河北工業(yè)大學城市學院畢業(yè)設計說明書(論文)作者：學號：系：機械工程學院專業(yè)：機械設計制造及自動化題目：立體倉庫巷道式堆垛機設計指導者：評閱者：2009年06月17日畢業(yè)設計中文摘要立體倉庫巷道式堆垛機設計摘要：隨著經濟的發(fā)展，有軌巷道堆垛機作為立體倉庫的核心設備,應用越來越廣泛。我國物流業(yè)的蓬勃發(fā)展，對有軌巷道堆垛機的性能提出了更高的要求。綜合比較了幾種升降方案后，升降裝置采用鋼絲繩卷筒式，其結構簡單，受力明確，用戶也比較熟悉。安全防墜器、高度限位裝置作為有軌巷道堆垛機的安全保護裝置，當有軌巷道堆垛機遇到突發(fā)事故時它可以防止載貨臺墜落事故的發(fā)生，保證人員及貨物的安全。安全防墜器采用楔塊式制動，靈敏度高、可靠性好、結構簡單、能夠有效地防止載貨臺墜落事故的發(fā)生。貨叉采用帶有行程倍增機構的三級伸縮貨叉，貨叉收回時，其本身的長度遠小于堆垛機運行巷道的寬度，貨叉進行存取貨物時，貨叉的行程遠遠大于巷道的寬度。關鍵詞：有軌巷道堆垛機三級伸縮貨叉安全防墜器畢業(yè)設計外文摘要DesignofarailroadaislestackingcraneinstereoscopicwarehouseAbstractWiththedevelopmentofeconomic,railroadaislestackingcraneisthecoreequipmentofstereoscopicwarehouse,ithasbecomemorewidespreadinrecentyears.Higherdemandsarealsoaskedfortheperformanceandreliabilityoftherailroadaislestackingcrane.Afterthesynthesishascomparedseveralkindofconstructionselevatorsoverallplan,usesthesteelwiretohoistthetype,itsstructuresimple,thestressisclearabout,theusersalsofamiliar.Thesecurityguardsagainstfalling，highlythespacinginstallmenttakestheconstructionelevatorthesafekeepingofsecurityinstallmentwhichcanavoidthefallingofthecagetoassurethepeopleandgoodssafetyassoonastheconstructionhoistmeetsaccident.Thesecurityguardswhichmakeuseofwedgeblockforbrake.Thissafetyanti-fallingdevicehavehighsensitivity，goodreliability，simpleconfigurationandeasytotest，whichcanavailablyavoidthefailingaccidentofthecage.TheForktripwithadoublebodyisathree-tiertelescopicfork,whenforkisrecovered,thelengthofitsownisfarlessthanthewidthofroadway,whenaccessingtogoods,theforkismuchlongerthanthewidthofroadway.Keywords：railroadaislestackingcranethree-tiertelescopicforksecurityguards目次1緒論 1有巷軌道堆垛機的發(fā)展 1有軌巷道堆垛機的類型 1有軌巷道堆垛機的發(fā)展現(xiàn)狀及特點 32有巷軌道堆垛機總體方案的確定 5有軌巷道堆垛機功能分析 52.2.立柱模塊的設計 7行走機構模塊 82.4起升機構模塊 9載貨臺模塊 9載貨臺斷繩保護裝置 102.7貨叉機構模塊 133有軌巷道堆垛機基型產品設計 14立柱模塊設計 14行走機構模塊 18起升裝置的選擇計算 21貨叉機構模塊設計 23結論 30參考文獻 31致謝 331緒論有軌巷道堆垛機是隨著立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機，通常簡稱為堆垛機。巷道堆垛機是立體倉庫中最重要的起重運輸設備，是代表立體倉庫特征的標志。其主要用途是在高層貨架倉庫的巷道內沿軌道運行，將位于巷道口的貨物存人貨格或者取出貨格內的貨物運送到巷道口完成出入庫作業(yè)[1]。