堆垛機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

I 題目：堆垛機(jī)設(shè)計(jì)（機(jī)械部分）專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)生： （簽名） 指導(dǎo)教師： （簽名） 摘 要本文主要是有軌堆垛機(jī)的機(jī)械部分設(shè)計(jì)，包含堆垛機(jī)的行走機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其中重點(diǎn)放在了行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上。根據(jù)比較選擇了單立柱堆垛機(jī)，在進(jìn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)電機(jī)確定機(jī)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)，再由運(yùn)行阻力計(jì)算行走電機(jī)的功率，進(jìn)而確定電機(jī)型號(hào)。本設(shè)計(jì)升降軌道采用雙柱型軌道，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單工藝性好，貨叉伸縮機(jī)構(gòu)借鑒了抽屜軌道的原理。根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)各主要部件初步選型后再對(duì)部件進(jìn)行強(qiáng)度的校核，來(lái)保證選擇的合理性。在本文最后部分，對(duì)該堆垛機(jī)的剛性和穩(wěn)定性進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，從而保證了堆垛機(jī)工作時(shí)運(yùn)行的平穩(wěn)性和可靠性。關(guān)鍵詞：有軌堆垛機(jī)，行走機(jī)構(gòu)，雙柱型軌道 Subject: The Design of the mechanical structure of a Stacker CraneII AbstractThis paper describes the design of the mechanical structure , including the walking、lifting 、stretch outing and draw backing mechanism of a stacker crane, in my design work I focus on the design of the walking mechanisms. According to the comparison we choice the single pillar stacker , In the design of the mechanism ,we according to he motor institutions determine the general structure of a stacker crane, Then cording the resistance to calculation traveling motor power and determine the motor model. Tracking the movement double column type orbit. Structure is simple and good in usability. The goods for the expansion institutions fork drawer the principle of orbit. According to the design requirements of the main components of preliminary selection, then to parts of checking intensity. to ensure that the choice of rationality . In the last part of this paper , the stacker strength and stability for a more detailed analysis , so as to ensure the smoothness of work stacker slide may run and reliability .Keywords: stacker crane, walking mechanism, double column type orbit 目 錄1 緒 論 .1III1.1 有軌巷道堆垛機(jī)的發(fā)展： .11.2 有軌巷道堆垛機(jī)的類型： .21.3 有軌巷道堆垛起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和研究意義： .32 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .52.1 堆垛機(jī)的總體結(jié)構(gòu)： .52.2 起重重量 .52.3 水平載荷 .62.4 載荷狀態(tài) .62.5 循環(huán)壽命 .63 行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 .83.1 行走機(jī)構(gòu)總體方案的確定 .83.2 行走運(yùn)行機(jī)構(gòu)布置的主要問題 .83.3 行走機(jī)構(gòu)功率的確定于電機(jī)的選擇 .93.3.1 軌道及車輪 .93.3.2 車輪踏面的疲勞強(qiáng)度校核 .93.3.2 主動(dòng)行走輪直徑的確定 .113.3.3 運(yùn)行阻力計(jì)算 .123.4 行走輪主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .153.4.1 同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 .153.4.2 軸的設(shè)計(jì)計(jì) .184 堆垛機(jī)伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .224.1 伸縮機(jī)構(gòu)的方案確定 .224.2 貨叉?zhèn)鲃?dòng)裝置的選型 .224.3 貨叉?zhèn)鲃?dòng)齒輪、齒條的計(jì)算 .235 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .285.1 升降機(jī)構(gòu)的總體選型 .285.1.1 定機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別 .285.1.2 計(jì)算鋼絲繩最大靜拉力并選擇鋼絲繩 .285.1.3 確定最小的卷繞直徑 .295.1.4 選擇電動(dòng)機(jī)并驗(yàn)算制動(dòng)力矩 .305.2 卷筒的設(shè)計(jì) .316 堆垛機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算 .356.1 堆垛機(jī)穩(wěn)定性分析 .356.2 運(yùn)行中立柱撓度的計(jì)算 .356.2.1 立柱的相關(guān)計(jì)算 .356.2.2 堆垛機(jī)外載荷計(jì)算 .35IV6.2.2 堆垛機(jī)靜態(tài)剛度的分析 .386.2.3 堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算 .406.2.4 整體穩(wěn)定性計(jì)算 .42結(jié) 論 .43致 謝 .44參考文獻(xiàn) .4511 緒 論我們熟知的軌巷道堆垛機(jī)是隨著立體化倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的專用起型重機(jī)，通常我們稱之簡(jiǎn)稱為：堆垛機(jī)。