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摘 要
經(jīng)過(guò)短短幾十年的發(fā)展，堆垛機(jī)就變成了當(dāng)今物流系統(tǒng)中的高層貨架倉(cāng)庫(kù)的主要裝卸設(shè)備，它可以使用全自動(dòng)化控制系統(tǒng)，作業(yè)環(huán)境即便很惡劣也不受影響。堆垛機(jī)是一種工作效率高，保證準(zhǔn)確性，半自動(dòng)化甚至全自動(dòng)化的倉(cāng)庫(kù)存取貨物電氣設(shè)備。由于它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它可以在三維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，能夠到達(dá)更廣的范圍，充分利用倉(cāng)庫(kù)空間。
在生產(chǎn)成本難降低、生產(chǎn)效率難提高的窘迫形勢(shì)下，公司管理層發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)物流對(duì)盈利的重要性。生產(chǎn)物流是從原材料開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一道道加工工序，然后形成半成品或成品，存庫(kù)或運(yùn)送到客戶的手中的過(guò)程。當(dāng)然，這個(gè)過(guò)程中貨物需要儲(chǔ)存。作為物流重要“核心零件”，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)不僅僅準(zhǔn)確存取貨物，存取方便，加快在生產(chǎn)和倉(cāng)庫(kù)間的貨物周轉(zhuǎn)，而且能極大地提高儲(chǔ)藏容量，科學(xué)管理，足夠滿足現(xiàn)代公司商品流通的要求。存取貨物過(guò)程自然少不了運(yùn)輸車(chē)，而堆垛機(jī)作為其中最常見(jiàn)的運(yùn)輸車(chē)，能快速儲(chǔ)藏貨物，并存檔，以便準(zhǔn)確取出。當(dāng)下，國(guó)內(nèi)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)盡管和發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定差距，但正追趕國(guó)際頂級(jí)水平，也許不日齊平甚至超越。
本設(shè)計(jì)論文主要詳細(xì)地講訴了單立柱型有軌巷道堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中主要論訴了機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，起升機(jī)構(gòu)、貨叉伸縮機(jī)構(gòu)及行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算。在設(shè)計(jì)時(shí)，從經(jīng)濟(jì)和結(jié)構(gòu)方面考慮，在比較單雙立柱堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)方案后選取單立柱方案。根據(jù)要求選用單立柱機(jī)架，并設(shè)計(jì)出了具體結(jié)構(gòu)形狀，給出相應(yīng)的參數(shù)及制造材料。根據(jù)三種機(jī)構(gòu)受力大小不同，各需要的工作功率不同，選用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)不一樣。根據(jù)減速比和轉(zhuǎn)矩不同，起升機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)對(duì)減速器的選用各異。同樣，制動(dòng)器、鏈輪及鏈條、V帶及帶輪等都是根據(jù)相應(yīng)設(shè)計(jì)要求有不同選擇。不管怎樣，在初步選用類型后，都進(jìn)行了必要的相應(yīng)校核，以保證設(shè)計(jì)合理性和可行性。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所用軟件主要有二維軟件CAD和CAXA。
關(guān)鍵詞：物流；自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)；單立柱堆垛機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；計(jì)算校核。
Abstract
After a few decades of development, the stacker becomes today's logistics system in the main high-bay warehouse handling equipment, it can use a fully automated control system, even very harsh operating environment will not be affected.Stacker is a high efficiency and ensure accuracy, semi-automated or fully automated warehouse access to the goods electrical equipment.Because of its structural features, it can be in the three-dimensional movement, to reach a wider range of full use of warehouse space.
Decrease in production costs is difficult, difficult to improve the productivity of the distress situation, the management company found that the importance of production logistics to earnings.Production logistics from raw material, through a channel processing, then the formation of semi-finished or finished goods, warehousing or transport to the customer's hands in the process.Of course, this process needs to store the goods.As a logistics important "core parts" automated warehouse is not only accurate access to goods, to facilitate access, speed up production and warehouse between the goods turnover, but also can greatly increase the storage capacity, scientific management, modern enough to meet the company's commodity circulation Claim.Access to goods process natural and ultimately trucks, stackers and as one of the most common vehicles, goods can quickly store and archive for accurate removal.The moment, despite the domestic warehouse automation technology still lags far behind developed countries, but it is to catch up with the top international level, perhaps even beyond the few days flush.
The design paper detail, a single column v type rail retrieval machine structure design, mainly on the complaint of the structural design of the rack, from the structural design and calculation of lifting mechanism, the telescopic fork agencies and travel agencies.At design time, from economic and structural considerations, in comparison odd and even column stacker select single column structure of the program plan.Selected according to requirements single-post racks, and design a specific structural shapes, gives the corresponding parameters and manufacturing materials.Depending on the size of the force three kinds of institutions, each require different operating power, the choice is not the same type of motor.Depending on the reduction ratio and rotational speed, from the selection of different lifting mechanism and running gear of the gear unit.Similarly, brakes, sprockets and chains, V belt and pulleys are all designed according to the respective requirements of different options.Anyway, after the initial selection of the type, we have carried out the necessary corresponding check to ensure that the design is reasonable and feasible.This graduation design software is mainly two-dimensional CAD software and CAXA.
Keywords: logistics; automated warehouse; single-column stacker; structural design; calculation check.