50年代初，美國首先出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機的立體倉庫；50年代末60年代初出現(xiàn)了司機操作的巷道式堆垛起重機立體倉庫；1963年美國率先在高架倉庫中采用計算機控制技術，建立了第一座計算機控制的立體倉庫。此后，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學科。在20世紀70年代初期，我國開始研究采用有軌巷道式堆垛機的立體倉庫。1980年我國第一座自動化立體倉庫在北京汽車制造廠投產，從此自動化立體倉庫在我國得到了迅速發(fā)展[2]。早期的堆垛機是在橋式起重機的起重小車上懸掛一個門架，利用貨叉在立柱上的上下運動及立柱的旋轉運動來搬運貨物，通常稱之為橋式堆垛機[3]。1960年左右在美國出現(xiàn)了巷道堆垛機，這種堆垛機是在地面的導軌上行走，利用貨架上部的導軌防止傾倒，或者在上部導軌上行走，利用地面導軌防止傾倒。隨著立體倉庫的發(fā)展，巷道堆垛機逐漸替代了橋式堆垛機。日本從1967年開始安裝高度為25高度的堆垛機。隨著計算機控制技術和自動化立體倉庫的發(fā)展，堆垛機的應用越來越廣泛，技術性能越來越好，高度也在不斷增加，到1970年實現(xiàn)了由貨架支承的高度為40的堆垛機。堆垛機的運行速度也不斷提高，目前堆垛機水平運行速度最高達2OO(小載重量的堆垛機己達300)，起升速度高達120貨叉伸縮速度達50[4]。按現(xiàn)行機械行業(yè)標準，有軌巷道堆垛機分類方式多種多樣，如按支承方式、用途、控制方式、結構、運行軌跡等分類。在目前立體倉庫應用中，堆垛機最常見的是按結構形式和運行軌跡分類。按結構形式，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，方管可兼作起升導軌，圓管需要附加起升導軌。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。雙立柱堆垛機的起升機構，普遍采用鏈條傳動，由電機減速機驅動鏈輪轉動，通過鏈條牽引載貨臺沿立柱或起升導軌作升降運動。其結構如圖1.1所示。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構，普遍采用鋼絲繩傳動，由電機減速機驅動卷筒轉動，通過鋼絲繩牽引載貨臺沿立柱或起升導軌作升降運動。對于鋼絲繩傳動，傳動和布置相對容易，但定位準確性稍差。其結構如圖1.2所示。按運行軌跡形式不同，分為直線運行型堆垛機和曲線運行型堆垛機堆垛機水平驅動裝置一般安裝在堆垛機下橫梁上，通過電機減速機驅動車輪轉動，使堆垛機沿水平方向運行，此種地面驅動方式使用最為普遍。一般用兩個承重車輪，沿鋪設在地面上的軌道（通常叫地軌）運行。通過下部兩組水平輪沿軌道運行導向，在堆垛機頂部兩組導向輪沿上軌道（通常叫天軌）運行輔助導向。①直線運行型堆垛機直線運行型堆垛機只能在巷道內直線軌道上運行，不能自行轉換巷道，只能通過其他輸送設備轉換巷道。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，不通過其他輸送設備便可以從一個巷道自行轉移到另一個巷道。此種堆垛機通常叫做轉軌堆垛機。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。因為不但場地要受到轉彎半徑的限制，而且轉彎時速度特別慢，不能滿足出人庫頻率高的立體倉庫作業(yè)。隨著經濟全球化步伐的日益加快和信息技術的快速發(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日益增長。目前，物流人才已經被列為我國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”[5]。物流實驗室的建設正是要搭建一座理論與實踐的橋梁，目前，我國許多高校已經建立了物流實驗室，據(jù)不完全統(tǒng)計，已經有160多所高校建立了自己的物流實驗室。物流實驗室為學生提供實訓平臺，深化學生對現(xiàn)代物流理論的理解，提高學生的操作能力,內融機械、電氣、電子及計算機等技術于一體的綜合技術，在這種技術中，不同領域和層次的知識與能力融會在一起。隨著面向高校和科研的物流實驗室的紛紛建立，作為現(xiàn)代物流實驗室的核心搬運設備小型有軌巷道堆垛機得到了廣泛的應用。目前國內許多公司開始生產各種系列的小型有軌巷道堆垛機。例如北京絡捷斯特科技發(fā)展，生產的小型有軌巷道堆垛機可容納托盤尺寸460×460，可承載重量15，定位精度為1。這種小型有軌巷道堆垛機目前已經在清華大學、南開大學等30多所高校的實驗室中廣泛應用。深圳市飛鴻科技生產的小型堆垛機額定載重量為15，采用PLC控制方式，也在高校中得到了廣泛應用。另外，國內還有其它一些公司進行小型有軌巷道堆垛機的生產設計。與工業(yè)級用的大型有軌巷道堆垛機相比，小型有軌巷道堆垛機在構造上有其自身的特點：(1)機架采用輕質焊接鋼管和薄壁折彎件組成，導向輪和貨叉等零件也較多采用工程塑料、尼龍和鋁合金等輕型材料，整機質量輕，運動慣性小。