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畢業(yè)設(shè)計開題報告
題 目： 立體倉庫巷道式雙立柱堆垛機(jī)設(shè)計
學(xué)生姓名： 王延光 學(xué) 號： 110501222
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
指導(dǎo)教師： 秦志英(副教授）
2015年 4 月 13 日
畢業(yè)設(shè)計開題報告
1．文獻(xiàn)綜述：
伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展、土地資源的日趨緊張、人力資源成本的逐漸升漲，越來越多的企業(yè)，將生產(chǎn)制造及物流配送系統(tǒng)的自動化作為重點(diǎn)投資的領(lǐng)域，以此來達(dá)到提高生產(chǎn)效率、節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。因此，隨著工業(yè)自動化水平的不斷提高和物流業(yè)的速度發(fā)展，自動化立體倉庫技術(shù)得到迅速推廣，其技術(shù)水平和倉儲機(jī)械設(shè)備的動態(tài)性能也在不斷提高。自動化立體倉庫作為一個集機(jī)械、電控、軟件于一體的集成系統(tǒng)，越來越受到各類企業(yè)的青睞，廣泛應(yīng)用于加工制造、煙草、醫(yī)藥、食品、物流配送等行業(yè)。因此，針對不同企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，合理規(guī)劃自動化立體倉庫的布局，設(shè)計自動化立體倉庫的關(guān)鍵設(shè)備對于發(fā)揮立體倉庫的綜合效益具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。應(yīng)運(yùn)而生的堆垛機(jī)是倉儲機(jī)械設(shè)備最重要的搬運(yùn)設(shè)備，代表著自動化立體倉庫的技術(shù)水平，其運(yùn)行效率直接決定著自動化立體倉庫的工作效益。
物流(Logistics)是物資實(shí)體(物資及其載體)的物理流動過程,即物資場所(位置)的轉(zhuǎn)移及時間的占用[1]從第三代自動化物流起，廣泛采用現(xiàn)代化的物流設(shè)備，自動化立體倉庫也隨之發(fā)展起來，并迅速成為最典型的現(xiàn)代化物流設(shè)備，繼而成為現(xiàn)代化物流系統(tǒng)的核心組成部分。
巷道堆垛機(jī)是隨著立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機(jī)，通常簡稱為堆垛機(jī)[2]因其具有較高收發(fā)效率，較低的儲運(yùn)費(fèi)用，縮減占地面積以及減少人力資源投入等優(yōu)點(diǎn)，所以作為貨物存取設(shè)備，很快在自動化立體倉庫中得到廣泛應(yīng)用。
1．1國內(nèi)外巷道堆垛機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀
堆垛機(jī)技術(shù)是伴隨著自動化倉儲技術(shù)慢慢發(fā)展起來的。最近幾年國內(nèi)的自動倉儲技術(shù)得到了快速發(fā)展，堆垛機(jī)也在行走速度、定位精度和減噪等技術(shù)指標(biāo)上有了很大的改進(jìn)，并在機(jī)械制造、汽車、紡織、鐵路、煙草等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。但是跟國外比較，我國堆垛機(jī)存在最低存取貨物高度比較高，高速運(yùn)行時噪音比較大，而且穩(wěn)定性差等問題，所以我國堆垛機(jī)在綜合性能方面還亟待改善[3]
