自動化立體倉庫堆垛機設計開題報告.doc

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燕 山 大 學 本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題名稱：自動化立體倉庫堆垛機設計 學院（系）：里仁學院 年級專業(yè)：08級機電2班 學生姓名：張仕進 指導教師：邊輝 完成日期：2011年3月22日 一、綜述本課題國內外研究動態(tài)，說明選題的依據和意義 隨著科技的進步，社會的發(fā)展，物流技術的應用日益廣泛，以自動化立體倉庫為代表的現代物流技術得到了長足的發(fā)展。 自動化立體倉庫是指在不直接進行人工處理的情況下，自動地完成物品倉儲和取出的系統(tǒng)，它以高層立體貨架為主題，以堆垛機為首的搬運設備為基礎，是集自動控制技術、通信技術、機電技術于一體的高效率，大容量儲存機構。 堆垛機則是隨著立體倉庫出現并發(fā)展起來的專用起重機，是立體倉庫最重要的起重運輸設備，可大大提高空間面積和空間利用率，是自動化倉庫的主要設備，是代表立體倉庫的特征標志。 早起的堆垛機是在橋式起重機基礎上發(fā)展起來，通過在起重車上懸掛一門架，利用貨叉在立柱上運動旋轉運輸貨物，稱為橋式堆垛機。1960年左右在美國出現了巷道式堆垛機，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，或者相反，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，巷道式堆垛機逐漸替代了橋式堆垛機。隨著現代社會計算機技術和微電子技術的日益發(fā)展，堆垛機的結構性能也有了較大的改變，承載能力大幅度加強，自動化性能更加提高，應用更為廣泛。 自動化立體倉庫的使用能夠產生巨大的經濟效益和社會效益。通過高層化貨架儲存，合理的使用了存儲空間，提高了空間利用率，使存儲空間向高空發(fā)展；通過自動化技術，加速了了存儲的處理和運行速度，提高了勞動生產率，降低了工作人員的勞動強度，減少了勞動力；自動化立體倉庫結合計算機的管理，能夠充分保證先進先出的合理作業(yè)，防止物品的腐蝕，老化，使作業(yè)效率明顯提高；結合通過計算機聯(lián)網和控制，能夠準確的對各種存儲物品信息進行管理，有效地提高了倉庫的管理能力和存儲能力，便于清點和盤庫，合理安排庫存，節(jié)約資金；由于自動化的應用，使各種危害人體的有毒，易爆，低溫，黑暗，污染等特殊物品能夠在保證人員安全的情況下得到合理安全的存儲。 美國學者J.A.White將自動化立體倉庫的發(fā)展分為五個階段，人工倉儲階段。機械化倉儲階段、自動化倉儲階段、集成化倉儲階段和智能化倉儲階段。目前隨著現代工業(yè)生產的發(fā)展，柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System）、計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System）和工廠自動化（Factory Automation）在自動化倉庫領域中廣泛的應用，系統(tǒng)柔性化和靈活的傳輸設備是倉儲自動化的趨勢，智能化倉儲雖然還處于初級發(fā)展階段，但它將是未來自動化立體倉庫主要的發(fā)展方向。 現今國內外研究的主要現狀是： 1， 自動化程度不斷提高，PLC技術在立體倉庫中運用的比重不斷增加。普遍性的使用掃描技術，使信息的傳遞速度和準確性得到提高。 2， 大型自動化倉庫不再是發(fā)展方向，為了適應發(fā)展趨勢，規(guī)模小，反應快，用途廣的中小型自動化倉庫得到了發(fā)展，它結合先進的控制技術，應用到分段輸送和按預定路線輸送，保證了高度的柔性和生產率，滿足現代工業(yè)實用性和安全性的要求 3， 堆垛機方面，不斷改進并推出外形優(yōu)化，性能更高的新型設備，通過不斷提高的電子技術，機械技術和控制技術，使堆垛機具有更好的探索能力，更快的速度和更精準的定位。 4， 貨架采用了裝配式結構，高層化，有利于批量生產，降低生產成本，提高精度，便于現場安裝和調試。在高度較大的立體倉庫中，分上下兩層，分別使用巷道式堆垛機進行搬運作業(yè)的方法提高出入庫能力。 5， 通過計算機聯(lián)網技術，實現倉庫與堆垛機等搬運設備，倉庫與倉庫之間的聯(lián)網，有效地對了解堆垛機等的狀態(tài)，合理性的進行物流管理。 6， 隨著計算機技術的不斷提高，人工智能技術專家系統(tǒng)（Expert System）在自動化倉庫的應用日益增多，使自動化立體倉庫更加智能化。 二、研究的基本內容，擬解決的主要問題 本課題的主要任務是在已有研究成果的基礎上對自動化立體倉庫堆垛機進行機械結構的設計和基本電控線路的設計。根據現今的研究成果，巷道式堆垛機按照結構，支撐方式和運行方式進行劃分，因此，選擇設計的堆垛機應從這三方面進行考慮。按照運行方式可分為直線型有軌巷道式堆垛機和曲線型有軌巷道式堆垛機，按支撐方式可以分為懸掛型有軌巷道式堆垛機和地面支撐型有軌巷道式堆垛機。按機械結構劃分可分為雙立柱有軌巷道式堆垛機和單立柱有軌巷道式堆垛機。由于直線型相對于曲線形可以實現高速運行，能夠滿足高頻率出入庫的立體倉庫作業(yè)，結構設計較為簡單，因此在運行方式上選擇直線型；在支撐方式上地面支撐型與懸掛型相比較，需要考慮立柱主要軌道平面內的彎曲強度，但是由于驅動裝置均在下橫梁上，容易保養(yǎng)和維護，因此支撐方式上選擇地面軌道式支撐。在機械結構上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機架。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。