(2)由于起升高度低，承載能力小，機上的安全裝置比較簡單，外型比較簡潔。(3)由于起升高度低，一般不采用卷揚式起升機構，而是使用鏈條或鋼絲繩牽引式起升機構。行走輪和驅動減速電機之間多采用撓性傳動，方便驅動電機布置，減少機身寬度，以適應狹窄巷道。(4)伸縮貨叉一般采用三層式板叉，鋼絲滑輪直線差動傳動機構，步進電機或微型交流減速電機驅動。2有巷軌道堆垛機總體方案的確定有軌巷道堆垛機基本功能是在控制系統(tǒng)或人工控制下，按照指令完成對貨架內及站臺貨物的存取和輸送。主要動作描述：有軌巷道堆垛機在貨架巷道內運動，可以分解為沿貨架巷道的水平方向的行走運動、沿有軌巷道堆垛機立柱或立柱導軌的垂直起升運動和對出入庫站臺的貨物的存取運動。機械結構可以簡單敘述為：在堆垛機的頂部和底部上分別裝有一組或兩組導向輪，夾持著天軌和地軌(天軌安裝于貨架上，地軌安裝在地面上)，行走電機驅動與地軌接觸的行走輪，在天軌和地軌的約束下，堆垛機在巷道內水平行走；系著鋼絲繩或鏈條的載貨臺，在起升電機的驅動下拉動載貨臺使其沿立柱或者立柱兩側的導軌完成升降運動；貨叉電機驅動一個行程倍增機構，使上叉完成左右存、取貨物運動。三種運動分別在控制系統(tǒng)協(xié)調控制下，完成貨物的出、人庫工作。為完成有軌巷道堆垛機運動的基本功能，設備必須具備三個方向的驅動和傳動功能，需要對設備運行進行有效的控制，有軌巷道堆垛機除了完成貨物的存取外，設備安全也是其功能中的重要組成部分。一般把有軌巷道堆垛機水平運行的方向稱為X方向，起升運行的方向稱為Y方向，貨叉運行的方向稱為Z方向。有軌巷道堆垛機沿X、Y和Z三個方向的直線運動完成貨物的搬運是有軌巷道堆垛機的基本功能。有軌巷道堆垛機總功能可分解為沿X方向的運動的分功能、沿Y方向的運動的分功能和沿Z方向的運動分功能，如圖2.1所示：有軌巷道堆垛機總功能有軌巷道堆垛機總功能沿Y方向的分功能沿Z方向的分功能沿X方向的分功能沿X方向的水平運動的分功能主要由有軌巷道堆垛機的行走機構來完成，行走機構主要有電機、主動行走輪、被動行走輪、行走輪軸、軸承等主要零部件組成。電動機裝在主動行走輪上，驅動有軌巷道堆垛機在地軌上運行，當電機電源切斷時，電動機能夠自動制動，使有軌巷道堆垛機停止在立體庫的巷道中。沿Y方向的起升運動的分功能主要由起升機構來實現(xiàn)。起升機構主要有起升電機、卷筒、鋼絲繩等零部件組成。鋼絲繩與載貨臺相連接，與上橫梁的鏈輪組成封閉結構。當電動機通過鋼絲繩傳動帶動載貨臺在立柱的導軌上進行上下運動。沿Z方向伸縮的運動分功能主要由貨叉機構來完成貨物的存取，貨叉主要由電動機、下叉、中叉、上叉、鏈傳動機構及齒輪齒條傳動組等零部件組成[6]。有軌巷道堆垛機三個方向運動的實現(xiàn)都是在控制系統(tǒng)的控制下實現(xiàn)的。因此，根據(jù)上面的對有軌巷道堆垛機進行功能分析及功能分解，可以得出有軌巷道堆垛機的功能模塊，如圖2.2所示：有軌巷道堆垛機有軌巷道堆垛機控制模塊立柱模塊行走模塊起升模塊載貨臺模塊貨叉模塊立柱下橫梁起升電機載貨臺上叉法蘭盤卷筒導向輪組中叉立柱導軌下叉緩沖器驅動電機驅動電機導向輪組鏈傳動組齒輪齒條傳動組主動行走輪組被動行走輪組導向輪組鋼絲繩圖2.2有軌巷道堆垛機功能模塊另外，為保證機器及人員的安全，應有一些輔助安全保護功能：運動防護功能是有軌巷道堆垛機機械結構中重要的安全功能，該功能部件由安裝于地軌終端的機械緩沖裝置構成。該功能部件保護有軌巷道堆垛機在控制失去作用的條件下，將有軌巷道堆垛機運行的動能吸收，避免有軌巷道堆垛機發(fā)生沖出軌道等惡性事故，終端防護緩沖堆垛機質量和運行速度有關，需要按照標裝置結構設計與有軌巷道準選擇。載貨臺斷繩保護，當堆垛起重機載貨臺的起吊裝置失控、載貨臺產生加速度下墜時，應有保護裝置對載貨臺施加制動力，確保機構、貨物及工作人員的安全。系統(tǒng)總體方案示意圖如下：1．貨物2．貨叉伸縮機構3．載貨臺4．司機室5．立柱6．下橫梁7．水平運行機構8．起升機構9．鋼絲繩10．升降導軌11．頂部滑輪12．上部導輪立柱模塊主要有立柱、導軌和法蘭盤組成，立柱通過法蘭盤與下橫梁聯(lián)結，導軌是載貨臺沿立柱上下運行的軌道。立柱采用熱軋H型鋼和鋼板焊接而成，在滿足剛度和強度的情況下使得重量減輕，節(jié)省了材料，而且外形美觀。立柱模塊結構如圖2.4所示：圖2.4立柱模塊結構及截面圖利用pro/engineer軟件將其生成三維圖如下：圖2.5立柱模塊用同樣的方法，生成立柱模塊的其它零件的三維模型，如圖2.6：(a)導軌(b)導軌堵頭（c）立柱法蘭盤圖2.6立柱模塊零部件三維模型行走機構模塊是有軌巷道堆垛機的重要組成部分，它主要有下橫梁、主動行走輪組、被動行走輪組、下橫梁導向輪及緩沖器等零部件組成。下橫梁是模塊零部件的支撐機構，又是堆垛機的承載構件，因此它要有足夠的強度和剛度。