毕业设计外文摘要
目 次
1 绪 论 .................................................. 1
1.1有巷轨道堆垛机的发展 ..................................................................................................... 1
1.2有轨巷道堆垛机的类型 ..................................................................................................... 1
1.3有轨巷道堆垛机的发展现状及特点 ............................................................................. 3 2 有巷轨道堆垛机总体方案的确定 ............................... 5
2.1有轨巷道堆垛机功能分析 ................................................................................................ 5
2.2.立柱模块的设计 .................................................................................................................. 7
2.3行走机构模块 ........................................................................................................................ 8
2.4起升机构模块 ........................................................................................................................ 9
2.5载货台模块 ............................................................................................................................ 9
2.6载货台断绳保护装置 ....................................................................................................... 10
2.7货叉机构模块 ...................................................................................................................... 13 3 有轨巷道堆垛机基型产品设计 ................................ 14
3.1立柱模块设计 ...................................................................................................................... 14
3.2行走机构模块 ...................................................................................................................... 18
3.3起升装置的选择计算 ....................................................................................................... 21
3.4货叉机构模块设计 ............................................................................................................ 23 结 论 ................................................... 30 参 考 文 献 .............................................. 31 致 谢 ................................................... 33
1 绪论
1.1有巷轨道堆垛机的发展
