照標準制造堆垛機的每一個零部件。此外，對組裝后的堆垛機框架必須嚴格檢查各種尺寸。要求導(dǎo)軌之間平行度誤差小于6mm。對角線和的誤差小于4mm，道軌內(nèi)側(cè)C值的誤差為，兩道軌同一側(cè)面的平面度公差值在4mm以內(nèi)，對角線檢測點在距立柱上、下安裝面100mm處， 和之差在3mm之內(nèi)。
(6) 性能要求
①貨叉的工作性能
堆垛機工作臺升降時，貨叉對各貨位存取位置和最高、最低工作位置應(yīng)滿足設(shè)計要求。貨叉在承載額定載荷條件下，工作行程應(yīng)滿足設(shè)計要求，并且伸至最大行程時，貨叉下?lián)隙葢?yīng)小于20mm。貨叉伸縮的額定速度誤差不大于正負5%，貨叉伸縮和復(fù)位的停準精度小于正負5%。為了安全，要求貨叉伸出過程中碰到障礙物，當(dāng)阻力達到一定值時，貨叉離合器打滑，使貨叉停止伸叉運動。
②堆垛機的運行性能
堆垛機運行的額定速度應(yīng)符合設(shè)計值，誤差應(yīng)小于。
③載貨臺升降性能
載貨臺的升降額定速度應(yīng)符合設(shè)計要求，誤差應(yīng)小于正負5%，在速度換檔時不能有強烈的振動，并有良好的制動性能，其停準精度小于。
④動載荷試驗
在堆垛機調(diào)試過程中，必須進行動載荷試驗，試驗載荷為，時堆垛機的額定起重量。在載荷條件下，進行堆垛機運行、載貨臺的升降和貨叉伸縮試驗。要求各部分運動和功能正常。
⑤靜載荷試驗
對堆垛機除了動載荷試驗外，還要進行靜載荷試驗。靜載試驗載荷計算如下：
（2.1）
式中K——靜載試驗的載荷系數(shù)
（2.2）
式中——提升載荷系數(shù)，按如下規(guī)定選?。?
理論加速度 ；
理論加速度 ；
理論加速度 。
式中——額定提升（下降）速度（m/min）
⑥靜剛度試驗
堆垛機的靜剛度試驗載荷是額定起重量。在載貨臺升到立柱上限位置時進行測量，當(dāng)提升高度不大于10m時，其靜剛度值應(yīng)小于；當(dāng)提升高度大于10m時，其靜剛度值應(yīng)小于。為堆垛機全高。
3 堆垛機起升機構(gòu)的設(shè)計
3.1 起升機構(gòu)的總體選型
起重量Cp=300kg，起升速度v=0.5m/s，接電持續(xù)率JC=25%，起升高度H=8m
1.定機構(gòu)的工作級別
堆垛機工作級別根據(jù)堆垛機使用條件的兩個重要數(shù)據(jù)——載荷狀態(tài)和利用等級來劃分，是堆垛機設(shè)計的依據(jù)，現(xiàn)由設(shè)計原始數(shù)據(jù)和堆垛機實際運行情況選定三個參數(shù)如下：
利用等級T4，載荷情況L2，工作級別M4
2.計算鋼絲繩最大靜拉力并選擇鋼絲繩
采用單聯(lián)滑輪組，此時：m=n
m——滑輪組倍率
n——懸掛物品撓性件分支數(shù)
起升機構(gòu)以省力鋼絲繩滑輪組作為執(zhí)行構(gòu)件，選取懸掛物品撓性件分支數(shù)n為2，滑輪組倍率m為2
鋼絲繩最大靜拉力為:
（3.1）
Q——起升載荷（N），，
——起升質(zhì)量，即起重量（kg）
——滑輪組分支數(shù)
q——滑輪組倍率
a——滑輪組鋼絲繩卷入卷筒根數(shù)
——機構(gòu)總效率，取為0.98
本機構(gòu)中q=2,a=1
依據(jù)最大靜拉力選擇型的鋼絲繩，鋼絲強度極限
取選擇系數(shù)C=0.099
鋼絲繩直徑為 （3.2）
取d=6mm
鋼絲繩的最小破斷拉力（纖維芯鋼絲繩），鋼絲繩的安全系數(shù)為，滿足要求
3.確定最小的卷繞直徑
取彎曲頻率系數(shù)，卷筒的工作級別系數(shù)，滑輪的工作級別系數(shù)，
卷筒最小直徑
， （3.3）
滑輪最小直徑
（3.4）
設(shè)計采用齒輪連接盤式的單層卷繞單聯(lián)卷筒
取以繩槽底測量的卷筒直徑（即卷筒名義直徑），則以鋼絲繩圈中心測量的卷筒直徑為146mm
卷筒為標