畢業(yè)設(shè)計論文題目：立體車庫堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計 學(xué) 生 姓 名： 學(xué)號： 學(xué) 部 （系）： 機(jī)械與電氣工程學(xué)部 專 業(yè) 年 級： 指 導(dǎo) 教 師： 職稱或?qū)W位： 2011年 5 月18 日目 錄摘要.1關(guān)鍵詞.1Abstract.2Key words.2前言.31. 緒論.41.自動化立體倉庫的起源與發(fā)展.41.2 課題的提出及主要任務(wù).5 1.2.1 課題的提出.5 1.2.2 課題的主要任務(wù).51.3 堆垛機(jī)的分類.6 1.3.1 巷道式堆垛機(jī)的分類.6 1.3.2 巷道式單立柱堆垛機(jī).61.3.3 雙立柱巷道堆垛起重機(jī).71.3.4 橋式堆垛起重機(jī).71.4.1單立柱堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu).81.4.2 單立柱堆垛機(jī)的優(yōu)點(diǎn).91.5 單立柱堆垛機(jī)的工作方式.102.堆垛機(jī)的運(yùn)動循環(huán)和各部分速度計算.112.1 堆垛機(jī)的運(yùn)動循環(huán).112.2 堆垛機(jī)各個部分運(yùn)動速度計算.112.2.1走行速度.122.2.2升降速度.132.2.3 貨叉的伸縮速度.132.2.4 額定數(shù)據(jù)表.143. 堆垛機(jī)各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計和力學(xué)分析.143.1 堆垛機(jī)的外載荷計算.143.2 沿巷道縱向平面受力分析.193.31 單立柱堆垛機(jī)靜態(tài)剛度分析.20 3.3.2 彎矩放大系數(shù).233.3.3 立柱結(jié)構(gòu)臨界載荷.243.4 堆垛機(jī)的設(shè)計計算.263.4.1 主動行走輪直徑的確定.263.4.2 行走電動機(jī)的選用.273.43 升降電動機(jī)的選用.283.4.4 伸縮運(yùn)動電動機(jī)的選用.293.5 驗算運(yùn)行速度和實際所需功率.29結(jié)論.30參考文獻(xiàn).32【附表1】.33【附表2】.34致謝.3537華中科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）立體車庫堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘要 自動化立體倉庫，也叫自動化立體倉儲，利用立體倉庫設(shè)備可實現(xiàn)倉庫高層合理化，存取自動化，操作簡便化。堆垛機(jī)是整個自動化立體倉庫的核心設(shè)備，通過手動操作，半自動操作和全自動操作實現(xiàn)把貨物從一處搬運(yùn)到另一處。它由機(jī)架（上橫梁，下橫梁，立柱），水平行走機(jī)構(gòu)，載貨臺，貨叉及電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成。本文主要是通過對一套實驗室教學(xué)裝置為基礎(chǔ)，以實際為參考而建立的虛擬自動化立體倉庫堆垛機(jī)系統(tǒng)，作者主要對堆垛機(jī)的分類進(jìn)行簡要的介紹，對堆垛機(jī)的各個部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的研究首先對不同堆垛機(jī)簡介和描述，然后通過巷道堆垛機(jī)進(jìn)行整體分析并設(shè)計各個部分的結(jié)構(gòu)，完成對各個部分的受力校核。關(guān)鍵字： 立體倉庫 堆垛機(jī) 結(jié)構(gòu) 受力校核THE STRUCTURE AND DESIGNING OF STACKER IN THE AUTOMATED MUTI-LAYERDE STOREHOUSEAbstractAutomated multi-layered storehouse, also call for automated warehouse, using three-dimensional warehouse equipment can realize warehouse top rationalization, access automation, operation to handle. Stacking machine is the core of the whole automated warehouse equipment, through manual, semiautomatic operation and