高位堆垛車門架的穩(wěn)定性分析

文/王澤華 張偉剛 劉 健 宋志偉

巷道堆垛車作為自動(dòng)化立體物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的重要組成部分，穿梭于狹窄的巷道中，負(fù)責(zé)將貨格內(nèi)的貨物取出運(yùn)送到巷道口，或者將巷道口的貨物運(yùn)輸?shù)截浉駜?nèi)，需準(zhǔn)確、快速、安全平穩(wěn)地存取貨物。因此，對(duì)于其平穩(wěn)性方面有非常嚴(yán)格的要求。巷道堆垛車的整機(jī)由于受到使用場(chǎng)合的限制，其結(jié)構(gòu)高而窄，寬度普遍較小，門架等結(jié)構(gòu)件要有較高的平穩(wěn)性，以保證運(yùn)行安全可靠。

一、高位堆垛車的基本結(jié)構(gòu)

門架是高位堆垛車的框架，主要由上橫梁、下橫梁和立柱組成，其平穩(wěn)性至關(guān)重要。在高位堆垛車的框架上安裝有行走機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)和貨叉機(jī)構(gòu)等。

行走機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)提供動(dòng)力，通過減速器輸出將動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)車輪前進(jìn)，在巷道中完成水平運(yùn)行。升降機(jī)構(gòu)由電機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)由減速器，帶動(dòng)卷筒和鋼絲繩完成升降運(yùn)行，此外，為了保證安全，升降機(jī)構(gòu)還配有防落裝置。貨叉機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)完成高位堆垛車的存取貨物工作，主要有電機(jī)、貨叉伸縮機(jī)構(gòu)等部件。目前，常用的高位堆垛車的3D結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖 1。

巷道堆垛車是自動(dòng)化立體物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的重要組成部分

二、高位堆垛車的靜力學(xué)分析

靜力分析是研究高位堆垛車平穩(wěn)特性的基礎(chǔ)，它主要是通過有限元法分析設(shè)備零部件在固定載荷作用下的變化。靜力分析可以用來計(jì)算固定的慣性載荷作用下，設(shè)備零部件的變形等問題，還可以將隨時(shí)間變化的載荷等價(jià)轉(zhuǎn)換為近似的靜力載荷進(jìn)行分析。結(jié)構(gòu)靜力分析可以得出設(shè)備零部件在靜力作用下的位移變化，可以更好地了解載荷對(duì)設(shè)備零部件的影響。

門架是立體倉(cāng)庫(kù)堆垛車各機(jī)構(gòu)的合成部分，承載著每個(gè)機(jī)構(gòu)的靜動(dòng)載荷，是高位堆垛車的框架，門架的平穩(wěn)性是立體倉(cāng)庫(kù)堆垛車工作壽命和平穩(wěn)性的保證，也是立體倉(cāng)庫(kù)堆垛車保持平穩(wěn)的基礎(chǔ)。故欲研究高位堆垛車的平穩(wěn)特性，就要先從門架入手。在堆垛車的載貨臺(tái)中心處加垂直方向的載荷。得到的變形和應(yīng)力圖其靜力學(xué)分析，如圖2。

當(dāng)高位堆垛車受載荷時(shí)，載貨臺(tái)部分除了與左右立柱連接處外，都發(fā)生變形，堆垛車其他部分非主要承載件，只是立柱與橫梁相連的地方傳遞力和變形，當(dāng)載貨臺(tái)受限制不發(fā)生變形的地方，此位置的作用載荷情況復(fù)雜，載荷值較大，本應(yīng)是變形大的地方，但又是約束條件施加位置的附近，限制了立柱的變形，因而應(yīng)力集中比較嚴(yán)重。經(jīng)驗(yàn)表明，這個(gè)位置也正是載貨臺(tái)最易出現(xiàn)裂紋的地方。另外在上橫梁和下橫梁與立柱的連接部分也是應(yīng)力較為集中的地方。

根據(jù)高位堆垛車門架的固有頻率，可以選擇規(guī)避驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、車輪等工作部件的運(yùn)行頻率，使這些運(yùn)動(dòng)部件的工作頻率不在堆垛車門架的工作固有頻率區(qū)間，因此門架不會(huì)產(chǎn)生共振，高位堆垛車的平穩(wěn)特性良好。

圖1：高位堆垛車3D結(jié)構(gòu)示意圖

圖2：高位堆垛車靜力學(xué)分析圖

表1：高位堆垛車門架前十階模態(tài)固有頻率模擬

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三、高位堆垛車門架的模態(tài)分析

模態(tài)分析是研究高位堆垛車動(dòng)態(tài)特性的最常用方法，對(duì)高位堆垛車門架的模態(tài)分析，可以獲得能夠引起共振的頻率，并能夠直觀地觀察到門架對(duì)應(yīng)于每一個(gè)頻率的振動(dòng)形式。根據(jù)以上所建的模型，采用有限元模擬，設(shè)置10階模態(tài)進(jìn)行求解，得到其固有頻率，如表1。

根據(jù)高位堆垛車門架的固有頻率，可以選擇規(guī)避驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、車輪等工作部件的運(yùn)行頻率，使這些運(yùn)動(dòng)部件的工作頻率不在堆垛車門架的工作固有頻率區(qū)間，因此門架不會(huì)產(chǎn)生共振，高位堆垛車的平穩(wěn)特性良好。

四、小結(jié)

本文以立體倉(cāng)庫(kù)所用高位堆垛車為研究對(duì)象，對(duì)其門架平穩(wěn)特性進(jìn)行分析，通過有限元分析軟件對(duì)門架進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析，為改進(jìn)門架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提供依據(jù)，通過模態(tài)分析為設(shè)計(jì)選型運(yùn)動(dòng)部件避免門架共振，提高堆垛車的平穩(wěn)性提供保障。