目 錄
引 言 1
1概 述 1
1.1物流的發(fā)展 1
1.2物流與自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) 1
1.3自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的分類 2
1.4堆垛機(jī) 2
2堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)方案的比較和確定 3
2.1 單、雙立柱巷道堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)方案對(duì)比 3
2.2 單立柱堆垛機(jī)結(jié)構(gòu) 4
2.3單立柱有軌巷道式堆垛機(jī)的特點(diǎn) 6
3 單立柱堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
3.1 堆垛機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
3.2 堆垛機(jī)的載貨臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
3.3 堆垛機(jī)伸縮貨叉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8
3.4貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的工作原理 8
3.5 堆垛機(jī)起升機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì) 9
3.5.1 柔性件的選取 9
3.5.2 卷筒的選取 10
3.5.3電動(dòng)機(jī)的選取 11
3.5.4 減速器的選取 12
3.5.5 制動(dòng)器的選取 13
3.6 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì) 14
3.6.1 驅(qū)動(dòng)方式的選取 14
3.6.2 行走輪的的設(shè)計(jì) 14
3.6.3 電動(dòng)機(jī)、減速器及制動(dòng)器的選取 15
3.6.4 軌道的設(shè)計(jì)與安裝 15
4堆垛機(jī)伸縮貨叉機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 16
4.1伸縮貨叉的撓度與強(qiáng)度 16
4.2固定叉的撓度及轉(zhuǎn)角計(jì)算 16
4.3中叉的受力分析計(jì)算 17
4.4上叉的設(shè)計(jì)分析計(jì)算 19
4.5貨叉各參數(shù)的選擇 20
4.6軸承的選取校核 20
4.7鏈輪及鏈條的選取校核 21
5升降機(jī)構(gòu)零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 23
5.1 鋼絲繩及滑輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 23
5.2 卷筒的設(shè)計(jì)計(jì)算 24
5.3 電動(dòng)機(jī)及減速比的確定 25
6堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 27
6.1電動(dòng)機(jī)及減速器的選取 27
6.2 行走輪的設(shè)計(jì)及減速器計(jì)算 27
6.3 V帶輪和V帶的設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇 28
小 結(jié) 31
謝 詞 32
參考文獻(xiàn) 33
附 錄 34
第 36 頁(yè) 共 43 頁(yè)
引 言
自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)以巷道堆垛起得機(jī)為主、并?結(jié)合入出庫(kù)周邊設(shè)備來(lái)進(jìn)行作業(yè)的一種倉(cāng)庫(kù)。自動(dòng)貨立體具有存儲(chǔ)量大?存儲(chǔ)效率高、空間利用率高、自動(dòng)化和信息化水平高等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越得?到人們的廣泛認(rèn)同和普遍使用。我國(guó)在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)這方面起步較慢，但是發(fā)展速度很快，目前與歐美西方先進(jìn)國(guó)家水平日益接近，很多企業(yè)也認(rèn)識(shí)到自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)對(duì)企業(yè)的生存的重要性，利用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的計(jì)算機(jī)功能能夠獲取市場(chǎng)的第一信息，對(duì)企業(yè)的決策起到舉足輕重的重用[1]。
1概 述
隨著世界經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)以及經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢(shì)的加強(qiáng)，各國(guó)面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在這種大形勢(shì)之下，現(xiàn)代物流作為工業(yè)化進(jìn)程中最為經(jīng)濟(jì)合理的綜合服務(wù)模式和管理技術(shù)已被越來(lái)越多的企業(yè)所重視。隨著全球物流事業(yè)的快速發(fā)展，物流系統(tǒng)的進(jìn)一步改善和合理性對(duì)優(yōu)化資源配置、提高企業(yè)生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本起著至關(guān)重要的作用。因此，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)也越來(lái)越受到青睞。其核心設(shè)備—巷道堆垛起重機(jī)則是代表自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的標(biāo)志，對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的出入庫(kù)效率有重要影響。本文從堆垛機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)入手，著重就堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行初步的研究[1]。
1.1物流的發(fā)展
20世紀(jì)，或許更早時(shí)候，物流就默默無(wú)聞地出現(xiàn)在人們生活中。直到19世紀(jì)中期，隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們才漸漸意識(shí)到“新物種”--物流潛藏著巨大商機(jī)。特別是企業(yè)高層更關(guān)注物流領(lǐng)域。生產(chǎn)物流是一個(gè)極具綜合性的系統(tǒng)，有機(jī)地糅合機(jī)電一體化、計(jì)算機(jī)、微電子及管理學(xué)等技術(shù)成為一門(mén)新技術(shù)。物流的核心工作是儲(chǔ)存和運(yùn)輸物資。為了服務(wù)這一核心工作，物資的管理、包裝及檢驗(yàn)應(yīng)運(yùn)而生。此外，還要按物資種類、質(zhì)量及數(shù)量，準(zhǔn)確的以最低成本送到目的的，及時(shí)完成物資信息更正和傳送，以及物資的回收等多個(gè)步驟?？偠灾锪魇侵肝镔Y實(shí)體的實(shí)際流動(dòng)過(guò)程，是為服務(wù)客戶而生。
1.2物流與自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)