automatic operation to put the goods from one place to another place in handling. It is composed of (beam in beam, support), the mobile mechanism, bills, level platform, goods fork and electrical control system structure. This paper is mainly based on a set of laboratory teaching equipment as the basis, the actual for reference and establishing virtual automated multi-layered storehouse stacker system, the author mainly to the stackers classification, a brief introduction about the parts of stacker detailed study of the structure of different stacker first introduction and description, and then through the tunnel stacker integral analysis and design of structure, various parts of each part of the complete stress checking.KEY WORDS: Automated multi-layered storehouse, Stacker,structure, Stress checking前 言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，企業(yè)物資倉儲的手段在不斷地改善，自動化立體倉庫己成為當(dāng)今企業(yè)發(fā)展的強(qiáng)勁趨勢。近年來，隨著物流內(nèi)涵的不斷擴(kuò)展，物流管理手段、技術(shù)都在不斷地改善和提高，縮短物流時間、節(jié)省物流費(fèi)用、提高物流效率、使物流組織合理化是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家物流發(fā)展的共同特征，目前已擁有了現(xiàn)代化的物流業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施自動化立體倉庫系統(tǒng)是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的一個重要組成部分，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中。目前，它已經(jīng)成為企業(yè)生產(chǎn)和管理信息化的標(biāo)志之一。本次畢業(yè)設(shè)計主要以三維立體車庫為研究對象主要從車庫的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面展開對自動化立體倉庫的研究。首先從機(jī)械式立體倉庫的總體結(jié)構(gòu)，了解三維立體倉庫堆垛機(jī)的主體鋼架，升降機(jī)構(gòu)，橫移機(jī)構(gòu)及旋轉(zhuǎn)臺等組成部分的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理，分析倉庫的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件的堆垛機(jī)的種類及其特點(diǎn)，重點(diǎn)完成不同堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)原理及其適應(yīng)場合。這些任務(wù)的完成要求我們熟練掌握和運(yùn)用所學(xué)過的機(jī)械以及控制部分的知識，對我們進(jìn)一步鞏固和加強(qiáng)專業(yè)知識和培養(yǎng)專業(yè)技能有很重要的實踐意義。1 緒論自動化倉庫是近代物流系統(tǒng)中迅速發(fā)展的一個重要組成部分，具有節(jié)約用地和人力，作業(yè)迅速準(zhǔn)確，提高保管效率以及降低儲運(yùn)費(fèi)用等許多優(yōu)點(diǎn)。隨著物流系統(tǒng)的進(jìn)一步合理化，采用電子計算機(jī)連線控制的自動化倉庫，已經(jīng)發(fā)展成為連接生產(chǎn)與消費(fèi)的重要環(huán)節(jié)，即不僅具有高效率儲存的功能，而且兼有控制生產(chǎn)或銷售活動的功能。