双立柱堆垛机结构设计.docx
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双立柱堆垛机结构设计
摘要
这篇文章阐述了大多数现代企业常用的两门式堆垛机设计方案。
本文主要介绍了升降机构的设计，货叉伸缩机构的设计以及安全机构和控制部分的简单选型和计算，包括电机，减速器和齿轮的选择。
机架的计算，滚筒的计算，轴的检查，电气原理图的配备等。
先是提议出了每一个组织的整体设计计划。
然后就是对每个组织的压力情况实行了具体的阐明以及计算放方便推断出最开始的值，最后就开始进行详细的测试来判断实际要求的值。
关键词：
升降机构；货叉伸缩机构；双立柱堆垛机
Abstract
Thisarticlediscussesindetailthedesignofthedouble-pillarstackerthatiscommonlyusedinmostmodernenterprises.Thearticlefocusesonthedesignofitstwocomponents:
theliftingmechanism,theforktelescopingmechanism,andthesafetymechanismandcontrolpart.ThesimpleselectionandcalculationIncludingtheuseofelectricmotorsandspeedreducers,estimationofgearsandracks,estimationofreels,detailedinspectionofshaftsIncludingtheuseofelectricmotorsandspeedreducers,estimationofgearsandracks,estimationofreels,detailedinspectionofshaftsandtheconfigurationofelectricalschematics.Firstproposesanoveralldesignplanforeachorganization.Then,thespecificclarificationofthepressuresituationofeachorganizationandthecalculationoftheconvenienceofinferringtheinitialvalue,andfinallybegantoconductdetailedteststodeterminetheactualrequirementsofthevalue.
Keywords:
liftingmechanism;forkretractablemechanism;automatedwarehouse
第一章绪论
1.1课题研究目的和意义
目的：
系统工程是仓储自动化系统。
仓储的运输自动化是现代化企业的一个重要问题。
现代企业堆垛管理的发展趋势是实现堆垛材料运输、仓储机械设备、设施与管理、信息、人才系统匹配和协调发展的自动化。
意义：
把计算机、自动掌控的技术和人工智能引入到存储机械技术中，将极大地提高储藏机的技术性能。
叉车载重量大，流动性强，操作很方便，维修性好，没有叉车，拖拉机，托盘车，堆垛机，堆垛机，管道的输送机，皮带输送机，自动式分拣机等等。
将广泛应用于仓储系统。
经过对仓储货架堆垛机的设计,堆垛机包括身高z轴方向运动,沿着导轨水平x轴方向运动,水平面y轴方向深运输、吊车系统,加载平台和分支,机架设计和电气设备可以自动发送项目在时间和准确,为了加深了解,对堆垛机的理解。
1.1.1开发双门式堆垛机的需要性
双立柱堆垛机相对于以往的仓储设备，具有以下几个方面的优势：
一、提高空间利用率