堆垛機(jī)是立體化倉(cāng)庫(kù)中最重要的起重運(yùn)輸設(shè)備之一，它是代表立體倉(cāng)庫(kù)的標(biāo)志。其主要作用是在貨架倉(cāng)庫(kù)巷道里沿軌道運(yùn)行，將位于巷道口處的貨物存入貨格中，或者取出貨格里的貨物運(yùn)送至巷道口，從而來(lái)完成出入庫(kù)作業(yè)。本文著重就堆垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行初步探討。1.1 有軌巷道堆垛機(jī)的發(fā)展： 在20世紀(jì)70年代初我國(guó)開始研究使用帶有巷道式堆垛機(jī)的立體化倉(cāng)庫(kù)，不完全統(tǒng)計(jì)，到現(xiàn)在已建成又三百余座左右。堆垛機(jī)作為立體化倉(cāng)庫(kù)中最重要的運(yùn)輸設(shè)備之一，也得到了較快的發(fā)展。 但是我國(guó)現(xiàn)階段堆垛機(jī)的技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用和世界先進(jìn)水平相比存在著較大的差別。堆垛機(jī)作為立體倉(cāng)庫(kù)中重要的運(yùn)輸設(shè)備, 它的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的選用, 將直接影響到整座立體倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益，更直接表現(xiàn)了我國(guó)堆垛機(jī)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，下面僅以速度參數(shù)來(lái)說(shuō)明：堆垛機(jī)的速度參主要指水平行走速度、升降速度和貨叉伸縮速度。這三項(xiàng)參數(shù)的高低, 直接關(guān)系到出人庫(kù)頻率的高低。從表中數(shù)據(jù)不難看出, 目前我國(guó)堆垛機(jī)的運(yùn)行速度要落后于日本。21.2 有軌巷道堆垛機(jī)的類型： 按現(xiàn)行機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 有軌巷道堆垛起重機(jī)分類方式多種多樣, 如按支承方式、用途、控制方式、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行軌跡等分類。但無(wú)論何種類型的堆垛機(jī), 一般都由水平行走機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、貨叉伸縮機(jī)構(gòu)、機(jī)架和電氣設(shè)備等基本部分組成。在目前立體倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用中, 堆垛機(jī)的分類最常見的是按結(jié)構(gòu)形式分類和按運(yùn)行軌跡分類。從結(jié)構(gòu)形式上來(lái)說(shuō)目前立體化倉(cāng)庫(kù)中的堆垛機(jī)有雙立柱堆垛機(jī)和單立柱堆垛機(jī)；按照運(yùn)行軌跡形式來(lái)分, 有直線運(yùn)行型堆垛機(jī)和曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)。雙立柱堆垛機(jī)：雙立柱堆垛機(jī)的機(jī)架一般是由兩根立柱、上橫梁和貨橫梁組的一個(gè)長(zhǎng)方形的框架。立柱形式有方管、圓管、槽鋼等。方管可以兼作升降導(dǎo)軌, 圓管附加銅套做升降導(dǎo)軌。雙立柱堆垛機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)在于其強(qiáng)度和剛性好, 且運(yùn)行起來(lái)比較平穩(wěn)。對(duì)于升降高度較高、起重量較大和水平運(yùn)行速度高的情況, 一般多采用雙立柱結(jié)構(gòu)堆垛機(jī)。雙立柱堆垛機(jī)的升降機(jī)構(gòu), 普遍采用鏈條傳動(dòng)或者滾筒傳動(dòng)， 由電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng), 通過(guò)鏈條來(lái)使載貨臺(tái)沿立柱或升降導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。因?yàn)殒湕l傳動(dòng)多采用封閉鏈或配重裝置, 會(huì)受到空間尺寸的限制, 傳動(dòng)及其布置比較復(fù)雜,所以本文采用滾筒鋼絲繩傳動(dòng)。其結(jié)構(gòu)如圖1. 1 所示圖1. 1 雙立柱有軌巷道堆垛機(jī)單立柱堆垛機(jī)：?jiǎn)瘟⒅讯鈾C(jī)的機(jī)架一般由一根立柱和貨橫梁組成。立柱多采用較大的型鋼或焊接拼制 , 在立柱上再附加聯(lián)接導(dǎo)軌。整體機(jī)構(gòu)重量相對(duì)較輕, 消耗的材料少所以制造成本較低, 不過(guò)其剛性相對(duì)稍差一些。在載貨臺(tái)及貨物重量對(duì)立柱的偏心作用下，以及在行走、制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的水平慣性力作用, 使單立柱堆垛機(jī)在使用上有一定3的局限性。不適合用于起重量較大和水平運(yùn)行速度比較高的場(chǎng)所。單立柱堆垛機(jī)升降結(jié)構(gòu)一般多采用鋼絲繩傳動(dòng), 由電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒, 再通過(guò)鋼絲繩牽引載貨臺(tái)沿立柱或升降鋼軌來(lái)作升降運(yùn)動(dòng)。鋼絲繩傳動(dòng)的傳動(dòng)和布置相對(duì)容易, 但定位精度稍差些。其結(jié)構(gòu)如圖1.2 所示圖1. 2 單立柱有軌巷道堆垛機(jī)直線運(yùn)行型堆垛機(jī)：直線運(yùn)行型堆垛機(jī)只能夠在巷道內(nèi)的直線軌道上來(lái)回運(yùn)行,無(wú)法自行轉(zhuǎn)換巷道。只能通過(guò)其他輔助輸送設(shè)備來(lái)轉(zhuǎn)換巷道, 如堆垛機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)車等。直線運(yùn)行型堆垛機(jī)優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行, 可以很好地滿足出人庫(kù)頻率較高的立體倉(cāng)庫(kù)作業(yè)需求, 因此應(yīng)用最為廣泛。 曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)：曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)的車輪與貨橫梁的聯(lián)接是通過(guò)垂直軸鉸在一起的, 從而能夠?qū)崿F(xiàn)在環(huán)形及其他的曲線軌道上的運(yùn)行, 即可行走軌跡可以是曲線, 不用通過(guò)其他的輔助輸送設(shè)備便可以實(shí)現(xiàn)從一個(gè)巷道自行轉(zhuǎn)移到另一個(gè)巷道。此類型的堆垛機(jī)亦被稱作做轉(zhuǎn)軌堆垛機(jī)。但是曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)在使用上存在一定的局限性, 它只適用于一些出人庫(kù)頻率較低的立體倉(cāng)庫(kù)。因?yàn)樗坏珗?chǎng)地會(huì)受到軌道轉(zhuǎn)彎半徑的限制, 而且在其轉(zhuǎn)彎時(shí)速度特別的慢, 因此無(wú)法滿足出人庫(kù)頻率高立體倉(cāng)庫(kù)的作業(yè)。