堆垛機(jī)是自動化立體倉庫中重要的起重設(shè)備，本文著重就堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行初步研究。1.1 自動化立體倉庫的起源與發(fā)展立體倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后產(chǎn)生和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。50年代初，美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉庫；50年代末60年代初出現(xiàn)了司機(jī)操作的巷道式堆垛起重機(jī)立體倉庫；1963年美國率先在高架倉庫中采用計算機(jī)控制技術(shù)，建立了第一座計算機(jī)控制的立體倉庫。此后，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學(xué)科。60年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，成為當(dāng)今世界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。我國對立體倉庫及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開始并不晚，1963年研制成第一臺橋式堆垛起重機(jī)（機(jī)械部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所），1973年開始研制我國第一座由計算機(jī)控制的自動化立體倉庫（高15米，機(jī)械部起重所負(fù)責(zé)），該庫1980年投入運(yùn)行。到2003年為止，我國自動化立體倉庫數(shù)量已超過200座。立體倉庫由于具有很高的空間利用率、很強(qiáng)的入出庫能力、采用計算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實施現(xiàn)代化管理等特點(diǎn)，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉儲技術(shù)，越來越受到企業(yè)的重視。 1980年，我國第一座自行研制的自動化立體倉庫開始投產(chǎn)以來，在汽車、化工、電子、煙草等行業(yè)的應(yīng)用逐年增長。其中，最具典型意義的是我國家電龍頭企業(yè)海爾集團(tuán)國際物流中心的立體倉庫，該倉庫高22米，擁有18056個標(biāo)準(zhǔn)托盤位，包括原材料和產(chǎn)成品兩大自動化物流系統(tǒng)，全部實現(xiàn)了現(xiàn)代物流的自動化和智能化。近幾年我國計算機(jī)自控技術(shù)的飛速發(fā)展，為我國自動化立體倉庫的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持。自動化立體倉庫不僅具有節(jié)省和減輕勞動強(qiáng)度、提高物流效率、降低儲運(yùn)損耗、減少流動資金積壓等優(yōu)勢，而且在溝通物流信息、銜接產(chǎn)需、保證生產(chǎn)均衡、合理利用資源、進(jìn)行科學(xué)儲備與生產(chǎn)經(jīng)營決策等方面發(fā)揮著獨(dú)特的作用，使人們可以真正享受到現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)物流管理的益處。1.2 課題的提出及主要任務(wù)1.2.1 課題的提出使用巷道式起重堆垛機(jī)的立體倉庫（或稱自動化倉庫），由于能節(jié)約勞動力，作業(yè)迅速準(zhǔn)確，提高保管效率，降低物流費(fèi)用而問世。并且只要需要，課滿足在規(guī)定的時間內(nèi)把指定的物品進(jìn)行自動收集和分發(fā)的要求，因而受到產(chǎn)業(yè)的重視自動化立體倉庫的優(yōu)點(diǎn)主要有以下方面：1由于能充分利用倉庫的垂直空間，其單位面積存儲量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通的單層倉庫(一般是單層倉庫的4-7倍)。目前，世界上最高的立體倉庫可達(dá)40多米，容量多達(dá)30萬個貨位。2倉庫作業(yè)全部實現(xiàn)機(jī)械化和自動化，一方面能大大節(jié)省人力，減少勞動力費(fèi)用的支出，另一方面能大大提高作業(yè)效率。3采用計算機(jī)進(jìn)行倉儲管理，可以方便地做到"先進(jìn)先出"，并可防止貨物自然老化、變質(zhì)、生銹，也能避免貨物的丟失。