早些年双门式堆垛机的最基本的目的是为了提高对空间的使用率，减少有限与利用宝贵的地皮资源，在一些发达的西方国家，空间的利用得到了明显改善的想法具备有更为广泛和影响相当深远。
土地的保护与节能和环保紧密相关。
有些企业甚至会把空间的利用看作制度合理性和先进评价的主要指标。
立体式码垛机空间的使用率与计划紧密相关。
在一般说来，高架自动的堆垛机空间使用率是普通级存储器的2至5倍，这是相当大的。
二、方便促进先进物流体系的形成，提高生产管理水平
传统的堆垛机只是存放货物的地方，唯一的功能是存储货物，它是“静态的存储”。
双柱传动使用先进的自动物料运输设备。
它不仅能使货物根据需要自动地进入到堆垛机中，而且还可以与堆垛机密闭生产相连接。
堆垛机通过计算机的管理系统和自动化物料运输设备，是企业生产的物流主要的构成部分。
企业购买的零部件进入到自动化的堆垛机是整个生产计划的关键构成部分，在短短的时间内确定时间存储，物料会自动地导出下一个将要进行的工序，然后就会形成一个自动化式的物流系统。
它就是一种“动态式存储”，也就是当今世界自动化式堆垛机发展的方向，一个明确的技术所趋势。
生产管理作为企业管理的重要组成部分，包括产品安排、生产组织以及物流布置、外包、产品的质量以及成本的计算。
全部的生产过程焦点部分为双门堆垛机编制，涉及生产的管理整个过程。
三、加速货物商品进入道节奏生产，减少劳动强度，提高生产的效率。
以双柱堆垛机为核心的物流系统的建立，具有图书馆自动化式程度高，存储容量快，获取适当宣传资料快速，及时，自动生产零部件以及材料等优点。
交付生产线。
这一特性超出了普通图书馆的能力。
在相同的情况下，降低工人劳动强度最具有代表性的例子是双门式堆垛机的出现。
降低劳动强度的综合性，具体地包含：
1）使用自动式堆垛机替代手动存储和手动接收具备有讯速省力的特点。
工人不需要在堆垛机上进行工作，工作的环境得到大大的改善。
2）经过计算机的管理系统对货物进行统一管理，很大程度上提升了货物管理的能力，堆垛机得到科学管理，提升图书馆在各种管理和报告工作里的无误性和稳定可靠性，很大程度上降低劳动的强度。
3）立体式堆垛的系统以仓储前的辅佐输送设备，有利于货物进入出来仓库。
4）双门式堆垛的系统要求操作人员少，系统的维护人员少，节约人力、物力以及资金。
1．2国内外研究现状和发展趋势
1.2.1国内外研究现状
二战后生产技术迅速发展的果实是双门式堆垛机的呈现和兴盛。
适用于我国发展的航空堆垛及装卸设备，自1963年成为第一座桥式堆垛机械起重机械研究所（北京）以来，1973年开始研制我国第一台用于提升运输机械研究所的计算机高架堆垛机（15米高，机械）自动控制，北京图书馆于1980年投入运行。
依据没有完整的统计，中国高架式堆垛机数量已经超出了2500台。
塔式起重机具有空间使用率高，鲁料库容量大，计算机掌控管理等特点，有助于当今时代企业的管理实施。
它已经变成了企业物流已经生产管理的技术不可分割的一部分。
公司已受到更多关注。
在20世纪50年代的初期，美国有一座桥式起重机。
在20世纪50年代末以及60年代的初期，司机操作的堆垛起重机相继而出现。
1963年，第一台计算机掌控的堆垛机在美国采用计算机控制技术建造。
自那时以来，自动式堆垛机在一些西方国家快速发展并且构成了一门特殊的学科。
在二十世纪六十年代的中期，日本就开始生产高架式堆垛起重机，并且发展快速，变成了世界上最具有自动化的堆垛机之一。
1.2.2发展趋势
如今，在自动立体仓储的发展中已经出现了以下现象：
1.需求趋势：
眼下，军品，乳制品，烟草，低温食物，铁路，地铁以及制作业的商场需要继续增长。
近年来，军事铁路、地铁、石油等行业的需求潜力预计会更大。
建立图书馆的大型企业有继续增加需求的趋势。
对电气元器件的技术改造和升级需求，尽快建立堆垛机或双柱堆垛机，但在印度、泰国等外国公司开始进口中国立体声堆垛机，为国内企业创造了机遇。
