單柱巷道式堆垛機(jī)設(shè)計(jì)

劉薊南 單希明

(沈陽工學(xué)院，遼寧 撫順 113122)

1 整體方案

本次設(shè)計(jì)的單柱巷道式堆垛機(jī)主要由起升機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、貨叉、貨架組成，完成物品的自動(dòng)運(yùn)輸和存放，實(shí)現(xiàn)無人倉庫高效的作業(yè)方式。本次設(shè)計(jì)的單柱巷道式堆垛機(jī)主要為小型貨物(最大重量不超過1000W)而設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)總體長(zhǎng)度7.5m×3.5m×1.46m；載重100kg；水平行走速度1.33m/s；垂直升降速度0.2m/s；貨叉運(yùn)行速度0.2m/s。

2 堆垛機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)鏈條式起升方式。采用鏈條式起升方式，需要首先用傳動(dòng)鏈將動(dòng)能傳遞到立柱頂部，再通過起重鏈來提升貨物。鏈傳動(dòng)通過鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來傳動(dòng)。鏈傳動(dòng)無彈性滑動(dòng)和整體打滑現(xiàn)象，能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比和很高的傳動(dòng)效率。有鏈條撓性構(gòu)件，不需要安裝太緊，故對(duì)軸的壓力不大，鏈傳動(dòng)的整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)能在高溫和潮濕條件下工作。鏈與鋼絲繩相比，優(yōu)點(diǎn)是撓性大，鏈輪齒數(shù)可以很少，因而直徑小，結(jié)構(gòu)緊湊，其缺點(diǎn)是對(duì)沖擊的敏感性大，突然破短的可能性大，磨損也較快。

鏈傳動(dòng)的主要參數(shù)選擇：第一，傳動(dòng)比的選擇。傳動(dòng)比過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致小鏈輪包角過小，同時(shí)嚙合齒數(shù)減少，這將加速鏈輪輪齒的磨損且容易出現(xiàn)跳齒現(xiàn)象，故包角最好不小于120°。為此，限制傳動(dòng)比i≤7。本設(shè)計(jì)中為了保證托臺(tái)沿立柱豎直運(yùn)動(dòng)，主、從動(dòng)鏈輪大小相同，所以傳動(dòng)比i≤1；第二，確定鏈輪齒數(shù)。在本設(shè)計(jì)中，由于鏈速為 0.2m/s,屬于低速。小鏈輪的齒數(shù)Z1可依據(jù)鏈速參考表選取。最終按照傳動(dòng)比i來確定齒數(shù)，查表取Z1=Z2=17；第三，確定功率。由式(1)進(jìn)行功率的確定。

式中P——傳遞的功率，1.5kW；KA——工況系數(shù)，查表知KA=1.3；KZ——主動(dòng)鏈輪齒數(shù)系數(shù)，查表知KZ=0.85；KP——多排鏈系數(shù)，單排鏈KP=1。

第四，選擇鏈的型號(hào)和節(jié)距。鏈條型號(hào)根據(jù)當(dāng)量的單排鏈計(jì)算功率Pca、單排鏈額定功率Pc和主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速n由

Pca≤Pc(2)

通過查表確定鏈條節(jié)距p=31.75mm；取減速器的傳動(dòng)比為i=31.5；鏈的節(jié)距可查表選出鏈號(hào)為20A。

第五，驗(yàn)算鏈速并確定潤(rùn)滑方式。v<6m/s,v在低速范圍內(nèi)，符合條件。由v=0.26m/s和鏈號(hào)20A查表確定潤(rùn)滑方式為定期人工潤(rùn)滑方式。

最終，鏈輪選用45鋼調(diào)質(zhì)回火(40～50)HRC。

本次設(shè)計(jì)為了保證托臺(tái)沿立柱豎直運(yùn)動(dòng)，主、從動(dòng)鏈輪大小相同，所以傳動(dòng)比i=1。在本設(shè)計(jì)中，由于鏈速為0.2m/s，屬于低速。按照傳動(dòng)比i來確定齒數(shù)，查表取Z1=Z2=17。鏈的節(jié)距可查表選出鏈號(hào)為20A，則鏈條節(jié)距查表為P=31.75mm。鏈輪選用45鋼調(diào)質(zhì)回火(40～50)HRC。