4貨位集中，便于控制與管理，特別是使用電子計算機(jī)，不但能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)的自動控制，而且能夠進(jìn)行信息處理。5能更好地適應(yīng)黑暗、低溫、有毒等特殊環(huán)境的要求。例如，膠片廠把膠片卷軸存放在自動化立體倉庫里，在完全黑暗的條件下，通過計算機(jī)控制可以實現(xiàn)膠片卷軸的自動出入庫。6采用托盤或貨箱存儲貨物，貨物的破損率顯著降低。1.2.2 課題的主要任務(wù)本次畢業(yè)論文需要完成的主要任務(wù)如下：1、研究堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)，了解堆垛機(jī)的分類，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及各自適合的不同場合2、分三個部分進(jìn)行功能模塊設(shè)計：行走機(jī)構(gòu)，升降機(jī)構(gòu)，貨叉的伸縮機(jī)構(gòu)，并詳細(xì)闡述每部分設(shè)計要點(diǎn)與設(shè)計過程。3、對堆垛機(jī)的各個部分的材料，連接方式，電機(jī)進(jìn)行選取。4、對堆垛機(jī)的各個部分受力進(jìn)行分析。1.3堆垛機(jī)的分類1.3.1 巷道式堆垛機(jī)的分類按用途分：單元型，揀選型，單元揀選型三種按控制方式分：手動，半自動和全自動三種按應(yīng)用巷道數(shù)量分：直道型，轉(zhuǎn)彎型和轉(zhuǎn)軌型三種按照金屬結(jié)構(gòu)的形式分：單立柱和雙立柱兩種 圖1-1 巷道式單立柱堆垛機(jī)1.3.2 巷道式單立柱堆垛機(jī) 單立柱結(jié)構(gòu)的堆垛機(jī)機(jī)架由一根立柱和下橫梁組成。立柱多采用較大的H型鋼焊接制作，立柱上附加導(dǎo)軌。整機(jī)重量較輕，消耗材料少，因此制造成本相對較低，但剛性稍差。該設(shè)備的參數(shù)如下所示。主要性能：倉庫高度624m,最大40m；運(yùn)行速度：標(biāo)準(zhǔn)型80m/min、 高速型 200m/min；起升高度：標(biāo)準(zhǔn)型Hmax = 20m/min、高速型Hmax=50m/min；貨叉伸縮速度：Vmax = 12m/min(標(biāo)準(zhǔn)性)、50m/min(高速型)。1.3.3 雙立柱巷道堆垛機(jī) 機(jī)機(jī)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，方管兼做起升導(dǎo)軌，圓管需附加起升導(dǎo)軌。圖1-2 雙立柱巷道堆垛1.3.4 橋式堆垛起重機(jī)主要由橋架、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、電氣設(shè)備等部分組成。其工作原理可參考第五章橋式起重機(jī)部分。操縱司機(jī)室有單獨(dú)的起升機(jī)構(gòu)，保證司機(jī)有良好的視野，同時司機(jī)室還安裝有安全裝置，保證了操縱者的安全。起重機(jī)還裝有多種安全裝置，保證了起重機(jī)的安全工作。 圖1-3 橋式堆垛起重機(jī)1.4.1 單立柱堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu) 如圖4-1和圖4-2所示，單立柱堆垛機(jī)是有下橫梁，立柱和帶貨叉的載貨臺組成。裝在下橫梁上的行走輪在固定于地面上的軌道行駛，立柱頂端裝有導(dǎo)輪，它行走在巷道頂部的工字鋼中。下橫梁上裝有行駛機(jī)構(gòu)，主，從動行走輪，電機(jī)，通信，控制部件等。立柱為一箱形結(jié)構(gòu)。圖1-4 單立柱堆垛機(jī)示意圖 單立柱堆垛機(jī)主要由以下幾個部分組成：1.上橫梁，2.上水平導(dǎo)輪，3.貨叉機(jī)構(gòu)，4.載貨臺，5.松繩過載安全裝置，6司機(jī)室，7斷繩安全裝置，8立柱，9.起升機(jī)構(gòu)，10.電氣控制柜，11.運(yùn)行機(jī)構(gòu)。圖1-5 單立柱堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)圖（proe）1.4.2 單立柱堆垛機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 單立柱堆垛機(jī)的優(yōu)點(diǎn)主要集中在以下幾點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡約 節(jié)省材料從而節(jié)省投資，簡單實用，故障率低，維護(hù)方便。 