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SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
學(xué)生姓名
陳才東
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級
車輛工程B05-17班
指導(dǎo)教師姓名
王慧文
職稱
教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是√否
題目名稱
雙立柱巷道物流堆垛起重機設(shè)計
一、課題研究現(xiàn)狀,選題的目的和意義
1、目的和意義
現(xiàn)代物流系統(tǒng)是在計算機、自適應(yīng)控制、及gps、gis等技術(shù)的發(fā)展而建立起來的，它不僅改善了物流系統(tǒng)的組織形式和管理技術(shù)，而且降低了勞動消耗，提高了勞動生產(chǎn)率。倉儲設(shè)備是其中最關(guān)鍵的技術(shù)設(shè)備，物品大部分時間都是在倉庫中停留和周轉(zhuǎn)，因此其設(shè)備和技術(shù)的先進(jìn)性和控制水平將直接影響物流效率和勞動生產(chǎn)率。自動化立體物流倉庫是先進(jìn)的物流倉儲設(shè)備，對其進(jìn)行研究和設(shè)計是必要的。
2、有軌巷道堆垛起重機技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
1、 概述
? ? 有軌巷道堆垛起重機是隨著立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機，通常簡稱為堆垛機。堆垛機是立體倉庫中最重要的起重運輸設(shè)備，是代表立體倉庫特征的標(biāo)志。其主要用途是在高層貨架倉庫的巷道內(nèi)沿軌道運行，將位于巷道口的貨物存入貨格；或者相反，取出貨格內(nèi)的貨物運送到巷道口，完成出入庫作業(yè)。20世紀(jì)70年代初期，我國開始研究采用巷道式堆垛機的立體倉庫，據(jù)不完全統(tǒng)計，到目前已建成三百余座。堆垛機做為立體倉庫中最重要的起重運輸設(shè)備，也得到了較快的發(fā)展。
? ? 2、 有軌巷道堆垛起重機的技術(shù)現(xiàn)狀
? ? 按現(xiàn)行機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有軌巷道堆垛機分類方式多種多樣，如按支承方式、用途、控制方式、結(jié)構(gòu)、運行軌跡等分類。但無論何種類型的堆垛機，一般都由水平行走機構(gòu)、起升機構(gòu)、載貨臺及貨叉機構(gòu)、機架和電氣設(shè)備等基本部分組成。在目前立體倉庫應(yīng)用中，堆垛機最常見的是按結(jié)構(gòu)形式和運行軌跡分類。
? ? 2.1 有軌巷道堆垛起重機的結(jié)構(gòu)形式
? ? 從結(jié)構(gòu)形式上區(qū)別，目前立體倉庫中堆垛機有雙立柱結(jié)構(gòu)和單立柱結(jié)構(gòu)。
