【立體倉庫的設計及制作研究11000字（論文）】

立體倉庫的設計及制作研究摘要隨著世界經濟的不斷發展，科學技術的飛速發展，經濟全球化趨勢的增強，各國都面臨著前所未有的機遇和挑戰。在這種大背景下，現代物流作為工業化過程中最經濟，最合理的綜合服務模式和管理技術，已被越來越多的企業所重視。近年來，我國在工業發達地區建立了一定數量的自動化倉庫。自動化倉庫最早是在美國誕生的。在1980年代，它們在世界范圍內發展迅速，其使用范圍幾乎涵蓋了所有行業。它的出現表明現代工業技術已進入加速發展階段。本設計主要詳細介紹了整個自動化立體倉庫包括貨架，堆垛機，送料口的主要功能與實現方案，從經濟性與整體結構的簡單可靠性上進行研究對堆垛機的提升機構、行走機構、貨叉機構等進行了詳細的結構設計和計算選型，給出相應的參數，對比各種方案對整體結構方面的影響，根據預定的設計要求最終為設計選出最合適的方案，并對關鍵部件進行了相應的校核，以保證設計的可靠性。通過solidworks對整體結構進行相關建模，最后對設計進行總結和完善。關鍵詞：立體倉庫結構設計堆垛機物流計算校核目錄第一章緒論 81.1課題的目的及意義 81.2幾種立體倉庫的特點及比較 91.2.1托盤重力式儲存系統 91.2.2穿梭機貨架倉儲系統 101.2.3蜂巢儲存系統 111.2.4模塊化密集儲存系統 121.3國內外研究現狀 121.4研究的主要內容 13第二章總體方案確定 142.1堆垛機的基本技術參數 142.2堆垛機的傳動方案設計 152.3主要裝置 162.3.1貨架 162.3.2貨叉 162.3.3堆垛機 16第三章立體倉庫的送料口結構設計 173.1送料口零件的建模 173.2帶輪的選型與安裝 173.3傳感器的選擇 20第四章貨叉伸縮機構的設計 204.1貨叉伸縮機構的工作原理與建模 204.2氣缸的組成分類 214.3氣缸的選型計算 23第五章堆垛機的結構設計 245.1堆垛機行走機構 245.1堆垛機提升機構 265.2滾珠絲桿的選型校核 275.3步進電機的選型校核 29總結 31致謝 32參考文獻 33

第一章緒論1.1課題的目的及意義隨著全球物流業的飛速發展，物流系統的進一步完善和合理性在優化資源配置，提高企業生產率，降低生產成本方面發揮著至關重要的作用。自動化是倉庫管理發展的必然趨勢。自動化倉庫的運作效率和自動化技術水平可以大大提高企業物流效率。倉庫的基本技術越來越成熟。目前，越來越多的企業開始采用自動化倉庫。企業可以根據實際情況構建中型和大型三維庫，也可以根據需要構建中小型自動化的三維庫。因此，自動化倉庫系統變得越來越流行。它的核心設備巷道堆垛起重機是自動化倉庫的象征，它對倉庫的效率有重要影響。自動化立體倉庫是現代社會物流系統的重要組成部分。這是用于貨物的高密度倉儲貨架系統。自動化三維倉庫在世界范圍內發展迅速，幾乎在各個行業中都得到使用。相比之下，傳統倉庫只是一個存放貨物的地方，而存放貨物是其唯一的功能，是一種“靜態倉庫”。自動化的三維倉庫采用先進的自動化物料搬運設備，不僅使貨物能夠根據需要自動在倉庫中存放和取回，而且還可以與倉庫外部的生產環節有機地連接起來，從而使倉庫可以通過計算機管理系統和自動化的物料搬運設備轉變為倉庫。企業生產物流中的重要環節。企業采購零件和自制零件的存儲是整個生產的一部分。短期存儲是指在指定的時間自動輸出到下一個生產流程，從而形成一個自動化的物流系統。