1.3 有軌巷道堆垛起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和研究意義：隨著經(jīng)濟(jì)全球化步伐的日益加快和信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)行業(yè)和人們的消費(fèi)方式不斷發(fā)生深刻的變化，現(xiàn)代物流在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中的地位越來(lái)越高，物流設(shè)備的需求也在快速地增長(zhǎng)。物流實(shí)驗(yàn)室是一座理論與實(shí)踐的橋梁，現(xiàn)在我國(guó)高校建立了一批物流實(shí)驗(yàn) 4室，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前有160 多所高校建立了自己的物流實(shí)驗(yàn)室。物流實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供了實(shí)用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，深化了學(xué)生們對(duì)現(xiàn)代物流概念的理解，而且能夠提高學(xué)生的操作能力，這是一種內(nèi)融有機(jī)械，電氣，計(jì)算機(jī)等技術(shù)一體化的技術(shù)，在這種技術(shù)中 可以將不同領(lǐng)域 的各個(gè)層次的知識(shí)與能力融會(huì)一體。堆垛機(jī)作為其中的機(jī)械部分發(fā)揮著不可替代的作用。 52 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 堆垛機(jī)的總體結(jié)構(gòu)： 巷道單立柱堆垛機(jī)共有三種運(yùn)動(dòng)，在軌道上的運(yùn)動(dòng)為行走運(yùn)動(dòng)，將其視為 Y軸向運(yùn)動(dòng)。在豎直方向?yàn)檩d物臺(tái)的升降運(yùn)動(dòng)，將其視為 Z 軸向運(yùn)動(dòng)。載物臺(tái)上貨叉進(jìn)行存儲(chǔ)作業(yè)的運(yùn)動(dòng)為伸縮運(yùn)動(dòng)，將其視為 X 軸向運(yùn)動(dòng)?？蓪⑷齻€(gè)運(yùn)動(dòng)建立三維坐標(biāo)系，圖 2.1 堆垛機(jī)的正常作業(yè)示意圖：圖中：1.立柱；2.貨叉機(jī)構(gòu)； 3.載物臺(tái)；4.導(dǎo)軌；5 地面導(dǎo)軌；6 提升機(jī)構(gòu)；7 鋼絲繩；8 滑輪；9 上部導(dǎo)軌2.2 起重重量 實(shí)際起重重量包括貨叉總重量和貨物重量，用 表示。 貨物正常起吊時(shí)不可避免SL會(huì)有動(dòng)載沖擊作用，所以我們可以設(shè)計(jì)起重的重量為：= （2-1 ）LPS上式中， 是沖擊系數(shù)， 它的選取由堆垛機(jī)的分類決定： I 類 = 11， II 類 = 125，類 = 14， IV 類 = 160本文設(shè)計(jì)中 Ls=50+20=70kg; 堆垛機(jī)載荷小且平穩(wěn)運(yùn)行環(huán)境良好取 = 11。62.3 水平載荷堆垛機(jī)在水平方向加速或者減速行走時(shí)，必然產(chǎn)生一定的水平慣性力。即 = HSSL 上式中， 稱為動(dòng)載荷系數(shù)，由于加速度是無(wú)法確定的，我們用額定速度 v 來(lái)表示。 水平行走： =0000 5 v； 2.4 載荷狀態(tài) 堆垛機(jī)正常時(shí)，其承載能力是上述各種載荷與自重 的不同組合EG我們可以分為：A正常工作狀態(tài)：Mx( + ） （2-2）EGLSB特殊工作狀態(tài)： Mx( + )+ （2-3）WC起吊工作狀態(tài)： + （2-4）ELD停止： + （2-5） EWS上述表達(dá)式中，M 為 業(yè)系數(shù)，與前述堆垛機(jī)的分類有有關(guān)：I 類 M = 10， 類 M = 1.05； 類 M = 11， IV 類 M = 1.20。 2.5 循環(huán)壽命堆垛機(jī)完成入庫(kù)或出庫(kù)一次工作循環(huán)所需的平均時(shí)間為作業(yè)時(shí)間：T。堆垛機(jī)開動(dòng)率：n（堆垛機(jī)一天實(shí)際開動(dòng)時(shí)間占工作時(shí)間百分比） 。設(shè)日工作時(shí)間為 8h，那么堆垛機(jī)每天的工作總循環(huán)次數(shù)為N=8x3600 xnTo （2-6）式中，時(shí)間 To 單位：秒。 若堆垛機(jī)設(shè)計(jì)壽命 10 年，年工作 300 天，日工作 8 小時(shí)。 7基本作業(yè)時(shí)間 To=100 秒，開動(dòng)率 n=70，則堆垛機(jī)的循環(huán)壽命: 10 x300 x8x3 600 x0.7100 6x (次 )510圖 2.2 堆垛機(jī)行走加減速度示意圖83 行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案3.1 行走機(jī)構(gòu)總體方案的確定堆垛機(jī)的行走機(jī)構(gòu)主要有以下方案：方案 1：?jiǎn)瘟⒅鶡o(wú)軌道式堆垛機(jī)；方案 2：?jiǎn)瘟⒅p軌道式堆垛機(jī)；方案 3：?jiǎn)瘟⒅鶈诬壍朗蕉讯鈾C(jī)；因?yàn)榇硕讯鈾C(jī)的最大設(shè)計(jì)載荷重量為 50Kg，水平運(yùn)動(dòng)速度為 60m/min 以及所承受的載荷均很小，故選擇第二種方案：?jiǎn)瘟⒅p軌道堆垛機(jī)。它的優(yōu)點(diǎn)在于支撐于地面可避免受力分配不均所引起的種種問題，單立柱適用于堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),雙軌道平衡性好，可以很好地適應(yīng)橫向不平衡扭矩。另外水平行走機(jī)構(gòu)按行走軌跡有兩種型式-直線型和曲線轉(zhuǎn)軌型，針對(duì)本課題的要求選擇直線型。堆垛機(jī)的行走機(jī)構(gòu)本設(shè)計(jì)選用帶有減速器的減速機(jī)為動(dòng)力元件，減速機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊；通過(guò)同步帶傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)車軸，同 步 帶 是 綜 合 了 帶 傳 動(dòng) 、 鏈 條 傳 動(dòng) 和 齒 輪傳 動(dòng) 的 優(yōu) 點(diǎn) 而 發(fā) 展 起 來(lái) 的 新 塑 傳 動(dòng) 帶 。 同 步 帶 傳 動(dòng) （ 傳 動(dòng) 比 準(zhǔn) 確 ， 對(duì) 軸 作 用 力 小 ， 結(jié) 構(gòu) 緊湊 ， 耐 油 ， 耐 磨 性 好 ， 抗 老 化 性 能 好 ； 車輪為無(wú)輪緣圓柱車輪，是為了避免車輪在運(yùn)行時(shí)輪緣啃軌。3.2 行走運(yùn)行機(jī)構(gòu)布置的主要問題1.貨橫梁是主要的承載部件，而且在受載之后向貨撓曲，機(jī)構(gòu)零部件的安裝可能不十分準(zhǔn)確，所以從保持機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能和補(bǔ)償安裝的不準(zhǔn)確性著想，靠近電動(dòng)機(jī)、減速器和車輪的軸，我們盡量采用浮動(dòng)軸。2. 為了減少立柱的扭轉(zhuǎn)變形，應(yīng)該使機(jī)構(gòu)零件盡量靠近立柱和端梁，使端梁能夠直接支撐部分零部件的重量。3. 對(duì)于行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)該參考現(xiàn)有的產(chǎn)品，盡量使安裝運(yùn)行機(jī)構(gòu)的平臺(tái)減小，占9用巷道的空間小，總之要考慮到堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造方便。 