? ? 2.1.1 雙立柱堆垛機。雙立柱結(jié)構(gòu)的堆垛機機架由兩根立柱和上橫梁、下橫梁組成一個長方形框架。立柱形式有方管和圓管。方管兼作起升導(dǎo)軌，圓管附加起升導(dǎo)軌。雙立柱堆垛機的最大優(yōu)點就是強度和剛性都比較好，并且運行平穩(wěn)。一般對于起重高度較高、起重量較大和水平運行速度高的立體倉庫堆垛機多采用雙立柱結(jié)構(gòu)。雙立柱堆垛機的起升機構(gòu)，普遍采用鏈條傳動，由電機減速機驅(qū)動鏈輪轉(zhuǎn)動，通過鏈條引載貨臺沿立柱或起升機導(dǎo)軌作升降運動。由于鏈條牽引載貨臺或配重裝置，受空間尺寸限制，傳動和布置較復(fù)雜，但定位較準(zhǔn)確。
? ? 2.1.2單立柱堆垛機。單立柱結(jié)構(gòu)的堆垛機機架由一根立柱和下橫梁組成。立柱多采用較大的H型鋼或焊接制作，立柱上附加導(dǎo)軌。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。由于載貨臺及貨物對立柱的偏心作用，以及行走、制動時產(chǎn)生的水平慣性力作用，使單立柱堆垛機在使用上有局限性。不適于起重重量大和水平運行速度高的堆垛機。單立柱堆垛機的起升結(jié)構(gòu)，普遍采用鋼絲繩傳動，由電機減速機驅(qū)動卷筒轉(zhuǎn)動，通過鋼絲繩牽引載貨臺沿立柱或起升鋼軌作升降運動。對于鋼絲繩傳動，傳動和布置相對容易，但定位準(zhǔn)確性稍差。
? ? 2.2 有軌巷道堆垛起重機的運行軌跡
? ? 堆垛機水平驅(qū)動裝置一般安裝在堆垛機下橫梁上，通過電機減速機驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動，使堆垛機沿水平方向運行。此種地面驅(qū)動方式使用最為普遍。一般采用兩個承重車輪，沿敷設(shè)在地面上的軌道（通常亦叫做地軌）運行。通過下部兩組水平輪沿軌道運行導(dǎo)向，在堆垛機頂部兩組導(dǎo)向輪沿上軌道（通常亦叫做天軌）運行輔助導(dǎo)向。按其運行軌跡形式區(qū)別，有直線運行型堆垛機和曲線運行型堆垛機。
? ? 2.2.1 直線運行堆垛機。直線運行型堆垛機只能在巷道內(nèi)直線軌道上運行，不能自行轉(zhuǎn)換軌道。只能通過其他輸送設(shè)備轉(zhuǎn)換巷道，如堆垛機轉(zhuǎn)運車。直線型堆垛機可以實現(xiàn)高速運行，能夠滿足出入庫頻率較高的立體倉庫作業(yè)，應(yīng)用最為廣泛。
? ? 2.2.2 曲線運行型堆垛機。曲線運行型堆垛機車輪與下橫梁是通過垂直軸鉸接的，能夠在環(huán)形或其他曲線軌道上運行，即可以走曲線，不通過其他輸送設(shè)備便可以從一個巷道自行轉(zhuǎn)移到另一個巷道。此種堆垛機通常亦叫做轉(zhuǎn)軌堆垛機。曲線運行型堆垛機在使用上有局限性，只適用于出入庫頻率較低的立體倉庫。因為不但場地要受到轉(zhuǎn)彎半徑的限制，而且轉(zhuǎn)彎時速度特別慢，不能滿足出入庫頻率高的立體倉庫作業(yè)。
? ? 2.3 有軌巷道堆垛起重機的技術(shù)參數(shù)
? ? 堆垛機作為立體倉庫中重要的運輸設(shè)備，其各項技術(shù)參數(shù)的選用，將直接影響到整座立體倉庫的運行效率和經(jīng)濟(jì)效益。合理的選擇各項參數(shù)，將大大提高整個系統(tǒng)的運行效率和經(jīng)濟(jì)效益。我國現(xiàn)階段立體倉庫中，堆垛機技術(shù)參數(shù)的選用上，和世界先進(jìn)水平相比，存在著較大的差別。
? 2.3.1 堆垛機的速度參數(shù)。與堆垛機的速度有關(guān)的參數(shù)，主要指水平運行速度、起升速度和貨叉伸縮速度。這三項參數(shù)的高低，直接關(guān)系到出入庫頻率的高低。?