這是一種“動態存儲”，也是當今自動化倉庫發展的明顯技術趨勢，作為倉庫，首先具有存儲功能，在自動化系統的管理和控制下，物料可以科學管理，合理利用各種資源進行存儲，提高處理效率，滿足各種存儲要求，作為生產過程中的中間環節，應具有原材料的緩沖存儲功能，在制品和成品；在自動運輸和機械化設備的處理下，提高了自動運輸的程度，縮短了各種物料的庫存周期，從而降低了總成本；還經常使用自動化倉庫企業信息系統的重要組成部分，企業領導根據庫存信息制定相應的策略和計劃，調整，監視和調整企業的行為。目前，裝卸，儲運業務，即國民經濟中占用大量勞動力。物流工作機械化和自動化的主要優點是提高勞動生產率和節省勞動力資源。近年來，我國在工業發達地區建立了一定數量的自動化倉庫。自動化倉庫最早是在美國誕生的。在1980年代，它們在世界范圍內發展迅速，其使用范圍幾乎涵蓋了所有行業。它的出現表明現代工業技術已進入加速發展階段。自動化三維倉庫技術的研究在提高企業的生產效率，降低企業的生產成本，優化企業的生產資源配置方面起著更為重要的作用。我國對三維倉庫技術的研究起步較晚，與發達工業國家相比仍存在一定的技術差距。總結三維倉庫的技術經驗，尋找技術缺陷，并提出創新和改進方法，將有助于迅速提高我國的工業化水平。此外，全球經濟發展迅速，土地資源和人力資源日益匱乏，成本也在迅速增加。企業需要使用最少的土地和勞動力來盡可能多地完成最多的貨物存儲。自動化倉庫無疑是最佳選擇。激烈的競爭形勢要求企業加快建設高標準，高性能的三維立體倉庫，以解決土地資源匱乏，勞動力資源匱乏的現實問題。立體倉庫庫存和揀貨是三維倉庫工作流程的關鍵環節，必須確保高效，安全和穩定的性能，以滿足客戶的需求。因此，開發高性能，安全可靠的三維倉庫是倉儲物流業從業者的共識。1.2幾種立體倉庫的特點及比較1.2.1托盤重力式儲存系統重力式貨架如圖1-1所示由托盤式貨架演變而成，利用貨物的自重，實現貨物的先進先出，空間利用率較高，尤其適用于有一定質保期、不宜長期積壓的貨物。托盤重力式存儲系統由重力架子和與之相配的進出倉庫堆垛機和叉車兩種重要類型組成，他們是貨架的關鍵組成部分，帶有坡道滑軌，坡道的傾斜角度為2至3度，通常在上面安裝有托輥，在托板的輔助下重力作用下可以從倉庫向出站側滑動，兩個滾筒沒有動力，為了確保貨物可以均勻下降，在支架上每隔一個滾輪的距離設置了一套阻尼輥，并在貨物通道的入口端裝有導向板，貨物安裝在出口通道分離機構中，分離機構的作用第一個是分離托盤的出口和托盤的背面，用于叉車和堆高車的提貨。圖1-1托盤重力式存儲系統1.2.2穿梭機貨架倉儲系統穿梭機貨架倉儲系統如圖1-2所示是近年來更加流行的一種密集存儲系統。利用電池供電，使用無線遙控技術進行操作，通過軌道底部的直通式貨架，直接實現貨物運輸[5]。穿梭機貨架倉儲系統不僅具有動態式和重力式貨架的所有優點，而且避免了兩個貨架不可避免的弊端。穿梭板貨架存儲系統未被廣泛采用的原因，僅僅是因為穿梭機價格很高，更難以接受，因此需要在成本控制和推廣上發力。圖1-2穿梭機倉存系統1.2.3蜂巢儲存系統蜂窩存儲技術如圖1-3所示是一種新型的集約化存儲技術，存儲格架的網格豎井式布局，豎井的軌道上方布有網格，進出的貨物可以通過網格軌道實現雙梭車的同時運行，在存儲單元內，每個儲物格的支架上設有若干個平行的滑道，滑道的軸向與儲物格的軸向垂直，通道地板上設有軌道，送料機在軌道上移動;軌道設有多個相互平行的電梯滾輪，其軌道方向、電梯滾輪軸線和儲物格滾輪軸線相同。由于該存儲系統就像一個蜂巢，所以被稱為蜂窩存儲系統。