自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計—堆垛機及其提升驅(qū)動裝置、貨叉裝置、載貨臺、松繩與過載保護裝置等設(shè)計含5張CAD圖,自動化,立體倉庫,系統(tǒng),設(shè)計,堆垛,及其,提升,驅(qū)動,裝置,載貨,過載,保護裝置,CAD
自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計—堆垛機及其提升驅(qū)動裝置、貨叉裝置、載貨臺、松繩與過載保護裝置等設(shè)計
Design of Automatic Stereo Warehouse System
摘 要
隨著生產(chǎn)力的發(fā)展,生產(chǎn)規(guī)模的擴大以及現(xiàn)有土地資源是十分緊張的,故材料倉庫用地擴建難度較大,只能充分挖掘土地潛力,有效利用現(xiàn)有的庫區(qū),因此自動化立體倉庫得到飛快的發(fā)展。它的最大特點主要是因它庫存空間和資源綜合利用率相對較高、易于實時進行自動化的倉儲管理等優(yōu)點。
自動化物料倉庫管理是廣泛指一種可以充分利用工業(yè)高層大型貨架等設(shè)備進行自動儲運的大型倉庫。利用計算機進行控制管理,大大的提高了倉庫的性能。而且自動化倉儲系統(tǒng)的應(yīng)用,可以幫助企業(yè)實現(xiàn)快速高效地進行物流運輸和商品的大容量存放,滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)、商品的流通。
隨著立體倉庫的不斷的發(fā)展，堆垛機得到了大力發(fā)展。其主要的作用是在巷道內(nèi)沿軌道運行。接收到計算機指令后，可以在高層貨架通道內(nèi)來回穿梭，將口處的貨物存放在貨架上，也可以將貨架上的貨物取出，運到口處，完成倉儲作業(yè)。堆垛機由機架、水平行走機構(gòu)、提升機構(gòu)、裝載平臺、貨叉裝置、安全保護裝置和控制系統(tǒng)組成。在設(shè)計過程中，在滿足其強度、剛度和運行穩(wěn)定性要求的前提下，要綜合考慮結(jié)構(gòu)的合理性和選用材料的經(jīng)濟性，從而達到質(zhì)優(yōu)價廉的目的。
關(guān)鍵詞：自動化立體倉庫；堆垛機；計算機；控制
VI
ABSTRACT
With the development of productivity, the expansion of production scale and the existing land resources are very tight, so the material warehouse land expansion is more difficult, can only fully tap the potential of the land, effective use of the existing storage area, so the automated three-dimensional warehouse has been rapid development. Its biggest characteristic is mainly because of its relatively high comprehensive utilization rate of inventory space and resources, easy to real-time automatic storage management and other advantages.
Automatic material warehouse management is widely refers to a kind of large warehouse which can make full use of industrial high-rise large shelves and other equipment for automatic storage and transportation. Using computer to control management, greatly improve the performance of the warehouse. And the application of automatic storage system, can help enterprises to achieve rapid and efficient logistics transportation and large capacity storage of goods, to meet the modern production, the circulation of goods.
With the continuous development of the three-dimensional warehouse, the stacker has been vigorously developed. Its main function is to run along the track in the roadway. After receiving the computer instruction, it can shuttle back and forth in the high shelf channel, store the goods on the shelf at the mouth, or take out the goods on the shelf and transport them to the