3.3 行走機(jī)構(gòu)功率的確定于電機(jī)的選擇 3.3.1 軌道及車輪 車輛軌道一般有鐵路鋼軌（p 型）或者起重機(jī)專用鋼軌（QU 型） 、方鋼、扁鋼等類型。根據(jù)設(shè)計(jì)載荷情況，本文選擇輕型鐵路鋼軌（p 型）的 18kg/m 型鋼軌鋼軌類型(公斤/米)尺寸（毫米）截面面積F(厘米2)理論重量(公斤/米)高 A 度 底 B 寬 頭 C 寬 腰 D 厚1890 80 40 10.023.07 18.06 表 3.13.3.2 車輪踏面的疲勞強(qiáng)度校核堆垛機(jī)采用帶有外緣的圓柱形鑄鋼車輪，軌道采用頭部帶有一定曲率半徑的軌道 ，理論上來(lái)看屬于點(diǎn)接觸。但是隨著使用時(shí)間的推移，軌道頭部逐漸被磨損，車輪與軌道逐步演變?yōu)榫€接觸。因此我們按線接觸計(jì)算 ，其公式為： Pc=(2Pmax+Pmin )3 (3-1)上式中：P max設(shè)備正常工作時(shí)候的最大輪壓；Pmin 為 設(shè)備正常工作時(shí)候的最小輪壓 Pc DLK （3-2）1C2上式中： 一轉(zhuǎn)速系數(shù) (按下表 8.1-103 選取 )； 一工作級(jí)別系數(shù) (按下表2C8.1-104 選取)；D 一車輪直徑 (mm)；L 車輪與軌道接觸的有效長(zhǎng)度 (mm)；K 一與車輪材料有關(guān)的許用系數(shù) (按表 8.1-102 選取)。 10Pc=（5509.8+5009.8）3=5227N 0.661.1280363.8=8090N故滿足要求，可以選用型號(hào)為 18kg/m 型鋼軌；Q235 11 圖 3.13.3.2 主動(dòng)行走輪直徑的確定 行走輪分別有主動(dòng)輪與從動(dòng)輪各兩個(gè)，由于堆垛機(jī)在操縱貨叉時(shí)的反作用力會(huì)對(duì)行走輪產(chǎn)生側(cè)壓，為了防止行走輪由于側(cè)壓脫軌與行走中的爬行現(xiàn)象，導(dǎo)輪驅(qū)動(dòng)輪的末端齒輪采用輪軸直接連接的驅(qū)動(dòng)方式。 行走輪的允許載重量等各個(gè)參數(shù)間有貨列關(guān)系式：P =KD （B-2r） （kg） 其中 K= （kg/cm ） （3-3） vk2402式中， P 允許載重量（kg） D 車輪的踏面直徑（cm） B鋼軌寬（cm） r鋼軌頭部的圓角半徑（cm） K許用應(yīng)力系數(shù)（kg/cm ） v走行速度（m/min）2 k許用應(yīng)力（球墨鑄鐵的許用應(yīng)力為 50） （kg/cm ）2首先確定 B=4cm，r=0.2cm, k=50kg/cm , v=60m/min2則 K= = =40（kg/cm ）vk406052F =550/4=137.50kg則代入上式可得：D =1.1cm，而車輪的軸徑為12d =14.1mm （3-4）3min/PC取 d =30mm,車輪直徑可適當(dāng)取大為 D=80mm軸上的軸承選取代號(hào)為 6207，基本尺寸為：d=35mm, D=72mm, B=17mm.3.3.3 運(yùn)行阻力計(jì)算(1)有軌巷道堆垛機(jī)的運(yùn)行靜阻力計(jì)算當(dāng)小型有軌式巷道堆垛機(jī)在沿軌道直線運(yùn)行時(shí)，行走輪與軌道之間、行走輪與軸承之間都存在著一定的摩擦阻力，軸與輪轂之間不可避免地也存在著滑動(dòng)摩擦阻力。因此我們?yōu)榱撕?jiǎn)化計(jì)算，可以假定全部載荷作用在其中一個(gè)行走輪之上。當(dāng)行走輪沿著軌道滾動(dòng)行走時(shí)，其受力情況如圖 3.2 所示。圖 3.2 摩擦阻力計(jì)算1堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行阻力的計(jì)算運(yùn)行摩擦阻力包括車輪軸承中的摩擦阻力和車輪踏面沿軌道的滾動(dòng)摩擦阻力； （3-5）gfQGUdKDgQGFf 22式中，G堆垛機(jī)自身凈質(zhì)量（500kg） ；Q額定起重總質(zhì)量（50 kg） ；D車輪直徑（80mm） ；K車輪沿軌道的滾動(dòng)摩擦力臂（取 0.5 mm） ；U軸承摩擦系數(shù)（滾動(dòng)：U=0.02） ；13d軸承內(nèi)徑（30 mm） ；f摩擦系數(shù)（f=0.030） 。所以； 當(dāng)2509.80.2*35509.8*03269.5Ff N當(dāng)小型有軌巷道堆垛機(jī)在室內(nèi)環(huán)境運(yùn)行時(shí)，風(fēng)阻、軌道斜坡阻力相對(duì)較小，可以忽略不計(jì)；所以我們認(rèn)為小型有軌巷道堆垛機(jī)的靜阻力就等于其摩擦阻力。2.堆垛機(jī)行走電機(jī)功率計(jì)算當(dāng)堆垛機(jī)滿載穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)功率：Pts=Ff*s10 -360 （3-6）式中：Pts堆垛機(jī)在滿載時(shí)的靜功率（kW） ；s堆垛行走行速度（取大值 60 m/min） ，機(jī)構(gòu)總效率（取 =0.9） 。所以，Pts=Ff*s10 -3 60=282.9*6060*0.9=314w3堆垛機(jī)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)加速功率計(jì)算：（1）加速運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)功率： Pd=G D 2 n210-3365 tst （3-7）式中，Pd電機(jī)動(dòng)態(tài)功率（kW） ；GD2機(jī)構(gòu)的總飛輪矩，即質(zhì)量平移折算到電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪矩和電動(dòng)機(jī)軸上旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的飛輪矩之和（Nm 2） ；n電機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min） ；tst機(jī)構(gòu)的起動(dòng)時(shí)間（s） 。（2）機(jī)構(gòu)的總飛輪矩GD2 計(jì)算：GD 2=365Gm 2s9.8n 2+1.1m（GD 2M+GD2） （3-8）14式中：Gm機(jī)構(gòu)總質(zhì)量的重力（N） ；s堆垛機(jī)的運(yùn)行速度（m/s） ；m 電機(jī)的個(gè)數(shù)；GD2M電機(jī)轉(zhuǎn)子的飛輪矩（Nm2） ；GD2c電機(jī)的軸上其它的傳動(dòng)件飛輪矩（Nm2）將式（2）代入式（1）中可簡(jiǎn)化為 （3-9）stSMvGd9805.P2起動(dòng)時(shí)間 tst 根據(jù) s 運(yùn)行速度選取，a、是機(jī)構(gòu)的加速度 （3-10）25.01avts所以， =stSMvGd98Pw5.1720.298315. 4.堆垛機(jī)行走電機(jī)的選擇確定堆垛機(jī)運(yùn)行電機(jī)功率 P 的選擇，需要大于靜功率與動(dòng)態(tài)功率之和，PP st+Pd=172.5+314=486.5w由此看出，堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)屬于小功率電機(jī)。 我們選擇 R37 型斜齒輪硬齒面減速機(jī)，輸出轉(zhuǎn)速為 247r/min，輸出轉(zhuǎn)矩為 41n.m，減速比 5.67。