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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(文獻(xiàn)綜述) 第 9 頁(yè)
MD1200型直線坐標(biāo)碼垛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要：本文介紹了碼垛機(jī)，碼垛機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的重要組成部分，它是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，存貨時(shí)將貨物從出入貨臺(tái)準(zhǔn)確的存放到貨位里，取貨時(shí)將貨物從貨位中取回到出入貨臺(tái)。碼垛機(jī)主要用于食品飲料行業(yè)、化工行業(yè)等；配套于三合一灌裝線等，對(duì)各類(lèi)瓶罐箱包進(jìn)行碼垛。首先介紹了碼垛機(jī)的發(fā)展、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、主要用途、工作原理；其次介紹了碼垛機(jī)的種類(lèi)及其特點(diǎn)；最后本文介紹雙立柱碼垛機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)。通過(guò)這些對(duì)碼垛機(jī)機(jī)有一個(gè)大致的了解，為設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。
關(guān)鍵詞：碼垛機(jī)，工作原理，發(fā)展前景
前言
碼垛機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的重要組成部分，它是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，存貨時(shí)將貨物從出入貨臺(tái)準(zhǔn)確的存放到貨位里，取貨時(shí)將貨物從貨位中取回到出入貨臺(tái)。無(wú)論何種類(lèi)型的碼垛機(jī)，一般都由水平行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)及貨叉機(jī)構(gòu)、機(jī)架和電氣設(shè)備等基本部分組成。它是在所謂高層、高速、高密度儲(chǔ)藏的概念下的產(chǎn)物。盡管各廠家各有獨(dú)創(chuàng)，結(jié)構(gòu)形式有些差異，但可以說(shuō)大同小異，所有的碼垛機(jī)都不外乎由機(jī)架、載貨臺(tái)、伸縮貨叉、軌道和控制系統(tǒng)等部分組成。
體現(xiàn)碼垛機(jī)動(dòng)態(tài)性能優(yōu)劣的指標(biāo)主要有：運(yùn)行速度、提升速度、貨叉速度、平穩(wěn)性、認(rèn)址精度等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，立體倉(cāng)庫(kù)的技術(shù)水平和倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備的動(dòng)態(tài)性能也在不斷提高。
1． 碼垛機(jī)的發(fā)展、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要用途
初期的立體倉(cāng)庫(kù)使用的碼垛機(jī)以橋式起重機(jī)為基礎(chǔ)，這種碼垛機(jī)是從起重機(jī)的大梁上懸掛一個(gè)門(mén)架，利用門(mén)架的上下和旋轉(zhuǎn)來(lái)搬運(yùn)貨物。1960年左右在美國(guó)出現(xiàn)了巷道式碼垛機(jī)，隨后巷道式碼垛機(jī)逐漸替代了受重量和跨度限制的橋式碼垛機(jī)。1967年日本安裝了高度10～15米的高層碼垛機(jī)，1969年出現(xiàn)了聯(lián)機(jī)全自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，我國(guó)是在上世紀(jì)70年代初期開(kāi)始研究采用巷道式碼垛機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù)。目前的碼垛機(jī)技術(shù)取得了重大的發(fā)展，控制技術(shù)、定位精度、運(yùn)行速度都得到了很大程度的提高。巷道式碼垛機(jī)的起升速度已經(jīng)可以達(dá)到90m/min，運(yùn)行速度達(dá)到240m/min，在有的立體倉(cāng)庫(kù)中采用上、下兩層分別用巷道碼垛機(jī)進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)的方法提高出入庫(kù)能力。
按現(xiàn)行機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有軌巷道式碼垛機(jī)分類(lèi)方式很多，如按支承方式、用途、控制方式、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行軌跡等分類(lèi)。無(wú)論何種類(lèi)型的碼垛機(jī)一般都由水平行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)及貨叉機(jī)構(gòu)、機(jī)架和電氣設(shè)備等基本部分組成。
中、低位碼垛機(jī)主要由壓平輸送機(jī)、緩?fù)］斔蜋C(jī)、轉(zhuǎn)位輸送機(jī)、托盤(pán)倉(cāng)、托盤(pán)輸送機(jī)、編組機(jī)、推袋裝置、碼垛裝置、垛盤(pán)輸送機(jī)組成。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，動(dòng)作平穩(wěn)可靠。碼垛過(guò)程完全自動(dòng)，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)須人工干預(yù)，具有廣泛的適用范圍。
