畢業(yè)設(shè)計(jì)堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、1. 緒論 1 1. 緒論 近年來(lái)，隨著企業(yè)生產(chǎn)與管理的不斷提高，越來(lái)越多的企業(yè)認(rèn)識(shí)到物流系 統(tǒng)的改善與合理性對(duì)企業(yè)提高生產(chǎn)率、降低成本非常重要。堆垛機(jī)是自動(dòng)化立 體倉(cāng)庫(kù)中最重要的起重堆垛設(shè)備。本文著重就堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行初步研究。 1.1 研究背景及內(nèi)容 1. 1. 1 有軌巷道堆垛機(jī)的發(fā)展 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是現(xiàn)代物流中的重要組成部分，它是在不直接進(jìn)行人工處 理的情況下自動(dòng)存取物料的系統(tǒng)，是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)發(fā)展的高科技產(chǎn)物，對(duì)提高 生產(chǎn)率、降低成本有著重要意義。在20 世紀(jì)70 年代初期，我國(guó)開始研究采用 有軌巷道式堆垛機(jī)(簡(jiǎn)稱堆垛機(jī))的立體倉(cāng)庫(kù)。1980 年我國(guó)第一座自動(dòng)

2、化立體倉(cāng) 庫(kù)在北京汽車制造廠投產(chǎn)，從此自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在我國(guó)得到了迅速發(fā)展。 巷道堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的核心物流設(shè)備，是隨著自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) 的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的專用起重機(jī)，它是倉(cāng)庫(kù)中使用最廣泛的物料搬運(yùn)設(shè)備，也 是物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的最重要設(shè)備，其用途是在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的貨架巷道間來(lái)回 穿梭運(yùn)行，將位于巷道口的貨物存入貨格，或者相反取出貨格內(nèi)的貨物運(yùn)送到 巷道口[2]。 早期的堆垛機(jī)是在橋式起重機(jī)的起重小車上懸掛一個(gè)門架，利用貨叉在立 柱上的上下運(yùn)動(dòng)及立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)搬運(yùn)貨物，通常稱之為橋式堆垛機(jī)[3]。 1960 年左右在美國(guó)出現(xiàn)了巷道堆垛機(jī)，這種堆垛機(jī)是在地面的導(dǎo)軌上行走，利

3、 用貨架上部的導(dǎo)軌防止傾倒，或者相反，在上部導(dǎo)軌上行走，利用地面導(dǎo)軌防 止傾倒[[4]隨著立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展，巷道堆垛機(jī)逐漸替代了橋式堆垛機(jī)。在口本從 1967 年開始安裝高度為25 米高度的堆垛機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和自動(dòng)化立 體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展，堆垛機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，技術(shù)性能越來(lái)越好，高度也在不斷 增加，到1970 年實(shí)現(xiàn)了由貨架支承的高度為40 米的堆垛機(jī)。堆垛機(jī)的運(yùn)行速 度也不斷提高，目前堆垛機(jī)水平運(yùn)行速度最高達(dá)200m/min(小載重量的堆垛機(jī) 己達(dá)300m/min)，起升速度高達(dá)120m/min，貨叉伸縮速度達(dá)50m/min 。 1. 1. 2有軌巷道堆垛機(jī)的類型 有軌巷道

4、堆垛機(jī)可按其結(jié)構(gòu)形式、支承方式和運(yùn)行軌跡等進(jìn)行分類，一般 可分為以下幾種類型: (1)按結(jié)構(gòu)形式，分為雙立柱有軌巷道堆垛機(jī)和單立柱有軌巷道堆垛機(jī)： ①雙立柱有軌巷道堆垛機(jī) 雙立柱有軌巷道堆垛機(jī)由兩根立柱、上橫梁、下橫梁和帶貨叉的載貨臺(tái)組 成，立柱、上橫梁和下橫梁組成一個(gè)長(zhǎng)方形的框架，一般稱為機(jī)架。立柱形式 有方管和圓管兩種，方管可兼作起升導(dǎo)軌，圓管需要附加起升導(dǎo)軌。這種堆垛 機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)就是強(qiáng)度和剛性都比較好，能快速起、制動(dòng)，并且運(yùn)行平穩(wěn)。一 般用在起升高度較高、起重量較大和水平運(yùn)行速度較高的立體倉(cāng)庫(kù)中，其缺點(diǎn) 是自重較大。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 其結(jié)構(gòu)如

5、圖1. 1 所示。 圖1. 1 雙立柱有軌巷道堆垛機(jī) ②單立柱有軌巷道堆垛機(jī) 單立柱有軌巷道堆垛機(jī)的機(jī)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(dǎo)軌。整機(jī)重量較輕，消耗材料少，因此制 造成本相對(duì)較低，但剛性稍差。由于載貨臺(tái)和貨物對(duì)立柱有偏心作用，以及行 走、制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的水平慣性力作用，使單立柱有軌巷道堆垛機(jī)在使用上有較大 的局限性。不適于起重量大和水平運(yùn)行速度高的堆垛機(jī)。單立柱堆垛機(jī)的起升 結(jié)構(gòu)，普遍采用鋼絲繩傳動(dòng)，由電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)鋼絲繩牽引載 貨臺(tái)沿立柱或起升導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。對(duì)于鋼絲繩傳動(dòng)，傳動(dòng)和布置相對(duì)容易， 但定位準(zhǔn)確性稍差

6、。 其結(jié)構(gòu)如圖1. 2 所示。 圖1. 2 單立柱有軌巷道堆垛機(jī) (2)按支承方式分類，有軌巷道堆垛機(jī)分為懸掛型和地面支承型。 ①懸掛型有軌巷道堆垛機(jī) 懸掛型有軌巷道堆垛機(jī)懸掛在巷道上方的軌道上運(yùn)行，其運(yùn)行機(jī)構(gòu)安裝在 堆垛機(jī)門架的上部。在地面鋪設(shè)導(dǎo)軌，使門架下部的導(dǎo)向輪以一定的間隙夾在 導(dǎo)軌的兩側(cè)，從而防止堆垛機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生擺動(dòng)和傾剎。懸掛式堆垛機(jī)有如下優(yōu) 點(diǎn):在設(shè)計(jì)門架時(shí)，可以不考慮橫向的彎曲強(qiáng)度，鋼結(jié)構(gòu)的自重可以減輕，加減 速時(shí)的慣性擺動(dòng)小，穩(wěn)定所需的時(shí)間短;其缺點(diǎn)是維修和檢查不方便。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 ②地面支承型有軌巷道堆垛機(jī) 堆垛機(jī)的運(yùn)行軌道鋪