mouth to complete the storage operation. The stacker is composed of a frame, a horizontal walking mechanism, a lifting mechanism, a loading platform, a cargo fork device, a safety protection device and a control system. In the design process, on the premise of meeting the requirements of strength, stiffness and operation stability, we should comprehensively consider the rationality of the structure and the economic selection of materials, so as to achieve the purpose of high quality and low price.
Keywords: Automated three-dimensional warehouse; Stacking machine; The computer; Control
目 錄
第1章 緒 論 1
1.1概述 1
1.2發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢 2
1.2.1國外發(fā)展?fàn)顩r 2
1.2.2國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 3
1.2.3發(fā)展趨勢 3
1.3設(shè)計的目的和意義 4
1.4堆垛機的類型 5
1.4.1有軌巷道堆垛機的類型 6
1.4.2巷道堆垛機結(jié)構(gòu)特點 7
1.5設(shè)計的內(nèi)容 7
1.6自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計前提要求 8
1.7堆垛機主要技術(shù)要求 8
第2章 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機總體設(shè)計 10
2.1自動化立體倉庫設(shè)計原則 10
2.2自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機總體方案設(shè)計 10
2.2.1自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機工作原理 10
2.2.2自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機提升驅(qū)動裝置設(shè)計方案 10
2.2.3自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機機架的設(shè)計 11
2.2.4自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機載貨臺和貨叉裝置的設(shè)計結(jié)構(gòu) 11
2.2.5自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機安全保護裝置 11
2.2.6自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機松繩與過載保護裝置 12
2.3自動化立體倉庫貨架系統(tǒng) 12
2.4托盤的選擇 13
第3章 堆垛機起升機構(gòu)的設(shè)計 16
3.1起升機構(gòu)的總體選型 16
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 23
第4章 堆垛機貨叉的設(shè)計 26
4.1貨叉?zhèn)鲃友b置的總體選型 26
4.2貨叉?zhèn)鲃育X輪、齒條的計算 26
4.3貨叉?zhèn)鲃渔溳?、鏈條的設(shè)計計算 30
第5章 控制系統(tǒng) 32
5.1 自動化立體倉庫PLC功能控制流程 32
5.1.1查詢貨物有無功能模塊 32
5.1.2入庫作業(yè)功能模塊 33
5.1.3出庫作業(yè)功能模塊 33
總結(jié) 36
參考文獻 37
致謝 40
第1章 緒 論
1.1概述
自動化立體倉庫是物流系統(tǒng)的重要組成部分。它是一個非常智能的系統(tǒng)，可以自動存儲和取出材料，而不需要直接人工處理。它是隨著社會的發(fā)展而形成的高科技產(chǎn)品，它對提高生產(chǎn)力、減少成本具有很大的意義。
它是20世紀(jì)60年代初的新生事物。20世紀(jì)70年代，它迅速發(fā)展了起來，現(xiàn)在逐步走向成熟。為什么自動化立體倉庫發(fā)展得這么快?這是因為它給人們來了很多好處，它在生產(chǎn)上的應(yīng)用，已經(jīng)取得了比較大的效益。
目前，這種倉庫在一些工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)是十分普及了。其中日本是自動化倉庫發(fā)展速度最快、數(shù)量最多的國家。自動化立體倉庫在我國雖然還處于發(fā)展階段，但是很多企業(yè)在這方面已取得了一些明顯的成績。