圖1-3蜂巢存儲系統1.2.4模塊化密集儲存系統模塊化密集存儲系統如圖1-4所示是根據特定需求定制的各種形式的密集集成存儲貨架，高度集成了復雜的存儲和分揀，已經在某些高新行業中得到應用。圖1-4模塊化密集存儲系統1.3國內外研究現狀近年來，國內外物流系統和自動化倉庫更加注重實用性和安全性。貨架采用設備化的結構，高層次化有利于批量生產，降低了生產成本，提高了精度，并在現場安裝調試。通過計算機網絡技術，實現了倉庫與堆垛機等裝卸設備的連接，并將倉庫與倉庫連接起來。聯系方式能有效了解堆高車等的狀態，并合理地進行物流管理。隨著控制系統中計算技術的不斷改進，人工智能技術專家系統在自動化倉庫中的應用日益增多，使自動化倉庫更加智能。大型自動化倉庫系統不再是發展的方向。為了適應工業發展的新形勢，出現了規模更小，響應速度更快，用途更廣的自動化三維倉庫系統。它結合了先進的控制技術，適用于分段運輸和計劃的線路運輸，保持了高度的靈活性和高生產率，并滿足了工業庫存處理的需求。在堆疊器方面，我們將繼續推出外觀漂亮，性能更高的新設備，以進一步改善電子技術和控制技術的應用。在使堆垛機具有更高的定位精度的同時，它們還提高了搜索能力和操作速度。隨著現代工業生產的發展，柔性制造系統，計算機集成制造系統和工廠自動化對自動化三維倉庫提出了更高的要求。處理和倉儲技術必須具有更可靠和實時的信息，并且工廠和倉庫中的物流必須伴隨著并行的信息流。射頻數據通信，條形碼技術，掃描技術和自動數據收集越來越多地用于諸如堆垛機，自動導引車和傳送帶之類的運輸設備中。移動機器人還被用作靈活的生產和倉儲中的靈活的物流工具。產品交付越來越扮演著重要的角色。自動化的三維倉庫已在我國許多行業中得到應用，其中最集中的是在快速發展的消費品行業和制藥行業中的應用。在我國當前的市場環境下，土地成本非常高。企業希望獲得更大的利益。一方面是創新與發展，另一方面是節省成本。如果公司希望在有限的空間內存儲更多物品，那么自動化倉庫就可以解決此問題。其次，它可以幫助公司提高工作效率。因為它使用了當前相對先進的計算機處理系統，所以可以有效地節省時間并很好地連接設備。許多公司還認識到自動化倉庫對于企業生存的重要性。它的使用可以大大減少土地占用的面積。當土地資源日益緊張時，它將在未來產生積極的經濟和社會效益。對倉庫的投資可能不止改善了相關鏈接的效率，降低了人工成本并降低了勞動強度。通過計算機信息技術，可以實現管理信息，促進企業的轉型升級。1.4研究的主要內容各個工業領域的自動化技術相關的學習理論和實踐非常重要，特別是對于與工業工程，機械工程，電氣工程，化學工程，食品工程，計算機科學，物流等密切相關的幾個鄰域。準備適當的學習方法和良好的設施來有助于支持自動化技術的學習。良好設施和實踐工具的采購通常受到成本過高和空間有限的問題的束縛。在某些教學場景中，學生只是可以通過幻燈片演示或學習視頻來學習各種自動化技術，而無法進行更多練習。這種情況使學生無法使所學知識轉化為實踐經驗。這種現象的影響導致他們在步入職場使沒有相應的實踐經驗。從長遠來看，這將不利于國家人材的培養，永遠都沒有足夠的學習實踐來為學生適應職場需求做好準備。鑒于發展中國家高等教育領域中出現的問題以及缺乏克服這些問題的方案，本研究旨在開發一種用于教育目的低成本小型的自動化立體倉庫。