有軌巷道堆垛機(jī)水平行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
摘要：堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉庫中最重要的起重堆垛設(shè)備，它能夠在自動(dòng)化的巷道中來回穿梭運(yùn)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(yùn)送到巷道口。本文詳細(xì)論述了在現(xiàn)代大多數(shù)企業(yè)中普遍使用的單立柱式堆垛機(jī)水平行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，首先，提出水平行走機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)方案。其次，對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)的受力情況進(jìn)行了分析并計(jì)算。然后，估取初取值，再進(jìn)行校核。最后確定各個(gè)實(shí)際值。
關(guān)鍵詞： 自動(dòng)化; 水平行走機(jī)構(gòu); 堆垛機(jī); 設(shè)計(jì)
0、引言
自動(dòng)化立體倉庫是伴隨著物流發(fā)展而迅速興起的一種新型倉庫，物資儲(chǔ)運(yùn)作業(yè)自動(dòng)化是其重要的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)倉庫物資儲(chǔ)運(yùn)作業(yè)自動(dòng)化，倉庫機(jī)械設(shè)備、管理、信息、人才系統(tǒng)配套、協(xié)調(diào)發(fā)展是今后重要的發(fā)展趨勢(shì)。而巷道式堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉庫重要的組成部分，因此，巷道式堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)和使用就顯得尤為重要。
本設(shè)計(jì)主要完成有軌巷道單立柱式堆垛機(jī)水平行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。該行走機(jī)構(gòu)通過在貨架巷道間來回穿梭運(yùn)行，能及時(shí)、準(zhǔn)確的把堆垛機(jī)及貨物自動(dòng)送到指定位置。
1、行走機(jī)構(gòu)工作原理行走機(jī)構(gòu)是有軌巷道堆垛機(jī)的重要組成部分，它主要由減速電機(jī)、下橫梁、主動(dòng)行走輪組、被動(dòng)行走輪組、下橫梁導(dǎo)向輪、及緩沖器等零件組成。其基本功能是通過減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)行走輪組在地軌上運(yùn)動(dòng)，以一定的速度安全可靠地完成巷道堆垛機(jī)沿巷道方向上的水平行走運(yùn)動(dòng)。下橫梁導(dǎo)向輪通過支架固定在下橫梁上，使有軌巷道堆垛機(jī)水平運(yùn)行時(shí)，能夠沿著地軌行走不至于跑偏，起到導(dǎo)向的作用。緩沖器主要用來吸收堆垛機(jī)運(yùn)行到巷道兩端是發(fā)生碰撞產(chǎn)生的能量。
2、設(shè)計(jì)參數(shù)(1)行走速度 (m/min)：4～120，變頻調(diào)速(2)工作的環(huán)境溫度：-5～40℃(3)工作情況：每天工作8 小時(shí)，每年工作300 天(4)預(yù)期使用壽命：10 年
3、行走輪直徑的確定為了選擇行走輪，應(yīng)考慮以下因素以確定其直徑：
(1)行走輪上的載荷;(2)制造行走輪的金屬材料;(3)軌道形式;(4)行走輪轉(zhuǎn)速;(5)機(jī)構(gòu)工作級(jí)別。
在實(shí)際生活中，堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的車輪常采用圓柱形的'結(jié)構(gòu)形式，與頭部帶曲率半徑的軌道配套使用，該結(jié)構(gòu)的接觸形式為點(diǎn)接觸，從理論分析來看，應(yīng)按點(diǎn)接觸計(jì)算。這對(duì)于新車輪、新軌道在最初使用階段與實(shí)際情況是相符合的，但在行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程中不可避免地會(huì)存在碰撞、發(fā)熱、磨損等狀況，隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，軌道頭部和車輪會(huì)出現(xiàn)不同程度的磨損，車輪與軌道之間的接觸形式將逐步成為線接觸。此外，在實(shí)際生產(chǎn)中，P24～P50鋼軌頭部的曲率半徑都是300mm，即不論選用何種型號(hào)的鋼軌，按點(diǎn)接觸計(jì)算，對(duì)結(jié)果均無影響，這也與實(shí)際使用情況不符。
4、運(yùn)行靜阻力的計(jì)算運(yùn)行靜阻力主要包括車輪踏面沿軌道的滾動(dòng)摩擦阻力及車輪軸承中的摩擦阻力;由于水平運(yùn)行時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生一定程度的偏斜， 因此還有導(dǎo)向輪沿軌道側(cè)面的附加摩擦阻力