生產(chǎn)物流是指從原材料開(kāi)始，經(jīng)過(guò)基本一道道制造加工工序，然形成具有一定價(jià)值的半成品或成品，并將其運(yùn)送倉(cāng)庫(kù)或客戶的過(guò)程。物流對(duì)人們的貢獻(xiàn)不僅僅在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中體現(xiàn)，在日生生活中我們更是經(jīng)常用到。在現(xiàn)代物流中，高層貨架倉(cāng)庫(kù)（即自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)）充當(dāng)中流砥柱的作用，由以前以人力為勞動(dòng)力，輸送車(chē)和叉車(chē)為設(shè)備的普通平庫(kù)發(fā)展變化成高度機(jī)械化、半自動(dòng)化甚至完全自動(dòng)化的高層倉(cāng)庫(kù)?，F(xiàn)代機(jī)械化和自動(dòng)化的倉(cāng)庫(kù)作業(yè)代替了以前的繁重的人力勞動(dòng)，這不僅解放了人們的手腳，提高了生產(chǎn)效率，更降低了生產(chǎn)成本，方便系統(tǒng)化管理。
1.3自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的分類
按照建筑形式，自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)可分為整體式和分離式兩種。整體式是指貨架除了儲(chǔ)存貨物外，還可以作為建筑物的支撐結(jié)構(gòu)，分離式是指儲(chǔ)存貨物的貨架獨(dú)立存在，在建筑物內(nèi)部。
按照高度不同，自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)可以分為低層型（5米以下），中層型（5—12米）和高層型（12米以上）。
按照倉(cāng)庫(kù)的構(gòu)造方式可以分為單元貨格式，貫通式，水平旋轉(zhuǎn)式和垂直旋轉(zhuǎn)式倉(cāng)庫(kù)。
按照倉(cāng)庫(kù)的作業(yè)方式可以分為單元貨架式，移動(dòng)貨架式和揀選貨架式倉(cāng)庫(kù)。
按照自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的作用分類 可以分為生產(chǎn)性倉(cāng)庫(kù)和流通式倉(cāng)庫(kù)。
按照自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)與生產(chǎn)連接的緊密程度分類 可以分為獨(dú)立型， 緊密型和緊密型倉(cāng)庫(kù)[10]。
1.4堆垛機(jī)
堆垛機(jī)是整個(gè)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的核心設(shè)備，通過(guò)手動(dòng)操作、半自動(dòng)操作或全自動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)把貨物從一處搬運(yùn)到另一處。堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的重要組成部分，是直接將貨物放入制定貨格的裝置，其形式有多種：堆垛機(jī)形式多種多樣，包括單軌巷道式堆垛機(jī)、雙軌巷道式堆垛機(jī)、轉(zhuǎn)巷道式堆株機(jī)、單立柱型堆垛機(jī)、雙立柱型堆垛機(jī)等等[10]。
2堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)方案的比較和確定
隨著競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，許多制造業(yè)中小企業(yè)想要擴(kuò)大利潤(rùn)空間，必須降低生產(chǎn)成本。因此，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的要求不僅操作簡(jiǎn)便、工作效率高，還要設(shè)備成本低。而這次堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)方案的確定主要從其工作的作用效果和經(jīng)濟(jì)性方面考慮。以下給出幾種方案：
2.1 單、雙立柱巷道堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)方案對(duì)比
巷道堆垛機(jī)由機(jī)架、吊具、起升及行走機(jī)構(gòu)、貨叉伸縮機(jī)構(gòu)等組成，其按照結(jié)構(gòu)的不同可分為單立柱巷道堆垛機(jī)（圖2-1）與雙立柱巷道堆垛機(jī)（圖2-2）。單雙立柱堆垛機(jī)因其結(jié)構(gòu)的不同而各有優(yōu)缺點(diǎn)。
單立柱型巷道堆垛機(jī)機(jī)架主要由單根立柱與上、下橫梁等一起構(gòu)成一個(gè)高而窄的框架結(jié)構(gòu)。立柱較多使用較大的口字鋼或者通過(guò)電焊工藝來(lái)制作，立柱表面設(shè)置有導(dǎo)軌。載貨臺(tái)設(shè)計(jì)成L型，材料采用H型鋼、口字鋼，水平臺(tái)架設(shè)計(jì)為楔形，以便更好支撐。單立柱堆垛機(jī)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，大型零部件（比如立柱）消耗的材料較少，質(zhì)量較輕，所以制造成本相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低。但其結(jié)構(gòu)剛度上比雙立柱堆垛機(jī)的差。因?yàn)檩d物臺(tái)和貨物對(duì)立柱有偏心的作用，加減速行走和制動(dòng)的時(shí)會(huì)產(chǎn)生的水平慣性力作用，讓單立柱堆垛機(jī)行走速度相對(duì)較慢，在應(yīng)用上有局限，影響其發(fā)展。該堆垛機(jī)起重重量較小、水平運(yùn)行速度較慢，主要用于重量12t以下和高度16m以下倉(cāng)庫(kù)。單立柱堆垛機(jī)起升結(jié)構(gòu)一般采用鋼絲繩來(lái)傳動(dòng)，電機(jī)減速機(jī)使卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼絲繩拉動(dòng)載物臺(tái)沿立柱升降。采用鋼絲繩傳動(dòng)，價(jià)格便宜，強(qiáng)度大，維護(hù)更換方便，但因其具有微弱彈性，定位準(zhǔn)確性較差。
圖2-1 單立柱堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)圖
雙立柱機(jī)構(gòu)堆垛機(jī)機(jī)架是由兩根立柱與上橫梁、下橫梁一起構(gòu)造成一個(gè)倒U形的框架。立柱的形式有口字管或者圓管。若選用口字管，除了支撐堆垛機(jī)，也作起升的導(dǎo)軌，而圓管沒(méi)有導(dǎo)向作用。載貨臺(tái)做成U型，結(jié)構(gòu)對(duì)稱性好。堆垛機(jī)由于采用雙立柱機(jī)架結(jié)構(gòu)，其對(duì)稱性較好，升降運(yùn)行很平穩(wěn),最大的優(yōu)點(diǎn)就是強(qiáng)度較大，剛性較好。對(duì)于一些起升高度比較高、或起重量較大和水平速度快的立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)，一般使用雙立柱。雙立柱堆垛機(jī)起升機(jī)構(gòu)一般采用鏈條（鋼絲繩）來(lái)傳動(dòng)，電機(jī)減速機(jī)使鏈輪（卷筒）轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈條（鋼絲繩）拉載貨臺(tái)沿立柱升降運(yùn)動(dòng)。因鏈條的傳動(dòng)一般都采用封閉鏈或者配重裝置，造價(jià)更高，受著空間的尺寸限制，維護(hù)裝配較困難，潤(rùn)滑不方便，而且斷裂前沒(méi)有預(yù)兆。
圖2-2 雙立柱機(jī)構(gòu)堆垛機(jī)