運(yùn)行高速 在超長超高巷道滿載運(yùn)行時，運(yùn)行和升降速度分別最高可達(dá)到150米/分和45米/分，貨叉叉取速度最快達(dá)到30米/分。 操作簡單 人機(jī)操作界面（HMI）采用西門子觸摸屏；取消大部分按鈕、旋鈕和表示燈，僅保留電源開關(guān)和急停按鈕。操作非常簡單和方便；多重冗余操作模式：聯(lián)機(jī)自動/單機(jī)自動（地面設(shè)置操作站時可在地面操作）/手動（自動定位）/維修（點(diǎn)動），且在操作界面上一鍵切換：；HMI幫助可指導(dǎo)用戶輕松完成各部件的日常維護(hù)工作。 高安全性 運(yùn)行、升降和貨叉機(jī)構(gòu)設(shè)有多重機(jī)械安全保護(hù)裝置和電控安全保護(hù)功能，總計達(dá)到19種之多，確保堆垛機(jī)設(shè)備安全平穩(wěn)工作和貨物的安全儲存與傳送。 高可靠性 電控器件全部采用國際知名品牌，關(guān)鍵器件無故障工作時間達(dá)到2萬小時以上。 高智能化 自動接收、分析和執(zhí)行指令；自動記錄并上傳所有狀態(tài)信息和故障數(shù)據(jù)；當(dāng)運(yùn)行過程中發(fā)生各種異常時，能瞬間自動停止運(yùn)行并報警?，F(xiàn)今，越來越多的商家把注意力集中在單立柱堆垛機(jī)上。單立柱堆垛機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡單，重量輕巧著稱，但其受力情況比較復(fù)雜，在設(shè)計時，必須對各個部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，避免自重過大。1.5 單立柱堆垛機(jī)的工作方式 巷道單立柱堆垛機(jī)共有三中運(yùn)動，在軌道上的運(yùn)動為行走運(yùn)動，將其視為Y軸向運(yùn)動。在豎直方向為載物臺的升降運(yùn)動，將其視為Z軸向運(yùn)動。載物臺上的貨叉進(jìn)行存儲作業(yè)的運(yùn)動為伸縮運(yùn)動，將其視為X軸向運(yùn)動?？蓪⑷齻€運(yùn)動建立三維坐標(biāo)系，圖4-3是堆垛機(jī)正常作業(yè)的示意圖。圖中：1.立柱；2.貨叉機(jī)構(gòu)；3.載物臺；4.導(dǎo)軌；5地面導(dǎo)軌；6提升機(jī)構(gòu)；7鋼絲繩；8滑輪；9上部導(dǎo)軌圖1-6堆垛機(jī)正常工作示意圖。 2 堆垛機(jī)的運(yùn)動循環(huán)和各部分速度計算2.1 堆垛機(jī)的運(yùn)動循環(huán)為了合理運(yùn)用自動化立體倉庫以及分析堆垛機(jī)的運(yùn)動特性，必須掌握正確的出入庫能力，即堆垛機(jī)的運(yùn)動循環(huán)。在這里來討論一個回流是倉庫，它的出入庫口設(shè)在貨架的同一側(cè)圖2-1垛機(jī)的運(yùn)動循環(huán)圖由堆垛機(jī)的運(yùn)動循環(huán)圖可知堆垛機(jī)的運(yùn)動分為以下幾種：1入庫（空載）任意貨位出庫（荷載）2入庫（荷載）任意貨位出庫（空載）3入庫（荷載）任意貨位空載運(yùn)轉(zhuǎn)任意貨位出庫（荷載）4入庫（空載）任意貨位荷載運(yùn)轉(zhuǎn)任意貨位出庫（空載）2.2 堆垛機(jī)各個部分運(yùn)動速度計算加速度時容易是貨物倒塌。載人堆垛機(jī)的加減速度一般在0.30.5米/秒2。不容易產(chǎn)生貨物倒塌的箱式托盤等減速度在1米/秒2以下，走行停止前得爬行速度（即微動速度）宜為46米/秒2（爬行行程因堆垛機(jī)總質(zhì)量不同而異，約為0.30.6米）。現(xiàn)在趨向于采用更快的最高速度。另一方面，為確保貨臺的停位準(zhǔn)確，停止前得升降微速希望在5米/分以下。2.2.1 走行速度 =1.732m/s 通過對【附表1】選擇走行速度為100m/min。式中 Vx堆垛機(jī)的走行速度（米/秒）： bx堆垛機(jī)的走行加速度（米/秒2）； L最大走行距離（米）即使選擇的速度超過這個數(shù)值，作業(yè)周期的縮短也少于10%。選擇的速度如果顯著少于這個數(shù)值，作業(yè)周期就要大大增加2.2.2 升降速度 =0.334m/s 通過對【附表1】選擇升降速度為20m/min。式中 Vw堆垛機(jī)的升降速度（米/秒）： H最大走行距離（米）即使超過這個速度，作業(yè)周期的縮短一般也遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于10%的值。2.2.3 貨叉的伸縮速度 =0.273通過對【附表1】選擇升降速度為16m/min。