主動行走輪組和被動行走輪組是堆垛機的重要部件，主、被動行走輪組結構基本相同，主要由行走輪、行走輪軸、軸承等零件組成。通過減速電機驅動主動行走輪組在地軌上運動，完成有軌巷道堆垛機沿巷道方向的水平行走；法蘭盤固定在下橫梁的上部，用來固定減速電機，也是與立柱模塊聯(lián)結的接口。下橫梁導向輪組通過支架固定在下橫梁上，兩組導向輪組夾在地軌兩端，使有軌巷道堆垛機水平運行時，能夠沿著地軌行走不至于跑偏，起到導向的作用。緩沖器同上橫梁的一樣，主要用來吸收堆垛機運行到巷道兩端時發(fā)生碰撞產生的能量。(a)下橫梁(b)直軸導向輪組(c)偏心軸導向輪組圖2.7行走機構模塊零件圖有軌巷道堆垛機的起升機構模塊主要完成堆垛機的載貨臺的升降運動，起升機構是由驅動電機、卷筒、滑動輪組和鋼絲繩組成，其結構比較簡單。載貨臺是貨物單元承接裝置，用來支撐貨叉裝置。通過鏈條與起升機構模塊連接，通過起升機構模塊驅動載貨臺沿立柱導軌上下運動。載貨臺模塊主要由載貨臺、導向輪組等零部件組成。載貨臺主要用來固定鏈條和貨叉機構，承受著貨叉和貨物的重量，要滿足強度和剛度要求。載貨臺模塊包含多個導向輪組，導向輪組主要由導向輪、軸承和導向輪軸組成。導向輪組主要與立柱導軌接觸，使載貨臺模塊與立柱模塊連接起來。根據(jù)起重機等安全規(guī)范規(guī)定，其安全裝置除按起重機結構標準設計外，還應具備如下條件：①應有兩根以上的提升用鋼絲繩或鏈條；②應有在提升用鋼絲繩或鏈條斷裂時，載貨臺在下降過程中自動制動的裝置；③提升用鋼絲繩或鏈條的安全系數(shù)必須在10以上；④為防止載貨臺與下梁撞擊，應設有防止下降過頭的安全裝置；⑤當載貨臺上裝有貨叉時，構造上應保證只有在貨叉縮回時才能行走。載貨臺導向輪如下圖：載貨臺斷繩保護裝置垛起重機載貨臺架運行安全可靠，根據(jù)JB5319.2一91堆垛起重機安全規(guī)范中5.1.2條規(guī)定，當承載鋼絲繩斷裂時，斷繩保護裝置應能可靠地動作，斷繩保護裝置產生的制動力應不小于被制動部分全部載荷的1.25倍，同時，在安全規(guī)范5.1條中還要求安全裝置應具有不依賴其他動力、獨立可靠地工作的性能。目前，鋼絲繩提升式施工升降機安全防墜器按制動形式不同，大致分為滑楔式、偏心輪式及銷式三類?；ㄊ桨踩缐嬈鹘Y構示意圖如圖2.9所示，它主要由動滑楔、定滑楔及控制系統(tǒng)組成。其制動原理為：當控制機構將動滑楔向上推動時，動滑楔相對定滑楔產生水平位移，動滑楔與導軌接觸后產生摩擦力，摩擦力阻滯動滑楔隨吊籠一起下滑，而此時動滑楔與定滑楔相對水平位移繼續(xù)增大，導致動滑楔與導軌摩擦力也繼續(xù)增大，直至制動為止。這類安全防墜器制動快捷迅速，平穩(wěn)沖擊小，但對動滑楔的制作精度、導軌的直線度和平整度要求較高。偏心輪式安全防墜器結構如圖2.10所示，它的制動機構由偏心輪機構組成，其制動原理為：當控制機構將偏心輪向上旋轉后，偏心輪與滑軌接觸，產生摩擦，隨著吊籠繼續(xù)下滑，偏心輪繼續(xù)旋轉，由于偏心的原因，偏心輪對導軌的正壓力增大，摩擦力也繼續(xù)增大，直至制動為止。這類安全防墜器的制動迅速平穩(wěn)，但對偏心輪制作精度、滑軌的直線度和平整度要求較高，加工難度大。銷式安全防墜器機構如圖2.11所示，它的制動器由銷機構組成，其制動原理為：當控制機構將銷彈出后，根部卡在吊籠橫梁上，端部卡在塔身橫桿上而制動。這類安全防墜裝置制動時間短，結構簡單，比較經濟實用。但銷對塔身橫桿由于消耗重力功和慣性動能而產生很大沖擊，故要求滑銷、吊籠橫梁和塔身的強度較高。制動時間與制動距離是安全防墜器最為重要的性能指標，根據(jù)《施工升降機規(guī)范》，設定具體的設計指標參數(shù)為：制動時間：t≤；制動距離：S≤。在滿足以上兩個設計指標的同時，應盡量提高安全防墜器的可靠性。同時，還應該考慮到如何簡化機構，使其便于安裝調試。通過對現(xiàn)有制動形式的研究與分析，這里安全防墜器采用了瞬時式楔塊制動。該安全防墜器主要由驅動機構、傳動機構和制動機構三部分組成。1．驅動機構驅動機構是當提升鋼絲繩斷裂時安全防墜器動作的動力源。它的形式有電動、液壓、氣動，還可以采用彈簧、人工控制形式。對于驅動機構的設計，應盡量使其結構簡單、動作靈敏，并根據(jù)實際情況合理地選用驅動形式。這里采用彈簧作為安全防墜器的驅動機構；2．傳動機構傳動機構的作用是實現(xiàn)由發(fā)動機構到制動機構之間運動的傳遞，其形式有很多種，這里設計的傳動機構主要由連桿構成，這是因為連桿機構具有傳動準確、工作靈活可靠，便于安裝調試的優(yōu)點；3．制動機構制動機構的作用是當升降機發(fā)生故障時，在驅動機構的帶動下完成對載貨臺的制動，安全防墜器制動機構形式的選擇取決于提升設備的形式和布置方式以及軌道的形式。軌道一般分為軟性軌道和剛性軌道，軟性軌道主要是鋼絲繩。升降機采用鋼絲繩提升載貨臺，軌道采用剛性軌道，材料為冷拉鋼板。