自动化立体仓库设计方案Word格式.doc

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而交通事业发展的最终目的，就是使物资能够迅速流通，促进经济的发展。

在现代社会中，物资流通领域的供应链在信息、网络的冲击下发生了各个交通枢纽上的结点，仓储设备的发展必须紧跟时代的步伐，为满足现代社会的商品需求、管理与流通，必须加快仓储设备的发展。

因此，未来仓储物流设备的发展必将成为我国经济发展的一个重要增长点。

到目前，我国立体仓库数量以有相当大的规模，由于其具有很高的空间利用率，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待点，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。

立体仓库应用围很厂，几乎遍布所有行业。

在我国，采用立体仓库的主要行业有机械、冶金、化工、航宅航天、电子、医药、食品加工、烟草、印刷、配送中心、机场和港口等。

基于上述原因，本课题就立体仓库设计的理论和主要技术进行较系统的研究。

作为大学生，自动化仓库的功能及开发，培养我们的实际动手操作能力和应用知识解决问题的能力，接触世界前沿的自动化控制技术，提高我们的综合素质。

机械运动模型蕴藏着较高的软件技术含量，可以进行综合性的专业训练，不但能进行专业知识的学习，还能培养我们的创新思维。

1.3现有自动化立体仓库的优越性

首先，从自动化立体仓库的基本优势上看：

（1）科学储备，提高物料调节水平。

（2）有效地衔接生产，加快物资周转，降低成本。

（3）为企业的生产指挥和决策提供有效的依据。

其次，从自动化立体仓库的社会效益和经济效益方面说明：

（1）由于使用高层货架存储货物，存储区可以大幅度地向高空发展，充分利用仓库地面和空间，因此节省了库存占地面积，提高了空间利用率。

（2）自动存取，使用机械和自动化设备，运行和处理速度快，提高了劳动生产率，降低操作人员的劳动强度。

同时，能方便地纳入企业的物流系统，使企业物流更趋合理化。

（3）自动化仓库的信息系统可以与企业的生产信息系统联网，实现企业信息管理的自动化。

同时，由于使用自动化仓库，促进企业的科学管理，减少了浪费，保证均衡生产，从而也提高了操作人员素质和管理人员的水平。

（4）自动化立体库对于提升企业形象，具有巨大的社会经济效益。

1.4自动化立体仓库的设计程序

仓库设计的顺序图见下：

第2章　自动化仓库机械部分设计方案

2.1　引言

机电一体化机械系统要求精度高、运动平稳、工作可靠，具有良好的伺服性能，从而要求传动机构满足以下几个方面的要求:

转动惯量小，以减小机械负载，避免对系统造成不良影响；

刚度大，有利于减小动力损失，提高固有频率，增加闭环伺服系统的稳定性:

阻尼合适。

机械部分主要包括电动机的选择及减速机构选择、传动链选择、导轨设计、货架、轴的设计、链轮设计、车轮设计、支撑链机构、连杆设计。

本章通过对部货架和堆垛机的设计分析，合理选用了货架系统以及堆垛机的运行、存取、传动、控制系统，通过分析比较确定出了整套装置的设计方案。

2.2　立体仓库总体规划方案

本文设计的堆垛机结构系统由于任务区分关系，本文主要考虑三部分，一是货架系统，目的是创造一个固态环境，为研究堆垛机及测试定位寻址提供基础条件；

二是堆垛机系统，目的是采用精简的安装系统、合理运行方式，模拟现实运送存取货物，三是堆垛机控制系统，采用单片机控制系统，包括上位机、传感器、键盘等。

自动化立体仓库设计步骤如下图

2.3货架设计方案

2.3.1货架结构尺寸

由图2一3所示，n列、m层货架的主要尺寸：

毫米

1、宽度B=2e＋b2+b1+b3，其中e为支柱宽度。

2、货架横向长度为：

列数n×

货格长度A，其中货格长度A=al+a2+a3+2e。

3、货架顶层的高度Hl，取决于堆垛机是否为载人搭乘型。

非搭乘型的Hl为1.2米，搭乘型的Hl为2.2米；

货架第一层距离地面的高度H2一般为0.5米，由堆垛机和轨道的高度决定。

本课题取Hl为200mm，H2为500mm。

4、货架的总高度H为：

当层数为偶数时；

H=Hl+H2+0.5mh3+（0.5m-1）h5，其中h3为无水平拉杆的货格高度，b5为有水平拉杆的货格高度，m为货架的层数。

当层数为奇数时：

H==Hl+H2+0.5m（h3+h5）。

货架总共4层、3列，采用尺寸450x400x450；

托盘尺寸450x300mm；

每一货格左右留50mm间隙。

采用数据如下：

e=50mm、al=300mm、a2＝a3＝75mm、Hl=2O0mm、H2=500mm、h1=300mm、h2=50、h4=100、bl=300、b2=100、b3=50。

