（全套设计打包）堆垛机及控制系统设计（喜欢就下吧）

设计要求为使堆垛机能够准确快速安全自动搬运货物出入库，必须满足以下设计要求具备三维运动功能，即堆垛机沿巷道来回水平运动载货台垂直运动货叉沿货架方向伸缩运动满足定的定位精度，重复定位精度误差不能超过具备安全保护措施在满足强度刚度和可靠性的前提下，尽量减小堆垛机各部的重量，以减小提升功率和行走时的摩擦阻力保护仓库环境，避免货物污染受损。

.研究的发展趋势以品种多数量少频率高供给方式下的物流环境为背景，对于自动化立体仓库的效能提出了越来越高的要求。

早期的堆垛机，在桥式起重机的起重小车上悬挂个门柱，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。

但通常由于立柱高度的限制，桥式堆垛机的作业高度不能太高，而巷道堆垛机沿货架仓库巷道内的轨道运行，使得作业高度提高。

采用货叉伸缩结构，可以使巷道宽度变窄，提高自动化立体仓库的利用率，它适用于各种高度的高层货架仓库，可以实现半自动全自动和远距离高集中控制。

日本大福公司于年在巷道堆垛机主体的高速化上下功夫，开发了模式。

模式是以高效率动作为基础，在高效能化缩短循环时间方面引用的个概念，使巷道堆垛机的高效能化技术得到了大幅度的提升。

.堆垛机所受载荷的简化方法堆垛机的机架有立柱上下梁组成，整机结构高而窄。

堆垛机工作时，将受到载货台货物的铅垂作用，行走制动和加减速的水平惯性力作用以及起吊时的冲击载荷作用些特殊环境下，还要受到风力的作用。

堆垛机每完成个工作循环，以上载荷将重复出现次。

因次，堆垛机所受的是交替变化的载荷。

为了保证堆垛机安全可靠的工作，其钢结构部分的强度与刚度计算是必不可少的。

在此，就堆垛机所受载荷简化的基本方法作说明。

起重重量实际起重重量包括货叉附件重量和额定重量之和，用示。

考虑到货物正常起吊时的动载冲击作用，则设计起重重量式中，称为冲击系数，与堆垛机分类有关见表类类类类表堆垛机分类工作时间载荷长中短轻ⅠⅡ中ⅡⅢ重ⅢⅣ水平载荷堆垛机沿水平方向加减速行走或制动时，其自身质量及起重质量必然会产生与其加速度有关的水平惯性力。

即，式中，称为动载荷系数，由于加速度的不确定性，般用额定速度来确定。

水平行走时风力载荷风力载荷为风压力与受风面积的乘机，即，堆垛机工作时，风压力，非工作状态，风压力，式中，为吊具高度，单位取。

起升冲击载荷在正常情况下，起吊货物的加速度可能很大，这时的冲击载荷很大，设计时应另行考虑。

载荷状态堆垛机工作时，其承载能力是上述各种载荷与自重的不同组合正常工作状态特殊工作状态起升工作状态停止以上各式中，称为作业系数，与堆垛机的分类有关类.类.类.类.第二章堆垛机的整体结构设计方案参考国内外有关堆垛机厂家的分类和型号，结合堆垛机的具体工作环境，本次设计的单立柱有轨巷道式堆垛机主要用于起重量在，起升高度在.米的自动化立体仓库里，采用此设备便于实现仓库的综合机械化自动化。

.堆垛机结构的主要结构组成堆垛机结构主要有三个机构组成，整体结构如图所示图单立柱堆垛机结构图升降机构有电动机制动器减速器卷筒钢丝绳及防落安全装置组成。

升降机构的工作速度般控制在，最高可达，设计时选取.行走机构有电动机联轴器制动器减速器和行走轮组成。

在其顶部设置导向轮沿固定在货架上弦的上轨道导行。

下轨道设置两个行走轮沿敷设在地面上的单轨运行。

为防止堆垛机出现脱轨或侧翻现象，在其车轮两侧装有侧面导向轮。

行走机构的工作速度依据巷道长度和物料出入库频率而定，正常工作速度控制在，最高可达到，设计时选取。

本堆垛机将采用交流变频调速方式。

在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频调速的性能最好，调速范围大，稳定性好，运行效率高。

货叉伸缩机构是堆垛机的取放物料装置，它有上叉中间叉固定叉滚动齿轮等组成。

货叉伸缩机构的工作速度控制在，最高可达，设计时选取。

.单立柱有轨巷道式堆垛机的特点由于使用场合的限制，本单立柱巷道式堆垛机在结构和性能方面具有以下几个特点由于机架采用单立柱结构，整机重量小，结构紧凑，作业时，驾驶员的视野较好，但由于载货台和货物对单立柱的几何力矩作用可能会造成立柱的扭曲和变形，使整机刚性较差。