? ? 2.3.2 堆垛機的尺寸參數(shù)。堆垛機的尺寸參數(shù)較多，例如起升高度、下降深度、整機全長、最低貨位極限高度等。其中最低貨位極限高度，即貨叉上表面從最低一層貨格的低位到地軌安裝水平面的垂直距離。該參數(shù)涉及合理利用有效空間，增加庫容量，亦是評價堆垛機設(shè)計水平的標(biāo)準(zhǔn)之一。目前，國內(nèi)立體倉庫堆垛機的最低貨位極限高度普遍偏高。
? ? 2.3.3 堆垛機的貨叉下?lián)隙?。貨叉下?lián)隙?，是堆垛機的一項非常重要的性能參數(shù)，直接關(guān)系到堆垛機是否能正常工作。因結(jié)構(gòu)型式、材料及加工熱處理工藝的限制，同等狀況下，目前國內(nèi)立體堆垛機的貨叉下?lián)隙纫葒獯?0%~30%。改進(jìn)貨叉結(jié)構(gòu)，合理選材，提高工藝手段，是減少貨叉下?lián)隙?，保證堆垛機工作性能的重要措施。
? ? 2.3.4 堆垛機的噪音。堆垛機在高速運行和升降中，特別是在同時進(jìn)行時，由于車輪與軌道摩擦和提升鏈條或鋼絲繩的振動、摩擦等，將產(chǎn)生較大的噪音。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，堆垛機在工作時，其噪聲值不高于84分貝。目前立體倉庫實際應(yīng)用表明，對于行走速度不超過80米/秒的，還可以保證，超過100米/秒以上的，一般難以保證。
? ? 2.4 有軌巷道堆垛起重機的驅(qū)動機構(gòu)
? ? 目前，國內(nèi)立體倉庫堆垛機的驅(qū)動機構(gòu)中，電機減速機普遍采用德國、日本、意大利的產(chǎn)品，也有少數(shù)采用國內(nèi)的電機減速機。由于堆垛機是立體倉庫中最重要的運輸設(shè)備、各項技術(shù)參數(shù)和綜合性能要求都非常嚴(yán)格，如無故障率應(yīng)大于97%，停準(zhǔn)精度±10mm，以及噪音要求等。這就要求電機減速機的可靠性非常高。因此，現(xiàn)階段在驅(qū)動機構(gòu)中電機減速機的選用上，建議選用國外先進(jìn)的產(chǎn)品，以保證堆垛機的整機性能。
? ? 3、 有軌巷道堆垛起重機的應(yīng)用情況
? ? 隨著我國立體倉庫的發(fā)展，有軌巷道堆垛起重機已廣泛用于各行業(yè)和地區(qū)，有的已形成系列。
? ? 3.1 有軌巷道堆垛起重機的載重與高度
? ? 在國內(nèi)立體倉庫中，堆垛機的載重量、高度等大小不一。據(jù)了解，國內(nèi)堆垛機的高度已達(dá)到36米，載重量達(dá)到4200公斤，貨物寬達(dá)到4000mm。
? ? 3.2 有軌巷道堆垛起重機的行業(yè)分布
? ? 目前，我國的立體倉庫中，應(yīng)用堆垛機的行業(yè)較為廣泛，應(yīng)用于機械制造業(yè)、汽車制造業(yè)、紡織業(yè)、鐵路、卷煙、醫(yī)藥等行業(yè)較多。因為這些行業(yè)的產(chǎn)品比較適合自動倉庫存儲。由于受人的觀念影響，在物流過程中，生產(chǎn)過程庫用的較多，成品庫用的較少。 ?