7、設(shè)在地面上，堆垛機(jī)用下部行走輪支承和驅(qū)動(dòng)，上部 導(dǎo)向輪用來(lái)防止堆垛機(jī)傾倒或擺動(dòng)。和懸掛型有軌巷道堆垛機(jī)相比，這種堆垛 機(jī)的立柱主要考慮軌道平面內(nèi)的彎曲強(qiáng)度，因此，需要加大立柱在行走方向截 面的慣性矩。由于驅(qū)動(dòng)裝置均裝在下橫梁上，容易保養(yǎng)和維修。 (3)按其運(yùn)行軌跡形式不同，分為直線運(yùn)行型堆垛機(jī)和曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)。 ①直線運(yùn)行型堆垛機(jī) 直線運(yùn)行型堆垛機(jī)只能在巷道內(nèi)直線軌道上運(yùn)行，不能自行轉(zhuǎn)換巷道。只 能通過(guò)其他輸送設(shè)備轉(zhuǎn)換巷道，直線運(yùn)行型堆垛機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行，能夠滿 足出入庫(kù)頻率較高的立體倉(cāng)庫(kù)作業(yè)，應(yīng)用最為廣泛。 ②曲線運(yùn)行型堆垛機(jī) 曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)行走輪與下橫梁是通過(guò)垂直

8、軸鉸接的，能夠在環(huán)形或其 他曲線軌道上運(yùn)行，不通過(guò)其他輸送設(shè)備便可以從一個(gè)巷道自行轉(zhuǎn)移到另一個(gè) 巷道。曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)在使用上有局限性，只適用于出入庫(kù)頻率較低的立體 倉(cāng)庫(kù)。 本文研究的堆垛機(jī)是結(jié)構(gòu)形式為雙立柱，支承方式為地面支承型，并且其 運(yùn)行軌跡為直線型巷道堆垛機(jī)。 1. 1. 3有軌巷道堆垛機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn) 隨著經(jīng)濟(jì)全球化步伐的口益加快和信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)行業(yè)和消費(fèi) 方式正發(fā)生著深刻的變化，物流在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中的作用越來(lái)越受到企業(yè)的重視， 物流人才的需求也在口益增長(zhǎng)。目前，物流人才已經(jīng)被列為我國(guó)12 大類緊缺人 才之一，有報(bào)道稱“物流人才的需求已超過(guò)600 萬(wàn)”。物

9、流實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)正是要 搭建一座理論與實(shí)踐的橋梁，目前，我國(guó)許多高校已經(jīng)建立了物流實(shí)驗(yàn)室，據(jù) 不完全統(tǒng)計(jì)，已經(jīng)有160 多所高校建立了自己的物流實(shí)驗(yàn)室。物流實(shí)驗(yàn)室為學(xué) 生提供實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，深化學(xué)生對(duì)現(xiàn)代物流理論的理解，提高學(xué)生的操作能力，內(nèi) 融機(jī)械、電氣、電子及計(jì)算機(jī)等技術(shù)于一體的綜合技術(shù)，在這種技術(shù)中，不同 領(lǐng)域和層次的知識(shí)與能力融會(huì)在一起。 另外，為了更好的模擬貨物在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)各倉(cāng)儲(chǔ)單元內(nèi)存儲(chǔ)的物流過(guò) 程，研究提高物流效率以及堆垛機(jī)性能和作業(yè)效率方法，許多物流研究中心業(yè) 紛紛建立起來(lái)。山東大學(xué)現(xiàn)代物流控制實(shí)驗(yàn)中心是目前我國(guó)第一個(gè)現(xiàn)代的物流 控制實(shí)驗(yàn)室，在物流調(diào)度、物流控制、

10、機(jī)械手揀選控制和機(jī)器視覺的綜合研究 和開發(fā)應(yīng)用方面目前處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。圖1. 3 是研究中心的小型倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng) 圖1.3 小型倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 1.2變頻調(diào)速技術(shù)簡(jiǎn)介 1.2.1 變頻器概述 目前，交流調(diào)速傳動(dòng)已經(jīng)上升為電氣調(diào)速傳動(dòng)的主流。中、小容量范圍內(nèi)， 采用自關(guān)斷器件的全數(shù)字控制PWM 變頻器己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了通用化。全數(shù)字控制方 式的軟件功能不但考慮到通用變頻器自身的內(nèi)在性能，而且還融入了大量的實(shí) 用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)、技巧，使得通用變頻器的RAS 三性(Reliability, Availability, Serviceability，可靠性、可使用性、

11、可維修性)功能得以充實(shí)。由于通用變頻器 具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)行效率高、功率因數(shù)高、操作 方便且便于同其他設(shè)備接口等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用越來(lái)越廣泛，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效 益十分顯著。 1.2.2變頻器的分類： (1)按照主電路工作方式分類。當(dāng)按照主電路工作方式進(jìn)行分類時(shí)，變頻 器可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器。電壓型變頻器的特點(diǎn)是將直流電壓 源轉(zhuǎn)換為交流電源，而電流型變頻器的特點(diǎn)則是將直流電流源轉(zhuǎn)換為交流電源。 ①電壓型變頻器。在電壓型變頻器中，整流電路或者斬波電路產(chǎn)生逆變電 路所需要的直流電壓，并通過(guò)中間電路的電容進(jìn)行平滑后輸出。整流電路和直 流中間電路起直

12、流電壓源的作用，而電壓源輸出的直流電壓在逆變電路中被轉(zhuǎn) 換為具有所需頻率的交流電壓。在電壓型變頻器中，由于能量回饋給直流中間 電路的電容，并使直流電壓上升，還需要有專用的放電電路，以防止換流器件 因電壓過(guò)高而被破壞。 ②電流型變頻器。在電流型變頻器中，整流電路給出直流電流，并通過(guò)中 間電路的電抗將電流進(jìn)行平滑后輸出。整流電路和直流中間電路起電流源的作 用，而電流源輸出的交流電流在逆變電路中被轉(zhuǎn)換為所需要的交流電流，并被 分配給各輸出相后作為交流電流提供給電動(dòng)機(jī)。在電流型變頻器中，電動(dòng)機(jī)定 子電壓的控制是通過(guò)檢測(cè)電壓后對(duì)電流進(jìn)行控制的方式實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于電流型變 頻器來(lái)說(shuō)，在電動(dòng)機(jī)

13、進(jìn)行制動(dòng)的過(guò)程中可以通過(guò)將直流中間電路的電壓反向的 方式使直流電路變?yōu)槟孀冸娐?，并將?fù)載的能量回饋給電源。由于在采用電流 控制方式時(shí)可以將能量回饋給電源，而且在出現(xiàn)負(fù)載短路等情況時(shí)也更容易處 理，電流型控制方式更適合子大容量變頻器。 (2)按照開關(guān)方式分類。按照逆變電路的開關(guān)方式對(duì)變頻器進(jìn)行分類，則 變頻器可以分為PAW 控制方式，PWM 控制方式和高載頻PWM 控制方式三手 中。 ① PAM 控制PAM 控制是Pulse Amplitude Modulation(脈沖振幅調(diào)制)控制 的簡(jiǎn)稱，是一種在整流電路部分對(duì)輸出電壓(電流)的幅值進(jìn)行控制，而在逆變 電路部分對(duì)輸出頻率進(jìn)

14、行控制的控制方式。因?yàn)樵赑AM 控制的變頻器中逆變電 路換流器件的開關(guān)頻率即為變頻器的輸出頻率，所以這是一種同步調(diào)節(jié)方式。 ②PWM 控制PWM 控制是Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制)控制的簡(jiǎn) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 稱，是在逆變電路部分同時(shí)對(duì)輸出電壓(電流)的幅值和頻率進(jìn)行控制的控制方 式。在這種控制方式中，以較高頻率對(duì)逆變電路的半導(dǎo)體開關(guān)元器件進(jìn)行開閉， 并通過(guò)改變輸出脈沖的寬度來(lái)達(dá)到控制電壓(電流)的目的。 ③高載頻PWM 控制這種控制方式原理上實(shí)際是對(duì)PWM 控制方式的改 進(jìn)，是為了降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪音而采用的一種控制方式。在這種控