對(duì)比結(jié)果：綜上所述，單立柱堆垛機(jī)整機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，用材少重量輕，成本相對(duì)較低；但其起重重量小，水平行走速度較慢。雙立柱機(jī)構(gòu)堆垛機(jī)整體機(jī)構(gòu)復(fù)雜，裝配較難，消耗材料較多，造價(jià)跟高；但其導(dǎo)向性較好，起重重量較大，水平行走速度較快。上述兩種堆垛機(jī)都符合要求，但從結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和經(jīng)濟(jì)方面考慮，顯然選擇單立柱堆垛機(jī)更佳。
2.2 單立柱堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)
單立柱堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)主要由四個(gè)機(jī)構(gòu)組成，整體結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。
（1)機(jī)架：?jiǎn)瘟⒅讯鈾C(jī)的機(jī)架是由上下橫梁及單立柱組成，整體結(jié)構(gòu)高而窄，有效地利用空間，主要起支撐及導(dǎo)向的作用。
(2)起升機(jī)構(gòu)：它由電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器、卷筒、柔性件及松繩保護(hù)裝置等構(gòu)成。升降機(jī)構(gòu)的工作速度相對(duì)較低，一般控制在10~25m/min，最高僅達(dá)46m/min，設(shè)計(jì)時(shí)選取20m/min.
（3）載貨臺(tái)：它起到連接起升結(jié)構(gòu)和貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的作用。為了提高載貨臺(tái)的強(qiáng)度及剛度，主要采用口字鋼制造楔形，使其更好地承載伸縮貨叉及貨物而不變形。
(4)行走機(jī)構(gòu)：它由電動(dòng)機(jī)、帶輪、皮帶、制動(dòng)器、減速器和行走輪等組成。在其頂部設(shè)置導(dǎo)向輪組沿固定在貨架上弦的上軌道導(dǎo)向運(yùn)行；地面下軌道設(shè)置四個(gè)行走輪沿鋪設(shè)在地面上的單軌來(lái)回穿梭運(yùn)行。為防止堆垛機(jī)出現(xiàn)脫軌或側(cè)翻現(xiàn)象，行走輪設(shè)計(jì)成圓臺(tái)型。行走機(jī)構(gòu)的工作速度依據(jù)巷道長(zhǎng)度和物料出入庫(kù)頻率而定，正常工作速度一般控制在45~100m/min范圍內(nèi)，最高可達(dá)到180m/min。
（5）貨叉伸縮機(jī)構(gòu)；它是唯一一個(gè)可以與貨架直接交接堆垛機(jī)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)存放物料的基本功能。貨叉可根據(jù)貨物的長(zhǎng)度以及需要在貨架上的藏貨位置來(lái)調(diào)整其長(zhǎng)度。它由貨叉（其包括上叉、中間叉、固定叉、鏈條及鏈輪等）、電動(dòng)機(jī)構(gòu)成。貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的工作速度一般控制在18m/min，最高可達(dá)36m/min。
圖2-3 單立柱堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)圖
2.3單立柱有軌巷道式堆垛機(jī)的特點(diǎn)
根據(jù)本畢業(yè)設(shè)計(jì)要求的使用場(chǎng)合限制，本單立柱巷道式堆垛機(jī)在結(jié)構(gòu)和性能方面具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
（1）由于機(jī)架采用單立柱結(jié)構(gòu)，整機(jī)重量輕用材少，結(jié)構(gòu)緊湊，構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本相對(duì)經(jīng)濟(jì)些。占用倉(cāng)庫(kù)空間少，整體剛性較差。但由于不對(duì)稱的機(jī)架結(jié)構(gòu)貨叉作業(yè)時(shí)受到彎矩作用而可能產(chǎn)生扭曲甚至變形現(xiàn)象，所以立柱材料要用高強(qiáng)度、高硬度的材料。此外，機(jī)架還要有較高的制造精度和裝配精度。
（2）單立柱堆垛機(jī)沿著有軌巷道天地軌道運(yùn)行,其作業(yè)時(shí)具有三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向。水平行走方向?yàn)閤軸方向，堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)可以沿此方向運(yùn)行到任意指定地點(diǎn)；垂直升降為z軸方向，起升機(jī)構(gòu)能把貨物提升到任意高度；貨叉伸縮為y軸方向，貨叉伸縮機(jī)構(gòu)能存放或取走所需貨物。
（3）載貨臺(tái)的水平臺(tái)架做成楔形，以提高支撐力度。
（4）通常用三級(jí)伸縮貨組成伸縮貨板機(jī)構(gòu)的一部分。
（5）駕駛室必須設(shè)置在水平方向上遠(yuǎn)離載貨臺(tái)的地方；
（6）為保障人身和設(shè)備的安全，必須設(shè)置安全保護(hù)裝置，并在作業(yè)前確保其正常工作后，在進(jìn)行作業(yè)。
（7）應(yīng)當(dāng)設(shè)置報(bào)警系統(tǒng)，堆垛機(jī)出現(xiàn)故障或探測(cè)器發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)發(fā)出報(bào)警，以防發(fā)生機(jī)械事故。
3 單立柱堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 堆垛機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
堆垛機(jī)的機(jī)架是堆垛機(jī)的最主要承重構(gòu)件，主要由上、下橫梁、立柱和其他部件構(gòu)成。機(jī)架通常有單柱式和倒U形框架式兩種類型。按支承方式，其又可分為頂部支承式和地面支承式。上橫梁包含導(dǎo)軌，聯(lián)接立柱的頂部。立柱是機(jī)架最重要的組成部分，其上附加導(dǎo)軌，可使載貨臺(tái)沿導(dǎo)軌上升下降，同時(shí)還能夠沿著地上和頂部的導(dǎo)軌保持走行的穩(wěn)定和承載貨叉伸出進(jìn)行裝卸作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)彎矩。而安裝立柱的下橫梁也受到彎矩作用，因此下橫梁要有足夠的強(qiáng)度、硬度，避免的變形損壞。
在機(jī)架上安裝有升降、走行機(jī)構(gòu)，人工駕駛室（有時(shí)也沒(méi)有）以及配置有電氣控制系統(tǒng)、安全保護(hù)裝置等，使整體機(jī)構(gòu)緊湊，減少占用空間。
由于載貨臺(tái)與伸縮貨叉機(jī)構(gòu)作業(yè)時(shí)對(duì)單立柱的力矩作用，以及走行時(shí)起動(dòng)、制動(dòng)及加減速產(chǎn)生的水平慣性力的作用，對(duì)立柱會(huì)產(chǎn)生一定強(qiáng)度的沖擊并使其產(chǎn)生振動(dòng)，沖擊和振動(dòng)過(guò)大時(shí)會(huì)造成損壞。同樣，由于貨叉作業(yè)時(shí)的重力作用而立柱產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象，使伸長(zhǎng)的上叉末端的更加向下彎曲，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響貨叉的正常作業(yè)。總之，避免沖擊損壞、振動(dòng)破壞及彎曲損壞，機(jī)架應(yīng)滿足足夠的強(qiáng)度和剛度要求。