第二章總體方案確定2.1堆垛機的基本技術參數一般情況下，立體倉庫的技術參數要求會根據實際情況下貨物的實際存放與提取頻率，貨物的最大數量與重量，實際場地的尺寸條件等各種條件的綜合考量下進行設定，結合本次設計的目的和實際需求，參照相關的國家標準和設計準則，確定了如下表2-1的立體倉庫主要參數:表2-1立體倉庫的主要技術參數序號技術項目技術指標1主體結構設計雙立柱單深位單貨臺2額定載荷100g3物料尺寸70mm×60mm×50mm工件4貨叉形式單副伸縮存取貨叉5貨格3×46X方向（列方向）傳動形式皮帶傳動7Y方向（層方向）傳動形式絲桿傳動8Z方向（排方向）傳動形式氣缸傳動9作業循環時間60s10控制操作方式PLC控制2.2堆垛機的傳動方案設計單立柱和雙立柱的堆垛機的主要區別在于雙立柱采用了類似U型的結構承載貨物的升降，通過與單立柱的對比，雙立柱堆垛機承載能力更強，立柱結構增加了整體強度與剛度，運動更為平穩穩定性好并且定位也更為精準，是目前自動化立體倉庫倉庫的主流傳動方案，基于這些特點，我選擇了雙立柱堆垛機作為主體結構進行研究和設計。依據自動化立體倉庫設計規范等相關國家標準，立體倉庫的安全性，快速性，準確性是所應該具備的特點，根據這些特點我總結了以下的設計優化要求：（一）在具備基本的三個自由度的運動功能的前提下，保證堆垛機的運行不會與立體倉庫其他零部件產生干涉，能夠實現各個庫位的貨物存取功能，保證運行過程的穩定性。（二）堆垛機的結構要設計的方便拆裝和維護，具有符合安全標準的強度和剛度，保證在承受額定載荷是，貨叉和貨架等結構不會因為結構形變而產生定位偏移的情況。（三）在滿足基本功能和安全運行的情況下，通過減少堆垛機各部件重量的方式減少堆垛機自重，提高運行效率，減少不必要的多余零件來減少運行時的摩擦，減少電機運行功率，降低整體成本。（四）具有限位保護和電感傳感器等安全保護措施。2.3主要裝置2.3.1貨架貨架采用了兩塊鋁合金板材作為上下橫梁，三塊鋁合金板材作為支柱，通過直徑6mm的螺釘連接，為了方便批量生產采用了將支柱作了相同的結構設計，由于鋁合金高強度的特性，可以在整體結構非常窄小的情況下保證整體的結構強度，與此同時鋁合金結構上的優勢也使得每個貨格的空間得到了提升，加強了存儲能力，為了方便貨叉的進出和簡化整體結構，采用塑料支架作為各個貨格的支撐結構，由于貨物的質量較輕，塑料支架在保證功能的情況下減低了成本。為了墊高整體貨架的高度，采用30×90鋁合金型材作為支撐結構。鋁合金型材的結構強度高，可以任意指定切割長度加工方便，螺帽可以通過型材槽從任意位置裝入方便貨架和出入庫臺的安裝。2.3.2貨叉貨叉通過螺釘固定在堆垛機的升降機構上，利用貨叉底座上的U型槽結構來控制貨叉的自由度，貨叉的底部與氣缸推桿連接，由于貨物的質量較輕，故采用氣缸和電磁閥作為傳動元件，貨叉的頭部有兩個錐形突起，可以與貨架本身的兩個圓形槽相契合，防止貨物在運輸中由于抖動等情況發生位移。2.3.3堆垛機堆垛機通過水平行走機構完成貨物的列方向運動，提升機構完成層方向移動，貨叉機構完成排方向運動，通過安裝進出料口來實現貨物的存取，通過電機與電磁閥等電氣裝置與plc相連，由plc控制立體倉庫的運動邏輯，實現立體倉庫無人自動化存取的功能。第三章立體倉庫的送料口結構設計3.1送料口零件的建模送料口是立體倉庫中貨物輸入與輸出的樞紐，本設計中采用了皮帶輪作為傳送部件，直流電機作為驅動方式，整體結構如圖3-1所示。所有零件均通過螺栓連接在30×30的鋁合金型材上，通過兩個電感式開關來完成對貨物位置的檢測，入庫時當前傳感器檢測到物料的存在，通過plc程序觸發電機旋轉帶動皮帶運行，當第二個傳感器檢測到物料后，皮帶停止運行，觸發堆垛機取料程序。