15、制方式中， 載頻被提高到入耳可以聽到的頻率(10-20KHz)以上，從而達(dá)到降低電動(dòng)機(jī)噪音 的目的。這種控制方式主要用于低噪音型的變頻器，也將是今后變頻器的發(fā)展 方向。由于這種控制方式對(duì)換流器件的開關(guān)速度有較高的要求，所用換流器件 只能使用具有較高開關(guān)速度的IGBT 和MOSFET 等半導(dǎo)體元器件，目前在大容 量變頻器中的利用仍然受到一定限制。但是，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，具有 較高開關(guān)速度的換流元器件的容量將越來(lái)越大，所以預(yù)計(jì)采用這種控制方式的 變頻器也將越來(lái)越多。 PWM 控制和高載頻PWM 控制都屬于異步調(diào)速方式，即變頻器的輸出頻 率不等于逆變電路換流器件的開關(guān)頻率。

16、 (3)按照工作原理分類。按照工作原理對(duì)變頻器進(jìn)行分類，按變頻器技術(shù) 的發(fā)展過(guò)程可以分為U/f 控制方式、轉(zhuǎn)差頻率控制方式和矢量控制方式三種。 ①U/f 控制變頻器Ulf 控制是一種比較簡(jiǎn)單的控制方式。它的基本特點(diǎn)是 對(duì)變頻器輸出的電壓和頻率同時(shí)進(jìn)行控制，通過(guò)使U/f(電壓和頻率的比)的值保 持一定而得到所需的轉(zhuǎn)矩特性。采用Ulf 控制方式的變頻器控制電路成本較低， 多用于對(duì)精度要求不太高的通用變頻器。 ②轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器轉(zhuǎn)差頻率控制方式是對(duì)Ulf 控制的一種改進(jìn)。在采 用這種控制方式的變頻器中，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度由安裝在電動(dòng)機(jī)上的速度傳感 器和變頻器控制電路得到，而變頻器的輸

17、出頻率則由電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與所需 轉(zhuǎn)差頻率的和被自動(dòng)設(shè)定。從而達(dá)到在進(jìn)行調(diào)速控制的同時(shí)控制電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn) 矩的目的。轉(zhuǎn)差頻率控制是利用了速度傳感器的速度閉環(huán)控制，并可以在一定 程度上對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，所以和Ulf 控制方式相比，在負(fù)載發(fā)生較大變化 時(shí)仍能達(dá)到較高的速度和具有較好的轉(zhuǎn)矩特性。但是，由于采用這種控制方式 時(shí)需要在電動(dòng)機(jī)上安裝速度傳感器，并需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的特性調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差，通常 多用于廠家指定的專用電動(dòng)機(jī)，通用性較差。 ③矢量控制變頻器矢量控制是70 年代由西德B 1 aschke 等人首先提出來(lái)的 對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的一種新的控制思想和控制技術(shù)，也是交流電動(dòng)機(jī)的一種理想的

18、調(diào)速方法。矢量控制的基本思想是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流分為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電 流分量(勵(lì)磁電流)和與其相垂直的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)矩電流)并分別加以 控制。由于在這種控制方式中必須同時(shí)控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流的幅值和相位， 即控制定子電流矢量，這種控制方式被稱為矢量控制方式。矢量控制方式使對(duì) 異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高性能的控制成為可能。采用矢量控制方式的交流調(diào)速系統(tǒng)不 僅在調(diào)速范圍上可以與直流電動(dòng)機(jī)相匹敵，而且可以直接控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生 的轉(zhuǎn)矩。所以已經(jīng)在許多需要進(jìn)行精密控制的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 (4)按照用途分類。 按照用途對(duì)變頻器進(jìn)行分類時(shí)變頻器可以分為

19、以下幾種類型。 ①通用變額器顧名思義，通用變頻器的特點(diǎn)是其通用性。這里通用性指的 是通用變頻器可以對(duì)普通的異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。 ②高性能專用變頻器隨著控制理論，交流調(diào)速理論和電力電子技術(shù)的發(fā)展， 異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制方式得到了充分地重視和發(fā)展，采用矢量控制方式高性 能變頻器和變頻器專用電動(dòng)機(jī)所組成的調(diào)速系統(tǒng)在性能上己經(jīng)達(dá)到和超過(guò)了直 流伺服系統(tǒng)。 ③高頻變頻器在超精密加工和高性能機(jī)械區(qū)域中常常要用到高速電動(dòng)機(jī)。 為了滿足這些高速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的需要，出現(xiàn)了采用PAM 控制方式的高速電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)用變頻器。這類變頻器的輸出頻率可以達(dá)到3KHz，所以在驅(qū)動(dòng)兩極異步 電動(dòng)機(jī)時(shí)電動(dòng)機(jī)

20、的最高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到180000r / min. ④單相交頻器和三相變頻器交流電動(dòng)機(jī)可以分為單相交流電動(dòng)機(jī)和三相交 流電動(dòng)機(jī)兩種類型，與此相對(duì)應(yīng)，變頻器也分為單相變頻器和三相變頻器。二 者的工作原理相同，但電路的結(jié)構(gòu)不同。 變頻器的特點(diǎn)： 變頻器與異步電動(dòng)機(jī)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的調(diào)速傳動(dòng)控制，簡(jiǎn)稱 為變頻器傳動(dòng)。變頻器傳動(dòng)具有固有的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用在不同的生產(chǎn)機(jī)械或設(shè)備上 體現(xiàn)不同的功能，總體來(lái)說(shuō)，變頻器傳動(dòng)具有以下幾個(gè)效能。 1、節(jié)能應(yīng)用主要體現(xiàn)在提高運(yùn)行可靠性、臺(tái)數(shù)控制和調(diào)速控制并用。 2、提高生產(chǎn)效率 (1)保證加工工藝中的最佳運(yùn)行 (2)適應(yīng)負(fù)載不同工作情況下的最佳

21、轉(zhuǎn)速 (3)使原有設(shè)備的增速運(yùn)轉(zhuǎn) 3、設(shè)備的合理化 4、改善和適應(yīng)環(huán)境 1.2.3變頻器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 交流變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)的重要發(fā)展方向。近十多年來(lái)，隨 著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，變頻器己經(jīng)廣泛地用于 交流電動(dòng)機(jī)的速度控制。同時(shí)由于電力半導(dǎo)體器件和微處理器的性能不斷提高， 作為交流變頻調(diào)速系統(tǒng)核心的變頻器的性能也得到了飛躍性的提高，并幾乎應(yīng) 用擴(kuò)展到了工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域。其重要性和發(fā)展?jié)摿Σ豢珊鲆暋? 第一代具有通信功能的變頻器帶有一個(gè)獨(dú)立的“速度包”(Speed Pod);第二 代變頻器的通信進(jìn)入點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模擬信號(hào)連接方式。隨著計(jì)算機(jī)技