2.土地资源的短缺迫使许多制造商寻找双柱堆垛机。
众所周知，国家在全国范围内划定了15亿亩和18亿亩的红线。
在这个大政策下，很难批出一块地。
因为国家地皮成本操办的增强，地皮使用本钱上升，迫于人们充实使用空间供给地皮使用。
同时，双门式堆垛机外围设备和控制的不停改进、自动化、智能化、高频率、高精密度、低消耗、高管理程度的存储和访问要领更适合当今时代化的要求上市。
3.随着全球化脚步的进一步加快，迅速增加的货物和流动人口，使运输能力和效率的提高成为了交通运输的必然选择。
近一些年以来，中国对铁路建设的速度加快了。
铁道部关于建设铁道部维修设施的意见，建议在2020年前建成140条高速铁路检查站线路，每条线路应配备3-4台双柱堆垛机。
4.在制造业，大型企业追求规模。
在很短的时间里，中国制造产业成为了中国经济迅速发展的支柱产业，大规模集约化的生产发展与全球经济的萎缩，购买力不平衡将不可避免地引起生产发展的失衡，库存调整成为必要。
因此，对双柱堆垛机的需求量大大增加。
1．3课题研究的主要内容
1.3.1设计内容
有轨堆垛机的内容包括:
首先，分析和讨论堆垛机的当前原理和方法，以及设计的思路，并探索出各种各样的解决方案。
其次，论述了该设计的方法，原理以及可行性，并进行了结构的设计，运动学的计算以及强度的计算。
第三，堆垛机工作的原理和货物的识别掌控的原理。
第四，绘制出堆垛机的组装图和关键的部件图。
1.3.2设计要求
其应该满足这样的设计标准:
（1）堆垛机有三个方向自由度，即沿水平方向前后走动，实现了堆垛柱的定位;在平台上的移动被加载并且堆叠层被定位。
货叉的两个方向展开运动达到货物通道
（2）提供断绳保护装配，冲孔保护安装，过载保护设置等等安全保障安设。
（3）在机器结构的强度，刚度以及可靠性方面，应该尽量减少零件的质量，达到降低堆垛机在加速过程中以及制动过程中的惯性冲击，同时也可以节约生产的成本。
第二章总体方案确定
2.1引言
图2.1双立柱堆垛机结构
为了使堆垛机精确、讯速、安全、自动出库，货品一定要达到下面的设计需求：
（1）具有沿巷道堆垛机来回移动的三维运动功能，装载垂直移动平台，沿货架双向扩展货物叉；
（2）为达到必要定位精密度，多次定位精密度的误差不能够超出10mm;；
（3）尽可能减少堆垛机各个部件的毛重以达到强度、刚度和可靠性，从而减小重力和摩擦阻力以及行走过程。
2.2设计任务
1.需求分析：
双门式堆垛机在当今的时代物流、仓储和管理中起着相当关键的作用，已经成为每一个企业需求。
仓储技术在物流和生产管理中的地位越来越重要。
现在以下几个方面：
1）实现集约化存储，提升空间使用率：
堆垛机经常使用7至25米高的货架，堆垛机经过位置的宽度进入到货物工作空间，空间使用率能够到达传统堆垛机的5到10倍。
2）物流自动化的实现：
立体式堆垛货槽使用自动式堆垛机，仓库系统采用各种各样仓储运输设备。
这些设备能够实现的物流自动化。
经过一致的调度、监控、管理掌控系统，实现不需要人看守自动存储系统的整个运行状态。
3）垂直码垛系统的出库，仓储，库存，仓储等应用实现了自动化管理与生产系统与销售，采购，财务系统的无缝集成，管理效率大大提高，不仅提升了仓库频率和生产，并且能够提升管理和仓储合理化的整个频率。
2.确定设计任务要求
通过结构设计，实现了高架道路立体堆垛机货物运输和吊装结构设计。
包括高Z方向、沿着X方向引导水平方向、输送水Y方向的深度。
需要精确的定位和容易的访问。
2.3功能分析
双门式堆垛机（AS/RS）关键是由货架、起重机、周边机器设备和仓储管理掌控系统构成。
它包含了立体式货架、轨道式堆垛机、托盘式运输系统、条形码式读取系统、通讯式系统、自动掌控系统、计算机监控系统、计算机式管理系统等，比如说尺寸式检测系统，与电线、缆托盘配备电柜、托盘、调台等等附有设备、钢结构平台构成相当杂乱的自动化系统。