由于導軌表面的光滑度，以及導軌與塔身之間的連接板都會影響載貨臺的上下運動，因此為了防止載貨臺在上下運動過程中出現(xiàn)被卡、擱的情況，將制動楔塊做成非封閉的形式。采用雙向制動機構，該機構有兩個相對的動滑楔，布置在導軌兩側，兩個動滑楔由導軌兩側等距抱緊。動滑楔與導軌表面相接觸，具有承載能力大，制動準確，工作可靠的優(yōu)點。結構原理如下：1．滾輪2．動滑楔3．墊鐵4．U型螺栓5．拉臂支架6．拉臂7．活動板8．立柱面9．彈簧10．拉桿11．提升滑輪圖2.12載貨臺斷繩保護裝置工作原理示意圖2．7貨叉機構模塊貨叉機構是有軌巷道堆垛機主要工作機構，貨叉機構安裝在載貨臺上，能夠雙向伸出，以便向貨格存取貨物。貨叉機構主要有上叉、中叉、下叉、叉軌、導向輪組和鏈傳動機構等零部件組成。由于要求在設計貨叉時，其本身的長度要小于堆垛機運行巷道的寬度，以防止小型有軌巷道堆垛機在運行過程中與巷道兩邊的貨架發(fā)生碰撞；在貨叉進行存取貨物時，貨叉的行程又要遠遠大于巷道的寬度，來完成貨物的存取。因此，貨叉在結構上設計成行程倍增結構，來滿足貨叉功能要求。通常行程倍增結構采用三級直線差動式貨叉機構，傳動方式采用齒輪齒條式或鏈輪鏈條式。圖2.13是齒輪齒條式傳動的貨叉機構的結構圖。這種結構的貨叉工作原理是電機驅動齒輪旋轉，通過齒輪齒條嚙合傳動驅動中叉運動，安裝在上叉上的鏈輪鏈條機構在中叉的驅動下，推動上叉運動。由于安裝在上叉上鏈輪鏈條機構相當于一組動滑輪機構，實現(xiàn)了行程和速度的倍增。圖齒輪齒條式傳動的貨叉機構的結構示意圖3有軌巷道堆垛機基型產品設計目前，在設計堆垛機的立柱時，主要是依據(jù)德國工業(yè)標準（DIN15350—1992）中的巷道堆垛機鋼結構計算規(guī)范，采用此規(guī)范中的經驗公式來計算、校核。結合規(guī)范的說明和廠家產品的特點，在計算和校核堆垛機立柱強度和剛度的時候，可以根據(jù)下面三個公式來計算。圖3.1是堆垛機受力結構簡圖。圖3.1堆垛機受力結構簡圖圖中變量的意義如下：立柱的質量()：貨物的質量()：貨叉的質量()：載貨臺的質量()：起升裝置的質量()：行走電機的質量()：司機室和斷繩保護裝置的質量()：堆垛機的整機高度()：載貨臺下邊到上橫梁的距離()：兩行走輪的之間的間距()：貨叉、貨物重心到導軌中心線的間距（）：司機室和斷繩保護裝置重心到導軌中心線的間距()：載貨臺到導軌中心線的間距()：載貨臺導輪壓力()：載貨臺導輪間距()：立柱的剛度是以載貨臺滿載位于立柱最高位置時，頂端在巷道縱向平面內的撓度來表征。設計撓度應小于許用值，即≤[]，（為立柱高度）。當載貨臺升至立柱最高位置時，各種載荷位置及結構尺寸如圖3.1所示。載貨臺通過一對滾輪作用在升降導軌上的力為：(3.1)可以認為，立柱在距頂端截面上受力矩的作用，即(3.2)立柱在力矩作用下，端部產生的水平位移主要由三部分組成：在作用下，立柱端部的水平位移；在作用下，下滾輪處截面轉角引起的頂部水平位移=；下橫梁和立柱聯(lián)接處截面轉角引起的立柱頂部水平位移=；即=++。的計算(圖3.1)由外載荷彎矩圖[]和單位載荷彎矩圖[]進行圖乘得：=+=(3.3)式中——立柱截面垂直縱向平面軸的慣性矩，=22400——下橫梁截面垂直縱向平面軸的慣性矩，=11600——材料彈性模量，=2.1×1011圖中——立柱頂部水平位移的單位力——立柱截面轉角的單位力偶（2）的計算（圖3.2）圖3.2堆垛機計算簡圖由[]和單位載荷彎矩圖[]進行圖乘得：=+=(3.4)而≈≈(3.5)的計算圖3.3下橫梁計算簡圖為求，單獨取下橫梁為研究對象，其計算簡圖如圖3.3，圖中為下橫梁支承的上部總重量?？捎孟率奖硎荆?3.6)由外載荷彎矩圖[]和單位載荷彎矩圖[]圖乘可得立柱和下橫梁聯(lián)接面轉角：==(3.7)而=(3.8)立柱一般位于下橫梁跨中附近，即≈，加之下橫梁的截面設計總盡量避免出現(xiàn)明顯的下?lián)?，所以由下橫梁變形引起的撓度f2常忽略不計。載貨臺升至最高位置時，立柱頂部總撓度可按下式計算：(3.9)行走機構模塊主要包括主動行走輪組、被動行走輪組、下橫梁和緩沖器；基本功能是以一定的速度安全可靠地完成物料在水平方向上的運動。主動行走輪組和被動行走輪組結構基本相同，因此，主要對主動行走輪模塊進行設計。主動行走輪直徑的確定為了選擇行走輪，應考慮以下因素以確定其直徑：(1)行走輪上的載荷；(2)制造行走輪的金屬材料；(3)軌道形式；(4)行走輪轉速；(5)機構工作級別。行走輪直徑主要根據(jù)疲勞計算輪壓選取，其計算公式為(3.10)式中——疲勞計算輪壓()；——堆垛機正常工作時行走輪的最大輪壓()；——堆垛機正常工作時行走輪的最小輪壓()；——行走輪許用輪壓()。表3.1由車輪轉速決定的轉速系數(shù)值轉速16012511210080635650表3.2由工作級別決定的的值工作級別1－34567－9表3.3由材料抗拉強度決定的值抗拉強度500600650700780注：（1）鋼制車輪一般應經熱處理，在確定許用的值時，仍取材料未經熱處理時的。