22、術(shù)的發(fā)展，帶數(shù) 字接口的變頻器是當(dāng)代變頻器的通信方式，它具備網(wǎng)絡(luò)通信能力。當(dāng)代通信產(chǎn) 品能提供比用戶所能使用的更多的數(shù)據(jù)和1/O 選擇，但傳統(tǒng)的接口技術(shù)使用的 是RS485/422，它們的抗干擾能力和傳輸能力都不能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要。當(dāng) 實(shí)施控制的時(shí)候，通過(guò)RS485 只能接收少量的實(shí)時(shí)信息，并且通過(guò)人機(jī)接口界 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 面編程，無(wú)法實(shí)現(xiàn)變頻器參數(shù)的在線監(jiān)控和優(yōu)化，從而影響整個(gè)控制系統(tǒng)性能 和生產(chǎn)工藝水平的提高?，F(xiàn)在，由于現(xiàn)場(chǎng)總線和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是美國(guó) 羅克韋爾自動(dòng)化的Control Net 和Device Net 技術(shù)，可將帶數(shù)字接口的變頻器集

23、 成到網(wǎng)絡(luò)化的平臺(tái)中，通過(guò)PLC、人機(jī)界面HIM，甚至與工廠信息管理層共享 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)變頻器參數(shù)的在線監(jiān)控和優(yōu)化。對(duì)于多電動(dòng)機(jī)的同步控制、 協(xié)調(diào)控制、負(fù)載均衡分配和高速設(shè)備等應(yīng)用場(chǎng)合，其關(guān)鍵參數(shù)PID 可以按具體 工況條件進(jìn)行在線優(yōu)化，對(duì)于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制性能和水平的提高有重要意義。因 而基于集成化網(wǎng)絡(luò)的變頻器控制將會(huì)成為當(dāng)前世界自動(dòng)化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。 美國(guó)羅克韋爾自動(dòng)化公司的變頻器均可通過(guò)各種類型的SCAN port 通信 模塊與相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連通，包括Control Net, Device Net, DH, DH+和RIO, DH-485 網(wǎng)絡(luò)，而且它們與法國(guó)IE 公司的M

24、odbus, Modbus Plus、美國(guó)Metasys 公司，日 本OMRON 公司和德國(guó)西門子公司的Profibus 均可連通。 1.3本文研究的內(nèi)容 已知倉(cāng)庫(kù)貨架總高度為12m，間距1.4m, 行走速度：5~240/min。要求：（a） 根據(jù)運(yùn)行空間設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸；（b）設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu)；（c）根據(jù)運(yùn)行速度進(jìn)行整體 穩(wěn)定性的計(jì)算。 具體在堆垛機(jī)設(shè)計(jì)中將做以下工作： 對(duì)堆垛機(jī)的立柱、上下橫梁，按照自重最輕原則，完成其選型和截面參數(shù) 的計(jì)算； （2） 通過(guò)功率、速度等參數(shù)的計(jì)算、完成堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的選型和計(jì)算； （3） 對(duì)堆垛機(jī)的立柱、上下橫梁的強(qiáng)度、立柱軌道疲勞強(qiáng)度、整機(jī)靜強(qiáng)

25、 度、動(dòng)強(qiáng)度、局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性的驗(yàn)算； 2. 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 2. 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 堆垛機(jī)主要由下橫梁、貨叉機(jī)構(gòu)、立柱、上橫梁、平運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、 電護(hù)裝置和電氣控制系組成。堆垛機(jī)主體結(jié)構(gòu)主要由上橫梁、立柱、下橫梁和 控制柜支座組成。上、下橫梁是由鋼板和型鋼焊接成箱形結(jié)構(gòu)，截面性能好， 下橫梁上兩側(cè)的運(yùn)行堆垛機(jī)由行走電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸輪軸孔在落地鏜銑床一次 裝夾加工完成，確保了主、被動(dòng)輪軸線的平行，從而提高了整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)性； 立柱是由方鋼管制作，在方鋼管兩側(cè)一次焊接兩條扃鋼導(dǎo)軌(材質(zhì)16Mn)，導(dǎo) 軌表面進(jìn)行硬化處理，耐磨性好。在焊

26、接中采用了具有特殊裝置的自動(dòng)焊接技 術(shù)，有效克服了整體結(jié)構(gòu)的變形；上橫梁焊于立柱之上，立柱與下橫梁通過(guò)法 蘭定位，用高強(qiáng)度螺栓連接，整個(gè)主體結(jié)構(gòu)具有重量輕、抗扭、抗彎、剛度大、 強(qiáng)度高等特點(diǎn)。 2.2堆垛機(jī)門架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 門架是堆垛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)物，有單柱式和矩形框架式。按支承方式，又可 分為安裝在貨架上的上部支承式和安裝在地面上的下部支承式。不論哪種型式 都帶有伸縮貨叉和人工駕駛室（有時(shí)也沒有）的貨合。升降臺(tái)沿立柱升降，同 時(shí)靠地上和頂上的導(dǎo)軌保持走行穩(wěn)定和支持貨叉伸出進(jìn)行裝卸作業(yè)時(shí)的翻轉(zhuǎn)彎 矩。 在門架上安裝有卷?yè)P(yáng)、走行等機(jī)械裝置，以及配置有電氣控制開關(guān)、控制 裝置

27、、配線等。下部支承式的集中放在門架下部。 由于走行起動(dòng)、停止及加減速時(shí)產(chǎn)生的慣性力，門架在通道的縱向發(fā)生撓 曲，整個(gè)門架成為振動(dòng)體，其柱端的振動(dòng)較大。同樣，在通道的直角方向，立 柱由于貨叉作業(yè)時(shí)的彎矩作用而發(fā)生彎曲，使伸長(zhǎng)著的伸縮叉的前端的撓度增 大。 柱端振動(dòng)：和貨叉前端的撓度一超過(guò)極限，就成為堆垛機(jī)自動(dòng)定位的障礙， 所以門架應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和撓度小的適當(dāng)剛度。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選取雙立柱下部支承式門架進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。 堆垛機(jī)門架設(shè)計(jì)分三個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)： (1) 立柱模塊主要有立柱、導(dǎo)軌和法蘭盤組成，立柱通過(guò)法蘭盤與上橫 梁和下橫梁聯(lián)結(jié)，導(dǎo)軌是載貨臺(tái)沿立柱上下運(yùn)行的軌道，有時(shí)候

28、堆垛機(jī)可以沒 有軌道，載貨臺(tái)直接在立柱上運(yùn)行。立柱一般采用了端面為矩形、中空的結(jié)構(gòu)， 在滿足剛度和強(qiáng)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(jié)構(gòu)如圖 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖2.1 立柱模塊結(jié)構(gòu)圖 (2)上橫梁模塊上橫梁模塊主要有上橫梁、上橫梁導(dǎo)向輪組、上橫梁法蘭 盤和緩沖器等零部件組成，上橫梁模塊結(jié)構(gòu)圖如圖2. 9 所示。 圖2.2 上橫梁模塊圖 上橫梁一般很短，是模塊零件的支撐部件。上橫梁上總共有兩對(duì)導(dǎo)向輪組， 通過(guò)支架固定在上橫梁上，導(dǎo)向輪組夾在天軌兩端，防止小型有軌巷道堆垛機(jī) 傾倒，在每組導(dǎo)向輪中有一個(gè)偏心軸，用來(lái)微調(diào)導(dǎo)向輪之間的