本堆垛机沿着巷道天地轨运行，其作业具有三个方向动作。

水平行走为方向，能把货物送到任意列垂直升降为方向，能把货物提升到任意层货叉伸缩为方向，能存取货物。

金属结构件除应满足强度和刚度要求外，还要有较高的制造和安装精度。

采用专门的叉取货物的装置，常用多节伸缩货叉或货板机构。

各电气传动机构应同时满足快速平稳和准确的要求。

为保证人生和设备的安全，堆垛机必须配备有硬件及软件的安全保护装置，控制系统应具有系列连锁保护措施。

此外，在电气柜上设置报警系统，当堆垛机出现故障或探测器发现异常情况发出报警。

.堆垛机的机架结构机架是堆垛机的主要承载构件，主要由立柱和上下横梁联接而成。

通常有单柱式和矩形框架式。

按支承方式，又可分为安装在货架上的上部支承式和安装在地面上的下部支承式。

不论哪种型式都带有伸缩货叉和人工驾驶室有时也没有。

立柱上附加导轨，使载货台沿导轨上下升降，同时还能够靠地上和顶上的导轨保持走行稳定和支持货叉伸出进行装卸作业时的翻转弯矩。

在机架上安装有升降走行等机械装置，以及配置有电气控制开关安全保护装置等。

下部支承式的集中放在机架的下部。

由于载货台与货物对单立柱的力矩作用，以及走行时起动制动及加减速产生的水平惯性力的作用，对立柱会产生动静方面的影响。

机架在通道的纵向发生挠曲，整个机架成为振动体，其柱端的振动较大。

同样，在通道的直角方向，立柱由于货叉作业时的弯矩作用而发生弯曲，使伸长的伸缩叉的前端的挠度增大。

当柱端振动和货叉前端的挠度超过极限，就成为堆垛机自动定位的障碍，所以机架应满足足够的强度和刚度要求本次设计中采取立柱下部支承式，采用优质钢材焊接而成牢固结构。

当拼装成型后必须调整立柱的垂直度，以补偿在货架顶部载货时造成立柱的弹性变形。

.堆垛机起升机构的整体设计为了使堆垛机上货物的存取机构做升降运动，需要设计个升降机构，用以满足该功能要求。

起升机构主要包括电动机减速器制动器卷筒柔性件导轨组成。

起升机构的运转是通过减速装置使卷筒转动，使柔性件卷入卷筒，柔性件机通过架立柱顶部的定滑轮与载货台相连，因此柔性件牵引载货台上升，当到达指定的货格位置时，制动器动作，使载货台平稳准确地停住。

柔性件的选取在堆垛机的起升机构里需要靠柔性件来来起吊货物。

目前，起重机常用的柔性件主要有钢丝绳和链条。

钢丝绳与链条相比，其优点在于强度高承载能力大，弹性好，能承受较大的冲击自重较轻工作可靠，在破断以前，外面的钢丝先断裂和松散。

因此容易发现和更换，安全可靠，及少骤然折断成本较低高速运转时工作平稳无噪音等。

综上所述，通过分析比较，设计中确定选用钢丝绳作为起升机构的柔性件。

卷筒的选取为了卷绕和容纳钢丝绳，通过对钢丝绳的收放，需要设置卷筒装置来实现该功能。

在起重机械中，主要采用圆柱形的钢丝绳卷筒。

按钢丝绳在卷筒卷绕层数的不同可有以下两种备选方案。

方案单层卷绕卷筒方案二多层卷绕卷筒方案对比单层卷绕卷筒表面通常切有螺旋形绳槽，钢丝绳依次排列其内，绳槽节距比钢丝绳直径稍大，绳槽半径比钢丝绳半径梢大，这样增了钢丝绳与卷筒的接触面积，防止卷绕过程中相邻钢丝绳间的相互摩擦。