本次設(shè)計(jì)中采用優(yōu)質(zhì)鋼材焊接成牢固機(jī)架結(jié)構(gòu)。機(jī)架裝配成型后必須調(diào)整立柱的垂直度，以補(bǔ)償在貨架頂部載貨時(shí)造成立柱的彈性變形。所以，立柱采用Q235制成的900*640mm的口字鋼，10mm高。
3.2 堆垛機(jī)的載貨臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
載貨臺(tái)由兩個(gè)互相垂直的框架焊接成的并裝配貨叉伸縮機(jī)構(gòu)，可進(jìn)行上下垂直運(yùn)動(dòng)的裝置。其水平框架一般采用矩形鋼管做成，減小了總體重量從而滿足載貨的要求；而升降動(dòng)滑輪和安全保護(hù)裝置安裝在垂直框架，通過(guò)起升機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的鋼細(xì)繩的牽引力和地球的重力使載貨臺(tái)做升降運(yùn)動(dòng)來(lái)運(yùn)送貨物。載貨臺(tái)兩側(cè)裝有導(dǎo)向輪和滾輪，使其平穩(wěn)運(yùn)行。
載貨臺(tái)的工作原理：如圖3-1所示，載貨臺(tái)垂直框架上下設(shè)置兩組導(dǎo)向輪（共4個(gè)），防止其在Y軸方向晃動(dòng)，可通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)向輪的偏心軸來(lái)調(diào)節(jié)導(dǎo)向輪和導(dǎo)軌之間的間隙，使載貨臺(tái)平穩(wěn)運(yùn)行和貨叉保持水平。X軸方向，在導(dǎo)軌左右設(shè)置兩組滾輪（共4個(gè)），一組在左上方，另一組在右下方。兩組滾輪不僅僅起到導(dǎo)向作用，還承載著來(lái)自貨叉和貨物對(duì)載貨臺(tái)的彎矩作用。而載貨臺(tái)上下垂直運(yùn)動(dòng)是由繞過(guò)定滑輪的鋼絲繩的牽引力克服地球引力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
圖3-1 載貨臺(tái)結(jié)構(gòu)圖
3.3 堆垛機(jī)伸縮貨叉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
堆垛機(jī)貨叉通常采用三級(jí)直線差動(dòng)機(jī)構(gòu)，也稱為鏈傳動(dòng)雙向伸出貨叉機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)稱伸縮貨叉機(jī)構(gòu)。作為堆垛機(jī)向立體貨架存取貨物的裝置，伸縮貨叉機(jī)構(gòu)要盡可能合理利用立體貨架空間。因此在滿足足夠剛度強(qiáng)度條件下，伸縮貨叉機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不宜復(fù)雜龐大。貨叉行程不小于貨物周轉(zhuǎn)貨箱的長(zhǎng)度，這樣貨物在立體貨架上擺放整齊，快速穩(wěn)定。貨叉伸縮機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量減少摩擦阻力和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)間隙，其目的是為了使堆垛機(jī)存取貨物動(dòng)作更加靈活高效。由于堆垛機(jī)的工作空間限制，為了使貨叉機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，造價(jià)低廉，貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的電機(jī)應(yīng)重量輕、體積小，動(dòng)作行程要短，來(lái)滿足貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的工作要求。
3.4貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的工作原理
堆垛機(jī)伸縮貨叉機(jī)構(gòu)一般由電動(dòng)機(jī)、固定貨叉、中間貨叉（中叉）、上層貨叉（上叉）及鏈輪和鏈條等構(gòu)成。鏈輪和鏈條在機(jī)伸縮貨叉機(jī)構(gòu)作業(yè)時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)能，并把電動(dòng)機(jī)、固定叉、中叉及上叉聯(lián)接成一個(gè)整體。電動(dòng)機(jī)和固定叉裝在載貨臺(tái)上，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈條，使中叉相對(duì)固定叉向兩側(cè)伸出一定距離，上叉在安裝中叉上的加速裝置的帶動(dòng)下以兩倍中叉運(yùn)動(dòng)速度伸出，相對(duì)于固定叉伸出更遠(yuǎn)的距離，從而實(shí)現(xiàn)向貨架存取貨物。
固定叉安裝于載貨臺(tái)上，而其上裝有兩個(gè)鏈輪。如圖3-2所示，與兩鏈輪同軸上分別設(shè)置兩個(gè)小型（或微型）的卷筒，在其上端輸出鋼細(xì)繩。當(dāng)卷筒2順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，其回收鋼細(xì)繩時(shí)，而卷筒1也順時(shí)針旋轉(zhuǎn)釋放鋼細(xì)繩，貨叉做伸出運(yùn)動(dòng)。反之，貨叉做收縮運(yùn)動(dòng)。在中叉的兩端設(shè)置了2個(gè)可動(dòng)鏈輪，使上叉以兩倍中叉移動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)。與中叉左端鏈輪嚙合的鏈條的兩端分別固定在上、下貨叉的右端，而與右端鏈輪嚙合的鏈條的兩端分別固定在上、下貨叉的左端。當(dāng)中叉移動(dòng)時(shí)，上叉以兩倍中叉移動(dòng)的速度和行程伸出或縮回。也可以這樣說(shuō)，當(dāng)中叉相對(duì)于固定叉水平移動(dòng)1/3的固定叉的長(zhǎng)度行程時(shí)，而上叉就相對(duì)于固定叉移動(dòng)了2/3的固定叉長(zhǎng)度行程，最終滿足貨叉伸縮的行程要求。
這種三級(jí)直線差動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是上叉相對(duì)與中叉伸出的距離為其伸出行程的2/3，而中叉相對(duì)于固定叉伸出的距離為其伸出行程的1/3。上叉與中叉之間，中叉與固定叉之間均有合適的導(dǎo)向接觸長(zhǎng)度，以保證三層貨叉伸出時(shí)相對(duì)剛度要求。同時(shí)，三層貨叉相對(duì)運(yùn)動(dòng)是，采用滾輪和和滾道的純摩擦，盡可能減少相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦阻力。
圖3-2 三級(jí)直線差動(dòng)機(jī)構(gòu)圖
3.5 堆垛機(jī)起升機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)
堆垛機(jī)起升機(jī)構(gòu)一般由電動(dòng)機(jī)、卷筒、柔性件、減速器、制動(dòng)器及導(dǎo)向部件構(gòu)成。由電動(dòng)機(jī)輸經(jīng)減速器減速增加轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)卷筒，繼而帶動(dòng)柔性件，經(jīng)過(guò)導(dǎo)向部件牽引載貨臺(tái)做上下垂直運(yùn)動(dòng)。當(dāng)載貨臺(tái)將要到達(dá)指定高度，馬上開(kāi)啟制動(dòng)器，使載貨臺(tái)平穩(wěn)準(zhǔn)確指定位置，從而圓滿完成起升機(jī)構(gòu)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)其作為堆垛機(jī)構(gòu)件的功能。
3.5.1 柔性件的選取