货架尺寸很大，布局比较多，，密度相当高；机器安装了各种各样的定位探测器和安全设备，确保了堆垛机机器和货叉在货架上高速、精确、安全地收拾获取货品。
使用流程构成的物流理念，使用先进的掌控、总线、通信和信息技术，经过各个设备协调的行动，依据消费者的要求自动规定货品，有顺序、讯速、高效地进行仓库的卸货。
2.3.1双门式堆垛机重要的功能分析
与平常的堆垛机对比，双门式堆垛机具备有无与伦比的优点。
双门式堆垛机的优点是多个方面存在的对于公司来说，这能够从下面的几个方面体现出来：
一是提高空间利用。
3D图书馆的空间使用与其计划密密相关。
在一般说来，自动式堆垛机的空间使用率与平常平板存储器对比在2到5倍。
其次，有助于构成先进的物流系统，提升堆垛机的管理水平，降低货物损失破坏，达到优化以及减少库存，缩短生产的周期，减少成本的投入。
传统的堆垛机只是一个存放货物的地方。
它只有一个功能就是储存货物，这个是一种“静态式储存”。
双门式驱动使用先进的自动化物品运输设备，不紧能够依据要求让货物自动地进入道堆垛机里，而且还可以与堆垛密封的生产有机地相连接，并且经过计算机管理系统和自动化物品运输设备，让堆垛机变成了各个企业生产物流的关键构成部分。
企业购买的零部件进入道自动化堆垛机和国产化生产零件存储是整个生产过程中的一个重要环节，是为了在很短的时间里自动生产到下一个准备进行的工序，最后构成了一个自动化物流系统，它是一个“动态式存储”，也是当今自动化堆垛机发展的一个明显的技术趋势。
2.3.2双门式堆垛机关键环节以及重要技术
有三种自动控制方法：
集中控制、分离控制和分散控制。
集散控制是国际发展的主要方向。
大型立体式堆垛机经常使用三个级别的计算机集体掌控系统，三个级别掌控系统由管理层、中间掌控层和直接掌控层构成，对于堆垛机的线上的管理和线下的管理，中间掌控层的通信以及过程掌控，和实时图片的展现，直接掌控层由PLC（可编程控制器）掌控系统构成，用于单机自动化设备中。
自动堆垛机操作。
2．4总体方案确定
框架设计应该确保框架的刚度，强度以及稳定性。
在这个方面，框架的重量应该尽量轻盈，这样能够节约材料和减少资金的投入。
此外，框架应该具备有相当好的抵抗振动能力，并且能够把强迫振动的振幅控制在允许的范围之内。
运行时噪声小，温度场合理，热变形对车架精度影响不大。
结构合理，工艺好，安装调试方便。
另外，轨道架要求轨道表面受力要合理，耐磨擦性相当好。
2.4.1总体布局方案
通过对过程的分析，可以看出，堆垛机主要是在工作过程中，将货物提升到相应的货架高度，平行于指定位置，然后将叉子自动放置在货架上。
依据以上的结构，可以把堆垛机分为双门式轨道堆垛机和单列式轨道堆垛机。
方案一：
双门式结构堆垛机的机架主要由上、下横梁以及两根立柱构成，整体呈现长方形。
这样结构刚度很高，而且稳定性相当好，在要求取货的高度很高、货品毛重大以及走动速度高的场合应用十分广泛。
方案二：
单立柱结构堆垛机的机架关键是由下横梁与一根立柱拼接而成或由上、下横梁和一根立柱构成，整体呈现“L”型状或者“H”型状。
这样的结构需要材料十分少，这就能够降低了整个机器的重量，同时能够减少了产品投入资金。
然而这样的结构堆垛机基于整体的重心偏移，并在水平线上走动作业过程中以及停车的过程中，轻易出现庞大的冲击而导致机架产生很大的变形量以及局部的应力集中现象，很大程度上的控制了它的使用范围，这就要求它只能适用于装载重量轻、速度低的地方。
通过对该项目40m100kg货物、起重和单位托盘重量的分析，根据两者的特点，应采用双柱堆垛机。
该机构采摘高度高，重量重，结构稳定。
非常适合本课题使用（见图1.3）。
图1.3双立柱滚轮堆垛机结构简图
2.4.2提升机构部件结构方案
提升机构的选择：
提升组织是满足载货台竖直方向上提升的能源及传动组织，堆垛机常用的两种起升方式