那么，什么是這種自動化高的倉庫？這種倉庫包含了廣泛的內(nèi)容和含義。從字面上講，立體倉庫是指倉庫向高空發(fā)展。立體倉庫的高度一般在十幾米到幾十米之間，那么立體倉庫和普通倉庫有什么區(qū)別呢？主要區(qū)別是: 以前普通的倉庫是在平面地板上堆垛物資，而在立體倉庫里是成行成列的貨架，這些貨架跟書架一樣，它分成許多貨格，每個貨格都是存放貨物的空間單元。搬運工人往往是將貨物放在集裝箱內(nèi)或托盤上，再將整個集裝箱或托盤放入貨格中。如果不借助新型的搬運工具，就沒有辦法在立體倉庫里完成存取貨物的作業(yè)。這說明隨著自動化立體倉庫的建立，人拉肩扛的工作方法已經(jīng)不適用了，即使一般的鏟車和叉車也難以勝任存取工作。在自動化立體倉庫中必須使用一種專門的搬運堆垛機。這種堆垛機可以在貨架之間的巷道中來回上下的運行，并能把貨物放進左右貨格中。它專門負(fù)責(zé)存取貨架上的小型集裝箱和托盤。這種作業(yè)于立體倉庫中的機器器為巷道式堆垛機，簡稱為堆垛機。
堆垛機可以手動操作，操作員就像火車車司機一樣，按動前進、后退、上升、下降等控制按鈕，堆垛機便會相應(yīng)地運動。堆垛機也是可以自動控制運行的，操作員只需設(shè)置好堆垛機的作業(yè)功能、目標(biāo)位置，堆垛機便會自動地完成存取作業(yè)，我們稱這種具備自動作業(yè)功能的堆垛機為自動堆垛機。若整個倉庫實現(xiàn)計算機管理，堆垛機的指令由管理系統(tǒng)自動下達，從而形成整個倉庫的計算機管理和控制，我們稱這種倉庫為自動化倉庫。其中，計算機管理部分稱為計算機管理系統(tǒng)。
由于自動化倉庫中存儲的物料種類多、數(shù)量多、信息量大，傳統(tǒng)的手工管理方法顯然不適用，只能依靠計算機來管理。計算機在自動化倉庫管理中的主要功能是：物料的配送；所有貨物的統(tǒng)一管理和分配；負(fù)責(zé)倉庫內(nèi)所有儲運機械的監(jiān)控和管理；信息存儲和處理。
1.2發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢
堆垛機是在建立立體倉庫的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種專用于倉庫起重的機器[14]。堆垛機是立體倉庫中十分重要的起重運輸設(shè)備。它主要是在專用高架立體倉庫的通道內(nèi)來回運行，將起始端的貨物運至貨架內(nèi)，或?qū)⒇浖軆?nèi)的貨物取出運至起始端，完成相應(yīng)的出入庫作業(yè)。
1.2.1國外發(fā)展?fàn)顩r
二戰(zhàn)之后，隨著生產(chǎn)力的快速發(fā)展，生產(chǎn)使得對原材料，配件，半成品，成品的數(shù)量不斷增加，傳統(tǒng)的倉庫存儲在進出和作業(yè)特點上已經(jīng)日益不能適應(yīng)生產(chǎn)過程對物流流通的需要，另外，人力資源成本和勞動成本的增加，使得倉儲向空間發(fā)展和自動化發(fā)展成為一種必然。城市化的快速發(fā)展和地價的上漲，倉庫高層貨架有成為了一種必然。高層倉庫的出現(xiàn)，便要求相應(yīng)的專用物料裝卸搬運設(shè)備，機械工業(yè)和電子工業(yè)的發(fā)展，就為倉庫自動化提供了有利技術(shù)支持，使得堆垛機及與之相配合的控制設(shè)備相繼問世。
在上個世紀(jì)50年代初，其中美國就已經(jīng)開始首先使用高層貨架了，它是采用的橋式堆垛機。由于這種堆垛機操作方式是十分受限的，但由于這種倉庫是十分實用的，則這種倉庫走上不斷優(yōu)化的道路，當(dāng)?shù)搅?0年代末60年代初，美國高層貨架倉庫中就率先出現(xiàn)了堆垛機，由司機控制，提高了工作效率和空間利用率。在現(xiàn)實中只要一個事物對我們生活是十分有益的，則這個事物是會不斷發(fā)展的。到了六十年代初，計算機系統(tǒng)控制就已經(jīng)開始在倉庫中出現(xiàn)了并且使用了，引入了計算機則使倉庫的智能化更上一層樓，由此跨入了快速發(fā)展的道路，特別是在歐美一些國家發(fā)展迅猛。在20世紀(jì)末，自動化立體倉庫開始在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，到了這個世紀(jì)的20年代，日本所有的自動化立體倉庫將達到3.8萬多個，美國將達到2萬多個，并且巨型立體倉庫高度將會超過40米的。
1.2.2國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r
與其他發(fā)達國家相比相比而言，我國自動化立體倉庫發(fā)展起步是比較晚的。70年代在我國開始使用堆垛機和高層倉庫。據(jù)官方發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，全國這種倉庫的面積由2012年的1.4億平方米增加到2017年的2.74億平方米，2017年和2018年，中國新建自動化立體倉庫超過800個。截至2018年底，我國這種倉庫的面積約為2.91億平方米，數(shù)量約為5000個。2019年，中國將有約6000個自動化立體倉庫。堆垛機隨著倉庫發(fā)展，也得到了快速的發(fā)展和十分廣泛的應(yīng)用，如產(chǎn)品制造業(yè)，郵電業(yè)，交通運輸業(yè)，物流配送中心等各行各業(yè)。