在堆垛機(jī)的起升機(jī)構(gòu)里柔性件是不可或缺一個(gè)零件。升機(jī)構(gòu)作為一種工作機(jī)，需要靠電動(dòng)機(jī)供給一定形式的能量才能工作。但是，很少有把電動(dòng)機(jī)和工作機(jī)構(gòu)直接連接起來(lái)的，往往要在兩者之間加入能傳遞動(dòng)力或改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的柔性件。目前，起升機(jī)構(gòu)常用的柔性件有傳動(dòng)帶、鏈條及鋼細(xì)繩。
傳動(dòng)帶按橫截面的不同可分為平帶、圓帶、V帶及多楔帶，具有的特點(diǎn)是：傳動(dòng)效率較高、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、制造容易等，但其傳動(dòng)比經(jīng)常變化，易彈性打滑及整體打滑。目前，V帶的用途最廣泛。
按用途鏈條可分為傳動(dòng)鏈、輸送鏈及起重鏈。鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)：無(wú)打滑現(xiàn)象，能保持穩(wěn)定傳動(dòng)比，效率較高；整體尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，能在高溫高濕環(huán)境下工作。
鋼細(xì)繩具有的特點(diǎn)：撓性好、柔韌性好；種類多樣，選擇性大；自重輕、強(qiáng)度高、耐沖擊、承載能力大；成本低廉、平穩(wěn)可靠及極少崩斷等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于多種機(jī)構(gòu)中。
綜合上述三種柔性件特點(diǎn)對(duì)比分析，再結(jié)合本設(shè)計(jì)堆垛機(jī)的技術(shù)要求，應(yīng)選用鋼細(xì)繩作為起升機(jī)構(gòu)的起重柔性件，如圖3-3所示。
圖3-3 鋼細(xì)繩
3.5.2 卷筒的選取
起升機(jī)構(gòu)作業(yè)時(shí)出現(xiàn)鋼細(xì)繩縮回或伸出，需要設(shè)置卷筒裝置對(duì)鋼細(xì)繩收放，以卷繞和容納鋼細(xì)繩，避免造成不必要的事故。目前，國(guó)內(nèi)卷筒主要分為兩種：氣管卷筒和電纜卷筒。其中電纜卷筒按鋼細(xì)繩堆置層數(shù)的不同又分為單層卷繞卷筒和多層卷繞卷筒，主要運(yùn)用于起重機(jī)等場(chǎng)合。
方案一：?jiǎn)螌泳砝@卷筒的卷筒表面通常設(shè)計(jì)有螺旋形繩槽，鋼細(xì)繩依次繩槽排列。并且繩槽的節(jié)距和直徑均要比鋼細(xì)繩的直徑大，這樣可以加大鋼細(xì)繩和卷筒表面的接觸面積，避免其卷繞過(guò)程中鋼細(xì)繩打滑，亦可以延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命。但是需要的鋼細(xì)繩過(guò)長(zhǎng)時(shí)，卷筒的長(zhǎng)度和直徑都將有所增大，造價(jià)更貴。
方案二：多層卷繞卷筒的卷筒長(zhǎng)度較短，但鋼細(xì)繩受到的擠壓力大，摩擦力大，使剛犧牲的壽命降低。另外，鋼絲繩每層卷繞半徑變化，使得鋼絲繩的卷繞速度和作用卷筒上的外力矩發(fā)生變化，卷筒運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)不平穩(wěn)。
方案三：氣管卷筒主要由高壓膠管或金屬軟管與金屬外殼構(gòu)成，其一般用于水、氣體、油等介質(zhì)的傳輸，結(jié)構(gòu)緊湊，容易安裝。
比較上述三種方案，結(jié)合堆垛機(jī)具體使用場(chǎng)合和性能要求，選擇單層卷繞圓柱形卷繞卷筒更合適，如圖3-4所示。
圖3-4 卷筒
3.5.3電動(dòng)機(jī)的選取
為了足夠滿足起升機(jī)構(gòu)流暢的作業(yè)，作為整個(gè)機(jī)構(gòu)動(dòng)力輸出的電動(dòng)機(jī)的選擇尤為重要。目前，電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)的有單相異步電動(dòng)機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：運(yùn)行性能更好，價(jià)格較低，調(diào)速方便，并且節(jié)約更多的材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同三相異步電動(dòng)機(jī)有以下兩種不同兩種備選方案：
方案一：繞線式異步電機(jī)是目前最常用的三相異步電動(dòng)機(jī)。其可以改變調(diào)節(jié)變阻器電阻來(lái)改善電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能——啟動(dòng)、制動(dòng)平穩(wěn)可靠，可承受一定沖擊載荷，可頻繁啟動(dòng)。因此其起動(dòng)電流較小，一般是額定電流的2～2.5倍甚至更小，這樣更方便于調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
方案二：鼠籠式異步電機(jī)具有諸多優(yōu)點(diǎn)：整體結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，操縱方便，重量輕，造價(jià)也較便宜。但其起動(dòng)電流比較大，甚至達(dá)到額定電流的4～6倍，調(diào)節(jié)速度較困難，不能承受較頻繁的啟動(dòng)，不能運(yùn)用于啟動(dòng)頻繁、功率大的工作機(jī)構(gòu)中。
根據(jù)本設(shè)計(jì)中要求的工作環(huán)境，堆垛機(jī)的啟動(dòng)負(fù)載較大，啟動(dòng)、制動(dòng)、換向及調(diào)速頻繁，要求有較高的工作穩(wěn)定性。綜合以上兩種方案的所述，本設(shè)計(jì)中選用允許有較大振動(dòng)和沖擊性能，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，過(guò)載能力大的YZR系列繞線型起重用三相異步電動(dòng)機(jī)，如圖3-5所示。
圖3-5 三相異步電動(dòng)機(jī)
3.5.4 減速器的選取
減速器是設(shè)置在電動(dòng)機(jī)和卷筒之間用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一個(gè)減速傳動(dòng)裝置，其目的為減低速度及提高轉(zhuǎn)矩以滿足各種各樣設(shè)備的需求。
(1)傳動(dòng)方式的選擇
起重機(jī)械中常有以下三種備選方案。
方案一：二級(jí)圓柱齒輪減速器；它是應(yīng)用最廣最常用的減速器。其優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長(zhǎng)、成本低廉；工作準(zhǔn)確可靠、傳遞效率高、維護(hù)簡(jiǎn)便，應(yīng)用廣泛等。
方案二：蝸輪減速器：它是通過(guò)蝸輪與蝸桿在空間交錯(cuò)接觸來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的。與其他減速器相比，它傳遞效率較低、沖擊小、傳動(dòng)平穩(wěn)；但其成本較高，易磨損，不易散熱，壽命短，應(yīng)用范圍較窄。
方案三：行星齒輪減速器：它雖然傳遞效率高，傳動(dòng)比大，壽命長(zhǎng)，但造價(jià)比較昂貴。
結(jié)合上述三種方案，從產(chǎn)品的成本、性能和具體使用場(chǎng)合方面考慮，本設(shè)計(jì)中選取二級(jí)圓柱齒輪減速器。
(2) 輸出（入）軸的配置
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)輸出（入）軸有以下四種備選方案。
方案一：展開(kāi)式。