隨著我國物流總量持續(xù)上升，自動化立體倉庫規(guī)模的擴(kuò)大與快速響應(yīng)客戶要求的提出，堆垛機(jī)要在極短的時間內(nèi)完成揀選、配送等任務(wù)，必須不斷地提高堆垛機(jī)的響應(yīng)力、 縮短堆垛機(jī)的運(yùn)行周期和要求更高的整體性能，以提高整個倉儲效率滿足其要求。隨著物流倉儲技術(shù)的快速發(fā)展，物流倉儲的高效率性對堆垛機(jī)的存取速度提出了更高的要求，研制運(yùn)行平穩(wěn)可靠、認(rèn)址準(zhǔn)確、起動制動靈敏、運(yùn)行振動小、噪音小等綜合性能高的堆垛機(jī)成為今后的主要發(fā)展方向[4]
1．2堆垛機(jī)運(yùn)行方式選擇
堆垛機(jī)按照運(yùn)行方式可分為無軌巷道式和有軌巷道式[2] 。無軌堆垛機(jī)適用于作業(yè)次數(shù)不太頻繁、作業(yè)高度不太大的倉庫，特別是在普通倉庫改造成中、低層貨架的倉庫時，尤為適用。與無軌巷道式堆垛機(jī)相比，有軌巷道式堆垛機(jī)在結(jié)構(gòu)上有很大不一樣：它采用鋼輪在軌道上運(yùn)行，使其能沿著倉庫巷道內(nèi)設(shè)置好的地軌水平運(yùn)行，作業(yè)高度視立體倉庫的高度而定。本文選擇設(shè)計有軌巷道式堆垛機(jī)。
1．3 堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)形式選擇
巷道式堆垛機(jī)按結(jié)構(gòu)可分為單立柱型和雙立柱型[5] 。單立柱堆垛機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)由一根立柱、上橫梁和下橫梁組成，或僅由一根立柱和下橫梁組成，整機(jī)重量較輕，制造工時和材料消耗少，適用于起重量 2t 以下、起升高度在 16m 以下的倉庫。雙立柱堆垛機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)由兩根立柱和上、下橫梁組成一個矩形框架，結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度較好，質(zhì)量比單立柱大，適用于各種起升高度的倉庫，起重量一般可達(dá) 5t，必要時還能更大 , 可用于高速運(yùn)行。本文以雙立柱堆垛機(jī)為設(shè)計對象。
雙立柱機(jī)構(gòu)的堆垛機(jī)的機(jī)架由兩根立柱和上橫梁，下橫梁組成一個長方形框架。立柱形式有方管和圓管。雙立柱堆垛機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)就是強(qiáng)度和剛度都比較好，并且運(yùn)行平穩(wěn)。一般對于起升高度較高，起重量較大和水平運(yùn)行速度較高的立體倉庫堆垛機(jī)，都采用雙立柱的結(jié)構(gòu)。雙立柱堆垛機(jī)的起升機(jī)構(gòu)一般都采用鋼絲繩傳動，有電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動卷筒）轉(zhuǎn)動，通過鋼絲繩牽引載貨臺沿立柱作升降運(yùn)動。如圖1為巷道式堆垛機(jī)
圖1巷道式堆垛機(jī)
1．4工作流程
堆垛機(jī)在接收到控制計算機(jī)發(fā)來的作業(yè)指令之后，由初始位置進(jìn)入到巷道內(nèi)，于此同時載貨臺也沿立柱導(dǎo)軌垂直運(yùn)動，水平位置和垂直位置基本到達(dá)指定貨位后，進(jìn)行對位校準(zhǔn)，貨叉叉取貨物，并將其托至載貨臺上，堆垛機(jī)由指定存取位置返回巷道口，貨叉運(yùn)行將貨物放置到輸送機(jī)上。 堆垛機(jī)只有兩種作業(yè)任務(wù)：出庫作業(yè)任務(wù)和入庫作業(yè)任務(wù)。作業(yè)指令的接收方式隨控制方式的不同而不同。在聯(lián)機(jī)自動控制方式下，作業(yè)任務(wù)指令由控制計算機(jī)發(fā)出；在單機(jī)自動控制方式下，作業(yè)任務(wù)指令有操作人員通過觸摸屏進(jìn)行設(shè)置；