電機(jī)座型號(hào) Y90s 額定功率 1.1kw 16KG153.4 行走輪主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1 同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算1、 確 定 計(jì) 算 功 率 電 動(dòng) 機(jī) 每 天 工 作 8小 時(shí) 左 右 ， 查 表 得 到 工 作 情 況 系 數(shù) =1.4。 則 計(jì) 算 功 率 為 : （3-11）0.461.caAPKKW2、 選 定 同 步 帶 帶 型 和 節(jié) 距由 同 步 帶 選 型 圖 我 們 選 擇 H型 帶 ， 節(jié) 距圖 3.3 同 步 帶 選 型 圖3、 選 取 主 動(dòng) 輪 齒 數(shù) 查 表 知 道 帶 輪 最 小 齒 數(shù) 為 14， 現(xiàn) 在 選 取 小 帶 輪 齒 數(shù) 為 20。4、 小 帶 輪 節(jié) 圓 直 徑 確 定 （3-12）120.78.93bzPdm165小 帶 輪 轉(zhuǎn) 速 計(jì) 算 （ 3-13）max2473.180.95/606DnVsVH =40m/s max6 、 大 帶 輪 相 關(guān) 數(shù) 據(jù) 確 定 由 于 系 統(tǒng) 傳 動(dòng) 比 為 ， 所 以 大 帶 輪 相 關(guān) 參 數(shù) 數(shù) 據(jù) 與 小 帶 輪 完 全 相 同 。 齒 數(shù) ，20z節(jié) 距7、 初 定 中 心 距根 據(jù) 公 式 （3-14）得 0123ma現(xiàn) 在 選 取 中 心 距 為 25mm。8、 同 步 帶 帶 長(zhǎng) 及 其 齒 數(shù) 確 定= ( ) = =762mm （ 3-15）2503.148.9 9 實(shí) 際 中 心 距 （ 3-16）21.4mmlDal10、 帶 輪 嚙 合 齒 數(shù) 計(jì) 算在 本 次 設(shè) 計(jì) 中 傳 動(dòng) 比 為 1， 所 以 嚙 合 齒 數(shù) 為 帶 輪 齒 數(shù) 的 一 半 ， 即 =10。11、 基 本 額 定 功 率 的 計(jì) 算 （3-17）查 基 準(zhǔn) 同 步 帶 的 許 用 工 作 壓 力 和 單 位 質(zhì) 量 表 可 以 知 道=2100.85N， m=0.448kg/m。17 所 以 同 步 帶 的 基 準(zhǔn) 額 定 功 率 為= 2(210.8541.05).KW12、 帶 寬 （ 3-18）1.41.400687227.czPbmk 公 式 中 ： 為帶的基準(zhǔn)寬度查表知為76.2mm；0 嚙合齒數(shù)系數(shù)，根據(jù)小帶輪嚙合齒數(shù)選擇, 時(shí)取1；zk 6mZ13、軸上載荷 （ 3-19）100.6847.5cQPFNv14、 同步帶的設(shè)計(jì)在 這 里 ， 我 們 選 用 梯 形 帶 型 號(hào) 節(jié) 距 齒 形 角 齒 根 厚 齒 高 齒 根 圓 角 半 徑 齒 頂 圓 半 徑H 12.7 40。 6.12 4.3 1.02 1.02表 3.2 同 步 帶 尺 寸18圖 3.4 同 步 帶15 同步帶輪的設(shè)計(jì)結(jié)果圖 3.5 同 步 帶 輪 用 梯 形 齒3.4.2 軸的設(shè)計(jì)計(jì)軸的最小直徑的確定: （3-20）3300.5114.28pdAmn試中 A0取 110，n 為軸的轉(zhuǎn)速為 238.85r/min.取 d=30mm 軸上的軸承選取深溝球軸承代號(hào)為 6207 基本尺寸：d=30mm; D=72mm; B=17mm; 基本額定動(dòng)載荷 19.5KN軸的結(jié)構(gòu)：19軸的受力圖：垂直彎矩圖：20水平彎矩圖：合成彎矩圖：軸的扭矩圖：21當(dāng)量彎矩圖： （3-21）228796.MTNm校核軸徑：許用應(yīng)力 ，校核最大應(yīng)力處即可（圖示 25mm 處）160bMPa （3-22）33min18792436.bdm所以軸是安全的。224 堆垛機(jī)伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 伸縮機(jī)構(gòu)的方案確定伸縮機(jī)構(gòu)是堆垛機(jī)存取貨物的直接執(zhí)行機(jī)構(gòu)，安裝在載貨臺(tái)上。本機(jī)構(gòu)采用差動(dòng)式伸縮貨叉，由上叉、貨叉及起導(dǎo)向作用的滾輪等組成，以減少巷道的寬度，且使之具有足夠的伸縮行程。因?yàn)榇嫒∝浳飼r(shí)貨叉伸出的距離超過(guò)本身的長(zhǎng)度，所以貨叉為伸縮裝置，貨叉固定在載貨臺(tái)本體上，起到支承作用，由上面的上叉叉取貨物。貨叉的伸縮可以采用齒輪齒條傳動(dòng)或者同步帶傳動(dòng)，本設(shè)計(jì)采用齒輪齒條傳動(dòng)，齒輪齒條傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)關(guān)系清晰等優(yōu)點(diǎn)。貨叉主要由電動(dòng)機(jī)（自帶減速機(jī)） 、齒輪齒條傳動(dòng)裝置、貨叉和滾輪等組成。貨叉由貨叉支承板、貨叉立板、貨叉齒條板和貨叉底板組成，貨叉支承板下部安裝有滾輪，貨叉底板則是整個(gè)貨叉的支承板，其上固定有電動(dòng)機(jī)、貨叉立板、貨叉齒條板、貨叉支承板和雙向擋板。焊接在貨叉底板上的雙向擋板則限制貨叉的極限伸縮位置。本貨叉?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)除了電動(dòng)機(jī)安裝在貨叉左側(cè)以外，基本為對(duì)稱布置，左半部分相當(dāng)于左貨叉，右半部分相當(dāng)于右貨叉，這樣同步帶傳動(dòng)布置于貨叉中間，從而提高系統(tǒng)的平穩(wěn)性。4.2 貨叉?zhèn)鲃?dòng)裝置的選型取運(yùn)行阻力系數(shù) ，于是0.85 （4-1） NwGFf 8.49.60.式中G運(yùn)行質(zhì)量的重力（N）取機(jī)構(gòu)的總效率 ，則運(yùn)行靜功率為0.923 （4-2）WVFPSTST 3.89.015410電動(dòng)機(jī)選擇： 減速器型號(hào)R27，輸出轉(zhuǎn)速48r/min，輸出轉(zhuǎn)矩35N.M，減速比28.76；電機(jī)型號(hào)Y63，額定功率180W，轉(zhuǎn)速1930r/min。4.3 貨叉?zhèn)鲃?dòng)齒輪、齒條的計(jì)算貨叉的伸縮設(shè)計(jì)速度 v 為 9m/min，即 9000mm/min；齒輪齒條分度圓直徑為 60mm，則圓周長(zhǎng)度為： （4-3）3.14608.Cdm齒輪轉(zhuǎn)速為 （4-4）97./in.vnr.選擇齒輪、齒條材料齒輪選用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì) HBS 1245-275HBS齒條選用45號(hào)鋼正火 HBS 2210-240HBS.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 （4-5） 3 3(0.1.)