圖3-1送料口結構示意圖3.2帶輪的選型與安裝同步帶是由一根外表面光滑內表面具有等間距的齒形的皮帶和有著與其相吻合的帶輪組成的傳動系統，它兼具了皮帶傳送運行平穩無噪音，可以減少載荷的沖擊，又具有齒輪和鏈傳動傳動效率高，具有精準傳動比，不會打滑的特點，是綜合了皮帶傳送和鏈傳送優點的新型帶傳動。綜上所述同步帶是合適的送料輸送機構。同步帶的選型時頭部帶輪和尾部帶輪選用為相同的的規格，并將頭部帶輪作為驅動帶輪。計算出皮帶的有效張力（Te）為 Te=9.8(μ?G+G?HC） 式中： Te——有效張力（N） G——皮帶傳送中裝載的物品總重量（Kg） μ——皮帶和工作臺的摩擦系數 H——揚程（mm） C——暫定軸間距（mm）其中皮帶和工作臺的摩擦系數如表3-1所示表3-1工作臺材料鐵不銹鋼鋁UHMW聚四氯乙烯摩擦系數μ0.650.680.420.310.21計算出設計張力（Td）為 Td=K?Te (3.2) K=K1+K2+K3 (3.3)式中： Td——設計張力（N）K——過載系數Te——有效張力（N） K1——由工作時間確定的補償系數 K2——由皮帶長度確定的補償系數 K3——由皮帶速度確定的補償系數表3-2由每天的工作時間確定的補償系數（小時）~55~88~1212~1616~241.01.11.21.31.4表3-3由皮帶長度確定的補償系數（mm）~15001500~30003001~45004501~0.30.20.10.0表3-4由皮帶速度確定的補償系數（m/min）~6060~9091~1200.00.10.2根據公式求得皮帶的有效張力為0.2058N皮帶的設計張力為0.25754N依據許用張力大于等于設計張力的原則，由于T5類皮帶節距為5mm，最小齒數和帶輪直徑最符合本設計要求，故選取皮帶種類為T5皮帶寬度為10mm的皮帶。根據暫定軸間距（C’）和大致帶輪直徑（Dp’）求出大致皮帶周長。 Lp'=2?根據大致皮帶總長（Lp’）和節距（P）求出皮帶齒數（N）。 N=Lp'根據皮帶齒數（N）和節距（P）求出最終皮帶周長。 Lp=P?N (3.6)最后求出正確軸間距。 C=P?(N?Dz)/2 (3.7)確定出最終皮帶周長390mm軸間距156mm。同步輪的固定采用了頂絲加平位固定的方式，這是一種較為常見的帶輪固定方式，通過頂絲的壓力壓住平位部分來傳遞電機的力矩，由于頂絲的力較小，故只能用在負載較輕，使用不頻繁的場合，基本符合本設計的設計需求。具體安裝方式如圖3-2所示。圖3-2頂絲平位的安裝方式3.3傳感器的選擇電感式傳感器是利用金屬線圈的自感現象或互感現象來識別金屬物體的存在，通過控制開關信號的變化，給控制部件提供信號，成本低廉且體積小，本次設計中選用了型號為SN04-N的電感式接近開關，檢測距離為5毫米，工作電壓6-24V。第四章貨叉伸縮機構的設計4.1貨叉伸縮機構的工作原理與建模貨叉伸縮機構是立體倉庫系統中堆垛機進行存取物料工作的送料機構，目前貨叉機構的構造主要分為單深位貨叉和雙深位貨叉，單深位貨叉的結構是通過將下叉也就是固定叉固定在載貨臺上，上叉通過傳動機構以及限位器等的作用向外延伸大約一半的自生長度，來達到取料與送料的功能，雙深位貨叉是在單深位貨叉的基礎上再添加一節或一段叉體，提高整體貨叉的行程使之能運行的距離更加遠，綜合本設計的要求，決定選用單深位貨叉作為堆垛機的貨叉機構。目前市面上主流的貨叉傳動方案主要有齒輪齒條傳動，同步帶傳動，鏈條傳動等。