入庫操作主要流程為：貨物通過輸送機(jī)運(yùn)送到該巷道口之后，在初始位置待命的堆垛機(jī)將貨物叉取到載貨臺上；在巷道內(nèi)運(yùn)行過程中水平運(yùn)動和垂直運(yùn)動同時進(jìn)行使載貨臺到達(dá)指定貨位并校位停準(zhǔn)；貨叉運(yùn)行將貨物叉放到貨架上，完成入庫操作之后，堆垛機(jī)運(yùn)行到巷道口指定位置等待下次作業(yè)任務(wù)。
出庫操作主要流程為：堆垛機(jī)在接收到指令后，有初始位置運(yùn)行到指定的貨位校位停準(zhǔn)之后，進(jìn)行叉取操作，之后在巷道內(nèi)水平和垂直方向同時運(yùn)動，到巷道口之后校位停準(zhǔn)，將貨物叉放到輸送機(jī)之上，隨后堆垛機(jī)轉(zhuǎn)入下個指令的執(zhí)行當(dāng)中，巷道口的輸送機(jī)將貨物輸送到出庫口；
1．5各個機(jī)構(gòu)介紹
（1）水平行走機(jī)構(gòu)是堆垛機(jī)的三大組成部分之一，主要由減速電機(jī)、行走輪組、導(dǎo)向輪及緩沖器等組成[6]。其基本功能是減速電機(jī)驅(qū)動行走輪組，在軌道上運(yùn)動，從而完成堆垛機(jī)沿巷道水平方向上的行走運(yùn)動。導(dǎo)向輪固定在下橫梁上起導(dǎo)向作用，使堆垛機(jī)水平運(yùn)行時沿著軌道行走不跑偏。緩沖器用來吸收能量的，當(dāng)堆垛機(jī)運(yùn)行到巷道兩端時可減輕碰撞[7]。
行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖2 如下：
1-減速電機(jī) 2-傳動齒輪 3-箱座 4-主動軸 5-車輪 6-底盤 7-電機(jī)支架 8-車輪從動軸
圖2 水平行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖
（2）堆垛機(jī)垂直提升機(jī)構(gòu)由提升傳動系統(tǒng)、提升導(dǎo)向裝置、載車臺、提升鋼架、防墜安全裝置等幾部分組成。堆垛機(jī)垂直提升的實(shí)現(xiàn)方式主要有：液壓提升系統(tǒng)和機(jī)械提升系統(tǒng)兩種類型。機(jī)械提升系統(tǒng)又可細(xì)分為鋼絲繩提升和鏈條提升兩種類型。機(jī)械提升系統(tǒng)與液壓提升系統(tǒng)的性能特性分析對比如表 1 所示[8]：
表1 機(jī)械提升與液壓提升性能分析對比表
根據(jù)表中各提升方式特點(diǎn)的對比，并結(jié)合所收集的資料可看出：液壓系統(tǒng)的控制部分原理復(fù)雜，要求高。鋼絲繩提升系統(tǒng)的精度低，但裝置簡單成本低，對于大型立體倉庫，足以滿足立體車庫堆垛機(jī)對平層精度的要求[9]
（3）堆垛機(jī)貨叉采用3級直線差動機(jī)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式的貨叉由動力驅(qū)動和上、中、低3叉以及導(dǎo)向部分構(gòu)成，低叉固定在載貨臺上，中叉可在齒輪齒條的驅(qū)動下，相對于低叉向兩側(cè)伸出一定距離，上叉在安裝于中叉上的增速機(jī)構(gòu)的帶動下相對中叉向外伸出更長的距離，實(shí)現(xiàn)向貨位內(nèi)存取貨物。同時三層貨叉相對運(yùn)動時，采用了滾輪與滾道的純滾動摩擦，最大限度地減少了工作摩擦阻力[10]
下圖3為當(dāng)堆垛機(jī)的貨叉上叉運(yùn)行到最大距離時，各插板的支撐結(jié)構(gòu)簡圖，其中低叉固定在載貨臺上，中叉運(yùn)行到貨叉行程的1/3距離，此時有2個導(dǎo)向輪支撐，上叉相對于中叉運(yùn)行貨叉行程的2/3，剛好也有2個導(dǎo)向輪支撐，與中叉相連[11]