方式有：
链条提升、钢丝绳卷筒提升
方案一：
链条提升：
采用链子提升的方法的提升组织提升过程平稳，但其资源耗费较大，而且噪音大，而且维修保养较为麻烦。
方案二：
钢丝绳卷筒：
采用电动机带动减速机再实现卷筒的转动，实现钢丝绳的收放，进而控制货物的提升的下落，较上一个方案比较，这个方案提升过程平稳，技术成本低，成本也低，噪音也比较地，维修保养简单。
图1.4钢丝绳卷原理筒简图
综上两个方案比较，方案二钢丝绳卷筒（见图1.4）提升结构更加稳定，经济，环保，因此本课题提升结构选用钢丝卷绳筒的方案。
2.4.3方案对环境与安全的影响
如果单桅堆垛机的性能要求对性能要求较高，那么如果材料的选择或缺陷会造成一些安全问题，一些非法操作会造成堆垛机的损失，造成一些安全事故，采用双柱堆垛机的工作性能可以提高效率，间接地，对环境的保障起到了重要的功效。
电缆滚筒噪声也是对工人的一种保护，可以有效地减少工人的伤害，减少工业污染，噪声及其传递顺畅，有助于降低传输安全性，提高使用安全性。
这些废油也是对环境的一种污染。
减少使用也是一项保护计划。
第三章堆垛机提升机构的设计计算
3.1行走机构的详细设计
行走组织将电机功率转移到下一级，将电机扭转的方向的运动转变为直线运动，使堆垛机沿绳索往复运动。
行走组织由驱动电机和驱动装置两个方面构成。
3.1.1行走机构分析与计算
提升的重量
，Q=2943N，运行的速度v=2.3m/s，JC=25%，堆垛机
本身重量m=5000kg，机构作业级别为M4，比值
（1）明确轮子的直径
依据实际经验，堆垛机本身重量在四个轮子上的重量是不均匀的，如果不均匀系数是1.2，而最大的轮子是由堆垛机本身重量造成的，压力为：
提高四个车轮上的载荷可以感觉对称，因此由单轮提升载荷产生的车轮压力是：
因此，可以获得车轮的最小车轮压力（即，空转车轮压力）：
最大车轮压力是满载车轮压力，即：
车轮的等效疲劳载荷如下：
（4.1）
为了避免轮辋在运行过程中与轨道接合，采用了带有平衡架和水平方向轮的轮组，为了避免脱轨和水平引导轨道的侧面，轮采用了无框圆柱轮。
车轮，车轮的直径D=250mm，车轮允许的车轮压力25.8KN，符合要求
（2）电动机的选取
运行阻力系数采用：
（滚动轴承），则有：
（4.2）
G——走动质量的重力（N）
采用结构总的频率
，然后静态频率是：
（4.3）
选择框号为QS08的三合一减速机。
框架号为112M的电机是YZR电机。
当JC=25％时，额定的功率是1.831KW，同步的转速是1000r/min，惯性矩是：
（3）电动机的发热检测计算
稳定状态的功率
（4.4）
G——稳定状态负载平均系数
对于堆垛机的行动机构，CZ=600，对YZR-112电机，CZ=600的允许功率是1.62KW，大于稳定状态功率设置是
，因此对发热的安全性进行检查
（4）检验估算减速器
车子轮的运转速度：
（4.5）
传动机构的速度比是
选择三号一号变速箱的IX档位为QS08号，速度比为I＝8.23，符合要求。
（5）检验计算制动器
减速度选择
，然而减速时间
因此刹车转矩为：
（4.6）
座位号的三个功能是QS08，它减慢了一个的速度。
该机盘式制动器的制动力矩为200nm，符合要求。
（6）检查驱动轮打滑的计算
堆垛起重机作业机构采用单轮作为主轮，使主轮的车轮压力可选择为总轮压力的四分之一，则有：
（4.7）
当获得粘附系数时，粘附力如下：
不滑倒的情况下：
（4.8）
上式右端
，符合要求
D，d——车轮与车轮轴径（mm）
M——行走的总体质量（kg）
v——额定工作转速（m/s）
——启动时间（s）
（7）钢轨选择
采用P15型轻轨，车头的宽度为42.86mm，实际上质量为152kg/m，车轮与车轮匹配。
3.2堆垛机机架的选择设计
框架柱是通过角钢和钢板焊接而成的矩形箱形截面结构。