齒輪齒條傳動的結構簡單，傳動距離準確清晰，能夠將結構做到簡單緊湊，鏈傳動貨叉的優點是沒有彈性滑動從而減少整體打滑情況，因為鏈傳動不需要將鏈條張緊，也減輕了軸承的經向壓力，同步帶傳動貨叉兼顧了前兩者的優點但是承載能力和耐久性和可靠性方面有所欠缺。由于本設計中貨物的重量較輕，整體設備的使用頻率也不高，但是對可拆裝性可結構簡化有較高的要求，故采用了氣缸與電磁閥做為傳動零件，大大簡化了整體的結構，減少了軸承導軌等零件，減少了整體的成本。整體結構如圖4-1所示。通過在下叉上安裝L型零件與下叉組和成u型槽，作為貨叉的滑軌機構，同時限制貨叉的自由度，在上叉部分安裝有兩個突起結構，可以與貨架本身底部的兩個圓形孔相契合，防止了堆垛機在運行過程中振動和啟停時貨物發生移位的情況，同時，突起結構還能起到很好的定位效果，由于近似梯形的結構，在堆垛機本身定位不夠精準或發生偏移的時候，它能起到重新定位的效果。貨叉的下叉采用了鏤空的設計，首要功能是為氣缸的推桿和上叉相連留出空間，其次由于氣缸在選用時一般不會使用滿行程，推桿與上叉的連接機構本身還與下叉一起起到了氣缸限位的作用，從而減少了需要額外安裝的限位器。圖4-1貨叉的結構建模4.2氣缸的組成分類氣缸是在封閉的氣缸內部通過氣壓的差異變化推動導桿，為運動提供作用力，汽缸的壓縮空氣主要由氣動系統提供如圖4-2所示。圖4-2氣動系統的組成典型的氣缸類型由普通的雙作用氣缸，無桿氣缸和磁性開關氣缸雙作用氣缸通過無桿的腔體輸入壓縮空氣，有桿腔排氣，通過兩端汽腔的壓力不一致的壓力差產生推力，推動負載進行活塞運動，當有桿腔進氣無桿腔排氣時，推動活塞桿收回。無桿氣缸分為機械接觸式無桿氣缸和磁性無桿氣缸，它們都是通過將滑塊或導板等零件集成在氣缸本體上，機械式為了防止氣體泄漏，會在開口部采用聚氨酯密封防塵不銹鋼帶固定的方式，活塞會穿過槽與滑塊連為一體，磁性無桿氣缸會在氣缸缸體內外兩側安裝高強磁性的永久磁環，當氣缸活塞被氣壓推動時，在磁力作用下，帶動缸外磁環套一起運動。磁性開關氣缸是在給氣缸內的活塞安裝磁環，在缸體外安裝磁性開關，通過磁性開關檢測氣缸內活塞的行程位置，不需要再缸筒上再安裝行程閥或行程開關，也不需要為活塞桿設置擋塊。4.3氣缸的選型計算普通雙作用氣缸的推力計算（N）為： F0=Π/4?D2p式中： D——缸徑， P——氣缸的工作壓力（Mpa）氣缸的理論拉力（N）為： F1=Π/4(D2?式中： d——活塞桿的直徑（mm），一般常規活塞桿的直徑可估算為d=0.3D.氣缸的負載量是指氣缸的理論輸出能力F0和實際輸出能力F的比值。負載能力是在選擇氣缸時的重要指標，負載率不同，作用在活塞桿的實際輸出力也不同，工況的情況決定了氣缸的實際負載，想要確定氣缸的輸出能力需要根據氣缸的負載性能和氣缸的運動速度確定氣缸負載率，具體負載率如表4-1所示。表4-1氣缸負載率表負載的運動狀態靜載荷動載荷氣缸速度＜100mm/s氣缸速度100~500mm/s氣缸速度＞500mm/s負載率η≤80%≤65%≤50%≤30%根據solidworks測量質量屬性，材料為鋁合金6061叉和貨物總質量為191.47g，根據受力分析，推桿所需推力及貨叉上叉與下叉所需克服的摩擦力，最大摩擦力（N）為： f=m?G?μ (4.2)其中： m——貨叉上叉與貨物的總質量 G——重力加速度 μ——鋁合金6061動摩擦系數計算求得氣缸推桿所需最大推力為2.62N依據設計需求選取型號為CDM2C20-125即帶磁性開關的缸徑為20mm氣缸行程為125的單桿雙作用氣缸。