/(0.1.2)480./tvnP計(jì)算出 在0.13和0.22之間，取t 2tvms確定齒輪齒條傳動(dòng)精度等級(jí)為第 公差組8級(jí)齒輪的分度圓直徑 (4-6)21312()EHdZKTu齒寬系數(shù)按齒輪相對(duì)軸承為懸臂布置取為 0.4齒輪齒數(shù) 201Z齒條長(zhǎng)度為600mm24由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和減速器的傳動(dòng)比計(jì)算出傳動(dòng)軸上的齒輪的轉(zhuǎn)速 139048/min2nr則齒輪轉(zhuǎn)矩T1=9.55106P/n=9.551060.42/48=83560Nmm 載荷系數(shù) K= (4-7)AKV 使用系數(shù)K A=1動(dòng)載荷系數(shù)K V=1.18齒向載荷分布系數(shù) =1.22K齒間載荷分布系數(shù) 由 0及 r 1.88-3.2（1/ +1/ ）cos=1.68 1Z查得 1.21K則載荷系數(shù)k的初值k=11.181.221.211.74彈性系數(shù) =189.8EZ2/mN節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) =2.5H重合度系數(shù) =0.87許用接觸應(yīng)力 (4-8)lim/NWHHZS接觸疲勞極限應(yīng)力 , 1limli2=570N/lim1H2=460 N/li2應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為 N1=60nj =60481（83008）=5.5 hL710N2=N1/4.6 71025接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù) 12NZ硬化系數(shù) =1W接觸強(qiáng)度安全系數(shù) .HS57011/1.1=518 N/12m46011/1.1=418 N/2故 的設(shè)計(jì)初值1td= =40 2131()EHtdZKTu 231.7485601.289.50.7()41齒輪模數(shù)m= =40/20=2mm1/t所以取m=3齒輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值為 =203=601dZm圓周速度v= =0.18m/s 1/60dn與估取 相近，滿足要求.2tvms因?yàn)辇X寬系數(shù) 0.4d所以齒輪齒寬 10.462bm對(duì)于正常齒， ，ah5c齒頂高 3m齒根高 *()(10.2)3.7facm齒頂圓直徑 6adh齒根圓直徑 .5.ff取齒條齒根高 3fm26齒條齒頂高 3.5ahm齒條寬度 2b齒條總高度 13.5410.5afHhm式中 為輪齒底部到齒條底部的高度1h齒距 3.49.2pm齒厚 /271s齒槽寬 .4.e.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算 (4-9)12aFSKTYbdm齒形系數(shù) 齒輪 =2.55aFY1aFY 齒條 =2.452a應(yīng)力修正系數(shù) 齒輪 =1.63aS1aS 齒條 =1.652aY重合度系數(shù) 0.57/0.257/1.680.a許用彎曲應(yīng)力F= lim/NxFYS彎曲疲勞極限 =460 N/li1F2=390 N/lim22彎曲壽命系數(shù) 12NY尺寸系數(shù)Yx=1安全系數(shù) =1.25FS27則 46011/1.25=368 N/ 11lim/NXFFYS 2m=39011/1.25=312 N/22li故 21.46835602.551.630.70/(601806)=11.781N/ 21F21.46835602.451.650.7/(501806)=13.742N/ m2285 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)5.1 升降機(jī)構(gòu)的總體選型升降重量 ，升降速度 v=0.25m/s，升降高度 H=2m kgCP105.1.1 定機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別堆垛機(jī)工作級(jí)別根據(jù)堆垛機(jī)使用條件的兩個(gè)重要數(shù)據(jù)載荷狀態(tài)和利用等級(jí)來(lái)劃分，是堆垛機(jī)設(shè)計(jì)的依據(jù)，現(xiàn)由設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)和堆垛機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況選定三個(gè)參數(shù)如下：利用等級(jí) T6，載荷情況 L2，工作級(jí)別 M65.1.2 計(jì)算鋼絲繩最大靜拉力并選擇鋼絲繩采用單聯(lián)滑輪組，此時(shí)：m=nm滑輪組倍率n懸掛物品撓性件分支數(shù)升降機(jī)構(gòu)以省力鋼絲繩滑輪組作為執(zhí)行構(gòu)件，選取懸掛物品撓性件分支數(shù) n 為 1，滑輪組倍率 m 為 1鋼絲繩最大靜拉力為:N （5-1） 980.10maxqQSQ升降載荷（N） ， ，gCp2/1.sm升降質(zhì)量，即起重量（kg）pCqa滑輪組分支數(shù)q滑輪組倍率29a滑輪組鋼絲繩卷入卷筒根數(shù)機(jī)構(gòu)總效率，取為 0.980本機(jī)構(gòu)中 q=1,a=1依據(jù)最大靜拉力選擇 型的鋼絲繩，鋼絲強(qiáng)度極限67MPai1570取選擇系數(shù) C=0.114鋼絲繩直徑為 mSCd6.398014.max取 d=6mm 鋼絲繩的最小破斷拉力 Fo=8.34KN（纖維芯鋼絲繩） ，鋼絲繩的安全系數(shù)為， （5-2）6.89034.10maxSFN滿足要求5.1.3 確定最小的卷繞直徑取彎曲頻率系數(shù) ；卷筒的工作級(jí)別系數(shù) ；滑輪的工作級(jí)12h 16h別系數(shù) ，18h卷筒最小直徑， 96121mindD 滑輪最小直徑 mhc 0821in設(shè)計(jì)采用齒輪連接盤式的單層卷繞單聯(lián)卷筒取以繩槽底測(cè)量的卷筒直徑（即卷筒名義直徑） ，則以鋼絲繩圈中心mDd125測(cè)量的卷筒直徑為 131mm卷筒為標(biāo)準(zhǔn)槽形的卷筒，槽距 p=7mm，則總長(zhǎng)3076mm （5-3）76134.2010maxPZDHL 取 L=150mm，滿足要求卷筒槽形的槽底半徑 R3.3mm卷筒壁厚 （5-4）5.128061250.602. 取 m1卷筒強(qiáng)度計(jì)算： cpPFAax1/其中 ， ， ，P=7mmmax502FN75.1m10材料為鑄造碳鋼 ZG270500，則 MPascp13527，滿足要求/1502.713.4135cpMPaPa鑄鋼卷筒應(yīng)進(jìn)行退火處理，表面不得有裂紋，表面上不得有影響使用性能和有損外觀的顯著缺陷（如氣孔、疏松、夾渣等） 。選擇以繩槽底測(cè)量的直徑為 110mm 的標(biāo)準(zhǔn)滑輪。5.1.4 選擇電動(dòng)機(jī)并驗(yàn)算制動(dòng)力矩電動(dòng)機(jī)的靜功率為 （5-5）wmQvPst 285.01910v額定升降速度（m/s）機(jī)構(gòu)效率，初算時(shí)近似取 .m機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù) （5-6） 60.2560113.46/min34ddvn rD31選用帶有減速器的電機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。減速器型號(hào)：R57，輸出轉(zhuǎn)速37r/min，輸出轉(zhuǎn)矩181N.M，傳動(dòng)比37.30；電機(jī)型號(hào)Y80,額定功率0.75KW,轉(zhuǎn)速1390r/min，電機(jī)質(zhì)量11KG。5.2 卷筒的設(shè)計(jì)卷筒名義直徑 D=125mm，螺旋節(jié)距 p=7mm，卷筒長(zhǎng)度 L=150mm，壁厚 ，鋼10m絲繩最大靜拉力 max980SN（1）卷筒心軸計(jì)算軸的材料為 45 號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。圖 5.1 卷筒心軸的受力圖心軸的最小直徑: （5-7）3300.2811.946pdAmn試中 A0 取 110，n 為軸的轉(zhuǎn)速 r/min.32最后取 d=25mm. 支座反力 9804510253aRN298.b m 軸右輪轂支承處最大彎矩 45375BMRN軸左輪轂支承處最大彎矩 21281A m 計(jì)算選用右輪轂支承處最大彎矩.疲勞計(jì)算對(duì)于疲勞計(jì)算采用等效彎矩，選等效系數(shù) ，等效彎矩1. 