（2）當車輪材料采用球墨鑄鐵時，值按=500選取。其行走輪疲勞計算輪壓計算公式為(3.11)式中——轉速系數(shù)(按表3.1選取)；——工作級別系數(shù)(按表3.2選取)；——行走輪直徑()；——行走輪與軌道接觸的有效長度()；——與行走輪材料有關的許用接觸應力常數(shù)(按表3.3選取)。選車輪直徑=250，工作等級為5，速度為40，輪寬B=100，車輪材料選用65Mn，σb=735，可知：=0.72，=1.00，=100，=7.0，得=125000<4506000，所以安全。在零件的定位和裝配方案確定后，軸的形狀便大體確定。各軸段所需的直徑與軸上的載荷大小有關。初步確定軸的直徑時，可按照軸所受的扭矩初步估算軸所需的直徑．將初步求出的直徑作為承受扭矩的軸的最小直徑，然后再按軸上零件的裝配方案和定位要求，從而確定各段軸的直徑。對有伸出端的軸（輸入、輸出軸），最小直徑為裝聯(lián)軸器的軸頭直徑。對中間軸為裝軸承的軸頸直徑。軸的最小直徑的計算分兩種情況來考慮。(1)心軸心軸是僅受彎矩作用的軸，強度計算公式(3.12)式中σ——心軸計算截面的工作彎曲應力()；——心軸計算截面的彎矩()；——計算截面的截面模量，；[σ]——許用彎曲應力()。(2)轉軸轉軸是既受彎矩又受到扭矩作用的軸，按當量彎矩計算，其當量應力為(3.13)式中——轉軸計算截面的當量工作應力()；——轉軸計算截面的合成彎矩()；——轉軸計算截面的扭矩()；——軸的直徑()；——根據(jù)扭轉剪應力變化性質而定的校正系數(shù)；[]——許用疲勞應力()。對有配合要求的軸段，應盡量采用標準直徑，為了裝拆方便，并減少配合表面的擦傷，在配合軸段前應采用較小的直徑。堆垛機的自重=30000，貨物重量=5000，行走速度，滾動阻力系數(shù)=0.02，動力傳動效率=0.8，行走阻力=700。最高時速時需要動力：=700×1/0.8=875，為了安全起見，選用電機功率為2.2。型號功率()轉速()轉動慣量()YEJ112M-6940堆垛機在運動過程中控制系統(tǒng)失控時，就會和巷道口的機械裝置發(fā)生碰撞，為了減小碰撞時對堆垛機造成的危害，在堆垛機上的下橫梁兩端安裝了緩沖器。緩沖器主要用來吸收發(fā)生碰撞時所產生的能量，緩沖器的緩沖容量按下式計算：=(+)/(2×9.81)=6(3.14)式中——緩沖器緩沖容量()；——碰撞瞬時速度()；——堆垛機自重()；——額定起重量()。選擇：HT3-630型號參數(shù)緩沖容量/緩沖行程/緩沖力/重量/HT3-63015088≈3.3升降裝置的選擇計算貨箱重量=5000，司機室、載貨臺重量=13000，升降速度，傳動效率=0.9。最高時速時需要動力：=(+)/=(5000+13000)×/=3。因此，為保證安全，選擇升降電機功率為5.5。型號功率()轉速()轉動慣量()轉子繞組開路電壓()YZ160M1-6930138YZ系列是最新設計的繞線子電動機，具有過載能力大、機械強度高、效率高、噪聲低、振動小、堵轉轉矩高、運行可靠等特點，適用于驅動各種類型的起重冶金機械或其它類似設備的專用產品。鋼絲繩最大靜拉力：==9000(3.15)鋼絲繩破斷拉力：≥=90000(3.16)式中——鋼絲繩的破斷拉力()；——安全系數(shù)。鋼絲繩直徑：=10(3.17)式中――鋼絲繩最小直徑（）——鋼絲繩最大靜拉力（）——選擇系數(shù)（）選擇系數(shù)的取值與機構的工作級別有關，按表3.1選取。表中的數(shù)值是對鋼絲繩充滿系數(shù)=0.46，折減系數(shù)值。表3.1和值機構工作級別選擇系數(shù)值最小安全系數(shù)鋼絲繩公稱抗拉強度155017001850M1-M34M4M55M66M77M89選擇的鋼絲繩標記為：18NAT6×根據(jù)鋼絲繩直徑選擇滑輪外徑D=225滑輪標記為：A10×卷筒上有螺旋槽部分長=205(3.18)單層單聯(lián)卷筒長度=++=345(3.19)式中——卷筒名義直徑（）——最大起升高度（）——滑輪組倍率——卷筒計算直徑（）——無繩槽卷筒端部尺寸，由結構需要決定——固定鋼絲繩所需長度，≈3——繩槽槽距選擇的卷筒標記為：A200×345-6×13-5×最大扭矩：[]≥[]=110(3.20)式中[]——聯(lián)軸器許用扭矩（)；——工作級別系數(shù)。選擇聯(lián)軸器型號為TLL1型帶制動輪彈性套柱銷聯(lián)軸器。堆垛機貨叉一般采用3級直線差動機構，這種結構形式的貨叉由動力驅動和上、中、底3叉以及導向部分構成，底叉固定在載貨臺上，中叉可在齒輪齒條(或鏈輪鏈條)的驅動下，相對于底叉向兩側伸出一定距離，上叉在安裝于中叉上的增速機構的帶動下相對中叉向外伸出更長的距離，實現(xiàn)向貨位內存取貨物。