? ? 3.3 有軌巷道堆垛起重機的地區(qū)分布
? ? 目前國內(nèi)立體倉庫中，采用堆垛機的自動倉庫，隨地區(qū)的不同而不同，主要是地區(qū)經(jīng)濟(jì)的差異和人的觀念不同。較多的應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)，如華東、華南、華北地區(qū)。
? 4、 有軌巷道堆垛起重機的安全性問題
? ? 堆垛機作為一種重要的起重設(shè)備，其安全性和可靠性尤為重要。生產(chǎn)制造及安裝廠家必須具有資格證，設(shè)備經(jīng)需方當(dāng)?shù)貏趧硬块T驗收。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定有多種安全保護(hù)裝置，并在電氣控制上采取一系列聯(lián)鎖和保護(hù)措施，目前應(yīng)用較多的安全保護(hù)裝置有：
? ? 4.1 終端限位保護(hù)
? ? 在水平行走、垂直升降和貨叉伸縮的終端都有機械限位保護(hù)裝置。
? ? 4.2電氣聯(lián)鎖保護(hù)
? ? 堆垛機在出入庫作業(yè)時，保護(hù)貨叉不能動作；相反，貨叉伸縮時，保證水平行走或垂直升降不能動作。
? ? 4.3 正位檢測保護(hù)
? ? 堆垛機在出入庫作業(yè)時，只有在水平（列）方向和垂直（層）方向停準(zhǔn)時，貨叉才能伸縮，即貨叉運動是受條件控制的。
? ? 4.載貨臺斷繩保護(hù)
? ? 當(dāng)鋼絲繩或鏈條斷裂時，通過斷繩保護(hù)裝置使載貨臺卡住立柱或?qū)к?，阻止其墜落。目前比較常見的載貨臺制動器有楔鐵式和凸輪式兩種，也有棘輪式結(jié)構(gòu)。
? ? 另外，一般還有松繩保護(hù)，過載保護(hù)等。
? ? 5、 有軌巷道堆垛起重機的發(fā)展趨勢
? ? 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，有軌巷道堆垛起重機技術(shù)在不斷提高和完善。世界主要工業(yè)國家都把著眼點放在開發(fā)性能可靠的新產(chǎn)品和采用高新技術(shù)上，更加注重實用性和安全性。在堆垛機方面，我們應(yīng)當(dāng)看到和世界先進(jìn)國家的差距，總結(jié)經(jīng)驗，找出不足，打破傳統(tǒng)思路，推出具有新的外形和更高性能的堆垛機。在使用堆垛機具有更高定位精度的同時，提高運行速度，以獲得更短的操作周期和更大的生產(chǎn)能力。
? ? 相信，通過我們的不斷努力，更加高速、安全、可靠的堆垛機將不斷從國外引進(jìn)消化到國內(nèi)，使有軌巷道堆垛起重機發(fā)展到一個新階段
二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容,擬解決的主要問題，設(shè)計思路
（一）主要研究內(nèi)容
本課題的主要內(nèi)容是研制開發(fā)雙立柱巷道物流堆垛起重機的總體布置的方案和各系統(tǒng)的設(shè)計，計算和校對.結(jié)合國外堆垛機設(shè)計的一些先進(jìn)技術(shù)和國內(nèi)專家們做過的一些工作，對雙立柱堆垛起重機的設(shè)計給出了詳細(xì)的方法和較為合理的理論。
根據(jù)以上設(shè)計思路所設(shè)計的有軌巷道式雙立柱堆垛機的結(jié)構(gòu)主要由機架、行走機構(gòu)、提升機構(gòu)及載貨臺、貨叉、電氣控制和各種安全保護(hù)裝置構(gòu)成
1）機架
機架是由上橫梁、左右立柱和下橫梁構(gòu)成的長方形框架,主要用于承載。為了便于安裝零件和減輕堆垛機重量,上、下橫梁用槽鋼制作,立柱用方通制作。上橫梁上設(shè)有天軌阻擋器和緩沖器,下橫梁上設(shè)有地軌阻擋器。