碼垛機(jī)主要用于食品飲料行業(yè)、化工行業(yè)等；配套于三合一灌裝線等，對(duì)各類(lèi)瓶罐箱包進(jìn)行碼垛。碼垛機(jī)自動(dòng)運(yùn)行分為自動(dòng)進(jìn)箱、轉(zhuǎn)箱、分排、成堆、移堆、提堆、進(jìn)托、下堆、出垛等步驟。
2． 碼垛機(jī)的工作原理
平板上工件符合棧板要求的一層工件，平板及工件向前移動(dòng)直至棧板垂直面。上方擋料桿下降，另三方定位擋桿起動(dòng)夾緊，此時(shí)平板復(fù)位。各工件下降到棧板平面，棧板平面與平板底面相距10mm,棧板下降一個(gè)工件高度。往復(fù)上述直到棧板堆碼達(dá)到設(shè)定要求。碼垛機(jī)器人配備有特殊定制設(shè)計(jì)的多功能抓取器，不管包裝箱尺寸或重量如何，機(jī)器人都可以使用真空吸盤(pán)牢固地夾持和傳送包裝箱。
3． 碼垛機(jī)的種類(lèi)
碼垛機(jī)一般有很多種，根據(jù)不同的場(chǎng)地和商品的尺寸需要不同的碼垛機(jī)常見(jiàn)的有一些幾種：
3.1碼垛機(jī)器人
碼垛機(jī)器人
此碼垛機(jī)人屬于私自由度柱面坐標(biāo)機(jī)器人，柱面坐標(biāo)機(jī)器人的空間位置機(jī)構(gòu)主要有旋轉(zhuǎn)機(jī)座、垂直位移和水平位移軸構(gòu)成，起動(dòng)作空間呈圓柱形。此碼垛機(jī)人又四個(gè)自由度，除旋轉(zhuǎn)基座、垂直和水平移動(dòng)外，還有前端端持器的旋轉(zhuǎn)共四個(gè)自由度。它有教快的抓取碼垛速度，可以有效的進(jìn)行工作，但是由于其自動(dòng)化較高，制造成本較高因此價(jià)格比較高。
3.2橋式碼垛機(jī)
橋式碼垛機(jī)
從圖片可以看出此類(lèi)碼垛機(jī)屬于大型碼垛機(jī)主要用于大量物品的大量存儲(chǔ)該產(chǎn)品廣泛用于面粉、淀粉、油脂、飼料、煤化工、鹽化工、水泥等行業(yè)。它主要由主行車(chē)、行車(chē)輸送機(jī)、移動(dòng)小車(chē)、轉(zhuǎn)向盤(pán)、滑包升降輸送裝置、控制中心等組成，主梁依靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)在行車(chē)鋼軌上做往返運(yùn)動(dòng)。橋式碼垛機(jī)能前后、左右、上下自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)包裝袋經(jīng)膠帶輸送機(jī)通過(guò)一定距離的輸送后，由轉(zhuǎn)彎器90o送入主機(jī)的行車(chē)輸送帶上，再經(jīng)轉(zhuǎn)彎器轉(zhuǎn)90o后進(jìn)入懸臂滑包升降機(jī)的滑包輸送機(jī)，根據(jù)堆碼垛垛層的需要自動(dòng)落位。其產(chǎn)品具有安全性能可靠、控制系統(tǒng)操作靈活、故障率低、維修保養(yǎng)方便等特點(diǎn)。
3.3 直線碼垛機(jī)
直線碼垛機(jī)一般分為單柱碼垛機(jī)和雙柱碼垛機(jī)
單立柱碼垛機(jī) 雙立柱碼垛機(jī)
3.3.1 單立柱碼垛機(jī)
單立柱碼垛機(jī)包括底座，底座上設(shè)有立柱，立柱上設(shè)有上下方向的第一導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上有有滑塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上有橫梁，橫梁上設(shè)有水平運(yùn)動(dòng)第二導(dǎo)軌，第二導(dǎo)軌上有抓手伸出機(jī)構(gòu)，伸出機(jī)構(gòu)可以前后運(yùn)動(dòng)。此機(jī)器最大特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便移動(dòng)，占用較少的空間，不足之處就是它所能提起的物品重量受到限制，移動(dòng)速度有限，因此多用于較輕物品的碼垛，物品擺放擁擠的地方。
3.3.2 雙立柱碼垛機(jī)
雙立柱碼垛機(jī)的結(jié)構(gòu)與單立柱式類(lèi)似，包括底座安裝在底座上的兩個(gè)立柱以及安裝在兩個(gè)立柱上的橫梁，在橫梁上安裝有抓手機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)的碼垛機(jī)工作時(shí)，抓手機(jī)構(gòu)和橫梁能夠在立柱上上下運(yùn)動(dòng)，抓手機(jī)構(gòu)能夠在橫梁上水平運(yùn)動(dòng)。通過(guò)上述的運(yùn)動(dòng)方式將運(yùn)過(guò)來(lái)的物品堆放在托盤(pán)上以完成碼垛任務(wù)，當(dāng)物品不規(guī)則時(shí)難以保證碼垛的穩(wěn)定性，這種碼垛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較高。但是這種碼垛機(jī)能夠抓取教重的物品，使用過(guò)程中不易出現(xiàn)毛病。
4. 雙立柱碼垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)
4.1 滾珠絲杠
滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。
4.1.1滾珠絲杠的特點(diǎn)
滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。
（1) 與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為1/3
由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。
（2)高精度的保證
滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來(lái)的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對(duì)溫度·濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制,由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。