計算氣缸理論出力（N）為： F=Π4D其中： F——理論氣缸出力（N） P——空氣壓力（bar） D——氣缸推桿直徑徑（mm） μ——氣缸負載率氣缸壓力設計為0.2Mpa，氣缸運行速度設計為100mm/s，即氣缸負載率為65%，氣缸缸徑20mm即氣桿推桿直徑威8mm，求得理論出力6.53N符合設計要求。第五章堆垛機的結構設計5.1堆垛機行走機構堆垛機的行走機構是驅動整個堆垛機水平運行的驅動裝置，由于同步帶傳動傳動比準確傳動平穩具有一定的減震緩沖能力，適合在堆垛機橫向移動式確保運動的穩定性，保護貨物安全，由于同步帶傳動適用與長距離的移動，在本設計中和相同距離的其他傳動方案相比經濟性更好，故采用同步帶作為堆垛機水平行走的傳動機構，通過同步齒形帶連接用齒板連接同步帶與堆垛機主體，由于同步帶本體承重能力較小，無法承受堆垛機主體和貨物的重量，所以在設計中使用兩條光軸圓導軌加滑塊的設計承載堆垛機主體的質量，在同步帶輪座上設計了橡膠緩沖墊用于限位和程序錯誤時的緩沖保護，同步帶輪軸承主要承受的是徑向載荷，載荷力較小，轉速低，故選用深溝球軸承。具體建模如圖5-1所示。圖5-1堆垛機行走機構建模已知選用導軌型號為SBR16SA查取相關資料，得知額定動載荷Ca為770N，額定靜載荷Coa為1170N，高于設計需求。計算滾動導軌的額定壽命為： L=(fh?ft?fc?fa?Ca/fwPc)ε×K其中： L——額定壽命（km） Ca——額定動載荷（KN） P——當量動載荷（KN） ε——指數當滑臺軸承為滾珠時為3 K——額定壽命單位（km）當滑臺軸承為滾珠時為50km fh——硬度系數，由于產品技術要求通常可取1 ft——溫度系數，查表5-1得ft=1表5-1溫度系數工作溫度/oC≤100100~150150~200200~250ft10.90.730.6 fc——接觸系數，查表5-2得fc=1表5-2接觸系數每根導軌的滑塊數12345fc10.810.720.660.61 fa——精度系數，查表5-3得fa=1.5表5-3精度系數工作條件fa沒有震動和沖擊的低速場合1~1.5沒有明顯震動和沖擊的場合1.5~2有震動和沖擊的高速速場合2~3.5Fw——載荷系數，查表5-4得fw=1表5-4載荷系數精度等級2345fw1.01.00.90.9求得額定壽命為30816KM當行程一定時，計算單位額定壽命（h）： Lh=L×其中： Lh——壽命時間（h） L——額定壽命（km） La——行程長度（m） n2——每分鐘往返次數求得Lh=85600h，按工況為每天工作6小時，每年300天，預計壽命32.5年5.1堆垛機提升機構堆垛機的提升機構選用了絲桿加電機的傳動組合方式。絲杠的選擇主要有梯形絲杠和滾珠絲杠，梯形絲杠的結構是由螺桿和螺母組成的，它通過在絲桿和螺母間加入潤滑油減少摩擦，從而產生相對運動，由于結構簡單所以成本較低，但后續維護繁瑣且精度不高，滾珠絲桿的結構較為復雜，滑塊和絲桿間通過鋼珠產生滾動摩擦，因為配合精密所以精度高，適合堆垛機在提升過程中的準確定位。滾珠絲桿的固定分為固定側和支持側，固定側負責通過聯軸器與電機相連，安裝有角接觸軸承承受徑向和軸向載荷，支持側安裝在絲桿尾部起到支持和限位的作用，安裝有深溝球軸承承受經向載荷。