我國自動化立體倉庫的發(fā)展在一些特定行業(yè)的表現(xiàn)是比較突出的，主要有：1）制造業(yè)、鐵路、石油行業(yè)等對自動化立體庫的需求較大。特別是在近些年來，隨著市場對這些事物的需求越來越大，對于自動化立體倉庫的應(yīng)用也是越來越大。2）我國幾個主要大都市圈的輻射式發(fā)展，決定了中心城市人口資源極度密集，流動人口和車輛交通是主要問題。越來越多的中心城市建設(shè)了越來越多的螺旋式地下車庫，可以有效緩解地面停車難的問題。3）乳業(yè)、海鮮等企業(yè)對自動化立體庫需求大，尤其一些產(chǎn)品需要冷凍保存運輸，需要建造相應(yīng)符合條件的冷凍庫，自動化立體倉庫比普通老式倉庫更適用于冷凍庫。4）“工業(yè) 4.0”，“人工智能”，“萬物聯(lián)網(wǎng)”，“電子商務(wù)”等眾多概念助力自動化立體倉庫蓬勃發(fā)展。以智能制造為核心的第四次產(chǎn)業(yè)革命，大力推進物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字技術(shù)和自動化技術(shù)。國內(nèi)大型電子商務(wù)物流公司的服務(wù)商，主要以京東物流和菜鳥物流園為依托，紛紛建立自動化立體倉庫。所以研究自動化立體倉庫具有很大的市場經(jīng)濟意義。
1.2.3發(fā)展趨勢
隨著工業(yè)的快速發(fā)展，以及各種高新技術(shù)的面世和市場競爭已經(jīng)變的日益激烈，這些種種的原因，促使我們對自動化立體倉庫的要求更高了。實現(xiàn)它的系統(tǒng)柔性化，采用高效輸送設(shè)備以及簡潔的物流線路是它的發(fā)展趨勢。目前，自動化倉庫已經(jīng)進入智能儲運技術(shù)階段。貨架將會向更加穩(wěn)定和更加簡潔安全的方向發(fā)展。那么對于堆垛機來說，引用高質(zhì)量的物理外形和更高性能的設(shè)備，使堆垛機的定位精度變的更高，提高搜索能力和作業(yè)速度，獲得更高的生產(chǎn)能力，是以后的發(fā)展趨勢。隨著科技的不斷的進步，倉儲技術(shù)將進一步向更加智能化方向發(fā)展。
2014 年，“亞洲一號”智能化立體庫的出現(xiàn)，使自動化倉儲的發(fā)展邁向了一個新臺階。截至2017年9月，“亞洲一號”百分之九十以上的業(yè)務(wù)實現(xiàn)自動化。2016 年 8 月 15 日，推出了首個全自動化倉庫，標(biāo)志著倉儲操作進入了全新技術(shù)水平，說明自動化立體倉庫系統(tǒng)正逐步向第五代“3I”立體倉庫系統(tǒng)發(fā)展。
1.3設(shè)計的目的和意義
自動化立體倉庫系統(tǒng)是在計算機、自動化、控制工程、高精度gps等技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上建立起來的，其改善了倉庫物流系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)形式和管理技術(shù)。倉庫其中的設(shè)備是十分關(guān)鍵的技術(shù)設(shè)備，因為貨物大部分時間都是在倉庫中停留和周轉(zhuǎn)的，所以其設(shè)備和技術(shù)的智能化程度對自動化倉庫的高效利用尤為重要。因此，有必要對其進行研究和設(shè)計。
傳統(tǒng)的倉儲設(shè)備是非常少的，它主要靠人工維護，存取貨物由人工操作，效率低下。倉庫自動化的引入將人們從倉庫中解放出來。在傳統(tǒng)的倉儲中，貨物的倉儲過程和環(huán)節(jié)比較復(fù)雜，而倉儲自動化則簡化了這些環(huán)節(jié)。通過直接引進計算機、自動控制技術(shù)、人工智能等高新技術(shù)對倉儲機械進行技術(shù)升級[15]，倉儲機械的技術(shù)性能將得到極大提高，通過操作機械設(shè)備完成和之前同樣的操作工作。系統(tǒng)的設(shè)計自動化倉庫，目的就是為了簡化某些環(huán)節(jié)推動自動化倉庫發(fā)展，同時為了節(jié)省資源。
倉庫中通過對電腦的應(yīng)用,避免了人工操作貨物進行信息處理的過程中因為人工操作,而出現(xiàn)有可能導(dǎo)致的錯誤。同時,計算機的管理也更加地十分便捷了倉儲,最大限度地利用了整個倉庫的內(nèi)部存儲空間,從而改善了倉儲管理的效率。這樣,貨物的儲運以及管理能夠做到非常及時、精細(xì)化,使得企業(yè)對生產(chǎn)的適應(yīng)性以及決策能力都可以得到較為重要程度的發(fā)展。
與以往的倉儲方式相比,這種類型的倉庫主要具有以下的優(yōu)點[19]:大大提高了在倉儲過程中的空間和利用率;十分重要有利于建立和形成先進的生產(chǎn)和管理體系,提高企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營和管理水平;加快了貨物的運輸和進出,降低了人員的工作勞動強度,提高了生產(chǎn)的效率;當(dāng)使用托盤或集裝箱等設(shè)備來貯藏貨物時,貨品的損耗會明顯降低;減少了庫存和積壓,提高了資金周轉(zhuǎn)的速度。
這種倉庫單位面積的存儲容量是普通倉庫的5-8倍[28]。目前，世界上最高的立體倉庫可達到40米以上，庫容達到了10萬以上[28]，單位面積的存儲量可達到6.5噸/平方米，自動化倉庫在節(jié)約土地資源方面有很好的效果，因此，它的應(yīng)用將使未來的存儲發(fā)展產(chǎn)生很大的改變。
通過自動化立體倉庫堆垛機的設(shè)計，完成堆垛機及其升降驅(qū)動裝置、貨叉裝置、裝卸平臺、松繩及過載保護裝置的設(shè)計，實現(xiàn)能及時、準(zhǔn)確地將貨物自動送到指定位置，而加深對自動化立體倉庫的認(rèn)識。
1.4堆垛機的類型