29、間距夾緊天軌。 上橫梁法蘭盤焊接在上橫梁的下端，通過(guò)法蘭盤與立柱模塊聯(lián)結(jié)，主要用高強(qiáng) 度螺栓來(lái)固定。緩沖器固定在上橫梁兩端，當(dāng)小型有軌巷道堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)到巷道 兩端時(shí),緩沖器用來(lái)吸收小型有軌巷道堆垛機(jī)運(yùn)行能量，防止事故的發(fā)生。 (3) 下橫梁模塊下橫梁是模塊零部件的支撐機(jī)構(gòu)，又是堆垛機(jī)的承載構(gòu) 件，因此它要有足夠的強(qiáng)度和剛度。法蘭盤.固定在下橫梁的上部，用來(lái)固定減 速電機(jī)，也是與立柱模塊聯(lián)結(jié)的接口。下橫梁導(dǎo)向輪組通過(guò)支架固定在下橫梁 上，兩組導(dǎo)向輪組夾在地軌兩端，使小型有軌巷道堆垛機(jī)水平運(yùn)行時(shí)，能夠沿 著地軌行走不至于跑偏，起到導(dǎo)向的作用。緩沖器同上橫梁的一樣，主要用來(lái) 吸收堆垛

30、機(jī)運(yùn)行到巷道兩端時(shí)發(fā)生碰撞產(chǎn)生的能量。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖2.3 下橫梁模塊圖 2.3 堆垛機(jī)門架的彎矩和撓度 堆垛機(jī)的矩形門架是超靜定結(jié)構(gòu)。這里按角變位移法解如下： 堆垛機(jī)門架的設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)： Q1—上梁及附件重量 Q 2 —貨臺(tái)、貨物、附件及搭乘人員的總重量 Q 3 —電氣控制盤的重量 Q 4 —卷?yè)P(yáng)裝置的重量 q— 柱的單位長(zhǎng)度的平均重量 作用在門架上的慣性力：H i =（ β /g）Q i 及qh1 β /g ( β :減速度，g =9.8 米/秒2 ) h1~h 4 —下梁中心線分別到Q1 ~ Q 4 的中心高度 l—立柱的中心距

31、I 1—立柱AB、DC 的斷面慣性距 θ —上梁與下梁端部的偏轉(zhuǎn)角 R—因構(gòu)件兩端變位產(chǎn)生的彎距E：縱彈性模量 C—由構(gòu)件的中間載荷在杠端產(chǎn)生的彎距，稱為載荷項(xiàng)。 K 1= I 1/ h 1—立柱的剛度K=I/l— 上下梁的剛度 n=K/ K 1—?jiǎng)偠缺萂—彎距 2.3.1 由于水平載荷產(chǎn)生的彎距 作出作用于框架結(jié)構(gòu)的慣性力圖解： 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 h3 h2 h1 l 2 B 1 C D B l D 1 C 4 h4 h1 圖2.4 作用于框架結(jié)構(gòu)的慣性力圖解 圖2.4 列出角變位移方程： M AB =2EK 1（2?

32、 A +? B -3R ） M BA =2EK 1（2? B +? A -3R ） M BC =2EK 1（2? B +? C ） M CB =2EK 1（2? C +? B ） M CD =2EK 1（2? C +? D -3R ）+C CD M DC =2EK 1（2? D +? C -3R ）-C DC M AD =2EK 1（2? A +? D ） M DA=2EK 1（2? D +? A ） 其中載荷項(xiàng)： C CD =（1/h 2 1）[H 2 h 2 2 (h 1-h 2

33、 ) 2 +H 3 h 3 ( h 1- h 3) 2 ]+q h 2 1 β /12g C DC =（1/h 2 1）[H 2 h 2 2 (h 1-h 2 ) 2 +H 3 h 3 2 ( h 1- h 3 )]+q h 2 1 β /12g 有節(jié)點(diǎn)的彎距平衡方程式： M BA + M BC =0 M AB +M AD =0 M CB + M CD =0 M DA+ M DC =0 由隔離體靜力平衡方程式： 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 M AB +M BA + M CD +M DC +H 1 h 1 +H 2

34、 h 2 + H 3 h 3 + q h 2 1 β /2g=0 ? A + ? B + ? C + ? D =4 R +（n/6EK ）(C DC - C CD -H 1 h 1 -H 2 h 2 - H 3 h 3 -q h 2 1 β /2g) 由上面各式，可先求出? A 、? B 、? C 、? D 、R 再帶入可求出 上下梁內(nèi)力—M AD M AD 、M BC 、M CB ； 、 立柱內(nèi)力—M AB = -M AD 、M BA = - M BC M CD = - M CB 、M DC = -

35、M DA 圖2 列出角變位移方程式： M " AB =2EK 1（2θ " A +θ " B -3R "）-C AB M " BA =2EK 1（2θ " B +θ " A -3R "）+C BA M " BC =2EK(2 θ " B +θ " C ) M " CB =2EK(2 θ " C +θ " B ) M " CD =2EK 1（2θ " C +θ " D -3R "） M " DC =2EK 1（2θ " D +θ " C -3R "） M " AD =2EK(2 θ " A +θ " D ) M " DA =2EK

36、(2 θ " D +θ " A ) 固端彎距（載荷項(xiàng)） C AB =（1/h 2 1）H 4 h 4 (h 1-h 4 ) 2 + q h 2 1 β /12g C BA =（1/h 2 1）H 4 h 4 2 (h 1-h 4 )+ q h 2 1 β /12g C CD =C DC =C BC =C CB =C AD =C DA 有節(jié)點(diǎn)的彎距平衡方程式： M " AB + M " AD =0 M " BA + M " BC =0 M " CB +M " CD =0 M " DC + M " DA =0 有隔離體靜力平衡方程式： 西安工業(yè)大學(xué)畢

37、業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 M " AB + M " BA +M " CD + M " DC + H 4 h 4 +q h 2 1 β /2g θ " A + θ " B + θ " C + θ " D =4R " +(n/6EK)( C AB -C BA - H 4 h 4 -q h 2 1 β /2g)=0 解上面各式，可先求出θ " A 、θ " B 、θ " C 、θ " D 、R "。 再求出上下梁及立柱的內(nèi)力 有水平載荷產(chǎn)生的彎距，可由圖1 圖2 疊加得出： M AB1 = M AB + M " AB M BC1= M BC + M

38、" BC M CD1= M CD + M " CD M DA1 = M DA+ M " DA 又有節(jié)點(diǎn)方程式可得 M AB1 = -M AD1 M BC1= -M BA1 M CD1= -M CB1 M DA1 = -M DC1 門架立柱端部的線變位δ ： δ = δ + δ " =h 1(R +R " ) 2.3.2 由行走車輪的反力產(chǎn)生的彎距 受力分析圖如下： 列出角變位移方程式： D B C a l a A h1 圖2.5 行走輪受力分析圖 M BC 2 =2EK（2 B θ + C θ ） M AB 2 =2EK（2 A θ + B θ