2）行走機構(gòu)
行走機構(gòu)選用DAMAG行走輪組件,安裝在下橫梁上,主要由行走電機(包括減速
器)、行走輪及沿地軌的導(dǎo)向輪組成。為了保證堆垛機平穩(wěn)運行,在上橫梁上裝有天軌導(dǎo)向輪。
3）提升機構(gòu)和載貨臺
提升機構(gòu)主要由提升電機(包括減速器)、傳動鏈輪、傳動鏈條、雙聯(lián)鏈輪、提升鏈
條和惰鏈輪組成。提升鏈條選用雙排滾子鏈,安全系數(shù)大于5,它與載貨臺和上下橫梁上的惰鏈輪組成一個封閉結(jié)構(gòu)。當(dāng)提升電機通過傳動鏈條驅(qū)動雙聯(lián)鏈輪旋轉(zhuǎn)時,使提升鏈條運動,從而帶動載貨臺(包括貨叉、貨物)升降。提升電機通過PLC變頻控制,避免在開始升降和停止時提升鏈條所受拉力過大。載貨臺主要由扁通、鋼板焊接而成,主要用于安裝貨叉和一些安全保護(hù)裝置。為了保證載貨臺平穩(wěn)上下運行,在它的每個側(cè)面裝有沿立柱的4個導(dǎo)向輪和2個頂輪。
4）貨叉
主要由電機減速器、鏈輪、鏈連接裝置、叉板、活動導(dǎo)軌、固定導(dǎo)軌、輥輪軸承和
一些定位裝置組成內(nèi)側(cè)輥輪軸承通過連接板和叉板連在一起,外側(cè)輥輪軸承安裝在固定導(dǎo)軌上,固定導(dǎo)軌安裝在載貨臺橫梁上, 2組軸承都嵌在工字型活動導(dǎo)軌中,當(dāng)電機減速器通過鏈條驅(qū)動鏈輪時,通過鏈連接板Ⅱ帶動活動導(dǎo)軌運動,再通過鏈輪和鏈連接板Ⅰ帶動叉板雙向伸縮,使叉板能以2倍于活動導(dǎo)軌的速度運動。
為了使貨叉伸縮到位,保證準(zhǔn)確存、取貨物,在貨叉上裝有機械定位裝置(雙向阻擋
器)和電氣定位感應(yīng)開關(guān)(極限感受塊和接近開關(guān))組成的雙重定位報護(hù)裝置。另外,還有檢測貨叉是否回到原位的中位感應(yīng)條和接近開關(guān)。
5）電氣設(shè)備及控制
主要包括電力拖動、信號傳輸和堆垛機控制。堆垛機采用滑觸線供電;由于用供電
滑觸線載波通訊易受電力雜波等干擾,所以采用抗干擾性好的紅外通信方式與計算機等倉庫設(shè)備進(jìn)行信息交換。堆垛機運行特點是必須精確定位和準(zhǔn)確認(rèn)址否則就會取錯貨物,碰壞貨物、貨架,嚴(yán)重時會損壞堆垛機本身。堆垛機的位置控制采用絕對認(rèn)址方式,用激光測距儀通過測量堆垛機到基點的距離和事先儲存在PLC中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來確定堆垛機當(dāng)前位置,成本較高,但可靠性很高。
6）安全保護(hù)裝置
為了保護(hù)人身、設(shè)備和貨物的安全,堆垛機必須具有完善的安全保護(hù)措施:
a)堆垛機在行走、載貨臺升降和貨叉伸縮終端處都設(shè)有機械和電氣限位裝置。
b)貨物檢測 載貨臺上設(shè)有貨物超高、超長和超寬檢測裝置。在貨物進(jìn)入載貨臺時,
當(dāng)檢測到貨物超過設(shè)定高度、長度或?qū)挾葧r,堆垛機便停止運行并報警。一般允許誤差為30~40 mm,檢測元件采用對射或反射式光電傳感器。
c)載貨臺上還設(shè)有檢測貨叉是否回位、貨叉上有無貨物和貨位中有無貨物的裝置。
如貨叉沒有回位,堆垛機不能水平運行;如貨叉上已有貨物則不能再取貨;入庫時,必須檢測貨位中有無貨物,以避免發(fā)生事故。
d)斷電保護(hù) 如載貨臺升降過程中忽然斷電,則通過提升電機制動使載貨臺停在當(dāng)
前位置不會掉落下來。
e)載貨臺斷鏈保護(hù) 提升鏈條通過壓簧與載貨臺相連,當(dāng)鏈條由于長時間使用或意
外原因忽然斷裂時,彈簧彈開鏈條,檢測裝置檢測到鏈條時便驅(qū)動相應(yīng)裝置使載貨臺停在當(dāng)前位置,不至于掉下來,同時整個堆垛機停止運行。