堆垛機作為自動化立體倉庫一個十分關(guān)鍵部件，它擔(dān)負(fù)著貨物運輸?shù)拇蟛糠秩蝿?wù)。根據(jù)是否有導(dǎo)軌和移動方式，將堆垛機分為，橋式堆垛機和巷道式堆垛機。橋式堆垛機依靠吊在上部的軌道架來承擔(dān)其全部的重量，并且利用吊在上部的軌道架來實現(xiàn)貨物的運輸。而巷道堆垛機的主要是依靠位于地面上地軌和行走機構(gòu)來運動，它的穩(wěn)定性是非常高的。因此，巷道堆垛機在現(xiàn)實生活中的占比是越來越大。與橋式起重機相比，巷道式堆垛機具有以下特點：這個堆垛機的通道寬度較小，沒有橋式堆垛機的一些相應(yīng)的限制；橋式堆垛機不易采用自動控制，但更傾向于手動控制或半自動控制，自動化程度不高；這種道式堆垛機在不給頂部橋式堆垛機留大空間的情況下，可節(jié)省空間，方便倉庫建設(shè)，提高空間利用率。
圖1-1 巷道式堆垛機三維圖及實物圖
1.4.1有軌巷道堆垛機的類型
（1）按其結(jié)構(gòu)可分為：
①雙立柱堆垛機
由兩根獨立的柱子、上部橫梁、下部縱向橫梁、攜帶貨物叉車的運輸載荷平臺及提升設(shè)備組成。立柱,上橫梁和下縱向橫梁共同構(gòu)成一個矩形結(jié)構(gòu)的框架。立柱有兩類:方管和圓管。方管本身是可以用作升降引擎導(dǎo)軌的,但是圓管是不能。這種堆垛機最大的主要優(yōu)點之一就是它具有較高的強度和剛性,在啟動和剎車時速度都是十分迅猛的,運行也是十分平穩(wěn)的。
②單立柱堆垛機
該機架主要由一根立柱,下橫梁及上橫梁共同組成。整機的重量也是非常輕的,材料在工業(yè)中的使用量也是比較小的,制造費用和成本也是相對較低,但它的強度和剛性略有不足,穩(wěn)定性也是不好的。由于載貨臺對立柱有偏心位置作用,以及水平慣性力的影響,故它在具體應(yīng)用上存在著較大的局限性。不適合應(yīng)用于技術(shù)提升量大、水平操作速度快等復(fù)雜條件下的一些場景。
（2）根據(jù)支撐形式的不同，可分為：
①懸掛式堆垛機
它是掛在巷道上方的軌道上，在門架下部的導(dǎo)向輪是夾在導(dǎo)軌兩側(cè)的。并且應(yīng)該保留有一定的空隙,以便于有效防止物料堆垛機在正常工作時的正常運行中可能發(fā)生過大擺動和出現(xiàn)傾斜的制動。
②地面支撐式堆垛機
堆垛機的運行軌道是鋪設(shè)在地面上的，堆垛機是由下行走輪來支撐和驅(qū)動的，上導(dǎo)輪用于防止堆料機傾倒或擺動。需要增加立柱截面在行走方向上的轉(zhuǎn)動慣量。
（3）根據(jù)其運行軌跡的不同形式，可分為：
①直線運行堆垛機
直線式的堆垛機就是一種只能做到的是在某一個巷內(nèi)的直線式運行,它是不能自行直接改變巷道的。它在倉庫中作業(yè)的運動速度也是很快,滿足了倉庫中作業(yè)的高頻率,它的應(yīng)用在目前來說是最為廣泛的。
②曲線運行堆垛機
它的兩個行走輪和下面的橫梁都一樣是可以通過兩個縱梁橫軸互相進行鉸接的,可以在一條曲線運行軌道上直接進行移動運行,它也就是縱軸可以從一條曲線巷道上直接進行轉(zhuǎn)移移動到其他一條曲線巷道。曲線式堆垛機的使用由于使用的局部性問題比較嚴(yán)重,靈活性不高，所以是比較低的。
綜上所述，本文所研究的堆垛機為雙立柱結(jié)構(gòu)，地面支撐，軌道呈直線運動。
1.4.2巷道堆垛機結(jié)構(gòu)特點
（1） 整機結(jié)構(gòu)是比較高的并且是十分窄的；
（2） 金屬結(jié)構(gòu)除了滿足強度要求外，還必須一定要有滿足的剛度，以保證安全；
（3） 它有一個非常自動的放取裝置，向外延伸；
（4） 要求在快速運行條件下穩(wěn)定、準(zhǔn)確；
（5） 安全性能要求高，需要有防護裝置；
（6） 室內(nèi)設(shè)備，要求振動小，噪聲低
1.5設(shè)計的內(nèi)容
首先，對現(xiàn)有堆垛機的工作原理和設(shè)計方法進行分析和探討，了解堆垛機的設(shè)計思想，探索各種解決方案。
其次，討論了設(shè)計方法、原理和可行性，并進行對提升機構(gòu)與貨叉的結(jié)構(gòu)設(shè)計和運動學(xué)計算。
再次，研究堆垛機的各種模式下的工作狀態(tài)和對貨物是如何識別控制的。對貨架的結(jié)構(gòu)和托盤的種類進行選擇。
再次，繪制相關(guān)圖紙。
最后，堆垛機的研究應(yīng)注意：（1）三維運動功能（2）能滿足一定的定位精度（3）在滿足其他條件的前提下，各部分應(yīng)盡量輕，以減少摩擦阻力，并提高壽命。
1.6自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計前提要求
為了設(shè)計一套符合市場需求的自動化立體倉庫，必須做以下工作：
1) 首先，我們需要了解自動化立體倉庫市場的具體需求，并設(shè)計一套滿足市場需求的系統(tǒng)。在進行方案設(shè)計前，一定要學(xué)習(xí)相關(guān)知識，進行實地調(diào)查和調(diào)研，了解設(shè)計的具體需求；
2) 根據(jù)實際的狀狀，制定合理的規(guī)劃，我們要盡可能節(jié)約空間，減少成本，提高倉儲率；
3) 應(yīng)要注意儲存區(qū)的溫濕度，并且要保持良好的通風(fēng)；
4) 倉庫需要制定相關(guān)的安全措施，并注意防水、防火，加強安全保衛(wèi)，確保倉庫貨物的安全[28]；
5) 我們需要考慮“貨物”、“流動”和“數(shù)量”，“貨物”是指保存什么貨物，有關(guān)的尺寸和規(guī)格是什么，重量是多少?！傲鲃印笔侵缚紤]貨物的運輸路線，“數(shù)量”是指在業(yè)務(wù)中確定貨物進出倉庫的流量，因為它涉及到設(shè)備的設(shè)計；