这些柱子是分成几个部分组成的，每一个都是3米。
在安装过程中，各个部件的头部与法兰盘相连接，最后采用强度高的螺栓相连接。
立体柱焊接在上面、下面的横梁上。
立体柱角钢使用热轧等等边长三角形钢，边宽63mm，边厚10mm，内圆弧半径7mm。
立体柱形钢板的实际厚度为25mm的热轧式钢板，法兰盘的实际厚度为25mm的热轧式铁板，下面的横梁由四块铁板焊接拼成。
上面横梁也采用四块铁板焊接拼成。
热轧铁板的标准厚度为20毫米为铁板。
组装载重的平台顶面上的板的标准厚度是20mm的热轧铁板。
3.3堆垛机货叉的详细设计
堆垛机存、取装置的工作机构是货叉。
其中，叉机构在货物、货物平台下的桅杆支撑下，沿垂直方向（起重）行走，垂直于起重，在平面上向叉的方向行走。
在一般情况以下，堆垛机的货叉完全地延长之后，吊装的长度应该为原来长度的两倍多。
为了确保有充分足够的硬度、强度，上叉、中叉、下叉的硬度一定要在225~255HB之间。
在堆垛机组装后，货叉在水平面内其中心线对运行轨道的垂直度公差值△x为1mm
图3-1
堆垛机装配后，升降导轨在货叉上表面的垂直公差应为1mm，货叉上平面的高差不得超过2mm。
图3-2
这里的讨论是，叉子应该尽可能地薄在架子上，叉子前端的挠度应该尽量减少，以达到设计目的。
第四章电动机的选择与计算
4.1电动机类型与功率的选择
采用电动机支配系统,落实切割、拨禾、运送及卸载的途中的全部行动。
电动系统示意图如图7所示,系统主要包括电动机、主横向传动轴、进给装置、输送装置、漏斗等元件,以电动机提供动力。
为提升秆运送频率,确保运送速度一样,水平输送和竖直输送采用串联。
根据起落机的最大负荷为2000N，平定稳重的运转速度为0.5m/s，载荷平定稳重，电源用三相交流电380v。
这里选择最常用的Y系列的一个三相异步电动机。
。
工作所需要的有效功率为
为了精确的计算电动机的所需要的功率，我们需要确定由电动机去到工作机那里的总效率
。
设
分别表示电机弹性联轴器，锥齿轮的传动，锥齿轮的传动，丝杆，螺母的效率。
通过查表可知，
分别取0.99，0.97，0.99,0.92,0.96
则传动的总效率为
所以电动机所需功率为
根据所需的数据表，可以选定额定功率为5.5kw的电机。
4.2电动机转速与型号的选择
转动速度选用比较常用的1000r/min，功率为5.5KW由上面的结论可以得到.
从价钱，总的传动比等成分思量，为了可以合适的分派转速比，所选样式结构应该更紧凑，这里选择电机型号为Y132M2—6。
轴的轴线延伸超出轴颈28mm，并且轴的长度延伸80mm。
（1）电机选择原理
电机是标准系列产品，其型号和参数只有在使用时才能选择。
电机的类型包括交、直流电机，步进和伺服电机。
直流和伺服电机成本高昂，并且在有特别需要的场合使用;数控设备经常使用步进电机。
因为交变电流异步电机，结构十分简单，成本相当低廉，运行非常稳定可靠，维修相当方便，易于接入交流电源，在机械设备中使用十分广泛的原动力机。
在一般的工程里通常使用三相异步交变电流电机。
其中，Y系列为电源电压为380V的全封闭风扇冷却笼式三相异步电动机。
它们用于不易燃，脆性和腐蚀性的工作环境中。
没有特别要求的机械该设备也能够应用于一些对起动转矩要求相当高的机器，比如说压缩机等等。
作为机床，风机，泵，压缩机，升起重量大的运输机器，工程机械等广泛应用于工农业和国民经济各个领域。
食用商品品机械，农业机械，冶金机械，化学工厂机械等。
在各种场合，应用最为广泛的是异步电机。
（2）具体计算
电机功率的适当选择对电机的运行和经济性有影响。
选择小功率不能保证工作机械的正常工作，或使电机因过载过早损坏；如果功率选择过大，电机价格高，容量不能充分发挥。
由于通常不在满负荷
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