有轨巷道堆垛机是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机， 通常简称为堆垛机。巷道堆垛机是立体仓库中最重要的起重运输设备，是代表立体仓库特征的标志。其主要用途是在高层货架仓库的巷道内沿轨道运行，将位于巷道口的货物存人货格或者取出货格内的货物运送到巷道口完成出入库作业[1]。
50年代初，美国首先出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库；50年代末60年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库；1963年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的立体仓库。此后，自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展，并形成了专门的学科。在20世纪70年代初期，我国开始研究采用有轨巷道式堆垛机的立体仓库。1980年我国第一座自动化立体仓库在北京汽车制造厂投产，从此自动化立体仓库在我国得到了迅速发展[2]。
早期的堆垛机是在桥式起重机的起重小车上悬挂一个门架，利用货叉在立柱上的上下运动及立柱的旋转运动来搬运货物，通常称之为桥式堆垛机[3]。1960年左右在美国出现了巷道堆垛机，这种堆垛机是在地面的导轨上行走，利用货架上部的导轨防止倾倒，或者在上部导轨上行走，利用地面导轨防止倾倒。
随着立体仓库的发展，巷道堆垛机逐渐替代了桥式堆垛机。日本从1967年开始安装高度为25m高度的堆垛机。随着计算机控制技术和自动化立体仓库的发展，堆垛机的应用越来越广泛，技术性能越来越好，高度也在不断增加，到1970年实现了由货架支承的高度为40m的堆垛机。堆垛机的运行速度也不断提高，目前堆垛机水平运行速度最高达2OOm/min(小载重量的堆垛机己达300m/min)，起升速度高达120m/min货叉伸缩速度达50m/min[4]。
1.2有轨巷道堆垛机的类型
按现行机械行业标准，有轨巷道堆垛机分类方式多种多样，如按支承方式、用途、控制方式、结构、运行轨迹等分类。在目前立体仓库应用中，堆垛机最常见的是按结构形式和运行轨迹分类。
(1)按结构形式，分为双立柱有轨巷道堆垛机和单立柱有轨巷道堆垛机
①双立柱有轨巷道堆垛机
双立柱有轨巷道堆垛机由两根立柱、上横梁、下横梁和带货叉的载货台组成，立柱、上横梁和下横梁组成一个长方形的框架，一般称为机架。立柱形式有方管和圆管两种，方管可兼作起升导轨，圆管需要附加起升导轨。这种堆垛机的最大优点就是强度和刚性都比较好，能快速起、制动，并且运行平稳。一般用在起升高度较高、起重量较大和水平运行速度较高的立体仓库中，其缺点是自重较大。双立柱堆垛机的起升机构，普遍采用链条传动，由电机减速机驱动链轮转动，通过链条牵引载货台沿立柱或起升导轨作升降运动。
其结构如图1.1所示。
图1.1双立柱有轨巷道堆垛机
②单立柱有轨巷道堆垛机
单立柱有轨巷道堆垛机的机架由一根立柱、下横梁和上横梁组成。立柱多采用型钢或焊接制作，立柱上附加导轨，整机重量较轻，消耗材料少，因此制造成本相对较低，但刚性稍差。由于载货台和货物对立柱有偏心作用，以及行走、制动时产生的水平惯性力作用，使单立柱有轨巷道堆垛机在使用上有较大的局限性，不适于起重量大和水平运行速度高的堆垛机。单立柱堆垛机的起升结构，普遍采用钢丝绳传动，由电机减速机驱动卷筒转动，通过钢丝绳牵引载货台沿立柱或起升导轨作升降运动。对于钢丝绳传动，传动和布置相对容易，但定位准确性稍差。
其结构如图1.2所示。
图1.2单立柱有轨巷道堆垛机
(2)按运行轨迹形式不同，分为直线运行型堆垛机和曲线运行型堆垛机
堆垛机水平驱动装置一般安装在堆垛机下横梁上，通过电机减速机驱动车轮转动，使堆垛机沿水平方向运行，此种地面驱动方式使用最为普遍。一般用两个承重车轮，沿铺设在地面上的轨道（通常叫地轨）运行。通过下部两组水平轮沿轨道运行导向，在堆垛机顶部两组导向轮沿上轨道（通常叫天轨）运行辅助导向。
①直线运行型堆垛机
直线运行型堆垛机只能在巷道内直线轨道上运行，不能自行转换巷道，只能通过其他输送设备转换巷道。直线运行型堆垛机可以实现高速运行，能够满足出入库频率较高的立体仓库作业，应用最为广泛。
②曲线运行型堆垛机
曲线运行型堆垛机行走轮与下横梁是通过垂直轴铰接的，能够在环形或其他曲线轨道上运行，不通过其他输送设备便可以从一个巷道自行转移到另一个巷道。此种堆垛机通常叫做转轨堆垛机。曲线运行型堆垛机在使用上有局限性，只适用于出入库频率较低的立体仓库。因为不但场地要受到转弯半径的限制，而且转弯时速度特别慢，不能满足出人库频率高的立体仓库作业。
1.3有轨巷道堆垛机的发展现状及特点
随着经济全球化步伐的日益加快和信息技术的快速发展，传统行业和消费方式正发生着深刻的变化，物流在经济活动中的作用越来越受到企业的重视，物流人才的需求也在日益增长。目前，物流人才已经被列为我国12大类紧缺人才之
一，有报道称“物流人才的需求已超过600万”[5]。