6) 各種設(shè)備的移動線路應(yīng)盡可能短，以此能有效的提高作業(yè)效率。要考慮系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，系統(tǒng)的運行是保證立體倉庫順利運行的核心；
7) 在實現(xiàn)功能的前提下，我們應(yīng)降低成本，盡量簡化流程，實現(xiàn)價值最大化；
8) 我們應(yīng)要滿足經(jīng)濟環(huán)保的要求。
1.7堆垛機主要技術(shù)要求
(一)金屬結(jié)構(gòu)件要求
1.上橫梁的水平彎曲值f1應(yīng)不大于K1000，K為上橫梁全長。
2.下橫梁的水平彎曲值f2 應(yīng)不大于B1000，B為主、被動輪軸距。
3.下橫梁是只允許上拱的，其上拱度F值應(yīng)不大于B1000。
(二)貨叉工作性能要求
1.在設(shè)計時，堆垛機的載貨臺在升降時，貨叉到達各層貨格的進出位置，及最高、最低工作位置應(yīng)符合相應(yīng)的設(shè)計與實際要求。
2.在承載額定質(zhì)量貨物的時侯，貨叉的工作行程是一定要符合設(shè)計要求的，當(dāng)貨叉向外伸出為最大行程的時侯，貨叉最外側(cè)的端部下?lián)蠎?yīng)控制在20mm之內(nèi)，以防止貨叉造成嚴(yán)重的彎曲變形。
3.速度的選擇應(yīng)符合要求，并且誤差應(yīng)嚴(yán)格控制在5毫米之內(nèi)。
4.當(dāng)貨叉取貨時，如有障礙，貨叉應(yīng)及時停止伸出。
(三)控制部分要求
巷道堆垛機是實現(xiàn)自動化立體倉庫無人化作業(yè)的主要部件，它直接關(guān)系到整個倉庫物料人/出庫作業(yè)的成敗。堆垛機上通常設(shè)置一個控制柜，實現(xiàn)整個堆垛機系統(tǒng)的自動運行。控制單元要選用可靠性高、抗電磁干擾能力強的PLC和變頻器。
表1-1 標(biāo)準(zhǔn)雙立柱巷道堆垛機主要技術(shù)性能與參數(shù)
額定起升重量（t）
0.8；1.0；1.5；1.8；2.0……
托盤規(guī)格尺寸（mm）
800*1000；800*1200；1000*1200或任意
貨叉類型
單貨叉；雙貨叉；三貨叉；四貨叉
貨叉伸縮速度（m/min）
15（變頻調(diào)速）
水平運行速度（m/min）
5～180（變頻調(diào)速）
垂直起升速度（m/min）
2/12；4/16；5/20（雙速）或者變頻調(diào)速30
停位精廢（mm）
水平±5～10；垂直±2～5
總功率（KW）
>10
最低貨位標(biāo)高（m）
≥0.56
最高貨位標(biāo)高（m）
≤43
整機全高（m）
≤45
導(dǎo)電方式
滑導(dǎo)線；電纜小車
通信方式
載波通信；遠(yuǎn)紅外通信
控制方式
手動；半自動；單機自動；聯(lián)機自動
出入庫作業(yè)方式
揀選式；單元式；混言式
第2章 自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機總體設(shè)計
2.1自動化立體倉庫設(shè)計原則
為了使自動化立體倉庫更加智能、操作更流利、造價更低，在設(shè)計時應(yīng)遵循一些原則：
（1）考慮系統(tǒng)的安全原則；
（2）簡化原則；
（3）最少的人工處理；
（4）倉庫空間要有效利用；
（5）使用合適的設(shè)備；
（6）具有較高的利用率原則；
（7）移動距離最短原則；
（8）要易于管理和操作。
2.2自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機總體方案設(shè)計
2.2.1自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機工作原理
在地軌上的水平行走機構(gòu)的電機通過驅(qū)動聯(lián)軸器，帶動與地軌相接觸的車輪在下導(dǎo)軌上做水平往復(fù)運動[27]。提升裝置的電機通過正反轉(zhuǎn)，來帶動載貨臺做垂直方向上的升降運動。位于載貨臺上的貨叉則通過有效的傳動，來做伸與縮的運動，從而實現(xiàn)貨物到達與離開的操作。通過上述這些立體的操作運行，可以將位于指定地點的貨物取出或著運送到指定的地點。通過尋址、識別技術(shù)和光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，來實現(xiàn)操作者對倉庫的智能控制。
2.2.2自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機提升驅(qū)動裝置設(shè)計方案
提升驅(qū)動裝置的作用，是讓裝載平臺能夠在垂直方向上移動。它主要由電機、減速機、卷筒或鏈輪及相應(yīng)的柔性部件組成。它的運行過程是，由電機產(chǎn)生周向的力，來帶動卷筒轉(zhuǎn)動，由卷筒卷住柔性件，以此來提升裝載平臺。鋼絲繩和提升鏈?zhǔn)俏覀儸F(xiàn)實生活中兩種常用的柔性部件。但是鏈條的缺點是它本身的重量是比較大的大，也是非常容易突然斷裂的，所以這個方案是非常不安全的。因此，本設(shè)計中是選用鋼絲繩的。鋼絲繩具有重量輕、工作噪音低、維護方便、使用安全等一系列的優(yōu)點。繩的一端是固定在機架的上橫梁上的。通過驅(qū)動安裝在載貨臺上的兩個動滑輪，來與貨臺連接。另一端則是固定在滾筒上，形成傳力閉環(huán)，構(gòu)成堆垛機的提升驅(qū)動裝置。
2.2.3自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機機架的設(shè)計