5、控制電機(jī)的選擇隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，變頻調(diào)速技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，其中應(yīng)用于起重機(jī)械行業(yè)更為突出。這是因?yàn)樽冾l調(diào)速技術(shù)具有效率高、調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、起動(dòng)/制動(dòng)平穩(wěn)且沖擊小、可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速及節(jié)約電能等優(yōu)點(diǎn)。而到目前為止，國(guó)內(nèi)大部分起重機(jī)械仍然使用傳統(tǒng)的繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)上各機(jī)構(gòu)起停及運(yùn)行速度的控制;但該傳統(tǒng)調(diào)速方式只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，起動(dòng)/制動(dòng)沖擊電流大，存在大量的轉(zhuǎn)差功率消耗于轉(zhuǎn)子串接的電阻上，致使電機(jī)的機(jī)械特性很軟，調(diào)速精度差、范圍小，并且對(duì)電動(dòng)機(jī)的電刷、滑環(huán)及制動(dòng)器有比較大的沖擊，維修率較高。所以，為滿足生產(chǎn)需要，提高設(shè)備的效益，降低維修率，節(jié)約電能等，現(xiàn)選用變頻調(diào)速電機(jī)作為本次設(shè)計(jì)的單立柱式堆垛機(jī)的動(dòng)力裝置。
6、調(diào)速電機(jī)選型堆垛機(jī)自重1 W =30000N，貨物重量2 W =5000N，行走速度v =40m/min，動(dòng)力傳遞總效率η =0.8。
7、緩沖器的選擇堆垛機(jī)在運(yùn)行過程中控制系統(tǒng)失控時(shí)，就會(huì)和巷道口的機(jī)械裝置發(fā)生碰撞，為了減小碰撞時(shí)對(duì)堆垛機(jī)造成的危害，在堆垛機(jī)的上下橫梁兩端安裝了緩沖器。
8、開式直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算減速電機(jī)與車輪主軸通過齒輪傳動(dòng)連接，設(shè)計(jì)校核如下：
(1)選擇材料，確定齒輪的疲勞極限應(yīng)力由表6.2[6]選小齒輪為40Gr，調(diào)質(zhì)處理，表面硬度HBS1=260H，大齒輪為45, 正火處理，表面硬度HBS2=260H接觸疲勞極限σHlim 查圖6-4[6]得：σHlim1=700N/mm2，σHlim2=550N/mm2應(yīng)力循環(huán)次數(shù)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接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)SHmin=1查圖6-5[6]得接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)ZN1=1.05,ZN2=1.08則 [σH1]=700×1.05/1=735N/mm2,[σH2]=550×1.08/1=594N/mm2所以 [σH]=594N/mm2查圖6-8[6]得彎曲強(qiáng)度強(qiáng)度壽命系數(shù) YN1= YN1=1查圖6-9[6]得彎曲強(qiáng)度強(qiáng)度尺寸系數(shù)YX=1彎曲強(qiáng)度最小安全系SFmin=1.4則 [σF1]=378×1×1/1.4=270N/mm2 ,[σF2]=294×1×1/1.4=210N/mm2(2)齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，估取圓周速度v =0.27m/s ,參考表6.7[6]、6.8[6]選取齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)為8 級(jí)。
小輪分度圓直徑。
(3)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算
(4)齒輪其它主要尺寸計(jì)算大輪分度圓直徑d2 d2=mz2=4×100 =400mm根圓直徑dfdf1=d1-2hf=100-2×1.25×4=90mmdf2=d2-2hf=400-2×1.25×4=390mm頂圓直徑dada1=d1+2ha=100+2×4=108mmda2=d2+2ha=400+2×4=408mm9 結(jié)語本次設(shè)計(jì)從有軌巷道式堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能出發(fā)，主要設(shè)計(jì)完成了應(yīng)用于中小型自動(dòng)化立體倉庫的單立柱式堆垛機(jī)的行走機(jī)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)。該行走機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、操作方便等特點(diǎn)。行走機(jī)構(gòu)主要涉及到傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)校核、車輪直徑的設(shè)計(jì)驗(yàn)算以及電動(dòng)機(jī)功率的選擇等。
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