1.375412.dMkNm彎曲應(yīng)力 （5-8） 390.dMPa軸的載荷變化為對(duì)稱循環(huán)軸的材料為 45 號(hào)鋼 160;30;0.43258bs bMPaaa許用彎曲應(yīng)力 (5-9)1Kn式中 n=1.6安全系數(shù)K應(yīng)力集中系數(shù)， 1.45.61xm與零件幾何形狀有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)1.4x與零件表面加工光潔度有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)5m故 12810.6MPa33，通過(guò)1.靜強(qiáng)度計(jì)算卷筒軸屬于升降機(jī)構(gòu)低速軸零件，其動(dòng)力系數(shù)取為 21.c max21.375409cMNm max2.0.MPad許用應(yīng)力 1875.6sn，通過(guò)max故卷筒軸的疲勞和靜強(qiáng)度計(jì)算通過(guò)（2）選擇軸承由于卷筒軸上的左軸承的內(nèi)、外圈以同樣轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，故無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可按照額定靜載荷來(lái)選擇。右軸承的外座圈固定，內(nèi)座圈與軸一同旋轉(zhuǎn)，應(yīng)按照額定動(dòng)負(fù)荷來(lái)選擇.左端軸承軸承的額定靜負(fù)荷 (5-10)0CnP式中 額定靜負(fù)荷0C當(dāng)量靜負(fù)荷P安全系數(shù)，取0n01.4n選用調(diào)心球軸承，型號(hào)為 1205，軸承的額定靜負(fù)荷 ，左軸承的當(dāng)量靜042CN負(fù)荷 01.2537.dAPfRN式中 動(dòng)負(fù)荷系數(shù).df 選取安全0 0142378nC34.右端軸承令右端軸承也采用 1205，其額定動(dòng)載荷動(dòng)負(fù)荷 9320C右軸承的徑向負(fù)荷 1.835921.rdBFfRN軸向負(fù)荷 0a設(shè)軸承工作時(shí)數(shù) ，查得 1205 軸承的 e=0.27，令 ，故4hL 0arFex=1，y=2.4，當(dāng)量動(dòng)載荷 19802.980raPxFyN (5-11)631()hCLnP式中 軸承的壽命，單位為h hLn軸承內(nèi)外圈的相對(duì)轉(zhuǎn)速，r/min。C軸承的額定動(dòng)載荷，單位N所以 33660.40() 2.611hnLP故動(dòng)負(fù)荷 ，安全()2.98.NC356 堆垛機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算6.1 堆垛機(jī)穩(wěn)定性分析由于堆垛機(jī)在啟動(dòng)、加速、制動(dòng)過(guò)程中慣性力的作用，會(huì)使堆垛機(jī)立柱在巷道縱向方向上發(fā)生彎曲振動(dòng)，由材料力學(xué)知識(shí)可知，立柱頂端的彎曲撓度最大，這就可能會(huì)導(dǎo)致堆垛機(jī)對(duì)高層貨架進(jìn)行存取作業(yè)時(shí)定位精度不足，從而影響工作的穩(wěn)定性，而且這種振動(dòng)是影響精度的主要原因之一，特別是在堆垛機(jī)速度提高以后，振動(dòng)的振幅越大。由實(shí)驗(yàn)可知，運(yùn)行速度及加速度越大，振幅越大。柱端振幅一旦超過(guò)極限值將發(fā)生存取故障。因此研究堆垛機(jī)高速運(yùn)行時(shí)立柱在慣性力和他載荷作用下沿巷道縱向撓度問題及振動(dòng)問題對(duì)于解決提升運(yùn)行速度帶來(lái)的一些問題有一定的幫助。6.2 運(yùn)行中立柱撓度的計(jì)算6.2.1 立柱的相關(guān)計(jì)算堆垛機(jī)在靜止、運(yùn)行、制動(dòng)過(guò)程中，其立柱不同程度受到外力的作用，導(dǎo)致了立柱產(chǎn)生撓度和振動(dòng)。大量的實(shí)驗(yàn)表明，立柱靜止時(shí)的靜撓度是一定的，但在運(yùn)行過(guò)程中隨著加速度的不同，立柱的撓度也將發(fā)生變化，立柱的變形與加速度存在很大的關(guān)系。此時(shí)若定位裝置安裝在立柱及上、下橫梁上，誤差將會(huì)增大，定位精度難以得到保證，容易引發(fā)事故。所以，堆垛機(jī)在提升速度時(shí)要充分考慮加速度與撓度的變化關(guān)系。本小節(jié)通過(guò)對(duì)立柱撓度的分析，得出立柱頂端的變形量，并確定隨著加速度的提高，對(duì)立柱的影響。6.2.2 堆垛機(jī)外載荷計(jì)算雙立柱相當(dāng)于一組懸臂梁，雙立柱與下橫梁構(gòu)成一剛性架，在外力作用下，雙立柱36產(chǎn)生了彎曲變形，立柱頂端的撓度可以通過(guò)疊加法來(lái)進(jìn)行計(jì)算。由于堆垛機(jī)為雙立柱，兩個(gè)立柱在外力作用下產(chǎn)生的撓曲變形在貨叉的連接作用下幾乎可以認(rèn)為是一致的，故本文只對(duì)其中的一個(gè)進(jìn)行撓度分析計(jì)算（振動(dòng)分子也只分析其中一個(gè)立柱）1載貨臺(tái)上的滾輪壓力可以由圖6.1所示的載貨臺(tái)在OYZ平面內(nèi)載荷簡(jiǎn)圖，得正滾輪的壓力0m KN （6-1） )(136215eTlGlQsP圖6.1 堆垛機(jī)總體載荷受力圖由立柱在 XOZ 的平面受力圖,有公式： 可得側(cè)滾輪壓力0m KN （6-2）lGQsP)(1522總提升力由 ，受力分析可得0zF KN （6-3）165T3立柱的頂部作用力通過(guò)圖6.3表示的堆垛機(jī)載貨臺(tái)提升卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)力學(xué)簡(jiǎn)圖，可確定立柱上橫梁上作用力F，即為立柱軸向壓力： KN （6-4）)(651GQW為動(dòng)力系數(shù)，由最大起升加速度決定。1(1) 滾輪的摩擦力37 KN （6-5）fPFf)(221式中 f 滾動(dòng)摩擦系數(shù)，我們采用鋼制滾輪其摩擦系數(shù)：f=0.08， (2) 提升繩的張力為： KN （6-6）/)(1fWT式中 為提升系統(tǒng)的效率，可取 =0.98-0.99。圖 6.2 XOZ 平面受力圖 圖 6.3 提升系統(tǒng)力學(xué)簡(jiǎn)圖(3) 立柱頂部壓力 （6-7）上 橫 梁滑 輪 G31TF其中 和 分別為頂部滑輪及上橫梁的重量滑 輪G上 橫 梁由以上分析知立柱在兩個(gè)平面內(nèi)都承受外載荷的作用，但在XOZ平面的力只有在堆垛機(jī)停止，貨叉伸出取貨時(shí)才存在，所以，我們對(duì)立柱只進(jìn)行YOZ平面的受力分析。4YOZ平面內(nèi)：當(dāng)載貨臺(tái)位于最高位置且滿載時(shí)，以最大加(減)速度起(制)動(dòng)時(shí)，立柱處于最不利情況。此時(shí)如圖6-4所示。堆垛機(jī)立柱受到慣性均布力q、載貨臺(tái)慣性力P、載貨臺(tái)的偏心力矩的共同作用。立柱的橫向力矩為： （6-8） 0q:ma立 柱 單 位 質(zhì) 量 P=(Q+ KN （6-9）)aG65138 M=P(H-h-s)+ KN.M （6-10）sPv12/qH5彎矩放大系數(shù)見圖6.4，在該平面立柱受軸向力F，橫向力p，q和偏心力矩的共同作用下是壓彎構(gòu)件。我們簡(jiǎn)化認(rèn)為軸向壓力始終平行于Z軸，而且在立柱上作用有一定的彎矩，所以立柱彎曲變形由圖6.5示。圖中 是橫向力和偏心力矩的共同作用在滑 輪G頂端產(chǎn)生的撓度值，在軸向力F作用下，撓度由 增大到f，根據(jù)彈性變形分析0圖6.4 YOZ平面內(nèi)受力簡(jiǎn)圖 圖6.5 YOZ面內(nèi)立柱撓曲變形示意圖f= （6-11）)1/(0af式中：a=F/ 是立柱中心受壓的臨界載荷kF （6-12）224/HEIk式中，I為慣性矩；E是立柱的彈性模量。