機架的立柱是一種箱式矩形結(jié)構(gòu)，而該矩形結(jié)構(gòu)截面是由角鋼和鋼板相焊接行成的，它是具有抗扭、抗彎剛度高 、耐磨性好等一些良好的特點。上下橫梁是由四塊鋼板焊接而成的，具有較大的抗扭彎的鋼度。并且是與立柱焊接相連接的，這樣保證了它們之間的連接是十分穩(wěn)定的，防止了對其它設(shè)備的損壞。
2.2.4自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機載貨臺和貨叉裝置的設(shè)計結(jié)構(gòu)
載貨臺主要是由槽鋼、方管和鋼板焊接而成。它的結(jié)構(gòu)是相對簡潔明了的，它的每側(cè)都是配有四個導(dǎo)向輪的，在它的最高處還是有兩個頂輪的，來與鋼絲繩接觸，達到使載貨臺上升與下降，通過這幾個輪的應(yīng)用確保裝載平臺能十分穩(wěn)定正常的運行。載貨臺的立板，則是選用厚度為20mm的鋼板。
貨叉裝置是堆垛機存取貨物的執(zhí)行機構(gòu)，它是堆垛機上一個十分重要的機構(gòu)，是關(guān)系到貨物能否準(zhǔn)確到達和離開貨架。在本設(shè)計中是采用兩級線性差動伸縮叉。它是由上叉、下叉和滾針軸承組成，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。
2.2.5自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機安全保護裝置
堆垛機是一種用來起重的機器，并且是在巷道中運行的，而且速度還是比較快的。因此，則一定要有保護措施。主要是有：
聯(lián)鎖保護。如果當(dāng)堆垛機在行走提升和貨叉伸縮其中有一個運行的時侯，另一個則會被切斷。
斷電保護。
正位虛實檢測控制。堆垛機存放貨物時，需要先檢測要存放貨物的位置是否有貨物，以防重復(fù)存放，造成事故。
限速器和安全裝置保護。為了防止因鋼絲繩斷裂或裝載平臺過載而引起的裝載平臺墜落事故，在堆料機的設(shè)計中必須考慮限速器和安全裝置。
2.2.6自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計之堆垛機松繩與過載保護裝置
這個保護裝置我是采用彈簧滑塊機構(gòu)的，它的原理是：通過鋼絲繩的張力變化，從而引起彈簧膨脹的一些變化，來控制電機的斷電，從而起到保護的作用。
這個保護裝置是控制堆垛機平臺裝載狀態(tài)的一種保護裝置。如果當(dāng)平臺上的重量超過最大允許值的時侯，由于松繩張力和裝置中的張力彈簧會產(chǎn)生不同的行程，從而切斷相應(yīng)的電源，非常及時的使起升機構(gòu)停止運行，來保護設(shè)備；如果當(dāng)裝載平臺上的重量小于最小允許值時，松繩過載保護裝置中的彈簧可通過提升鋼絲繩的張力縮回產(chǎn)生不同的行程，從而切斷提升電機回路的電源或總電源，并及時停止起升機構(gòu)，保護設(shè)備。
2.3自動化立體倉庫貨架系統(tǒng)
貨架是一種承載貨物的部件，則他的強度和穩(wěn)定性一定要滿足要求。來保證它在各種工況下不被損壞。貨架的使用為了能更好，貨架還一定，要對它的精度和變形能力具有一定要求。因此，如何設(shè)計出精度和剛度滿足工藝要求的立體貨架是立體貨架設(shè)計中的一個重要問題。貨架基礎(chǔ)是保證貨架結(jié)構(gòu)高精度的關(guān)鍵。施工后的不均勻沉降，對貨板的應(yīng)力和變形是有很大的影響。因此，貨架一般是采整體式的結(jié)構(gòu)，從而來降低不均勻沉降帶來的危害。為了提高貨架的一定的精度，保證貨架在所有的情況只有輕微的變形，所以是一定要用水平和垂直支撐部件。每排的貨架面向行道的一側(cè)應(yīng)用于貨物進出，因此只能設(shè)置在貨架的背面。在每個架子片中，前后立柱通過斜桿和水平弦桿連接成一個桁架，這樣整個架子也連接成一個桁架。而水平面上的支撐系統(tǒng)，在貨架的頂部和底部可以使用水平桁架將整個貨架連接成一個整體。通過在垂直面和水平面上的支撐系統(tǒng)，貨架更加穩(wěn)定，貨架的整體剛度大大增強。
貨架投資是很大的，并且它的建造時間是很成長的，同時它對鋼的用量是最大，由于它的一些特性，它對倉庫的運行是有很大的影響。由于它對倉庫十分重要，所以我們合理選擇和設(shè)計經(jīng)濟型貨架是十分重要的，要盡可能的要選用一些質(zhì)量輕的鋼，來減輕貨架重量，降低對倉庫地面的承壓力，以滿足儲存的需要。貨格的大小決定了倉庫面積和對空間的使用率。貨格尺寸的大小是與單位貨物周圍的凈空和貨架尺寸是有關(guān)的。
它的貨架主要是有兩種的。對于牛腿式貨架，考慮到它的特點，每個貨格我們是通常只放一個貨物的。橫梁式貨架而是，每個貨格通常設(shè)計成可以放兩個單元貨物的形式。由于需要考慮到貨架的強度、剛度以及整體穩(wěn)定性，且要結(jié)合實際的情況保證貨架可以長時間使用以延長倉庫的使用年限等因素的作用下，可考慮貨架使用橫梁式貨架，并且每個貨放且僅放一個單元貨物。
2.4托盤的選擇
貨盤的選擇應(yīng)首先考慮貨物的包裝規(guī)格和在貨盤上的擺放方式，然后考慮貨盤的防滑系數(shù)、貨盤底部與鏈傳動設(shè)備的協(xié)調(diào)性、貨叉的高度，貨架的承載能力、永久變形、平面撓度等。
一、托盤材質(zhì)
托盤的種類是有好幾種的，而不同材質(zhì)托盤的使用和成本是不太相同的。托盤的選用應(yīng)考慮材料的形狀、性質(zhì)、承載能力和經(jīng)濟性等因素，同時我們也要考慮其他的一些顯示因素，如，也要根據(jù)實際情況做出選擇。故，我們要綜合各個方面做出最合理的選擇。
表2-1 托盤種類
托盤種類