39、 ） 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 M BA2 =2EK（2 B θ + A θ ） M CB2 =2EK（2 C θ + B θ ） M CD 2 =2EK（2 C θ + D θ ） M DC 2 =2EK（2 D θ + C θ ） M AD 2 =2EK（2 A θ + D θ ）+C M DA2 =2EK（2 D θ + A θ ）-C 固端彎距：C=V ?a A θ =n(2+n)C/2EK (n+1)(n+3) B θ = -nc/ 2EK(n+1)(n+3) A θ = - D θ B θ = - C θ M AB 2 =[1/(n+1)(n+3)

40、][(2n+3) ?V ?a ] M BA2 =[1/(n+1)(n+3)](n ?V ? a ) M DA2=[1/(n+1)(n+3)][n(n+2) ?V ?a ] 在此，M AB 2= - M DC 2 M BA2 = - M BC 2 M CB 2 = - M CD 2 M DA 2= - M AD 2 V：走行車輪的反力，按1/2（堆垛機(jī)總重量+載重）求出。 2.3.3 有叉取作業(yè)產(chǎn)生的彎矩 由于貨叉作業(yè)，在門架上及與走行方向成直角的方向增加了彎矩，產(chǎn)生了 擾度。但是，此彎矩相比前兩種相差很大，而且不會(huì)在貨叉伸出的情況下走行， 所以可以認(rèn)為最大彎矩為M1和M 2 合

41、成的彎矩。 2.4 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算校核 2.4.1 框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下： 上下梁（槽鋼200*90*8，I=8360 厘米4 ） 柱（290*7.9 矩形鋼管44 角鋼，I=19014 厘米4 ） l=3m h 1 =20m h 2 =18m h 3 =2m h 4 =1m a=0.5m Q 1 =350kg Q 2 =2300kg Q 3 =400kg Q 4 =400kg q=0.85kg/cm β /g=0.1 H i =0.1Q i 堆垛機(jī)總重量（自重+載重）=2000kg 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 載重增加25%作為試驗(yàn)載荷，為500*（1+25

42、%）=625kg 根據(jù)1.1.3 的討論，關(guān)于載荷的補(bǔ)加系數(shù)，對(duì)堆垛機(jī)的沖擊系數(shù)ψ =1.4，作 業(yè)系數(shù)M*=1.1。則載荷組合為M*（S G +S L +S H ）。 2.4.2 各部分的彎矩 n=K/K 1=Ih 1/I 1l=2.73 固端彎矩：C AB =24.9Nm C BA =28.6 Nm C CD =57.4 Nm C DC =34.5 Nm R=R +R " =0.0018+0.00075=0.00255 走行停止時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)的立柱上端的線變位： δ =1780 0.00255=4.54cm (注：δ 值容許范圍一般在2.5—5cm,符合要求) 由水平載

43、荷產(chǎn)生的各部分的彎矩： M AD1 =M*（M AD +M " AD ）=1.1 （186.5+76.5）=289.4 Nm M BC1= M*(M BC +M " BC )=1.1 (170.7+73.4)=266.1 Nm M CB1 = M*(M CB +M " CB )=1.1 (178.2+73.4)=276.8 Nm M DA1 = M*(M DA +M " DA )=1.1 (176.2+75)=276.3 Nm 由走行輪的反力產(chǎn)生的各部分的彎矩: V=M*(8000-2300-ψ 2300)/2=4906kg 固端彎矩: C=4906

44、45=220. 8Nm 因此:M AB 2 =87.4 Nm M BA2 =28.2 Nm M DA2 =133.4 Nm 最大彎矩:M AB = -289.4+87.4= -201 Nm M BA = -266.1+28.2= -237.9 Nm M BC =266.1-28.2=237.9 Nm M CB =276.8+28.2=305.0 Nm M CD = -276.8-28.2= -305.0 Nm M DC = -276.3-87.4= -363.7 Nm M DA =276.3+133.4=409.7 Nm 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 M AD =2

45、89.4-133.4=156.0 Nm 2.4.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彎曲應(yīng)力 上下梁的斷面系數(shù)Z=498 cm 3 ,柱的斷面系數(shù)Z 1 =789cm 3 則:σ AB = -2560N/cm 2 BA σ = -3010N/cm 2 BC σ =4780 N/cm 2 CB σ =613 N/cm 2 CD σ = -3870 N/cm 2 DC σ = -4610 N/cm 2 DA σ =8230 N/cm 2 AC σ =2870 N/cm 2 隨著堆垛機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng),這些應(yīng)力交變出現(xiàn),在下梁A 和D 點(diǎn)產(chǎn)生最大應(yīng)力振 幅.如用應(yīng)力比法,則K= -2870/8230= -

46、0.35,按切口分類為a,可查出疲勞許用應(yīng)力 為12500 N/cm 2 .故能滿足上述彎曲應(yīng)力條件。 3 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 16 3. 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則和要求 首先，堆垛機(jī)的驅(qū)動(dòng)型式設(shè)計(jì)成“下部支承下部驅(qū)動(dòng)型”，該型式的走行裝 置安裝在下梁上，通過(guò)減速裝置驅(qū)動(dòng)走行輪，走行輪支承堆垛機(jī)的全部重量， 在單軌上走行。 水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的一般設(shè)計(jì)步驟： 1. 確定機(jī)架結(jié)構(gòu)的形式和水平行走機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式； 2. 計(jì)算各傳動(dòng)件的結(jié)構(gòu)尺寸； 3. 確定運(yùn)行機(jī)構(gòu)的具體安裝位置。 對(duì)運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求是： 1. 機(jī)構(gòu)要緊湊，

47、重量要輕，且能滿足要求； 2. 維修檢修方便，機(jī)構(gòu)布置合理。 3.2 水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)具體布置的主要問(wèn)題： 1. 因?yàn)橄聶M梁時(shí)主要的承載部件，機(jī)架的運(yùn)行速度很高，而且在受載之后 向下?lián)锨?，機(jī)構(gòu)零部件的安裝可能不十分準(zhǔn)確，所以如果單從保持機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng) 性能和補(bǔ)償安裝的不準(zhǔn)確性著眼，凡是靠近電動(dòng)機(jī)、減速器和車輪的軸，最好 都用浮動(dòng)軸。 2. 為了減少立柱的扭轉(zhuǎn)載荷，應(yīng)該使機(jī)構(gòu)零件盡量靠近立柱；盡量靠近端 梁，使端梁能直接支撐一部分零部件的重量。 3. 對(duì)于行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)該參考現(xiàn)有的資料，使安裝運(yùn)行機(jī)構(gòu)的平臺(tái)減 小，占用巷道的空間最小，總之考慮到堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造方便。 3.3 機(jī)