這種3級直線差動機構的特點是上叉相對于中叉伸出的距離為伸出行程的2/3，而中叉相對于下叉伸出的距離為伸出行程的1/3，上叉與中叉之間、中叉與下叉之間均有合適的導向接觸長度，保證3層貨叉伸出時的相對剛度要求。同時，三層貨叉相對運動時，采用了滾輪與滾道的純滾動摩擦，最大限度地減小了工作摩擦阻力。，其中底叉固定在載貨臺上，中叉運行到貨叉行程的1/3距離，此時有2個導向輪支承，上叉相對于中叉運行貨叉行程的2/3，剛好也有2個導向輪支承，與中叉相連。1底叉2中叉3上叉圖3.4叉板之間的支承結構如果貨叉伸出作業(yè)時，叉端撓度太大，就會影響有軌巷道堆垛機正常作業(yè)，嚴重時會與貨架發(fā)生干涉，造成事故。因此，貨叉設計的基本原則是在保證貨叉強度的前提下，使其前端撓度盡量小。假設有軌巷道堆垛機在運動過程中立柱不發(fā)生變形，根據(jù)貨叉的支承結構，做出受力分析簡圖如圖3.5所示。圖貨叉機構的受力分析圖中，，，，，，，，，和分別是各支點間的尺寸，，，分別是下叉、中叉和上叉的慣性矩，是材料的彈性模量。=55，=45，=16，=45，=8，=100，=61，=69，=126，=467.3，=969.5，=467.3，=6000(包括貨叉伸長部分重量和貨箱重量在內)，彈性模數(shù)=2.1×1011。①上叉撓度計算貨叉在貨物的作用下，在上叉處和處的產生支反力上叉受力和撓度變形簡圖如圖3.6所示。由上圖利用受力平衡和彎矩平衡可求得上叉支點、處的支點反力、轉角微分方程和撓度方程，其公式分別為=(3.21)=(3.22)==－+0(3.23)=－+0+0(3.24)當=時，=0，=0，所以=(3.25)將式代入(3.25)帶入到式(3.23)得處的傾角為=－(3.26)所以載荷在點產生的撓度為=－(3.27)②中叉撓度計算由于載荷的作用，在支點處產生反力為，設在點的傾角為，撓度為2。(為不變形部分的長度)如圖3.7所示。圖3.7部分為不變形時中叉撓度簡圖由上圖求出、點的支反力及段的彎矩方程分別為：=(3.28)=+(3.29)==(3.30)則撓度曲線微分方程為：=－=－(3.31)所以傾角和撓度方程分別為：==－+0(3.32)=－+0+(3.33)當=時，=0，=0，所以有=(3.34)把式（3.34）代人到式(3.32)和(3.33)得，當=時的傾角和撓度分別為：=－(3.35)=－(3.36)把段看成剛性，點作為固定端考慮，如圖3.8所示，設載荷在中叉產生的反力為和，這些反力在前叉產生的傾角為和，撓度為和。圖3.8C點為固定時中叉撓度簡圖產生的貨叉前端產生的傾角和撓度為：==(3.37)=(3.38)其次產生的貨叉前端產生的傾角和撓度為：=(3.39)=(3.40)③下叉撓度計算假設為不變形部分，則載荷在段產生的作用反力為和，在點產生的傾角為，產生的撓度為，如圖3.9所示。同理根據(jù)受力平衡和彎矩平衡可求得下叉各支點的反力以及各反力產生的傾角和撓度，其計算公式分別為：=(3.41)=(3.42)=(3.43)==(3.44)因此，假設載貨臺和立柱為剛性時，貨叉前端的總撓度為貨叉上、下、中叉的總和，分別為=++++(3.45)即總撓度=3.3，貨叉在叉取貨物時的最大撓度一般規(guī)定不超過15，因此貨叉是安全的。①輪齒的受力計算齒輪齒條傳動是齒輪傳動的一種特殊形式，它可以完成機構的直線運動。根據(jù)電機輸出的功率和齒輪的轉速可求出齒輪軸的轉矩。(3.46)設沿嚙合線作用在齒面上的正壓力，把正壓力分解成圓周力與徑向力，則有(3.47)(3.48)(3.49)其中為齒輪的分度圓直徑，為嚙合角，對于標準齒輪=20°。②輪齒的強度計算輪齒的強度設計主要有齒根彎曲疲勞強度和齒面接觸強度計算兩種，當齒輪傳動時，齒根部發(fā)產生的應力最大，其齒輪的齒根彎曲疲勞強度的條件為(3.50)即有(3.51)其中為齒寬系數(shù)，為齒形系數(shù)，應力校正系數(shù)。根據(jù)計算出的模數(shù)值，選取標準值。對于閉式齒輪傳動，最常見的損壞形式是輪齒工作表面的點蝕，通常按照齒面接觸強度計算，其強度設計的校核公式：(3.52)即有(3.53)根據(jù)計算出的節(jié)圓直徑，求出滿足要求的齒寬=20(3.54)行走速度=21，滾動摩擦系數(shù)=0.03，貨叉可動部分重力=700，貨箱重力=5000，行走阻力=(+)=171，動力傳動效率=0.9(齒輪減速電機)×0.9(鏈條)=0.81。最高時速時需要動力：。型號功率()轉速()轉動慣量()YEJ90S-6910結論在對現(xiàn)有有軌巷道堆垛機的認真研究的基礎上，本文從有軌巷道堆垛機的結構和功能出發(fā)，完成了對有軌巷道堆垛機的整體的設計。在對現(xiàn)有的安全防墜器的研究基礎上，權衡各種型式安全防墜器的利弊，在現(xiàn)有的安全防墜器的基礎上，為該堆垛機設計了一臺瞬時式楔塊制動的安全防墜器。該裝置在靈敏度、制動時間、制動距離上與現(xiàn)有的安全防墜器相比有很大的優(yōu)越性。