電機的選擇主要有步進電機和伺服電機，在精度方面伺服電機由于工作原理的優勢，在精度方面強于步進電機，但由于技術發展，某些新型步進電機的精度可以媲美伺服電機，在輸出力矩上，步進電機在較高轉速或承受過量載荷時轉速大大下降，由于伺服電機是閉環控制，在控制精度上也優于步進電機，本設計由于對負載能力的要求不高并且出于對成本的考量，選用步進電機作為提升機構的電機，具體建模如圖5-2所示。圖5-2堆垛機提升機構建模5.2滾珠絲桿的選型校核根據設計需求，確定滾珠絲杠軸徑Φ15螺距為5行程445mm確定螺紋部長度（mm）： L=L1+L2+L3 (5.3)其中： L——螺紋部分長度 L1——絲杠行程長度 L2——螺母長度 L3——設計安全裕量一般設定為螺距的2倍求得螺紋部長度為475mm，查表得，精度等級為C5時代表移動誤差——±0.027mm/400~500mm，符合設計要求。確定容許的軸向負載（P）： P=nπ2其中： P——允許的軸向載荷（N） e——負載作用點間距（mm） E——楊氏模量（2.06×105N/mm2） I——絲杠軸螺紋內徑截面的最小慣性矩（mm4） I=π64 d——絲杠軸的螺紋內徑（mm） α——安全系數=0.5 n,m——由滾珠絲杠的支撐方式決定的系數，如表5-1所示表5-1滾珠絲桿安裝方式決定的安全系數支撐方式nM鉸支-鉸支15固定-鉸支210固定-固定419.9固定-自由0.251.2求得最大軸向載荷為123.67N絲杠的容許轉速Nc(r/min)計算I Nc=fa其中： fa——安全系數（0.8） Y——比重（7.8×10-8kg/mm3） g、λ——由滾珠絲杠支撐方式決定的系數，如表5-2所示表5-2由滾珠絲杠支撐方式決定的系數支撐方式gλ鉸支-鉸支9.7Π固定-鉸支15.13.927固定-固定21.94.73固定-自由3.41.875因此，最大容許轉速為3882r/min根據計算，選用型號為BNK1505-3RRG0的滾珠絲杠和配套支撐單元5.3步進電機的選型校核根據對滾珠絲杠的力學分析，滾珠絲杠的效率η為將旋轉力轉換為軸向力時 η=1?μtanβ1+μ/tanβ將軸向力轉換為旋轉力時即反向動作時 η'=1?μ/tanβ1+μtanβ正向運動時驅動電機所需的負載轉矩為： T=PL2πη其中： T——負載轉矩（N/cm） P——軸向外部負載（N） L——滾珠絲杠的螺距（cm） η——滾珠絲桿的效率（0.9）算得負載轉矩為17.7N/cm計算滾珠絲桿的預壓緊產生的摩擦扭矩： TP=KPL K=0.05(tanLπD其中： PL——預壓負載（N） L——滾珠絲杠的螺距（cm） K——內部摩擦系數 D——絲杠軸外徑計算輸出在步進電機輸出軸的勻速轉矩 T1=（PL P=F+μMg (5.13)其中： T1——勻速時電機的驅動扭矩 P——軸向外部負載 F——切削運動時產生的反作用力 M——貨叉和貨物的重量 μ——滑動面摩擦系數（0.9） L——滾珠絲杠螺距 η——滾珠絲杠傳動效率 TP——預壓緊引起的摩擦扭矩 Z1/Z2——傳動比求得步進電機的負載轉矩為4.13N/cm根據計算選擇型號為HSTM2-1,8-D26的步進電機及配套驅動器作為驅動部分。

總結在本次立體倉庫的結構設計中，以現有設備為基礎，綜合所學的專業知識，對立體倉庫的貨架，堆垛機等結構做了詳細的設計和分析，通過對比各部分的設計需求選出了最為合適的設計方案，并為結構中的關鍵部分進行了校核分析。自動化倉庫技術的研究對優化資源配置、提高企業生產率，降低生產成本有著非常重要的意義。未來，隨著行業趨勢和商品形式的改變，許多專有物品密集存儲技術也將不斷涌現，