有轨巷道堆垛机水平行走机构的设计

时间：2020-08-11 10:03:33 研究生论文我要投稿

有轨巷道堆垛机水平行走机构的设计

　　摘要：堆垛机是自动化立体仓库中最重要的起重堆垛设备，它能够在自动化的巷道中来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存入货格，或者相反取出货格内的货物运送到巷道口。本文详细论述了在现代大多数企业中普遍使用的单立柱式堆垛机水平行走机构的设计方案，首先，提出水平行走机构的总体设计方案。其次，对各个机构的受力情况进行了分析并计算。然后，估取初取值，再进行校核。最后确定各个实际值。

　　关键词：自动化; 水平行走机构; 堆垛机; 设计

　　0、引言

　　自动化立体仓库是伴随着物流发展而迅速兴起的一种新型仓库，物资储运作业自动化是其重要的内容，实现仓库物资储运作业自动化，仓库机械设备、管理、信息、人才系统配套、协调发展是今后重要的发展趋势。而巷道式堆垛机是自动化立体仓库重要的组成部分，因此，巷道式堆垛机的设计和使用就显得尤为重要。

　　本设计主要完成有轨巷道单立柱式堆垛机水平行走机构的设计。该行走机构通过在货架巷道间来回穿梭运行，能及时、准确的把堆垛机及货物自动送到指定位置。

　　1、行走机构工作原理行走机构是有轨巷道堆垛机的重要组成部分，它主要由减速电机、下横梁、主动行走轮组、被动行走轮组、下横梁导向轮、及缓冲器等零件组成。其基本功能是通过减速电机驱动主动行走轮组在地轨上运动，以一定的速度安全可靠地完成巷道堆垛机沿巷道方向上的水平行走运动。下横梁导向轮通过支架固定在下横梁上，使有轨巷道堆垛机水平运行时，能够沿着地轨行走不至于跑偏，起到导向的作用。缓冲器主要用来吸收堆垛机运行到巷道两端是发生碰撞产生的能量。

　　2、设计参数(1)行走速度 (m/min)：4～120，变频调速(2)工作的环境温度：-5～40℃(3)工作情况：每天工作8 小时，每年工作300 天(4)预期使用寿命：10 年

　　3、行走轮直径的确定为了选择行走轮，应考虑以下因素以确定其直径：

　　(1)行走轮上的载荷;(2)制造行走轮的金属材料;(3)轨道形式;(4)行走轮转速;(5)机构工作级别。

　　在实际生活中，堆垛机行走机构的车轮常采用圆柱形的'结构形式，与头部带曲率半径的轨道配套使用，该结构的接触形式为点接触，从理论分析来看，应按点接触计算。这对于新车轮、新轨道在最初使用阶段与实际情况是相符合的，但在行走机构运行过程中不可避免地会存在碰撞、发热、磨损等状况，随着使用时间的增长，轨道头部和车轮会出现不同程度的磨损，车轮与轨道之间的接触形式将逐步成为线接触。此外，在实际生产中，P24～P50钢轨头部的曲率半径都是300mm，即不论选用何种型号的钢轨，按点接触计算，对结果均无影响，这也与实际使用情况不符。

　　4、运行静阻力的计算运行静阻力主要包括车轮踏面沿轨道的滚动摩擦阻力及车轮轴承中的摩擦阻力;由于水平运行时不可避免地会产生一定程度的偏斜，因此还有导向轮沿轨道侧面的附加摩擦阻力

　　5、控制电机的选择随着科学技术的发展和创新，变频调速技术已被广泛应用于工业生产中，其中应用于起重机械行业更为突出。这是因为变频调速技术具有效率高、调速范围宽、调速精度高、起动/制动平稳且冲击小、可实现无极调速及节约电能等优点。而到目前为止，国内大部分起重机械仍然使用传统的绕线式电动机转子串电阻调速方式，实现对起重机上各机构起停及运行速度的控制;但该传统调速方式只能进行有级调速，起动/制动冲击电流大，存在大量的转差功率消耗于转子串接的电阻上，致使电机的机械特性很软，调速精度差、范围小，并且对电动机的电刷、滑环及制动器有比较大的冲击，维修率较高。所以，为满足生产需要，提高设备的效益，降低维修率，节约电能等，现选用变频调速电机作为本次设计的单立柱式堆垛机的动力装置。