综上货架参数如下：

总高H=HI+H2+4x（hl+h2＋h4）+4×

e=200+500+4x450+4x50=2700mm

总宽B=2xe+bl+b2+b3=100+400=500mm

总长L=（al+a2＋a3）x3+4xe=450x3+4x50=1550mm

2.3.2货架材料

根据这里的高度（低于20m）和适用场合选用钢结构，其优点是构件尺寸小，仓库利用率高，制作方便，安装建设周期短。

2.3.3立体仓库设计参数如下：

立体仓表2.1立体仓库具体参数

出/入货柜台最重物品

20Kg

每个仓位的高度

450mm

仓位的上下距离

50mm

仓位的平行距

可编程控制器（PLC）电源

24VDC

堆垛机电源

220VAC,50Hz

2.4　堆垛机结构设计方案

2.4.1堆垛机采用低层型，下部驱动式，因为货架高度总高H=5900mm<

6000mm,所以选用桅杆式的。

结构图：

2.4.2步进电机的选型

步进电机是数字控制系统中的执行电动机，当系统将一个电脉冲信号加到步进电机定子绕组时，转子就转一步，当电脉冲按某一相序加到电动机时，转子沿某一方向转动的步数等于电脉冲个数。

因此，改变输入脉冲的数目就能控制步进电动机转子机械位移的大小；

改变输入脉冲的通电相序，就能控制步进电动机转子机械位移的方向，实现位置的控制。

当电脉冲按某一相序连续加到步进电动机时，转子以正比于电脉冲频率的转速沿某一方向旋转。

因此，改变电脉冲的频率大小和通电相序，就能控制步进电动机的转速和转向，实现宽广围速度的无级平滑控制。

步进电动机的这种控制功能，是其它电动机无法替代的。

步进电动机可分为磁阻式、永磁式和混合式，步进电动机的相数可分为：

单相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多种。

增加相数能提高步进电动机的性能，但电动机的结构和驱动电源就会复杂，成本就会增加，应按需要合理选用。

与交直流电动机不同，仅仅接上供电电源，步进电机不会运行的。

为了驱动步进电动机，必须由一个决定电动机速度和旋转角度的脉冲发生器（在该立体仓库控制系统中采用PLC作脉冲发生器进行位置控制）、一个使电动机绕组电流按规定次序通断的脉冲分配器、一个保证电动机正常运行的功率放大器，以及一个直流功率电源等组成一个驱动系统，如下图所示：

图3.1步进电机驱动系统的组成

在选择步进电动机时首先考虑的是步进电动机的类型选择，其次才是具体的品种选择，在该立体仓库控制系统中要求步进电动机电压低、电流小、有定位转矩和使用螺栓机构的定位装置，确定步进电动机采用2相8拍混合式步进电机；

在进行步进电动机的品种选择时，要综合考虑速比i、轴向力F、负载转矩Tl、额定转矩Tn和运行频率fy，以确定步进电机的具体规格和控制装置。

由于我们使用螺栓机构的定位装置，已知条件和要求条件为：

移动部分总重M=25kg

外力Fa=4kg·

cm

磨擦系数μ=0.04

螺栓机构的效率η=0.9

螺栓轴径DB=1.2cm

螺栓长LB=42cm

螺距P=3mm

分辨率L=0.01mm

移动距离=0.0075mm/步

速度V=2m／min

计算：

设拟选用2相、1.8°

步距角的HB型电动机

速比（设使用直接驱动方式）

i=m×

θb/（360×

L）=2×

1.8／（360×

0.01）=1

轴向力

F=Fa+μM=4+0.04×

25=5kg·

负载转矩

Tl=F×

P／（2πη）+（μ0×

F0×

P）/2π

=5×

0.3／（2×

3.14×

0.9）+（0.3×

1.67×

0.3）/（2×

3.14）

=0.289kg·

螺栓的惯量

JB=（π×

ρ×

LB×

DB4）/32

=（3.14×

7.9×

10-3×

42×

1.24）/32

=0.0675kg·

cm2

移动体的惯量

Jt=M×

（P/2π）2

=25×

（0.3/6.28）2

=0.0571kg·

负载惯量为

JL=JB+Jt

=0.0675+0.00571

=0.1246kg·

根据以上计算可以初步选定步进电动机，其惯量为JM=0.03kg·

cm2，空载起动频率fs=3000H。

由要求的速度可求出运行的频率：

f=V／L=2000／（60×

0.01）=3333HZ

可知需要加减速的驱动方式。

齿轮比：

G=360°

/θbL=0.0075×

360°

/（1.8°

×

0.01）=150

换算到电机轴的负载转矩为

T=G×

L（Tl+F）/2πη

=150×

0.01×

（0.289+5）/（6.28×

0.9）

=1.40kg·

对首次设计的装置来讲，所选用的电动机通常留