通過對現(xiàn)有的貨叉的研究，完成了三級直線貨叉的設計，并對其結構、下?lián)隙冗M行了計算、校核，其結果完全滿足預定的要求。有軌巷道堆垛機的設計，是一個綜合性課題，牽扯的內容很多，不僅需要扎實的設計理論基礎，還需要豐富的實踐經驗。由于作者知識水平和時間的限制，本課題還有很大的研究空間，本人以為還有待在以下方面進行完善：1.有軌巷道堆垛機的立柱及載貨臺依賴于經驗設計，未進行結構優(yōu)化。2.有軌巷道堆垛機的電氣控制系統(tǒng)未做研究。有軌巷道堆垛機隨著立體倉庫及人類的需求在不斷的發(fā)展，本人能力有限，此課題牽扯的知識面又廣，論文的錯誤不足之處在所難免，敬請大家批評指正。參考文獻1[日]吉國宏.自動化倉庫堆垛機設計.北京：人民鐵道出版社，1979，122郭環(huán)，禹永偉．自動化立體倉庫中的堆垛機設計．物流技術，2002，3(114)：76~783陳忠閣.有軌巷道堆垛起重機技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.物流技術，2000，6：13~144劉瀏.步進電機在中小型堆垛機上的應用.物流技術，2002年第6期5楊維梁，董福盛.堆垛機的結構及其維護保養(yǎng).大眾標準化，2005年第7期6甘仲平，金國峰.堆垛機模塊化設計研究．起重運輸機械，2007，4：85~877程軍紅.齒輪齒條直線差動行程增倍機構的設計與應用.機械傳動，2005：73~748梁睦.堆垛機三層貨叉直線差動機構的設計.起重運輸機械，2005：41~439董良，王棟生，郝隆譽.堆垛機的失重同步制動機構.2003，6：58~5910Lubomirjanovsky.Elevatormachinedesignprinciplesandconcepts.London：EnglandEllisHorwoodLimited，1987：117~124，128~13111王佳偉.一種新型施工升降機的設計與分析：[學位論文]，哈爾濱工業(yè)大學：200612楊長睽.起重機械.北京：機械工業(yè)出版社，1982：89~10313濮良貴.機械零件.北京：高等教育出版社，1982：41~4814西南交通大學主編．起重運輸機械．北京：中國鐵道出版社，1983：32~3315Anon.TeijinSeikiIntroducesED1006ElevatorHoist.ElevatorWorld.v49,n6,June,2004：105~10816馬仲安.SS型貨用施工升降機防墜安全裝置的選擇及改進.建筑機械.1998,(7):6~717R.Gouvinhas,J.Corbett.Thedevelopmentofadesignmethodforproductionmachinerycompanies.JournalofEngineeringDesign.1999,4(10)：352~36418陳金玉.立體倉庫堆垛機的設計.現(xiàn)代物流，2006，4：48~5019劉廣金,程顯氓.物料升降機安全保護裝置.《機械設計》.1996,7:39~4120Latham,R.W.BasicFactorsofHoistDesign.TransactionsoftheInstitutionofMining&Metallurgy.,Jan,2003:8~2121李宏,衛(wèi)曉平,張波.升降機的安全裝置.起重運輸機械.2001,(6):9~1122張永紅.SS型施工升降機斷繩保護裝置的結構分析.建筑機械化.2005,(12):26~2823方世杰,姜好德.剛性軌道提升機防墜器的設計.起重運輸機械.2005,(11):15~1724胡宗武，顧迪民.起重機設計計算.北京:科技出版社，1987：210~212致謝值此論文完成之際，謹向我的導師戴士杰教授表示衷心的感謝！本文是在導師的細心指導下完成的，論文大到構思、關鍵問題的解決，小到標點符號，字里行間都傾注了導師的關懷和心血，導師不僅以其淵博的學識理論、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、敏銳的學術洞察力使我在學術上受益匪淺，而且言傳身教，以其高尚的人格和強烈的責任心教導我人做事的道理。在此，謹向他的辛勤培養(yǎng)和悉心關懷表示衷心的感謝。另外，感謝和我一塊兒設計但做控制系統(tǒng)的王磊，在此次課程設計期間給了我很大的幫助和建議。非常感謝百忙中抽空指導評審論文的評閱老師和答辯委員會的老師們，衷心祝你們身體健康，幸福如意。09/2011:46102機體齒飛面孔雙臥多軸組合機床及CAD設計09/0820:023kN微型裝載機設計09/2015:0945T旋挖鉆機變幅機構液壓缸設計08/3015:325噸卷揚機設計10/3017:12C620軸撥桿的工藝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