6.2.2 堆垛機(jī)靜態(tài)剛度的分析立柱靜的態(tài)剛度既是貨臺(tái)處于立柱最高工作位置時(shí)貨叉頂端的巷道縱向平面撓度，撓度應(yīng)小于一定的許用值，ff由圖6.5當(dāng)貨臺(tái)在立柱最高工作位置時(shí)，在偏心力矩M作用情況下，立柱頂端的水平位移由三部分構(gòu)成：1在M作用下立柱端部水平位移 ；0f2在M作用下滾輪處截面轉(zhuǎn)角 引起的頂端水平位移： h；11f393下橫梁和立柱連接位置處的截面轉(zhuǎn)角引起的立柱頂?shù)乃轿灰疲?= H；2f即f= + + 。0f12(1) 計(jì)算 由下圖得到外載荷彎矩圖 、單位力彎矩圖 、單位載荷彎pM1M矩圖 2M圖6.6 堆垛機(jī)的剛度計(jì)算簡(jiǎn)圖由上圖計(jì)算得：011a212()/ /233bbfMHhEIHMEIBB柱 柱 (6-2/()/柱 梁 ） （13)式中： 為立柱垂直縱向平面的慣性矩；柱I下橫梁垂直縱向平面軸的慣性矩；梁E 慣性模量；梁I(2)由外載荷彎矩圖 ，單位載荷彎矩圖 得：pM2M 221 1()/()/3abHhI EIB柱 柱 32+(M/EIBHhabI梁柱 ）(6-14) aEI3)(231 BbhHEIhmf 梁柱40(6-15)3) 計(jì)算 取橫梁為研究對(duì)象，如圖 6.7 所示， 為下橫梁支撐的總質(zhì)量：2f 0G (6-16) 6543210QG 由外載荷彎矩圖 、單位載荷彎矩圖 可以得到立柱和下橫梁連接面處轉(zhuǎn)pMM角 ：2 (6-17)2313100BaGbBabEI (6-18)(2202IHGf 圖6.7 下橫梁計(jì)算簡(jiǎn)圖可見由下橫梁引起的立柱頂部撓度與立柱高度一定程度上呈現(xiàn)正比關(guān)系，因此對(duì)于改善結(jié)構(gòu)系統(tǒng)剛度增強(qiáng)橫梁非常重要。對(duì)與立柱而言增強(qiáng)橫梁對(duì)結(jié)構(gòu)重量影響不大，因此在設(shè)計(jì)下橫梁時(shí)盡量避免出現(xiàn)明顯下?lián)稀ｌo剛度的校核時(shí)，f= + + f。撓度的許用值f目前還沒有統(tǒng)一得標(biāo)準(zhǔn)。根0f12據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通?？梢匀。篺=H2000H1000。6.2.3 堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)構(gòu)在受載后達(dá)到某種特定狀態(tài)便不能滿足規(guī)定的功能要求，我們稱此特定狀態(tài)為符合該功能的極限狀態(tài)。(1)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度計(jì)算公式，我們采用雙向壓彎構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算公式41 (6-19)nynxWYMAN式中，N為軸向壓力單位kN；A為截面積單位cm ： 、 分別是X，Y軸的最大彎2xy矩單位Nm； 和 分別是X，Y軸的截面抗彎模量； 和 是X，Y向的塑性發(fā)展系nxWy數(shù)，它與截面形式，塑性發(fā)展深度以及應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)系。 為材料的許用應(yīng)力，鋼材的 為450kg/ cm .2(2)堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算堆垛機(jī)的立柱屬于雙向壓彎構(gòu)件，在力柱和橫梁連接處是危險(xiǎn)截面，所以選此面進(jìn)行強(qiáng)度校核。 (6-20)nynxWYMAF(3)下橫梁強(qiáng)度計(jì)算我們把下橫梁在YOZ平面內(nèi)簡(jiǎn)化為如下圖所示圖6.11 下橫梁強(qiáng)度計(jì)算簡(jiǎn)圖圖中 是下橫梁上的均布載荷，M：立柱底部截面最大彎矩， ：額定起重重量和上梁q 總P部全部結(jié)構(gòu)自重載荷總和。 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的重量。kG (6-21)maxWM上式中 ：危險(xiǎn)截面處的彎矩； ：下橫梁在X軸方向抗彎模量max x426.2.4 整體穩(wěn)定性計(jì)算整體機(jī)構(gòu)失穩(wěn)時(shí)呈現(xiàn)出彎曲和扭轉(zhuǎn)并存的變形狀態(tài)。堆垛機(jī)在沿巷道方向行走時(shí)，貨叉是處于縮回狀態(tài)的，當(dāng)堆垛機(jī)停穩(wěn)時(shí)貨叉伸出，產(chǎn)生YOZ面的偏心彎矩因此我們?cè)谟?jì)算時(shí)，只需要考慮彎曲變形。由極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則整體穩(wěn)定性: (6-22)/8.01(ykxxx WMFWrAF式中， 是X軸向和Y軸向的中心壓桿穩(wěn)定性系數(shù)， 是X軸向的臨界載荷。xy kx43結(jié) 論本設(shè)計(jì)的內(nèi)容為有軌巷道堆垛起重機(jī)，設(shè)計(jì)重點(diǎn)從行走、升降、伸縮機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)著手，分析了堆垛機(jī)的運(yùn)行機(jī)理。重點(diǎn)設(shè)計(jì)了行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)計(jì)算完成行走機(jī)構(gòu)各個(gè)部件的選型并確定了尺寸及電機(jī)、減速器的選取，最終設(shè)計(jì)出了滿足條件、靈活、適用、簡(jiǎn)捷、方便的行走機(jī)構(gòu)，并繪制出了行走機(jī)構(gòu)零件圖和裝配圖；最后對(duì)堆垛機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的整體穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。本次設(shè)計(jì)囊括了大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的各個(gè)方面，是我在以后的學(xué)習(xí)工作前對(duì)各個(gè)學(xué)科課程的一次深入的、綜合性的練習(xí)，鍛煉了自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，并為以后的工作學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)是對(duì)四年以來(lái)學(xué)習(xí)的總結(jié)，并鍛煉了總體設(shè)計(jì)的能力。由于本人能力有限，設(shè)計(jì)中難免有考慮不周與設(shè)計(jì)不正確的地方，希望各位老師能夠給予諒解，并提出您的寶貴建議，我將不勝感。致 謝在論文完成之際，首先要向我的指導(dǎo)老師王老師，表示衷心的感謝和誠(chéng)摯的敬意。在資料的收集、撰寫、修改直到打印完成自始自終都是在老師的悉心指導(dǎo)和勉勵(lì)下完成44的，他自始至終督促我的進(jìn)度，解惑釋疑，并經(jīng)常提一些關(guān)鍵性的意見，使我茅塞頓開。陳老師平易近人，學(xué)識(shí)廣博，耐心細(xì)致。在此我向老師您表示由衷的感謝。還要感謝我的同學(xué)們對(duì)我的關(guān)心和幫助，他們的啟發(fā)和友愛互助的精神對(duì)我論文的完成起了極大的幫助作用。最后，再次向他們表示忠心的感謝！參考文獻(xiàn)1 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