48、構(gòu)的布置形式 水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)由電機(jī)、減速機(jī)、車輪組、緩沖器等組成。它的布置形式多 種多樣，但比較合理的驅(qū)動(dòng)形式如圖1 和圖2 所示的兩種。圖1 采用的是一般 臥式減速器。圖2 采用套裝式減速器，與車輪組安裝時(shí)較簡(jiǎn)便，并能使運(yùn)行機(jī) 構(gòu)的總體布置緊湊。綜合考慮后，本次設(shè)計(jì)選用圖2 驅(qū)動(dòng)形式。 圖3.1 采用一般的臥式減速器圖3.2 采用套裝立式減速器 3.4堆垛機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1主動(dòng)行走輪直徑的確定 走行輪有主動(dòng)輪與從動(dòng)輪各1 個(gè)，由于堆垛機(jī)在操作貨叉時(shí)的反作用力會(huì) 對(duì)走行輪產(chǎn)生側(cè)壓，為了防止走行輪由于側(cè)壓脫軌與走行中的爬行現(xiàn)象，需安 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17

49、裝側(cè)面導(dǎo)輪驅(qū)動(dòng)輪的末端齒輪采用輪軸直接連接的驅(qū)動(dòng)方式。 走行輪的允許載重量等各參數(shù)間有下列關(guān)系式： P =KD （B-2r）（kg） 且K= v k 240 + 240 （kg/cm 2 ） 式中，P —允許載重量（kg） D —車輪的踏面直徑（cm） B—鋼軌寬（cm） r—鋼軌頭部的圓角半徑（cm） K—許用應(yīng)力系數(shù)（kg/cm 2 ） v—走行速度（m/min） k—許用應(yīng)力（球墨鑄鐵的許用應(yīng)力為50）（kg/cm 2 ） 首先確定B=6.4cm，r=0.2cm, k=50 kg/cm 2 , v=240m/min 則K= v k 240 + 24

50、0 = 240 240 240 50 + =25（kg/cm 2 ） P =2000/2=1000kg 則代入上式可得：D =6.7cm，則車輪的軸徑為d 3 min =C P /n =11.2mm 取d =50mm,車輪直徑可適當(dāng)取大為D=100mm 軸上的軸承選取代號(hào)為1310，基本尺寸為：d=50mm, D=100mm, B=27mm. 3.4.2運(yùn)行阻力計(jì)算 (1)小型有軌巷道堆垛機(jī)的運(yùn)行時(shí)的靜阻力 小型有軌巷道堆垛機(jī)沿軌道直線運(yùn)行時(shí)，行走輪與軌道之間以及行走輪與 軸承之間，都存在著摩擦阻力，另外軸與輪轂之間也存在著滑動(dòng)摩擦阻力、因 此，為了簡(jiǎn)化討論

51、，假定全部載荷作用在一個(gè)行走輪上。當(dāng)行走輪沿著軌道滾 動(dòng)時(shí)，其受力情況如圖3.2 所示。 圖3.3 摩擦阻力計(jì)算 由彎矩平衡條件得： 即有 考慮其它阻力的附加阻力，乘以一個(gè)系數(shù)K 即 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 式中M---驅(qū)動(dòng)力矩(MPa)； P+G---堆垛機(jī)的額定起重量和自重之和(N)； f---行走輪滾動(dòng)摩擦系數(shù)； D、d---分別為車輪直徑和軸徑(mm)； μ---軸承摩擦系數(shù)。 由表4-10、表4-11、表4-12 分別查得：滾動(dòng)阻力系數(shù)f=0.04cm，軸承摩 擦系數(shù)μ=0.02，附加阻力系數(shù)k=2，代入上式中： 當(dāng)滿載時(shí)的運(yùn)行摩擦阻力：

52、W =20000（0.020.05/0.1+20.0410-2/0.1）2 =720N 當(dāng)小型有軌巷道堆垛機(jī)在室內(nèi)運(yùn)行時(shí)，風(fēng)阻力和軌道斜坡阻力較小，經(jīng)常 忽略不計(jì)；所以小型有軌巷道堆垛機(jī)的靜阻力等于其摩擦阻力。 于是計(jì)算得到滿載時(shí)的運(yùn)行阻力為720N. 3.4.3.行走電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算 有軌巷道堆垛機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)的功率，是根據(jù)堆垛機(jī)滿載穩(wěn)定運(yùn)行 時(shí)的靜阻力進(jìn)行計(jì)算。按照運(yùn)行靜阻力、運(yùn)行速度計(jì)算機(jī)構(gòu)的靜功率。靜功率(kw) 的計(jì)算公式為 式中W---運(yùn)行機(jī)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的靜阻(N)； V---堆垛機(jī)的運(yùn)行速度(m/min)取240m/min 計(jì)算； Z---堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)

53、構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)，一般取Z=1； η---運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的總效率,一般取0.8。 代入有 N= 3.2KW 60000 0.9 720 240 = 查[2]表31-27 選用電動(dòng)機(jī)Y112-M-2；Ne=4KW，n1=2890r/min ，電動(dòng)機(jī)的重量Gd=45kg，電機(jī)軸D=28mm，長(zhǎng)L=400，效率85.5%。 3.4.4電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱校驗(yàn) 等效功率： Nx=K25rNj =0.751.33.2 =3.12KW 式中K25—工作類型系數(shù)，由[1]表8-16 查得當(dāng)JC%=25 時(shí)，K25=0.75 r—由[1]按照起重機(jī)工作場(chǎng)所得tq/tg=0.25，由[1

54、]圖8-37 估得r=1.3 由此可知：Nx

55、5%合適 實(shí)際所需的電動(dòng)機(jī)功率： Nj=NjVdc/ Vdc =3.2249/240=3.3KW 由于N‘ j

56、Mj（Q=0）= η/0 ( 0) i M m Q= = 3.78 0.95 504 =178Nm 初步估算高速軸上聯(lián)軸器的飛輪矩： (GD2)ZL+(GD2)L=0.78 Nm 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 機(jī)構(gòu)總飛輪矩: (GD2)1=(GD2)ZL+(GD2)L+(GD2)d =5.67+0.78=6.45 Nm 滿載起動(dòng)時(shí)間: t q (Q=Q)= 375( ) 1 m Mq Mj n ? ? ?? ? ?? ? ? + + / 2 η 0 2 / 2 ( ) ( ) i Q G D mc GD C

57、= 375(2 82.9 67.7) 2890 ? ?? ? ?? ? + 3.9 3.9 0.9 2 1.15 6.45 20000 0.25 =8.91s 空載啟動(dòng)時(shí)間: t q (Q=0) = 375( ) 1 m Mq Mj n ? ? ?? ? ?? ? ? + + η 2 / 0 2 / 2 ( ) ( ) i Q G D mc GD C = 375(2 82.9 67.7) 2890 ? ?? ? ?? ? + 3.9 3.9 0.95 2 1.15 6.45 200

58、00 0.25 =5.7s 起動(dòng)時(shí)間在允許范圍內(nèi)。 3.4.8 起動(dòng)工況下校核減速器功率 起動(dòng)工況下減速器傳遞的功率: N= / / 60 m p vd dc ? ? η 式中Pd=Pj+Pg=Pj+ ( ) / 60 q Q Q dc t v g Q G = + =720+ 60 8.91 249 10 20000 =7746.2N m/--運(yùn)行機(jī)構(gòu)中,同一級(jí)傳動(dòng)減速器的個(gè)數(shù),m/=1. 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 因此N= 60 0.95 1 720 249 =3.89KW 所以減速器的[N]中