托盤介紹
木托盤
托盤是由原木制成的。在生產(chǎn)過程中，我們?yōu)榱艘档推鋬?nèi)的含水量，同時要把一些內(nèi)應(yīng)力去了，故，我們要對它干燥成型的操作，然后經(jīng)過一系列的加工，從而把它達到型材板塊的形式。在經(jīng)過裝訂形成半成品托盤，最后在經(jīng)過一些表面的處理，形成成品。材質(zhì)不同則它的性能會不同。要嚴(yán)格控制托盤原木的含水率，因為含水率是導(dǎo)致托盤變形，甚至開裂，影響其使用壽命的重要因素。
塑料托盤
塑料托盤分為注塑托盤和中空吹塑托盤，其中注塑托盤應(yīng)用廣泛。通常，塑料托盤是指注塑托盤，即在高壓下加熱塑料顆粒并將其注射到金屬模具中。塑料托盤生產(chǎn)工藝少，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。塑料托盤大多以PP（聚丙烯）或HDPE（低壓高密度聚乙烯）為主要原料，抗沖擊性非常好。
金屬托盤
金屬托盤包括重載鋼制托盤、鍍鋅鋼板托盤和金屬箱式托盤等，由鋼板焊接成型。由于鋼材本身的剛性好、加工簡易，托盤制作中可以選取不同牌號、不同厚度、不同外型尺寸的鋼板，根據(jù)實際的使用要求來定制。
鋸木托盤
鋸木托盤由鋸木在模具中高溫高壓條件下成型，可套疊堆垛，節(jié)省空間，成本低，自重輕，但承重能力小。
紙托盤
此托盤價格低，重量輕、承載能力差、防潮性差、性價比低。
塑木托盤
塑木托盤由鋸材和塑料按一定比例壓制成塑木板材，用螺栓固定而成托盤。塑木托盤綜合了部分木質(zhì)托盤和塑料托盤的特點，具有良好的防潮、防腐、耐酸堿性能，但其重量比較大。
二、托盤的單面與雙面
單面托盤只能一面使用，其表面有網(wǎng)格狀和平板狀兩種。雙面托盤的兩面結(jié)構(gòu)是相同的，兩面可互換使用。對于自動化立體倉庫來說，選擇單面貨架系列托盤和雙面貨架系列托盤都是可以。
綜上所述，考慮到各種托盤性能，以及自動化立體倉庫的承重和運行等實際情況，所以選擇單面的塑料托盤。
第3章 堆垛機起升機構(gòu)的設(shè)計
3.1起升機構(gòu)的總體選型
提升的質(zhì)量300Kg，速度為v=0.5m/s，起升高度H=8m
1.定機構(gòu)的工作級別
載荷狀態(tài)和利用等級是設(shè)計的依據(jù)，現(xiàn)在利用設(shè)計原始數(shù)據(jù)和實際的運行情況，來選定如下如下的參數(shù)：
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
根據(jù)實際情況，用單聯(lián)形式的滑輪組，
此時：m與n是相等的
m——滑輪組倍率
n——懸掛物品撓性件分支數(shù)
提升機構(gòu)是選用的是，十分省力的鋼絲繩和滑輪， n為2，m也是為2
鋼絲繩最大靜拉力為:
Smax=Qqaη0=300×9.812×1×0.98=1502N （3-1）
Q——起升載荷（N），Q=Cpg ,g=9.81m/s2
Cp——提升質(zhì)量（kg）
qa——滑輪組分支數(shù)
q——滑輪組倍率
a——滑輪組鋼絲繩根數(shù)
η0——機構(gòu)的總效率，取為0.98
本機構(gòu)中q=2,a=1
依據(jù)最大靜拉力選擇6×7型的鋼絲繩，鋼絲強度極限σi=1570MPa
取選擇系數(shù)C=0.099
鋼絲繩直徑為d=CSmax=0.0991502=3.84mm （3-2）
取d=6mm
鋼絲繩的最小破斷拉力F0=8.34KN（纖維芯鋼絲繩），鋼絲繩的安全系數(shù)為n=1000F0Smax=1000×8.3415025.55>4.5，滿足要求
3.確定最小的卷繞直徑
取彎曲頻率系數(shù)h2=1，卷筒的工作級別系數(shù)h1=16，滑輪的工作級別系數(shù)h1=18，
卷筒最小直徑
Ddmin=h1h2d=16×1×6=96mm， （3-3）
滑輪最小直徑
Dcmin=h1h2d=18×1×6=108mm （3-4）
設(shè)計采用，齒輪連接盤式的，單層式的卷筒
取卷筒直徑（即卷筒名義直徑）Dd=140mm，則以鋼絲繩圈中心測量的卷筒直徑為146mm
卷筒為標(biāo)準(zhǔn)槽形的卷筒，槽距t=7mm，則總長
L=qHπDd+6t=2×8×10003.14×146+6×7=287mm （3-5）
取L=300mm，滿足要求
卷筒槽形的槽底半徑R＝3.3mm
卷筒壁厚
δ=0.02D+6~10=0.02×140+6~10=8.8~12.8 （3-6）
取δ=10mm
卷筒強度計算：
σ1=A1FmaxδP≤σcp （3-7）
其中Fmax=1502N，A1=0.75，δ=10mm，P=7mm
材料為鑄造碳鋼ZG270—500，則σcp=σs2=2702=135MPa
σ1=0.75×150210×7=13.4MPa<σcp，是符合要求的
鑄鋼滾筒，應(yīng)該進行退火處理，并且其表面不能有損壞
選用繩槽底部，測得直徑220mm的標(biāo)準(zhǔn)滑輪。
4.選擇電動機并驗算制動力矩
選擇的是繞線式的交流感應(yīng)電動機
靜功率為
Pst=Qv1000ηm=300×9.81×0.51000×0.85×1=1.73KW （3-8）
v——額定起升速度（m/s）
η——機構(gòu)效率，初算時近似取η=0.85
m——電動機的數(shù)量
電機選用的是Y100L1-4型的，它的功率是2.2KW，它的額定力矩是2.3Nm ，它的同步轉(zhuǎn)速是1430r/min
取λM=2.3，對繞線電動機，H=2.1，因此
HmλMQv1000η=2.11×2.3×300×9.81×0.51000×0.85=1.58KW
收藏