第16卷 第2期2009年4月兰州工业高等专科学校学报
JournalofLanzhouPolytechnicCollegeVol.16,No.2Apr.,2009
文章编号:1009-2269(2009)02-0033-03
巷道式堆垛机货叉的力学模型及研究
孙永吉,邹雪梅,邹雪娟
1
2
2
＊
(1.兰州工业高等专科学校工程训练中心,甘肃兰州 730050;
2.中国石油兰州石化公司,甘肃兰州 730060)
摘要:随着自动化仓储设施的广泛应用,不断要求提高堆垛机的效率.在取存货物的过程中,堆垛机的存取货装置起着重要的作用.对巷道式堆垛机的货叉进行力学分析,得到了堆垛机在极限状态下货叉的变形情况,对货叉结构的优化设计提供了一种参考.关 键 词:巷道式堆垛机;货叉;力学分析中图分类号:TH246
文献标识码:A
本文对巷道式堆垛机的存取货装置建立力学模型并进行静力学分析,得到了堆垛机在极限状态下货叉的变形情况,为货叉结构的优化设计提供一种参考.
0 引言
随着国民经济的发展和科学技术水平的提高,自动化立体仓储设施受到越来越多的重视和欢迎,它的用户几乎遍及了各行各业.自动化立体仓库(AS/RS)是由立体货架、有轨巷道堆垛机、出入库托盘输送机系统、尺寸检测条码阅读系统、通讯系统、自动控制系统、计算机监控系统、计算机管理系统以及其他如电线电缆桥架配电柜、托盘、调节平台、钢结构平台等辅助设备组成的复杂的自动化系统[1].运用一流的集成化物流理念,采用先进的控制、总线、通讯和信息技术,通过以上设备的协调动作,按照用户的需要完成指定货物的自动有序、快速准确、高效的入库出库作业.堆垛机是自动化立体仓库最重要的搬运设备,是实现物资流动的载体,它在高层货架巷道往返运行,将货物存入或取出,从而实现物资的流动.用户对设备的性能尤其对实现货物存取的堆垛机的性能提出了越来越高的要求,包括高速、运行稳定性、长寿命和低噪声等.存取货装置是巷道式堆垛机重要组成部分,对准确定位,平稳存取货起着重要的作用.
＊收稿日期:2008-12-02
-1 堆垛机货叉的结构
1.1 存取货装置的分类[4]
现在国内外自动化立体仓库堆垛机所用的存取货装置主要有:1)电磁或真空吸盘存取装置;2)机械抓取式存取装置;3)旋转抓取装置;4)伸缩货叉存取装置.其中,伸缩货叉式应用最为普遍.下面主要对伸缩式货叉进行分析.1.2 货叉的结构
堆垛机货叉一般采用3级直线差动机构,这种结构形式的货叉由动力驱动和上、中、底3叉以及导向部分构成
[2]
,底叉固定在载货台上,中叉可
在齿轮齿条的驱动下,相对于底叉向两侧伸出一定距离,上叉在安装于中叉上的增速机构的带动下相对中叉向外伸出更长的距离,实现向货位内存取货物.这种机构的特点是上叉相对于中叉伸出的距离为伸出行程的2/3,而中叉相对于下叉伸出的距离为伸出行程的1/3,上叉与中叉之间、中
34 兰州工业高等专科学校学报 第16卷
叉与下叉之间均有合适的导向接触长度,保证3层货叉伸出时的相对刚度要求.图1为当堆垛机货叉上叉运行到最大距离时载荷简图,其中底叉固定在载货台上,中叉运行到货叉行程的1/3距离,此时有2个导向轮支承,上叉相对于中叉运行货叉行程的2/3,也有2个导向轮支承,与中叉相连.
Z1=
∫
a+b
θ1dx=θ0x-
∫
a+b
dx2.
EI1
(3)
所以,当x=a+b时,
Bθ1=-,
7EI1(a+b)Z1=-B(c+d+e+f).
6EI1(a+b)
2.2 中间叉的力学分析
[3]
2 堆垛机货叉的力学分析
中间叉在货叉机构的中间层,动力源通过齿轮齿条机构直接驱动中间叉伸缩运动,其受力图如图3所示.