59、級(jí)=4KW>N,故所選減速器功率合適。 3.5 選擇制動(dòng)器 由[1]中所述,取制動(dòng)時(shí)間tz=5s 按空載計(jì)算動(dòng)力矩,令Q=0,得: Mz= ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? + ? + η 2 0 2 1 / 1 ( 2 ) 375 1 i GD mc GD t n M m C z j 式中 /0 / min 2 ( ) i p p D M p m c j ? η = = ( ) 2 12.5 336 1344 0.5 0.95 ? =-19.2Nm Pp

60、=0.002G=200000.002=40N Pmin=G 2 ) 1 2 ( c D κ + μ d = 2 0.5 ) 2 20000 (0.0006 + 0.02 0.14 =720N M=2----制動(dòng)器臺(tái)數(shù).兩套驅(qū)動(dòng)裝置工作 Mz= ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? + ? + 0.95 3.2 2 1.15 0.645 2890 0.5 375 5 19.2 2890 2 1 2 2 =41.2 Nm 現(xiàn)選用YWZ-200/25 的制動(dòng)器，查[1]表18-10 其制動(dòng)力矩M=50 Nm，為 避

61、免打滑，使用時(shí)將其制動(dòng)力矩調(diào)制3.5 Nm 以下。 3.6 選擇聯(lián)軸器 根據(jù)傳動(dòng)方案,每套機(jī)構(gòu)的高速軸和低速軸都采用浮動(dòng)軸. 1.機(jī)構(gòu)高速軸上的計(jì)算扭矩： / js M = I I M n = 110.61.4=154.8 N m 式中MI—連軸器的等效力矩. MI= el ?M 1 ? =255.3=110.6 Nm 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 1 ? —等效系數(shù)取1 ? =2 查[2]表2-7 Mel=9.75* 705 4000 =55.3 Nm 由[2]表33-20 查的:電動(dòng)機(jī)Y160M1-8,軸端為圓柱形,d1=48mm,L=

62、110mm;由 [2]19-5 查得ZLZ-160-12.5-iv 的減速器,高速軸端為d=32mm,l=58mm,故在靠電 機(jī)端從由表[2]選聯(lián)器ZLL2 （浮動(dòng)軸端d=40mm;[MI]=630Nm,(GD2)ZL=0.063Kg m,重量G=12.6Kg） ；在靠近減速器端，由[2]選用兩個(gè)聯(lián)軸器ZLD，在靠近減 速器端浮動(dòng)軸端直徑為d=32mm;[MI]=630 Nm, (GD2)L=0.015Kgm, 重量 G=8.6Kg. 高速軸上轉(zhuǎn)動(dòng)零件的飛輪矩之和為： (GD2)ZL+(GD2)L=0.063+0.015=0.078 Kgm 與原估算的基本相符，故不需要再算。

63、 2.低速軸的計(jì)算扭矩： η ? ? = 0 M M i js js =154.815.750.95=2316.2 Nm 3.7 緩沖器的選擇 小型有軌巷道堆垛機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中控制系統(tǒng)失控時(shí)，就會(huì)和巷道口的機(jī)械 裝置發(fā)生碰撞，為了減小碰撞時(shí)對(duì)堆垛機(jī)造成的危害，在小型有軌巷道堆垛機(jī) 上的下橫梁上分別安裝了緩沖器。緩沖器主要用來(lái)吸收發(fā)生碰撞時(shí)所產(chǎn)生的能 量，緩沖器的緩沖容量T 按式(3.14)計(jì)算： T= g Gv 2 2 0 G—帶載起重機(jī)的重量G=20000N V0—碰撞時(shí)的瞬時(shí)速度，V0=（0.3～0.7）Vdx g—重力加速度取10m/s2 則W 動(dòng)

64、= ( ) 2 10 20000 0.5 4 2 2 2 0 = g Gv =4000 N m 所選緩沖器的緩沖的容量Tn 應(yīng)滿足T n≥T 的計(jì)算公式，查表選擇緩沖器 型號(hào)為：DPZ-160（860 822 46） 4 堆垛機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算 23 4. 堆垛機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算 4.1堆垛機(jī)的穩(wěn)定性分析 由于堆垛機(jī)在啟動(dòng)、加速、制動(dòng)過(guò)程中慣性力的作用，使堆垛機(jī)的立柱在 巷道縱向方向發(fā)生彎曲振動(dòng)，并由材料力學(xué)知識(shí)可知，發(fā)生在立柱頂端的彎曲 撓度最大，這樣導(dǎo)致了堆垛機(jī)在對(duì)高層貨架進(jìn)行存取作業(yè)時(shí)定位精度不高，影 響工作的穩(wěn)定性，而且，這種振動(dòng)是影響精度的主要原

65、因之一，特別是在堆垛 機(jī)速度提高以后，這種振動(dòng)的振幅越大。由實(shí)驗(yàn)可知，運(yùn)行速度及加速度越大， 振幅越大。柱端振幅一旦超過(guò)極限值將發(fā)生存取故障。為此研究堆垛機(jī)高速運(yùn) 行時(shí)立柱在慣性力及其他載荷作用下沿巷道縱向撓度問(wèn)題及振動(dòng)問(wèn)題對(duì)于解決 提升運(yùn)行速度帶來(lái)的問(wèn)題有一定的幫助。 4.2運(yùn)行中立柱撓度的計(jì)算 4.2.1數(shù)學(xué)模型的建立 堆垛機(jī)在靜止、運(yùn)行、制動(dòng)過(guò)程中，其立柱不同程度的受到外力的作用， 導(dǎo)致立柱產(chǎn)生撓度和振動(dòng)。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)表明，靜止時(shí)的靜撓度是一定的， 但是在運(yùn)行過(guò)程中隨著加速度的不同，立柱的撓度也逐漸發(fā)生變化，立柱的變 形與加速度很很大的關(guān)系。此時(shí)定位裝置若安裝在立柱

66、及上、下橫梁上，誤差 將會(huì)增大，定位精度很難得到保證，容易引起事故。所以，堆垛機(jī)在提升速度 時(shí)要充分考慮加速度與撓度的變化關(guān)系。本課題選取的堆垛機(jī)是按照半閉環(huán)進(jìn) 行速度的調(diào)速控制，每條運(yùn)行曲線是根據(jù)實(shí)際情況通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得出的，因此 每條運(yùn)行曲線的速度變化是不同，這樣加速度的變化對(duì)堆垛機(jī)立柱的影響也不 一樣。本小節(jié)通過(guò)對(duì)立柱撓度的分析，得出立柱頂端的變形量，并確定隨著加 速度的提高，對(duì)立柱的影響。 根據(jù)各零件的布置，將堆垛機(jī)簡(jiǎn)化為三維與二維模型，并對(duì)模型進(jìn)行撓度 計(jì)算和振動(dòng)分析。圖4-1、4-2 分別為堆垛機(jī)的三維與二維模型。 圖4-1 堆垛機(jī)三維簡(jiǎn)化圖圖4-2 堆垛機(jī)二維簡(jiǎn)化圖 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 由二維簡(jiǎn)化圖可知，下橫梁為剛性體，