(2)起降滑筒結(jié)構(gòu)：

起降滑筒結(jié)構(gòu)主要由滑筒、導(dǎo)向輪組等零部件組成。起降滑筒結(jié)構(gòu)主要用來固定載貨臺(tái)，承受著貨臺(tái)和貨物的重量。載貨臺(tái)模塊由多個(gè)導(dǎo)向輪組組成，導(dǎo)向輪組結(jié)構(gòu)為導(dǎo)向輪、軸承和導(dǎo)向輪軸。導(dǎo)向輪組與立柱或?qū)к壗佑|，使載貨臺(tái)與立柱連接起來。下圖為起降滑筒結(jié)構(gòu)。

通常選擇電動(dòng)機(jī)首先要考慮電動(dòng)機(jī)能夠提供負(fù)載所需要的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。起升電機(jī)所需功率可按起升機(jī)構(gòu)在滿載荷穩(wěn)定工作時(shí)的靜功率計(jì)算。取升降電機(jī)型號(hào)YEJ 90L-4的制動(dòng)電機(jī)，P=1.5kW，η=1440r/min。

與滑筒配合的軸在本次設(shè)計(jì)中的主軸所選用的材料是45鋼，帶傳動(dòng)輪處的軸徑取標(biāo)準(zhǔn)直徑d=40mm。傳動(dòng)零件的周向固定，鏈輪處與帶傳動(dòng)處均采用A型普通平鍵，鏈輪處為鍵16×9 GB1096。其它尺寸，為了加工方便，參照 6209C型軸承的安裝尺寸(見軸承手冊(cè))，軸上過度圓角半徑全部取r=1mm，軸端倒角為2×45°。

3 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

4 堆垛機(jī)貨叉設(shè)計(jì)

貨叉主要完成貨物的承載作用，通過貨叉板的伸縮完成貨物從貨架上取下，或者把貨物放到貨架上。貨叉整體載重100kg；運(yùn)行速度0.2m/s；運(yùn)行阻力系數(shù)0.85。

設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

(1)設(shè)定基礎(chǔ)參數(shù)載重100kg，運(yùn)行速度0.2m/s，運(yùn)行阻力系數(shù)0.85；(2)傳動(dòng)方案選擇。載貨臺(tái)主要完成載貨作用，所承受的力較大，因此需要進(jìn)行多級(jí)減速，首先由電機(jī)開始通過減速器進(jìn)行減速，接著通過帶輪進(jìn)行二級(jí)減速，傳遞力矩在齒輪齒條上。由于貨架平板需要進(jìn)行伸縮，因此采用雙齒條齒輪機(jī)構(gòu)完成伸縮作用；(3)電機(jī)選擇。三相異步電機(jī)YDT250-2ASF82A功率為P=250W，轉(zhuǎn)速為nm=3000r/min。(4)確定傳動(dòng)比。取i減=25，即i帶=1.57。最終，確定減速器，選取減速器型號(hào)為：PX80N025SW,低速軸許用扭矩為70N·m，減速比為25。

貨叉主要完成取貨存貨法作用，所承受的力較大，因此需要進(jìn)行多級(jí)減速，直流無刷電機(jī)通過減速器進(jìn)行減速，接著帶輪進(jìn)行二級(jí)減速，傳遞力矩在齒輪齒條上。本次采用雙齒條齒輪機(jī)構(gòu)完成貨架平板的伸縮動(dòng)作。采用的電機(jī)運(yùn)行靜功率：P0=Ff×V=210w。電機(jī)型號(hào)為：直流無刷電機(jī)80BL89S25-430TK0功率為P=250W，轉(zhuǎn)速為nm=3000r/min。選取減速器型號(hào)為：PX80N025SW,低速軸許用扭矩為70Nm，減速比為25。

5 總結(jié)

本次設(shè)計(jì)的單柱巷道式堆垛機(jī)是集成機(jī)械與控制的一體化系統(tǒng)，有效地減少空間，具有極高的利用率，能夠成為自動(dòng)化立體倉庫不可或缺的運(yùn)輸設(shè)備。實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化立體倉庫的智能性、一體性。