式中 VZ堆垛機(jī)的升降速度（米/秒）： bz堆垛機(jī)的伸縮加速度（米/秒2）； Z最大伸縮距離（米）2.2.4 額定數(shù)據(jù)表通過上述計算堆垛機(jī)各部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示表2-1 堆垛機(jī)額定數(shù)據(jù)表走行速度 100米/分走行加減速度 0.4米/秒2升降速度 20米/秒升降加速度 0.3米/秒2貨叉伸縮速度 16米/分貨叉伸縮加速度 0.2米/秒2貨架規(guī)格 30000*12000*2000單元貨架規(guī)格 1000*1200*2000貨架層數(shù) 10貨架行數(shù) 30 3 堆垛機(jī)各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計和力學(xué)分析3.1.1 堆垛機(jī)外載荷計算1. 載物臺滑輪壓力 由圖3-4,3-5和3-6所示載物臺在OYZ平面內(nèi)載荷圖，m = 0得正滾輪壓力有： KN (3-1) 圖2-2 堆垛機(jī)載荷受力圖圖2-3 堆垛級載貨臺載荷受力圖圖2-2和2-3中 G：立柱重量 G1：貨叉電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)重量 G2 水平驅(qū)動系統(tǒng)重量 G3：垂直驅(qū)動系統(tǒng)重量 G4：電機(jī)柜重量 G5貨叉系統(tǒng)重量 G6：載物臺重量 P：滾輪壓力 Q：額定載荷 圖2-5 OYZ平面內(nèi)載物臺結(jié)構(gòu) 圖2-4 OYZ平面內(nèi)堆垛機(jī)結(jié)構(gòu) 由圖2-6立柱在XOZ平面受力圖，m = 0得側(cè)滾輪壓力有： KN (3-2)由式3-1和3-2得滾輪壓力： KN （3-3） 圖2-6 XOZ平面受力圖2 總提升力 由受力分析可得FZ = 0，得: KN （3-4）3 立柱頂部作用力 利用圖3-8表示的堆垛機(jī)載物臺卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)的力學(xué)簡圖，由此可確定立柱頂部上橫梁上的作用力F，即立柱的軸向受力。（1） 起升載荷 KN (3-5)為動力系數(shù)，是由最大起升加速度決定的。（2） 滾輪摩擦力 KN （3-6）式中f為滾動摩擦系數(shù)。 圖2-8 提升繩的受力簡圖(3)提升繩的張力 KN （3-7） 式中為提升系統(tǒng)效率。（3） 立柱頂部壓力根據(jù)式3-7有： KN （3-8）其中G滑輪和G上橫梁分別為頂部滑輪和上橫梁的重量。 通過以上分析可知，立柱在兩個平面內(nèi)分別承受外載荷的作用，但在XOZ平面的力只有在堆垛機(jī)停穩(wěn)，貨叉伸出存取貨物是才存在，所以，對立柱只進(jìn)行YOZ平面的受力分析。3.2.1 沿巷道縱向平面（YOZ平面）受力分析當(dāng)載物臺滿載位于最高位置，以最大加減速度啟制動，立柱受力處于不利情況。此時的YOZ平面結(jié)構(gòu)計算簡圖如3-1.圖3-1 YOZ平面受力簡圖 圖中H和B分別為堆垛機(jī)總高與行走輪間距，PH:水平慣性力，h：上滾輪距離頂端距離，b1和b2立柱距離兩邊距離。 立柱橫向力矩為： KN/M （3-9）將4-1式代入上式有： KN/M (3-10) 立柱橫向力平、PH用下式計算： KN （3-11）式中a式最大加速度m/s，M為各個部分質(zhì)量換算的等效質(zhì)量。3.3.1 單立柱堆垛機(jī)靜態(tài)剛度分析立柱的靜態(tài)剛度是以載貨臺位于立柱的最高位置時，頂端在巷道縱向平面內(nèi)的撓度來表征，要求設(shè)計撓度應(yīng)當(dāng)小于許用值，即f<f。端部產(chǎn)生的水平位移主要有三部分組成：1. 在M作用下，立柱端部的水平位移f0；2. 在M作用下，下滾輪處截面的轉(zhuǎn)角1引起的端部水平位移 f11h；3. 下橫梁和立柱連接處截面轉(zhuǎn)角2引起的立柱頂部水平位移f22H；（1）f0的計算 圖4-10為結(jié)構(gòu)受力簡圖 圖3-2 堆垛機(jī)剛度計算簡圖其中由外載荷彎矩MP和M1計算有： N （3-12） 式中：I柱為立柱截面垂直縱向平面的慣性距； I梁為下橫梁截面垂直縱向平面的慣性距； E為材料的慣性模量。（2）f1的計算 由外載荷彎矩圖MP和M2計算有： N （3-12） 3-3 下橫梁的計算 （4） f2的計算 求f2要單獨(dú)取下橫梁為研究對象，4-11為其計算簡圖，G0為下橫梁支撐上部重量。 (4-13)由圖3-11計算得： (4-14)由上述計算可見，下橫梁的因素引起的立柱頂端撓度與立柱的高度成正比，所以，增強(qiáng)橫梁對改善結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的剛度很重要，在設(shè)計下橫梁的時候，總是盡量避免出現(xiàn)明顯的下?lián)?