物流实验室的建设正是要搭建一座理论与实践的桥梁，目前，我国许多高校已经建立了物流实验室，据不完全统计，已经有160多所高校建立了自己的物流实验室。物流实验室为学生提供实训平台，深化学生对现代物流理论的理解，提高学生的操作能力,内融机械、电气、电子及计算机等技术于一体的综合技术，在这种技术中，不同领域和层次的知识与能力融会在一起。
随着面向高校和科研的物流实验室的纷纷建立，作为现代物流实验室的核心搬运设备---小型有轨巷道堆垛机得到了广泛的应用。目前国内许多公司开始生产各种系列的小型有轨巷道堆垛机。
例如北京络捷斯特科技发展有限公司，生产的小型有轨巷道堆垛机可容纳托盘尺寸460×460mm，可承载重量15kg，定位精度为1mm。这种小型有轨巷道堆垛机目前已经在清华大学、南开大学等30多所高校的实验室中广泛应用。深圳市飞鸿科技有限公司生产的小型堆垛机额定载重量为15kg，采用PLC控制方式，也在高校中得到了广泛应用。另外，国内还有其它一些公司进行小型有轨巷道堆垛机的生产设计。
与工业级用的大型有轨巷道堆垛机相比，小型有轨巷道堆垛机在构造上有其自身的特点：
(1)机架采用轻质焊接钢管和薄壁折弯件组成，导向轮和货叉等零件也较多采用工程塑料、尼龙和铝合金等轻型材料，整机质量轻，运动惯性小。
(2)由于起升高度低，承载能力小，机上的安全装置比较简单，外型比较简洁。
(3)由于起升高度低，一般不采用卷扬式起升机构，而是使用链条或钢丝绳牵引式起升机构。行走轮和驱动减速电机之间多采用挠性传动，方便驱动电机布置，减少机身宽度，以适应狭窄巷道。
(4)伸缩货叉一般采用三层式板叉，钢丝滑轮直线差动传动机构，步进电机或微型交流减速电机驱动。
2 有巷轨道堆垛机总体方案的确定
2.1有轨巷道堆垛机功能分析
有轨巷道堆垛机基本功能是在控制系统或人工控制下，按照指令完成对货架内及站台货物的存取和输送。主要动作描述：
有轨巷道堆垛机在货架巷道内运动，可以分解为沿货架巷道的水平方向的行走运动、沿有轨巷道堆垛机立柱或立柱导轨的垂直起升运动和对出入库站台的货物的存取运动。机械结构可以简单叙述为：在堆垛机的顶部和底部上分别装有一组或两组导向轮，夹持着天轨和地轨(天轨安装于货架上，地轨安装在地面上)，行走电机驱动与地轨接触的行走轮，在天轨和地轨的约束下，堆垛机在巷道内水平行走；系着钢丝绳或链条的载货台，在起升电机的驱动下拉动载货台使其沿立柱或者立柱两侧的导轨完成升降运动；货叉电机驱动一个行程倍增机构，使上叉完成左右存、取货物运动。三种运动分别在控制系统协调控制下，完成货物的出、人库工作。
为完成有轨巷道堆垛机运动的基本功能，设备必须具备三个方向的驱动和传动功能，需要对设备运行进行有效的控制，有轨巷道堆垛机除了完成货物的存取外，设备安全也是其功能中的重要组成部分。
一般把有轨巷道堆垛机水平运行的方向称为X方向，起升运行的方向称为Y方向，货叉运行的方向称为Z方向。有轨巷道堆垛机沿X、Y和Z三个方向的直线运动完成货物的搬运是有轨巷道堆垛机的基本功能。
有轨巷道堆垛机总功能可分解为沿X方向的运动的分功能、沿Y方向的运动的分功能和沿Z方向的运动分功能，如图2.1所示：
图2.1有轨巷道堆垛机总功能
沿X方向的水平运动的分功能主要由有轨巷道堆垛机的行走机构来完成，行走机构主要有电机、主动行走轮、被动行走轮、行走轮轴、轴承等主要零部件组
成。电动机装在主动行走轮上，驱动有轨巷道堆垛机在地轨上运行，当电机电源切断时，电动机能够自动制动，使有轨巷道堆垛机停止在立体库的巷道中。
沿Y方向的起升运动的分功能主要由起升机构来实现。起升机构主要有起升电机、卷筒、钢丝绳等零部件组成。钢丝绳与载货台相连接，与上横梁的链轮组成封闭结构。当电动机通过钢丝绳传动带动载货台在立柱的导轨上进行上下运动。
沿Z方向伸缩的运动分功能主要由货叉机构来完成货物的存取，货叉主要由电动机、下叉、中叉、上叉、链传动机构及齿轮齿条传动组等零部件组成[6]。
有轨巷道堆垛机三个方向运动的实现都是在控制系统的控制下实现的。 因此，根据上面的对有轨巷道堆垛机进行功能分析及功能分解，可以得出有轨巷道堆垛机的功能模块，如图2.2所示：
图2.2 有轨巷道堆垛机功能模块
另外，为保证机器及人员的安全，应有一些辅助安全保护功能：
运动防护功能是有轨巷道堆垛机机械结构中重要的安全功能，该功能部件由安装于地轨终端的机械缓冲装置构成。该功能部件保护有轨巷道堆垛机在控制失去作用的条件下，将有轨巷道堆垛机运行的动能吸收，避免有轨巷道堆垛机发生冲出轨道等恶性事故，终端防护缓冲堆垛机质量和运行速度有关，需要按照标装置结构设计与有轨巷道准选择。
载货台断绳保护，当堆垛起重机载货台的起吊装置失控、载货台产生加速度下坠时，应有保护装置对载货台施加制动力，确保机构、货物及工作人员的安全。
系统总体方案示意图如下：
图2.3堆垛机总体方案示意图
1．货物 2．货叉伸缩机构 3．载货台 4．司机室5．立柱
6．下横梁7．水平运行机构 8．起升机构 9．钢丝绳
10．升降导轨11．顶部滑轮 12．上部导轮
2.2.立柱模块的设计
立柱模块主要有立柱、导轨和法兰盘组成，立柱通过法兰盘与下横梁联结，导轨是载货台沿立柱上下运行的轨道。立柱采用热轧H型钢和钢板焊接而成，在满足刚度和强度的情况下使得重量减轻，节省了材料，而且外形美观。
立柱模块结构如图2.4所示：