平板式巷道堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

胡天潤(rùn) 安永東 王鵬 郭秋霞

摘要：本文提出了一種平板式巷道堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，總體驅(qū)動(dòng)采用電動(dòng)車輪驅(qū)動(dòng)，萬向輪輔助支撐，剪叉式升降機(jī)控制升降，由取物平臺(tái)實(shí)現(xiàn)取貨與裝貨。

1前言

隨著物流業(yè)的飛速發(fā)展，自動(dòng)化立體倉儲(chǔ)中心也有了快速發(fā)展，平板式巷道堆垛機(jī)能完成貨物的運(yùn)輸、堆垛及取貨的功能，是自動(dòng)化立體倉儲(chǔ)中心的重要組成部分，與貨架、傳輸設(shè)備、碼垛機(jī)、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制管理監(jiān)控系統(tǒng)就構(gòu)成了自動(dòng)化立體倉儲(chǔ)中心。

2 總體結(jié)構(gòu)組成

本文設(shè)計(jì)了一種電動(dòng)式平板式可升降巷道堆垛機(jī)，采用蓄電池驅(qū)動(dòng)，由剪式升降機(jī)構(gòu)和載貨和取貨平臺(tái)組成，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，穩(wěn)定性好，操作靈活等特點(diǎn)。所設(shè)計(jì)平板式巷道堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

巷道堆垛機(jī)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，到達(dá)指定位置后，由升降機(jī)構(gòu)舉升帶動(dòng)貨物升到儲(chǔ)存位置，在電動(dòng)推桿的推動(dòng)下，整個(gè)取貨平臺(tái)前移到儲(chǔ)存位置，然后升降機(jī)構(gòu)下降將貨物放入儲(chǔ)存位置中，電動(dòng)推桿反向轉(zhuǎn)動(dòng)，取貨平臺(tái)收回，完成貨物的存放，取貨過程相同。

3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)輪轂驅(qū)動(dòng)，蓄電池供電，兩側(cè)后輪驅(qū)動(dòng)，前輪為支撐導(dǎo)向輪，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與輪轂通過花鍵連接，輪轂另一端用螺栓將輪轂定位，實(shí)現(xiàn)輪邊電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)避免動(dòng)力的大量損失，節(jié)約了電機(jī)的輸出功率，降低能耗，減少了蓄電池的壓力，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為無刷電機(jī)，由控制系統(tǒng)控制，通過姿態(tài)傳感器采集轉(zhuǎn)速和角度信號(hào)，來分別控制驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速差，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和轉(zhuǎn)向。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

根據(jù)本設(shè)計(jì)所需的系統(tǒng)電壓、放電時(shí)間以及使用溫度等條件確定蓄電池的容量及放點(diǎn)時(shí)間。

蓄電池放電時(shí)所能提供的容量與放電電流有關(guān)：電流越大，容量越低;電流越小，容量越高。蓄電池放電電流與容量的關(guān)系遵循以下方程：

4 升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

升降機(jī)構(gòu)主要有剪叉式、套缸式、立柱式、曲臂式及鏈條式五種結(jié)構(gòu)，剪叉式升降機(jī)構(gòu)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，故障率低，安全可靠，維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)根據(jù)要求選擇剪叉式升降機(jī)構(gòu)。

4.1叉臂設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求載荷為50kg，垂直行程為1800mm，最低高度為200mm，起升速度為 ，下降速度為 。叉臂結(jié)構(gòu)圖尺寸如圖3所示。

根據(jù)平臺(tái)長(zhǎng)度選取叉臂最大中心距： ，經(jīng)計(jì)算選取叉臂長(zhǎng)度 。根據(jù)垂直行程確定叉數(shù) ，計(jì)算后n取整得 。

4.2臂管強(qiáng)度計(jì)算

臂管強(qiáng)度計(jì)算公式

式中 為材料屈服極限（MPa）; 為臂管最大受力（N）; 為臂管截面模量（m3）。經(jīng)計(jì)算得 ，臂管強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)。

4.3電動(dòng)推桿選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定所需推桿行程為600mm，起升角為20°，推桿所受推力為100N，選擇DT型電動(dòng)推桿，型號(hào)為DT100，滿足設(shè)計(jì)需求。電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇，計(jì)算得所需功率為100W，選用減速比為1：5的減速電機(jī)。

5 取貨平臺(tái)設(shè)計(jì)

由于取物平臺(tái)僅由單滑輪和電動(dòng)推桿支撐，并且取貨時(shí)其上會(huì)受到貨物的壓力，為保證強(qiáng)度與盡量輕的質(zhì)量，此處選用若干鋁合金2036方管焊接成平臺(tái)，它是Al-Mg-Si系合金，中等強(qiáng)度，具有良好的塑性和優(yōu)良的耐蝕性。特別是無應(yīng)力腐蝕開裂傾向，其焊接性優(yōu)良，耐蝕性及冷加工性好，是一種使用范圍廣很有前途的合金。

根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可知，載貨平臺(tái)下端由叉臂支撐，正中滑道部分受到貨物與取貨平臺(tái)合力，共計(jì)600N。取貨平臺(tái)受力圖如圖4所示。

通過Ansys軟件對(duì)平板受力進(jìn)行分析，得到如圖5所示應(yīng)力云圖與位移云圖。根據(jù)圖中應(yīng)力分布情況可知平臺(tái)強(qiáng)度及變形均符合要求。

6 堆垛機(jī)平衡性分析

為保證平板式巷道堆垛機(jī)在工作中的穩(wěn)定性，不發(fā)生側(cè)翻、傾覆等現(xiàn)象，故需對(duì)該車進(jìn)行取貨時(shí)平衡性的計(jì)算分析，已知該車輪距B、滿載質(zhì)量 ，可先計(jì)算出該車質(zhì)心位置：

計(jì)算得 ，故該車穩(wěn)定性良好。

7 結(jié)論

本文根據(jù)自動(dòng)化立體倉儲(chǔ)中心需求，提出了一種平板式巷道堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)各主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)及選型，所設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，控制靈活，能實(shí)現(xiàn)貨物按要求存取，為開發(fā)設(shè)計(jì)物流倉儲(chǔ)設(shè)備提供了一定的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

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項(xiàng)目來源：哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目。

（作者單位：哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院機(jī)電與汽車工程學(xué)院）