（3)微進(jìn)給可能
滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng),所以啟動(dòng)力矩極小,不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。
（4)無(wú)側(cè)隙、剛性高
滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過(guò)給滾珠加予壓力,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí),由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。
（5) 高速進(jìn)給可能
滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給(運(yùn)動(dòng))。
4.2 帶傳動(dòng)
帶傳動(dòng)是利用張緊在帶輪上的柔性帶進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力傳遞的一種機(jī)械傳動(dòng)。根據(jù)傳動(dòng)原理的不同，有靠帶與帶輪間的摩擦力傳動(dòng)的摩擦型帶傳動(dòng)，也有靠帶與帶輪上的齒相互嚙合傳動(dòng)的同步帶傳動(dòng)。
帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、能緩沖吸振、可以在大的軸間距和多軸間傳遞動(dòng)力，且其造價(jià)低廉、不需潤(rùn)滑、維護(hù)容易等特點(diǎn)，在近代機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用十分廣泛。摩擦型帶傳動(dòng)能過(guò)載打滑、運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲低，但傳動(dòng)比不準(zhǔn)確（滑動(dòng)率在2%以下）；同步帶傳動(dòng)可保證傳動(dòng)同步，但對(duì)載荷變動(dòng)的吸收能力稍差，高速運(yùn)轉(zhuǎn)有噪聲。 帶傳動(dòng)除用以傳遞動(dòng)力外，有時(shí)也用來(lái)輸送物料、進(jìn)行零件的整列等。
4.3直線導(dǎo)軌
直線導(dǎo)軌稱(chēng)線軌、滑軌、線性導(dǎo)軌、線性滑軌，用于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，擁有比直線軸承更高的額定負(fù)載， 同時(shí)可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實(shí)現(xiàn)高精度的直線運(yùn)動(dòng)。
4.3.1 直線導(dǎo)軌分類(lèi)和組件
直線導(dǎo)軌分為方形滾珠直線導(dǎo)軌，雙軸芯滾輪直線導(dǎo)軌，單軸芯直線導(dǎo)軌。
直線導(dǎo)軌有兩個(gè)基本組件，一個(gè)作為導(dǎo)向的為固定組件（導(dǎo)軌），另一個(gè)是移動(dòng)組件（滑塊） 作為導(dǎo)向的導(dǎo)軌為淬硬鋼，經(jīng)精磨后置于安裝平面上，其橫截面的幾何形狀比較復(fù)雜，因?yàn)閷?dǎo)軌上需要加工出溝槽，以利于滑動(dòng)組件的移動(dòng) 滑塊包裹著導(dǎo)軌的頂部和兩側(cè)面 直線導(dǎo)軌以滾動(dòng)鋼球作為導(dǎo)軌和滑塊之間的動(dòng)力傳輸界面，因?yàn)闈L動(dòng)鋼球適應(yīng)于高速運(yùn)動(dòng) 摩擦系數(shù)小 靈敏度高，滿足運(yùn)動(dòng)部件的工作要求，可進(jìn)行無(wú)限滾動(dòng)循環(huán)的運(yùn)動(dòng)，并將滑塊限制在導(dǎo)軌上，使負(fù)載平臺(tái)能沿導(dǎo)軌以高速度 高精度做直線運(yùn)動(dòng) 負(fù)載平臺(tái)移動(dòng)時(shí)，鋼球就在滑塊支架溝槽中循環(huán)流動(dòng)，把滑塊支架的磨損量分?jǐn)偟礁鱾€(gè)鋼球上，從而延長(zhǎng)直線導(dǎo)軌的使用壽命為了消除滑塊支架與導(dǎo)軌之間的間隙，可預(yù)加載荷能提高導(dǎo)軌系統(tǒng)的穩(wěn)定性直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)組成見(jiàn)圖4-3-1。
圖4-3-1 直線滑軌的結(jié)構(gòu)組成
4.3.2直線導(dǎo)軌特點(diǎn)
（1) 自動(dòng)調(diào)心能力
來(lái)自圓弧溝槽的DF(45-°45)°組合，在安裝的時(shí)候，藉由鋼珠的彈性變形及接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)移，即使安裝面多少有些偏差，也能被線軌滑塊內(nèi)部吸收，產(chǎn)生自動(dòng)調(diào)心能力之效果而而得到高精度穩(wěn)定的平滑運(yùn)動(dòng)。
(2) 具有互換性
由于對(duì)生產(chǎn)制造精度嚴(yán)格管控，直線導(dǎo)軌尺寸能維持在一定的水準(zhǔn)內(nèi)，且滑塊有保持器的設(shè)計(jì)以防止鋼珠脫落，因此部份系列精度具可互換性，客戶可依需要訂購(gòu)導(dǎo)軌或滑塊，亦可分開(kāi)儲(chǔ)存導(dǎo)軌及滑塊，以減少儲(chǔ)存空間。
(3) 所有方向皆具有高剛性
運(yùn)用四列式圓弧溝槽，配合四列鋼珠等45度之接觸角度，讓鋼珠達(dá)到理想的兩點(diǎn)接觸構(gòu)造，能承受來(lái)自上下和左右方向的負(fù)荷；在必要時(shí)更可施加預(yù)壓以提高剛性。
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