货叉是堆垛机存、取货的关键部件,它在工作时前叉要伸入货架中,所以,在设计货叉时,应使前叉的厚度尽量薄,同时,叉前端的挠度应控制在最小为设计目标.将货叉分解为固定叉、中间叉和前叉分别进行考虑,货叉的载荷简图如图2所示
.
(a)BC段的受力简图
1底叉 2中叉 3上叉
图1 货叉的载荷简图(b)BC段为刚性的受力简图
2.1 固定叉的力学分析
固定叉在货叉机构的最底层,和载货台架固联,在货叉伸缩运行中它固定不动,其受力图如图2所示
.
图3 中间叉的受力简图
BC段的弯矩方程为
M(xx,0≤x≤b.
b转角方程为
θ2=θ0-挠度方程为
Z2=
b
dx.EI2
b0
b0
∫
b
θ2dx=θ0x-0
∫2
dx.EI2
图2 固定叉的受力图
所以,当x=b时C处转角和最右端的挠度为
(1)
θ2=-,
3EI2
Z2=-(c+d+e+f).3EI2将BC段作为刚性,C点作为固定端考虑,D和E点产生的支反力如图3(b)所示.
(2)
CD段的弯矩方程为M(x)=
(x-d)+x,当a≤x≤a+b时,弯矩方程:
BM(x)=-FB(x-a).
a+b
C处的转角
θ1=θ0-
x
dx=θ0-EI1
B22
+(x-a)).2EI1a+b
第2期 孙永吉等:巷道式堆垛机货叉的力学模型及研究 35
d≤x≤(d+c).
当x=c+d时,E处的挠度为
33
Z3=-(e+d)(c+d)-ec].6EI2dC处的转角方程为θ3=
Z5=
∫
θ3dx=θ0x-0
d
∫0
dd
dx2.
EI3
当x-d时,E处的转角和最右端的挠度为,Z5=(θ4=e+f).6EI36EI3
∫
c+d
dx.EI2
3 结语
在堆垛机货叉设计时,要充分考虑在载货台和立柱为刚性时条件下,进行伸缩货叉工作的总挠度计算.通过上述计算,伸缩货叉的总挠度为:
Z=Z1+Z2+Z3+Z4+Z5.
在设计货叉时,总挠度应控制在5～10㎜范围内[5],以保证堆垛机在存取货物过程中货叉能够准确定位,安全平稳完成任务.参考文献:
[1] [日]吉国宏.自动化仓库堆垛机设计[M].北京:人
民铁道出版社,1979.
[2] [苏]IA.A.斯麦霍夫.自动化仓库[M].北京:机械
工业出版社,1984.
[3] 苏翼林.材料力学[M].北京:高等教育出版社,
1987.
[4] 王金诺.起重运输机金属结构[M].北京:中国铁道
出版社,2002.
[5] 维 信.机械最优化设计[M].北京:清华大学出版
社,1994.
当x=c+d时,最右端的挠度为Z4=θ3(e+f)=
2
-[(e+d)(c+d)-ec2](e+f).2EI2d
2.3 上叉的力学分析
上叉在货物的作用下,在D处和E处产生支反力,上叉板受力图如图4所示
.
图4 上叉受力简图
DE段的弯矩方程为
M(x)=x,0≤x≤d.
d转角方程为
θ4=θ0-
d
dx.
EI3
挠度方程为
TheMechanicalModelandResearchofTunnel-stackerGoodsFork
SUNYong-ji,ZOUXue-mei,ZOUXue-juan
2.LanzhouPetrochemicalCompanyofPetrochina,Lanzhou730060,China)
1
2
2
(1.TheEngineeringTrainingCenterofLanzhouPolytechnicCollege,Lanzhou730050,China;
Abstract:Withthewideuseofautomatedstoragefacilities,theefficiencyofthestackerneedstobeim-provedmoreandmore.Thestackerdevicesplayanimportantroleintheprocessofgoodsstorageandtaking.Thispapergivesthemechanicalanalysisofthetunnel-typecargostackerfork,thelimitofde-formationforstackerinastateofgoodscross,whichprovidesreferencefortheoptimizeddesignofgoodsforkstructure.
Keywords:tunnel-stacker;goodsfork;mechanicalanalysis