　　6、调速电机选型堆垛机自重1 W =30000N，货物重量2 W =5000N，行走速度v =40m/min，动力传递总效率η =0.8。

　　7、缓冲器的选择堆垛机在运行过程中控制系统失控时，就会和巷道口的机械装置发生碰撞，为了减小碰撞时对堆垛机造成的危害，在堆垛机的上下横梁两端安装了缓冲器。

　　8、开式直齿圆柱齿轮传动的设计计算减速电机与车轮主轴通过齿轮传动连接，设计校核如下：

　　(1)选择材料，确定齿轮的疲劳极限应力由表6.2[6]选小齿轮为40Gr，调质处理，表面硬度HBS1=260H，大齿轮为45, 正火处理，表面硬度HBS2=260H接触疲劳极限σHlim 查图6-4[6]得：σHlim1=700N/mm2，σHlim2=550N/mm2应力循环次数N 由式6-4[6]N1 =60n3jLh=60×51×1×(8×300×10) =7.34×107N2 = N1/ i12=7.34×107/4=1.84×107接触强度最小安全系数SHmin=1查图6-5[6]得接触强度寿命系数ZN1=1.05,ZN2=1.08则 [σH1]=700×1.05/1=735N/mm2,[σH2]=550×1.08/1=594N/mm2所以 [σH]=594N/mm2查图6-8[6]得弯曲强度强度寿命系数 YN1= YN1=1查图6-9[6]得弯曲强度强度尺寸系数YX=1弯曲强度最小安全系SFmin=1.4则 [σF1]=378×1×1/1.4=270N/mm2 ,[σF2]=294×1×1/1.4=210N/mm2(2)齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级，估取圆周速度v =0.27m/s ,参考表6.7[6]、6.8[6]选取齿轮传动的精度等级为8 级。

　　小轮分度圆直径。

　　(3)齿根弯曲疲劳强度校核计算

　　(4)齿轮其它主要尺寸计算大轮分度圆直径d2 d2=mz2=4×100 =400mm根圆直径dfdf1=d1-2hf=100-2×1.25×4=90mmdf2=d2-2hf=400-2×1.25×4=390mm顶圆直径dada1=d1+2ha=100+2×4=108mmda2=d2+2ha=400+2×4=408mm9 结语本次设计从有轨巷道式堆垛机的结构和功能出发，主要设计完成了应用于中小型自动化立体仓库的单立柱式堆垛机的行走机构部分的设计。该行走机构具有结构简单、实用性强、操作方便等特点。行走机构主要涉及到传动齿轮的设计校核、车轮直径的设计验算以及电动机功率的选择等。

　　[参考文献] (References)

　　[1] 韩正铜、王天煜主编.机械精度设计与检测.徐州：中国矿业大学出版社，2006..

　　[2]王启义主编.中国机械设计大典.北京：机械工业出版社，2008.

　　[3]机械设计手册编委会编着.机械设计手册第3 卷.北京：机械工业出版社，2004.

　　[4] 洪钟德主编.简明机械设计手册.上海：同济大学出版社，2002..

　　[5]徐洪基、雷光主编：现代机械传动手册.北京：机械工业出版社，2002.

　　[6]程志红主编.机械设计.南京：东南大学出版社，2006.

　　[7]程志红主编.机械设计课程上机与设计.南京：东南大学出版社，2006.

　　[8] 倪继勇、孙晶晶. 部分断面掘进机行走减速器与履带板设计[J]. 中国科技论文在线，2008，8(1)：1-19[9]刘昌祺主编.物流配送中心设施及设备设计.北京：机械工业出版社，2004.

　　[10]张德泉、陈思夫、林彬主编.机械制造装备及其设计.天津：天津大学出版社，2003.

　　[11]周明衡主编：新离合器、制动器选用手册.北京：化学工业出版社，2003.

　　[12]王洪欣、冯雪君主编.机械原理.南京：东南大学出版社，2007.