从而可以延长钢丝绳的使用寿命。

但当起升重物量增加，需要较长的钢丝绳时，卷筒的长度和直径都将有所增加。

多层卷绕卷筒虽可以减少卷筒的长度，但由于钢丝绳所受的挤压力大，相互摩擦力大，使钢丝绳的寿命降低。

此外，如果卷筒卷速不变，由于钢丝绳每层卷绕半径不等，钢丝绳的卷绕速度或作用卷筒上的外力矩就随卷绕层数变化，运转起来不平稳。

综上所述，结合堆垛机具体使用场合和性能要求，本设计中选择单层卷绕圆柱形卷绕卷筒。

电动机的选取般工厂里都有交流电网提供三相交流电，其成本低，启动制动调速方便，机械活动范围广，故选取电动机作为起升机构的原动机。

按电动机转子绕组结构不同可有以下两种备选方案。

方案绕线式异步电机方案二鼠笼式异步电机方案对比绕线式异步电机的转子电阻可以调节，因此起动电流不是很大，通常不会超过额定电流的.倍，而且也便于调速。

鼠笼式异步电机的构造简单，操纵方便，价格也较便宜，但起动电流较大，达到额定电流的倍，调速性能差，不能承受较频繁的起动，通常只用在起动不频繁功率较小的工作机构中。

根据具体工作环境，堆垛机的启动负载大，启动制动换向频繁，要求有较高的工作稳定性。

综合以上两种方案的对比，本设计中选用允许有较大振动和冲击，转动惯量小，过载能力大的系列绕线型起重用三相异步电动机。

减速器的选取在电动机和卷筒之间需要设计个传动装置用以传递运动和作用，并藉以改变运动的形式速度大小和转矩的大小。

本设计中采用减速器作为起升机构的传动装置。

传动方式的选择起重机械中常有以下四种备选方案。

方案二级圆柱齿轮减速器方案二蜗轮减速器方案三行星齿轮减速器方案对比二级圆柱齿轮减速器效率高，功率范围大，现已标准化，因而使用范围普遍蜗轮减速器虽然结构尺寸小，传动比较大，重量轻，但效率低，寿命较短，在长期连续使用时就显得不经济，般只用于小型起重机行星齿轮减速器的结构紧凑，传动比也较大，但价格比较昂贵。

综上所述，从产品的成本性能和具体使用场合考虑，本设计中选取二级圆柱齿轮减速器。

输出入轴的配置根据机械设计手册输出入轴有以下四种备选方案。

方案展开式。

特点结构简单，但齿轮相对与轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭矩变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分的相互抵消，以减缓沿齿宽分布不均匀的现象。

用于载荷比较平稳的场合，高速级般做成斜齿，低速级般做成直齿。

结构简单，应用广泛。

方案二分流式特点结构复杂，但由于齿轮相对于轴承对称布置，与展开式相比载荷沿齿宽分布均匀，轴承受载较均匀。

适用于变载荷的场合。

高速级般用斜齿，低速级可用直齿或人字齿。

方案三同轴式特点减速器横向尺寸较小，两对齿轮浸入油中深度大致相同，但轴向尺寸和重量都较大，且中间轴较长，刚度差，沿齿宽载荷分布不均匀，高速轴的承载能力难于充分利用。

方案四同轴分流式特点每对啮合齿轮仅传递全部载荷的半，输入轴和输出轴只承受转矩，中间轴只承受全部载荷的半，故与传递同样功率的其他减速器相比，轴颈尺寸可以缩小。

综上所述，对比四种方案的特点，从堆垛机本身的工作场合考虑，本设计最终确定选用展开式二级圆柱齿轮减速器。

输入输出端的形式输入端采用带专用联轴器的输入轴，输出轴为空心轴，用联轴器与卷筒相连。

润滑方式的选择因为浸油润滑具有结构简单，润滑可靠，成本较低的优点，因此本设计中采用浸油润滑的润滑方式。

制动器的选取堆垛机在工作过程中，为了使存取的重物的升降运动能够停止或者支持重物并使其保持在空中，需要在起升机构中设置个制动器来保证堆垛机工作的安全性和可靠性以及实际工作特点的要求。

般规定，提升装置的制动器的制动转矩应为相当于额定载重量的货物被吊起时的最大转矩值的.倍以上。

通常情况，制动器按其构造形式可有以下三种备选方案。

方案带式制动器方案二块式制动器方案三盘式制动器方案对比带式制动器结构简单紧凑，制动力矩较大，但是制动时轴上产生较大的弯曲载荷，制动带磨损不均匀块式制动器工作可靠，两个对称的瓦块磨损均匀，制动力矩大小与旋转方向无关，制动轮轴不受弯曲作用。

但缺点是制动力矩较小，与带式制动器相比其结构尺寸较大盘式制动器制动平稳，制动轮轴不受弯曲作用，可用较小的轴向压力产生较大的制动力矩，使堆垛机的机构