特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但齒輪相對(duì)與軸承的位置不對(duì)稱，因此要求軸有較大的剛度，高速級(jí)齒輪布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端，這樣，軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭矩變形和軸在彎矩作用下產(chǎn)生的彎曲變形可部分的相互抵消，以減緩沿齒寬分布不均勻的現(xiàn)象。用于載荷比較平穩(wěn)的場(chǎng)合，高速級(jí)一般做成斜齒，低速級(jí)一般做成直齒。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛。
方案二：分流式
特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但由于齒輪相對(duì)于軸承對(duì)稱布置，與展開(kāi)式相比載荷沿齒寬分布均勻，軸承受載較均勻。適用于變載荷的場(chǎng)合。高速級(jí)一般用斜齒，低速級(jí)可用直齒或人字齒。
方案三：同軸式
特點(diǎn)：減速器橫向尺寸較小，兩對(duì)齒輪浸入油中深度大致相同，但軸向尺寸和重量都較大，且中間軸較長(zhǎng)，剛度差，沿齒寬載荷分布不均勻，高速軸的承載能力難于充分利用。
方案四：同軸分流式
特點(diǎn)：每對(duì)嚙合齒輪僅傳遞全部載荷的一半，輸入軸和輸出軸只承受轉(zhuǎn)矩，中間軸只承受全部載荷的一半，故與傳遞同樣功率的其他減速器相比，軸頸尺寸可以縮小。
綜上所述，對(duì)比四種方案的特點(diǎn)，從堆垛機(jī)本身的工作場(chǎng)合考慮，本設(shè)計(jì)最終確定選用展開(kāi)式二級(jí)圓柱齒輪減速器。
(3) 輸入、輸出端的形式
輸入端采用專用聯(lián)軸器的輸入軸，輸出軸為空心軸，用聯(lián)軸器與卷筒相連。
(4)潤(rùn)滑方式的選擇
從堆垛機(jī)工作環(huán)境和成本及展開(kāi)式二級(jí)圓柱齒輪減速器的特點(diǎn)考慮，潤(rùn)滑劑采用潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑方式采用滴油潤(rùn)滑方式中的針閥油杯。該潤(rùn)滑方式可調(diào)節(jié)滴油速度來(lái)改變供油量，并且停止工作時(shí)可扳動(dòng)油杯上端的手柄來(lái)關(guān)閉針閥而停止供油。
3.5.5 制動(dòng)器的選取
堆垛機(jī)作業(yè)過(guò)程中，制動(dòng)器能讓以正常速度升降運(yùn)動(dòng)、載著貨物的載貨臺(tái)停下來(lái)或是其保持在空中不動(dòng)，并且可以保證堆垛機(jī)工作的安全性以及滿足實(shí)際工作特殊的要求。
機(jī)械手冊(cè)規(guī)定，提升裝置的制動(dòng)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩不小于額定載重量的貨物被吊起時(shí)1.5倍的最大轉(zhuǎn)矩值。
通常情況，制動(dòng)器按其構(gòu)造形式可有以下三種備選方案。
方案一：帶式制動(dòng)器用料較少，造價(jià)較便宜；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，制動(dòng)力矩大，但機(jī)構(gòu)不對(duì)稱，制動(dòng)時(shí)軸上產(chǎn)生較大的彎矩，制動(dòng)帶易磨損損壞，降低工作壽命。
方案二：塊式制動(dòng)器機(jī)構(gòu)緊湊，工作可靠，兩個(gè)對(duì)稱的瓦塊磨損均勻；沖擊力通常較小，擠壓力可以相互抵消，制動(dòng)輪軸不受彎曲作用。但其制動(dòng)力矩較小，其結(jié)構(gòu)尺寸比帶式制動(dòng)器大。
方案三：盤(pán)式制動(dòng)器受摩擦系數(shù)影響小，效能較穩(wěn)定，工作穩(wěn)定可靠，沖擊小且維修保養(yǎng)簡(jiǎn)單；散熱性好、水穩(wěn)定性較好，制動(dòng)力矩與旋轉(zhuǎn)方向無(wú)關(guān)；在同等條件下，其輸出的制動(dòng)力矩更大。但其缺點(diǎn)是制動(dòng)較粗暴，摩擦片磨損快，有時(shí)制動(dòng)不平順。
綜合上述三種方案，對(duì)比其特點(diǎn)，又從堆垛機(jī)平穩(wěn)快速制動(dòng)及維修保養(yǎng)的方面考慮，本設(shè)計(jì)選用常閉盤(pán)式制動(dòng)器。
3.6 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)貨架巷道軌道里水平來(lái)回運(yùn)動(dòng)，存取貨物的目的，要設(shè)計(jì)一個(gè)行走機(jī)構(gòu)。
3.6.1 驅(qū)動(dòng)方式的選取
驅(qū)動(dòng)方式按照支承方式有以下兩種方案：
方案一：地面驅(qū)動(dòng)式
以鋪設(shè)在地面筆直水平金屬導(dǎo)軌為行走路線，在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，安裝在下橫梁上的行走機(jī)構(gòu)依靠下部行走車(chē)輪支撐并運(yùn)動(dòng)。為了防止堆垛機(jī)的傾倒或擺動(dòng)，需要上部的導(dǎo)向輪。這種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)裝置裝配在下橫梁上，行走平穩(wěn)可靠，起重范圍大，應(yīng)用比較廣泛，適合于各種類型的立體倉(cāng)庫(kù)；使用方便，保養(yǎng)維護(hù)容易。
方案二：頂部驅(qū)動(dòng)式
行走機(jī)構(gòu)安裝在堆垛的上橫梁上，靠行走車(chē)輪沿著水平天軌運(yùn)動(dòng)。門(mén)架上的導(dǎo)向輪以一定的間隙夾持在天軌的兩側(cè)，避免堆垛機(jī)運(yùn)行時(shí)或其它情況而產(chǎn)生擺動(dòng)、傾斜或脫軌。其起升機(jī)構(gòu)安裝的位置與地面驅(qū)動(dòng)式的不同——裝在門(mén)架上部。這種驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)：不需要考慮門(mén)架的橫向彎曲強(qiáng)度，鋼材料重量減輕，造價(jià)降低；與地面驅(qū)動(dòng)式相比，加減速時(shí)振動(dòng)較小，制動(dòng)所需時(shí)間短。但整個(gè)堆垛機(jī)機(jī)構(gòu)沒(méi)有底部支撐，需要立體倉(cāng)庫(kù)屋頂承擔(dān)全部載荷，故對(duì)屋頂結(jié)構(gòu)和貨架的強(qiáng)度要求高。而且保養(yǎng)、檢查和維修在高空作業(yè)，既不方便也不安全，容易發(fā)生意外。
綜合以上兩種方案的特點(diǎn)的分析，結(jié)合設(shè)計(jì)題目的要求，本設(shè)計(jì)選用下部支承地面驅(qū)動(dòng)式。其中下橫梁采用1380*550mm口字鋼，長(zhǎng)5500mm，材料用Q235。
3.6.2 行走輪的的設(shè)計(jì)
行走輪是一種能承載堆垛機(jī)的載荷并使其能夠在地面軌道上平穩(wěn)運(yùn)行的裝置。
一般的，車(chē)輪按照形式可分為有帶輪緣和無(wú)輪緣兩種。在設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)中將采用有帶輪緣的行走輪，其不僅起運(yùn)行支撐的作用，還有一定的導(dǎo)向作用。但為了避免產(chǎn)生啃軌現(xiàn)象，甚至使車(chē)輪與軌道劇烈磨損，使堆垛機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)，還需要在上橫梁或下橫梁另外安裝導(dǎo)向輪。在本設(shè)計(jì)中，在下橫梁上靠近兩端處各設(shè)置一對(duì)圓柱形行走輪，共4個(gè)，同時(shí)也設(shè)置2個(gè)導(dǎo)向輪。
3.6.3 電動(dòng)機(jī)、減速器及制動(dòng)器的選取