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。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。因此在結構上選擇通用性較好的雙立柱堆垛機。因此，要設計的堆垛機基本結構為雙立柱地面支撐型有軌巷道式直線型堆垛機。 為使堆垛機能夠準確、快速、安全、自動搬運貨物出入庫，設計的基本要求為： （1） 具有三維運動功能，堆垛機能夠沿著軌道來回運動，載貨臺垂直升降，貨叉可以沿著貨架方向雙向收縮； （2） 滿足一定的定位精度，重復定位精度誤差不超過10mm； （3） 對堆垛機立柱、上下橫梁，要按照自重的最輕原則，結構要簡單，減輕堆垛機整體重量，以減小提升功率和行走的摩擦阻力； （4） 所設計的堆垛機要具有保護措施，保證堆垛機安全； （5） 保護倉庫環(huán)境，避免貨物受損。 因此在堆垛機機械設計過程中要解決的問題有： （1） 分析堆垛機堆垛的原理和方法，確定堆垛機的設計基本思路； （2） 進行堆垛機各結構的設計和計算； （3） 設計堆垛機的基本電氣系統(tǒng)，識別控制系統(tǒng)； （4） 繪制堆垛機的總裝圖、零件圖和控制電氣原理圖。 三、研究步驟、方法及措施 對于第二節(jié)中提到的問題，在整個畢業(yè)設計過程中進行分析規(guī)劃： 1，收集資料。通過對現今國內外對自動化立體倉庫堆垛機研究入手，收集各種關于堆垛機的資料，重點對同類研究雙立柱有軌巷道式堆垛機的資料論文進行收集、匯總。以研究各類堆垛機的機械結構為主，進行參考。 2，結合所收集的各種資料，對堆垛機進行機械結構的設計和計算，需要考慮具體的堆垛機各部件的剛度、強度、自重等。需要考慮快速啟動、制動還有運行過程中的慣性等。其中需要考慮的結構設計和計算包括：雙立柱的設計計算，行走機構的設計計算，升降機的設計計算，貨叉的設計計算，安全機構的設計計算，軌道的強度計算。設計要滿足堆垛機快速定位快速移動的要求。 3，堆垛機機構設計好后，運用Solidworks2010進行3D實體造型設計。其中包括機立柱、上橫梁、下橫梁、電機減速器、行走車輪，導向輪、驅動鏈輪鏈條、升降鏈輪鏈條、配重塊。保護機構等。并進行運動仿真，修改問題因素。 4，運用Solidworks2010繪制工程圖，零件圖，徒手繪制零件圖，用CAD繪制電氣原理圖，寫設計說明書。 四、研究工作進度 第一周：了解課題，收集資料和參考文獻 第二周：整理資料，完成文獻綜述 第三周：初步確定設計方案，撰寫開題報告 第四周：進行堆垛機初步模擬、仿真，制作PPT 第五周：按結構分解堆垛機，計算各結構設計參數 第六周：通過參數確定步進電動機、軸承等標準件參數 第七周：用solidworks設計并繪制結構的三維圖（機架機構，行走機構） 第八周：用solidworks設計并繪制結構的三維圖（升降機構，貨叉機構，安全機構） 第九周：校核各機構參數，檢測方案 第十周：用solidworks對結構三維圖進行裝配，制作PPT 第十一周：用solidworks對堆垛機進行運動仿真，繪制堆垛機裝配圖（電腦繪制） 第十二周：繪制堆垛機零件圖（電腦繪制） 第十三周：繪制堆垛機零件圖（手繪） 第十四周：設計并繪制堆垛機電氣原理圖，了解有限元分析 第十五周：對升降機構，行走機構等重要機構進行有限元分析 第十六周：編寫畢業(yè)設計說明書 第十七周：制作PPT，準備畢業(yè)答辯 五、主要參考文獻 [1] 李堅.單立柱有軌巷道式堆垛機結構及多體系統(tǒng)動態(tài)仿真分析.重慶.重慶大學.2006 [2] 徐灝，邱宣懷等編。機械設計手冊，第五卷。機械工業(yè)出版社，1992機器人設計圖冊。機械工業(yè)出版社，1992 [3] 陳滌.新堆垛機控制系統(tǒng)設計.北京.北京起重機械研究所.2002 [4] 陳娟 鐘永彥.堆垛機控制系統(tǒng)關鍵技術的研究與實現.廣西.梧州學院學報，2008.12 18 [5] 劉丹.基于自動化立體倉庫堆垛機的運動仿真研究.西安.西安科技大學.2011 [6] 周耀輝.立體倉庫電控系統(tǒng)研究.哈爾濱.哈爾濱工程大學.2006 [7] 陳月婷.自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計與研究.濟南.濟南大學.2008 [8] 馮占營.基于PLC的自動化立體倉庫運行系統(tǒng)設計.山東.山東大學.2008 [9] 尹國明.自動化立體倉庫實驗臺堆垛機結構及控制系統(tǒng)設計研究.山東.山東大學.2006 [10]劉昌祺 董良.自動化立體倉庫的設計.北京.機械工業(yè)出版社.2004 [11] Goetschalckx, M,/Ratliff,H.D.(1990) ,shared storage policies based on the Duration stay of unit loads ,in management science 36.9.s.1120-1132 [12] Kyung Joon Sohn, Hyun Yong Lee ,joonyeob song .development of operating protocol,Vo 1.8,no.1 pp45-52,1995 [13] Lee, M .-k .(1992), A Storage Assignment policy in a Man-on-board automated storage/retrieval system ,journal of production research ,30,10,S.2281-2292. 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