(二）擬解決的主要問題
1．通過對資料的分析研究課題的意義；
2. 立體物流倉庫的選型、設(shè)備的選擇；
3．雙立柱巷道物流堆垛起重機組成、機構(gòu)原理分析，選型和總體方案設(shè)計；
4．雙立柱巷道物流堆垛起重機零件設(shè)計；
5自雙立柱巷道物流堆垛起重機的經(jīng)濟(jì)和社會效益分析。
（三） 設(shè)計思路
為使堆垛機能夠準(zhǔn)確、快速、安全、自動搬運貨物出入庫,必須滿足以下設(shè)計要求:
1． 具備三維運動功能,即堆垛機沿巷道來回運動、載貨臺垂直運動、貨叉沿貨架方
向雙向伸縮;
2．滿足一定的定位精度,重復(fù)定位精度誤差不能超過10 mm;
3．具備安全保護(hù)措施;
4．在滿足強度、剛度和可靠性的前提下,盡量減小堆垛機各部分的重量,以減小提升
功率和行走時的摩擦阻力;
5．倉庫環(huán)境,避免貨物污染受損。
三、技術(shù)路線（研究方法）
1、在現(xiàn)有的資料和實驗室器材的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸的分析、設(shè)計、布置，如有必要進(jìn)行調(diào)研，參考相近似的同類機型。
2、雙立柱巷道物流堆垛起重機的選型分析、結(jié)構(gòu)分析，運動分析和強度計算，液壓系統(tǒng)圖的設(shè)計，電氣控制圖的設(shè)計。
3、在對各個主要部件、總成的尺寸參數(shù)進(jìn)行設(shè)計后，利用CAD軟件繪制裝配裝配圖。
四、主要參數(shù)及簡圖
額定起重量：0.1 0.25 0.6 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0(T)
起升范圍：30(m)
水平運行速度：80 100 125 140 160 180 200 250(m/min)
起升速度：16 20 25 31.5 40 63 80 100(m/min)
貨叉伸縮速度：12.5 16 20 31.5 40 50(m/min)
（以上參數(shù)任選一種）
有軌巷道式雙立柱堆垛機
1. 上橫梁 2.天軌導(dǎo)向輪 3.立柱 4.載貨臺頂輪 5.載貨臺導(dǎo)向輪 6.貨叉
7.傳動鏈輪 8.提升電機 9.傳動鏈條 10.雙聯(lián)鏈輪 11.下橫梁 12.惰鏈輪
13.行走輪 14.行走電機 15.提升鏈條 16.載貨臺
五、進(jìn)度安排
1．調(diào)研，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，寫文獻(xiàn)綜述及開題報告；第1～2周（3月2日～3月15日）
2．對課題雙立柱巷道物流堆垛起重機零件進(jìn)行設(shè)計計算；第3～8周（3月16日～4月26日）
3．期中考核； 第9周（4月27日～5月3日）
小四號宋體，加粗
4．對課題計算數(shù)據(jù)進(jìn)行CAD繪制裝配圖及部分零件圖；第10～13周（5月4日～5月31日）
5．對裝配圖、零件圖進(jìn)行修改；第14周（6月1日～6月7日）
6、審核；第15周（6月8日～6月14日）
7、修改、撰寫說明書；第16周（6月15日～6月21日）
8、畢業(yè)設(shè)計答辯準(zhǔn)備及答辯；第17周（6月22日～6月 28日）
六、參考文獻(xiàn)
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七、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日
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