本設(shè)計(jì)中，單立柱堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)有一定的振動(dòng)和沖擊，起動(dòng)載荷較大，所以電動(dòng)機(jī)選用過(guò)載能力大的YZR系列繞線型起重用三相異步電動(dòng)機(jī)（見(jiàn)3.5.3章）。由于在堆垛機(jī)水平方向的阻力相對(duì)來(lái)說(shuō)不大，只要減速器輸出一定的轉(zhuǎn)矩即可滿足堆垛機(jī)的正常工作，所以設(shè)計(jì)中選用展開(kāi)式一級(jí)圓柱齒輪減速器（見(jiàn)3.5.4章）。至于制動(dòng)器，由于水平行走速度較大，所以選用工作平穩(wěn)可靠、壽命長(zhǎng)盤(pán)式常開(kāi)式制動(dòng)器（見(jiàn)3.5.5章）。
3.6.4 軌道的設(shè)計(jì)與安裝
本設(shè)計(jì)采用地面驅(qū)動(dòng)式（前面已作具體介紹），設(shè)計(jì)有上、下導(dǎo)軌，以支承起堆垛機(jī)的全部自重，同時(shí)具備導(dǎo)向的作用，因而上、下導(dǎo)軌要有一定的強(qiáng)度剛度，防止軌道發(fā)生彎曲損壞甚至崩斷的現(xiàn)象，影響堆垛機(jī)的正常工作。目前，常見(jiàn)的軌道主要有起重機(jī)軌、重型鋼軌和輕型鋼軌三種類型。從本設(shè)計(jì)堆垛機(jī)性能要求（剛度強(qiáng)度的要求）和成本考慮，上軌道可采用H型鋼，材料Q235，具有抗彎能力強(qiáng)、剛度較高的特點(diǎn)。下軌道可采用輕型鋼軌，材質(zhì)通常采用Q235或Q55.其橫截面形狀做成凸?fàn)睿箯澞芰α己?；兩水平面具有一定寬度，是輕軌與行走輪的接觸面更大，降低相互擠壓力。
堆垛機(jī)軌道安裝質(zhì)量的好壞直接影響到堆垛機(jī)的正常工作，甚至由于其違規(guī)安裝，導(dǎo)致發(fā)生慘重的堆垛機(jī)事故，造成本可避免的巨大損失。壓板法、鉤形螺桿、焊接和螺栓聯(lián)用是常見(jiàn)的軌道安裝方法固定方法三種。軌道接頭主要采用電弧焊焊接，偶爾用到電阻焊等。其順序是由下而上，先焊軌底，然后軌腰，接著軌頭，逐層進(jìn)行堆焊，最后修補(bǔ)周?chē)?，完成焊接。焊接時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：
1）在施焊前，清除鋼軌接口雜質(zhì)。固定時(shí)，兩鋼軌接口留下V形的間隙，以軌底間隙為準(zhǔn)，一般控制在14～17mm之間。
2）當(dāng)鋼軌端頭焊接完成后，應(yīng)采取熱處理來(lái)消除其應(yīng)力，防止其冷卻后變形。
4堆垛機(jī)伸縮貨叉機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 伸縮貨叉的撓度與強(qiáng)度
伸縮貨叉各尺寸表示如圖4-1所示：
I--固定叉的重力方向慣性矩,I--中叉的重力方向的慣性矩,
I-- 上叉的慣性矩，W—貨物自重載荷；E—材料的彈性模量
圖4-1 伸縮貨叉的結(jié)構(gòu)尺寸
4.2固定叉的撓度及轉(zhuǎn)角計(jì)算
貨叉伸出時(shí)，固定叉部分叉身受到中、上叉及貨物的重力的作用，使其向下彎曲。簡(jiǎn)化下叉受力示意圖如圖4-2所示。
圖4-2 下叉受力簡(jiǎn)化示意圖
在AC段內(nèi)取距A端為x的任意截面為研究對(duì)象。
時(shí)的彎矩方程為：
式中： P1—為x處截面上產(chǎn)生的反力， 。
用積分法求得其轉(zhuǎn)角為：
(4.1)
式中： —A端（即當(dāng)x= 0時(shí)）的截面轉(zhuǎn)角，
(4.2)
其撓度為： (4.3)
當(dāng)x=l時(shí)，將式（4.2）代入式（4.3）和式（4.1）中，可算得c點(diǎn)處的轉(zhuǎn)角和撓度：
4.3 中叉的受力分析計(jì)算
中叉直接受到固定叉和上叉的力W作用，如圖4-3所示，在bc間產(chǎn)生反力P,P。
圖4-3 中叉受力分析圖
受力分析:如圖4-3所示，在BF段內(nèi)取距左端（A）為任意x處的截面為研究對(duì)象。
當(dāng)時(shí)，可算得其轉(zhuǎn)矩方程：
用積分法算出其轉(zhuǎn)角為：
(4.4)
其撓度為：
(4.5)
當(dāng)x=b時(shí)，B端的截面轉(zhuǎn)角為：
(4.6)
將式（4.6）代入式（4.4），可算得此段的轉(zhuǎn)角為：
將式（4.6）代入式（4.5）中，可算得此段的撓度為：
如圖4-4所示，把bc段看作懸臂梁，b段作為剛性,c點(diǎn)作為固定端,并且由于W在中叉產(chǎn)生的支反力為P和P,相對(duì)應(yīng)的在貨叉前端產(chǎn)生的擾度為分別為和：
圖4-4 中叉受力分析圖
轉(zhuǎn)矩方程為：
若以固定端E視為坐標(biāo)原點(diǎn)，可得：
若以固定端D視為坐標(biāo)原點(diǎn)，可得：
用積分法算出其撓度：
當(dāng)時(shí)，代入式（4.6）算得：
（4.7）
同理可算得：
最后算得：
4.4上叉的設(shè)計(jì)分析計(jì)算
上叉受到中叉及貨物載荷W在d區(qū)間產(chǎn)生的支反力P、 P，受力分析如圖4-5所示，在E點(diǎn)的傾斜角為，撓度為：
圖4-5 上叉受力分析圖
轉(zhuǎn)矩方程為：
用積分法算出其轉(zhuǎn)角為：
(4.8)
算得撓度為：
(4.9)
當(dāng)x=d時(shí), D端的截面轉(zhuǎn)角
(4.10)
將式（4.10）代入式（4.8）中，分別算得此段的轉(zhuǎn)角：
將式（4.10）代入式（4.9）中，分別算得此段的撓度：
因此，設(shè)載貨臺(tái)和立柱為剛性時(shí)，伸縮貨叉工作的總擾度為:
注：當(dāng)托盤(pán)貨架進(jìn)深為115厘米時(shí)，值應(yīng)控制在10～15毫米。
4.5 貨叉各參數(shù)的選擇
a=780mm b=510mm c=150mm d=330mm e=140mm
=850mm =640mm =160mm =760mm
見(jiàn)圖4-1 伸縮貨叉的結(jié)構(gòu)尺寸，故可取固定叉、中間叉、上叉長(zhǎng)為：
上叉為板狀，并取其寬為520mm，厚度取120mm,其余數(shù)據(jù)見(jiàn)裝配圖上標(biāo)注。因各數(shù)據(jù)取值都較大，故能滿足條件。
4.6軸承的選取校核
本設(shè)計(jì)貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的工作速度選取為：10m/min
則平均每軸承所承受的壓力為：F=156010/4=3900N
求轉(zhuǎn)速公式為：
取C=110 則
所以取, 則
查表7-2-52知，選用深溝球軸承的代號(hào)為6304。
其基本參數(shù)為： d=20mm D=72mm B=18mm
c=31.0KN c=15.2KN
徑向載荷： =156010/4=3900N
軸向載荷： F=0N F/ F=0
>h=6000h 滿足軸承壽命條件，因此軸承選取合適。
4.7鏈輪及鏈條的選取校核
（1）選擇鏈輪齒數(shù)：鏈傳動(dòng)比為：，鏈輪轉(zhuǎn)度為：n=159.2r/min。初步確定齒數(shù)Z1=21，則大鏈輪齒數(shù)Z2=21*3=63。
（2）確定鏈節(jié)距及功率
查表9-3得，取工作情況系數(shù)，齒數(shù)系數(shù)為，單排鏈系數(shù)為。
由于額定起重量為920kg，初選4KW的電動(dòng)機(jī)，則所需傳遞功率為：
由=4.88KW，n=159.2r/min查圖9-11，可選12A-1,再查表9-1得鏈條節(jié)距為p=19.05mm。
（3）初定鏈節(jié)數(shù)及中心距
初定中心距，取a0=700mm，
則鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù)為：
取鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù)為117。
查表得中心距計(jì)算系數(shù)f1=0.245,則最大中心距為：
（4） 計(jì)算速度，確定潤(rùn)滑方式
由和鏈號(hào)12A-1，查圖9-14可知滴油潤(rùn)滑。
（5） 計(jì)算壓力軸
有效圓周力為：
壓軸力系數(shù)為KFp=1.15，壓軸力為：