1低叉2中叉3上叉
圖3 叉板之間的支撐結(jié)構(gòu)
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段及途徑：
本課題要解決的問題：
本課題要求設(shè)計一個雙立柱堆垛機(jī)，最大載重200kg，起升高度20m；要求確定總體方案，完成總體設(shè)計和裝配圖，以及各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件圖，最后進(jìn)行必要的參數(shù)校核。
總方案設(shè)計：
圖4堆垛機(jī)框架
本項目所用堆垛機(jī)有如下幾部分構(gòu)成：金屬架構(gòu)、行走輪箱、垂直起升機(jī)構(gòu)、載貨臺及貨叉機(jī)構(gòu)等組成。能實(shí)現(xiàn)三個自由度運(yùn)動功能，即堆垛機(jī)沿巷道水平運(yùn)動、載貨臺垂直運(yùn)動、存取貨機(jī)構(gòu)沿貨倉方向雙向伸縮
1. 水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)動力傳動 堆垛機(jī)的水平行走機(jī)構(gòu)由電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、同步機(jī)構(gòu)、行走車輪、導(dǎo)軌、導(dǎo)向輪和堆垛機(jī)底盤等部件組成。驅(qū)動動力由驅(qū)動電機(jī)輸出，經(jīng)過減速器的減速，降低了輸入動力的轉(zhuǎn)速后，通過齒輪副，將動力傳入堆垛機(jī)的主動軸，帶動行走車輪轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)水平行走運(yùn)動。
2. 垂直機(jī)構(gòu)動力傳動 本項目中起升機(jī)構(gòu)選用鋼絲繩，整個起升機(jī)構(gòu)就是一個最為簡單的卷揚(yáng)機(jī)。起升電機(jī)及卷筒用螺栓連接在堆垛機(jī)立柱背部的支座上，和上橫梁導(dǎo)輪保持平行一致。驅(qū)動動力由驅(qū)動電機(jī)輸出，通過鋼絲繩帶動載貨臺沿立柱的導(dǎo)軌上下移動。
3. 貨叉機(jī)構(gòu)動力傳動 圖4貨叉機(jī)構(gòu)，下叉1側(cè)面裝有軸承4并固定在載貨臺的臺架上，中叉2的下板與工字行導(dǎo)軌相連，上叉3的頂板與立板相連，在立板上裝有軸承4。貨叉由減速電機(jī)9通過鏈條帶動上叉3沿著中叉2中的工字行導(dǎo)軌運(yùn)行。中叉在齒輪，齒條的驅(qū)動下從中叉的中點(diǎn)向前或向后移動大約自身長度的一半；上叉可從中叉的中點(diǎn)，通過鏈輪，鏈條的驅(qū)動下向前或向后伸出比自身稍長的長度。
1下叉 2中叉3上叉4軸承5齒輪7鏈輪8聯(lián)軸器9減速電機(jī)
圖4 貨叉結(jié)構(gòu)
參考文獻(xiàn)
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畢業(yè)設(shè)計開題報告
指導(dǎo)教師意見：該學(xué)生查閱了一定量關(guān)于堆垛機(jī)的參考文獻(xiàn)，對文獻(xiàn)進(jìn)行了一定理解和綜述，基本掌握了文獻(xiàn)檢索和綜述的方法。該學(xué)生對于所設(shè)計的雙立柱堆垛機(jī)有了基本認(rèn)識，初步確定了總體設(shè)計方案，對于后續(xù)工作建立了一定的工作思路，經(jīng)過后面的繼續(xù)努力，應(yīng)該能完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。同意開題。
指導(dǎo)教師： 秦志英
2015年 4 月 16 日