，所以，由下橫梁的變形而引起的撓度常忽略不計。3.3.2 彎矩放大系數(shù)由圖4-9中YOZ平面內(nèi)，立柱承受軸向壓力F，橫向力 PH 和橫向力矩 M 正 的共同作用，是 壓彎構(gòu)件，它可以簡化認(rèn)為：軸向壓力始終平行于Z軸，并在頂湍作用有彎矩，因而立拄彎 曲變形可用圖4-12表示。圖中 f 0 是由橫向載荷 PH 與 M 正 的作用在頂端產(chǎn)生的撓度。在軸向力 F的作用下，撓度由 f 0 增大為 f ，根據(jù)彈性分析。 圖3-4 結(jié)構(gòu)撓曲變形示意圖 式中 , Fk 是立柱中心受壓的臨界載荷。 稱為撓度放大系數(shù)。 由圖3-12立柱任意截面z的彎矩為： 令 為橫向彎矩， 則有 當(dāng)z=0，y=0，立柱根部有最大彎矩: 式中 3.3.3立柱結(jié)構(gòu)臨界載荷 圖3-5 立柱承受臨界載荷分析示意圖當(dāng)立柱頂端作用有臨界力 Fk ，產(chǎn)生側(cè)位移 時，下端由于下橫梁的抗彎剛度 阻礙其截面自由產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，因此下橫梁是立柱的彈性支座，彈性轉(zhuǎn)角為 。 = 是支座截面上作用單位載荷時引起的彈性變形。根據(jù)壓桿穩(wěn)定計算的基本假定，從 圖3-13可得立柱任意截面(圖示的Z截面)上的力學(xué)平衡方程： 平衡微分方程 （3-1）式中 通解： (3-2)邊界條件： z = 0 處 y = 0 ，得 z = 0 處 y = = ，得 : (3-3)z = H 處 y = ，得 : 以表示求解以 A 、 B 、 為未知數(shù)的三元一次方程組的系數(shù)行列式，該方程組是由 邊界條件確定的。為了確定 值，先計算下橫粱和立柱連接處截面產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)角的力矩。根據(jù)位移法，由 于節(jié)點(diǎn)單位位移引起的附加約束反力矩 M r 等于節(jié)點(diǎn)各桿由于單位位移產(chǎn)生的桿端彎矩之 和。 i1 、 i2 分別表示兩段下橫粱的線性剛度，即 :, (3-4)則 (3-5) 由 M r 和的物理含義可得如下關(guān)系式： (3-6) 式中 I1x 和 I 2x 分別是立柱和下橫梁截面X方向的慣性力矩，而 定的常數(shù)。C值確定后公式的 cot 。確 定 0 值后由可得立柱中心受壓臨界力: (3-7)式中 E 是結(jié)構(gòu)材料的彈性模量。在計算 Fk 時，可在假設(shè)下橫梁的剛度比較大，發(fā)生的變形很小時考慮，立柱下端可當(dāng)作 固定端，則由壓桿穩(wěn)定性條件計算: 3.4 堆垛機(jī)設(shè)計計算3.4.1 主動行走輪直徑的確定 走行輪有主動輪與從動輪各 1 個， 由于堆垛機(jī)在操作貨叉時的反作用力會 對走行輪產(chǎn)生側(cè)壓，為了防止走行輪由于側(cè)壓脫軌與走行中的爬行現(xiàn)象，需安裝側(cè)面導(dǎo)輪驅(qū)動輪的末端齒輪采用輪軸直接連接的驅(qū)動方式。 走行輪的允許載重量等各參數(shù)間有下列關(guān)系式： Kg 且: kg/cm 式中， G允許載重量（kg） D ' 車輪的踏面直徑（cm）B鋼軌寬（cm） r鋼軌頭部的圓角半徑（cm） K許用應(yīng)力系數(shù)（kg/cm 2 ） v走行速度（m/min） k許用應(yīng)力（球墨鑄鐵的許用應(yīng)力為 50 kg/cm 2 ） 首先確定 B=6.4cm，r=0.2cm, k=50 kg/cm 2 , v=100m/min 則有： G =2000/2=1000kg 則代入上式可得：D ' =7.2cm，則車輪的軸徑為： =10.32mm 取 d =15mm,車輪直徑可適當(dāng)取大為 D=100mm 軸上的軸承選取代號為 6310，基本尺寸為：d=50mm, D=100mm, B=27mm.。3.4.2 行走電動機(jī)的選用有軌巷道堆垛機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電動機(jī)的功率，是根據(jù)堆垛機(jī)滿載穩(wěn)定運(yùn)行 時的靜阻力進(jìn)行計算。按照運(yùn)行靜阻力、運(yùn)行速度計算機(jī)構(gòu)的靜功率。靜功率 (kw)的計算公式為式中 W運(yùn)行機(jī)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)行時的靜阻(N)； V堆垛機(jī)的運(yùn)行速度(m/min)取 100m/min 計算； Z堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)數(shù)，一般取 Z=1； 運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動的總效率,一般取 0.8。 代入有：查【附表2】選用電動機(jī) Y90L-4；P=1.5KW，n1=1400r/min ，電動機(jī)的重量 Gd=45kg，電機(jī)軸 D=30mm，長 L=400，效率 79%。3.4.3 升降電動機(jī)的選用靜功率 (kw)的計算公式為式中 W運(yùn)行機(jī)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)行時的靜阻(N)； V堆垛機(jī)的升降速度(m/min)取 20m/min 計算； Z堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)數(shù)，一般取 Z=1； 運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動的總效率,一般取 0.8。 代入有： 查【附表2】選用電動機(jī) Y90S-4；P=1.1KW，n2=1400r/min ，電動機(jī)的重量 Gd=40kg，電機(jī)軸 D=20mm，長 L=280，效率 78%。3.4.4 伸縮運(yùn)動電機(jī)的選用靜功率 (kw)的計算公式為式中 W運(yùn)行機(jī)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)行時的靜阻(N)； V堆垛機(jī)的升降速度(m/min)取 20m/min 計算； Z堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)數(shù)，一般取 Z=1； 運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動的總效率,一般取 0.8。 代入有： 查【附表2】選用電動機(jī) Y90S-6；Ne=0.75KW，n3=910r/min ，電動機(jī)的重量 Gd=30kg，電機(jī)軸 D=15mm，長 L=250，效率 72.5%。3.5.1 驗算運(yùn)行速度和實際所需功率實際運(yùn)行的速度： m/min誤差：=3.75%<15% 合適 實際所需的電動機(jī)功率： =1.417 KW<1.5 KW由于 P<Pac,故所選的電動機(jī)和減速器都合適。結(jié)論經(jīng)過了三個月的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了自動化立體倉庫堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。從開始接到論文題目到設(shè)計方案的確定，在到論文的文章的完成。其中的每一步對于我來說都是一次進(jìn)步和挑戰(zhàn)。同時在這段期間非常感謝指導(dǎo)老師陳艷的悉心指導(dǎo)，讓我學(xué)到了很多的東西，它是在步入社會之前的一次練兵，讓我能獨(dú)自的面對一次挑戰(zhàn)。讓我學(xué)會了如何去查閱資料，并且讓我將書本中所學(xué)的知識融會貫通，在知識交界處模糊時虛心向老師和同學(xué)請教本次論文通過對單立柱堆垛機(jī)的運(yùn)動方式和機(jī)理為研究對象，主要研究了單立柱堆垛機(jī)的運(yùn)動方式，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，受力情況，以及各個運(yùn)動的電機(jī)的選取。最終設(shè)計出一臺滿足要求的單立柱堆垛機(jī)，并繪制出了單立柱堆垛機(jī)的三維圖（PROE）由于本人的能力有限，經(jīng)驗不足以及時間的倉促，設(shè)計中難免存在不足和錯誤的地方，希望各位老師能夠諒解，并提出你們的寶貴意見。參考文獻(xiàn)【1】（日）吉國宏 自動化倉庫堆垛機(jī)設(shè)計 北京:人民鐵道出版社 1979.12【2】郭環(huán) 禹永偉 自動化立體倉庫中的堆垛機(jī)設(shè)計 論文 2002.3（114）：76-78【3】陳金玉 立體倉庫堆垛機(jī)的設(shè)計 論文 2006.4:48-50【4】機(jī)械設(shè)計手冊(第三版卷) 化學(xué)工業(yè)出版社【5】成大千 機(jī)械設(shè)計圖冊 化學(xué)工業(yè)出版社【6】陳迪新 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 北京起重機(jī)械研究所【8】宋章 領(lǐng)沈敏 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