有軌堆垛機(jī)整體及行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

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摘要 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　有軌堆垛機(jī)整體及行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 摘要 本文詳細(xì)介紹了有軌堆垛機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和堆垛機(jī)行走機(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，在進(jìn)行行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，主要是通過對(duì)行走機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案的選取，由運(yùn)行阻力所決定的行走電機(jī)的選取，由速比決定的減速器的選取，以及制動(dòng)裝置制動(dòng)器的選取和克服沖擊的緩沖器等主要部件的選取，來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)各部件初步選型后，都進(jìn)行了校核，保證了選擇的合理性。在本文最后部分，對(duì)該堆垛機(jī)的穩(wěn)定性進(jìn)行了較為詳細(xì)的討論，保證了堆垛機(jī)工作時(shí)運(yùn)行的平穩(wěn)性。 本次設(shè)計(jì)的有軌堆垛機(jī)性能良好、動(dòng)作靈活、操作方便、故障率低、維護(hù)簡(jiǎn)單方便，滿足了生產(chǎn)的需要。 關(guān)鍵詞：有軌堆垛機(jī)，機(jī)械，行走機(jī)構(gòu)，穩(wěn)定性 I The Design of the Overall structure and walking mechanism of a Stacker Crane Abstract This paper describes in detail the design of the overall structure theory and walking mechanism of a stacker crane, in my design work I focus on the design of walking mechanism, when the design begins, I first select the transmission of the walking mechanism, second I select the motor by the running resistance of the walking system. Once the motor was selected，the speed ratio between the motor and the running wheels is definite. And we can select the reducer by the speed ratio. Other components such as brakes which is used to break when necessary can be selected by any requests of the system，so is the buffers，and so on.. In accordance with Design requirements, the initial selected components must be conducted a check to ensure the rationality of choice. In the last part of this paper, the stability of the crane is carried out in more detail discussion to ensure the stacker crane’s working stability. The design of the crane rail works out in good condition, action and flexible, convenient operation, low failure rate, maintenance， simple and convenient to meet the production needs. Keywords: crane rail，machine，run institutions，stability 目錄 目錄 目錄 目錄 目錄 I 1. 緒論 1 1.1 研究背景及內(nèi)容 1 1. 1. 1 有軌巷道堆垛機(jī)的發(fā)展 1 1. 1. 2有軌巷道堆垛機(jī)的類型 1 1. 1. 3有軌巷道堆垛機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn) 3 1.2變頻調(diào)速技術(shù)簡(jiǎn)介 4 1.2.1 變頻器概述 4 1.2.2變頻器的分類： 4 1.2.3變頻器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 6 1.3本文研究的內(nèi)容 7 2. 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 2.1堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 8 2.2堆垛機(jī)門架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 8 2.3 堆垛機(jī)門架的彎矩和撓度 10 2.3.1 由于水平載荷產(chǎn)生的彎距 10 2.3.2 由行走車輪的反力產(chǎn)生的彎距 13 2.3.3 有叉取作業(yè)產(chǎn)生的彎矩 14 2.4 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算校核 14 2.4.1 框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下： 14 2.4.2 各部分的彎矩 15 2.4.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彎曲應(yīng)力 16 3. 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 16 3.1堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則和要求 16 3.2 水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)具體布置的主要問題： 16 3.3 機(jī)構(gòu)的布置形式 16 3.4 堆垛機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 16 3.4.1主動(dòng)行走輪直徑的確定 16 3.4.2運(yùn)行阻力計(jì)算 17 3.4.3.行走電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算 18 3.4.4電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱校驗(yàn) 18 3.4.5 減速器的選擇 19 3.4.6驗(yàn)算運(yùn)行速度和實(shí)際所需功率 19 3.4.7 驗(yàn)算起動(dòng)時(shí)間 19 3.4.8 起動(dòng)工況下校核減速器功率 20 3.5選擇制動(dòng)器 21 3.6 選擇聯(lián)軸器 21 3.7 緩沖器的選擇 22 4. 堆垛機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算 23 4.1堆垛機(jī)的穩(wěn)定性分析 23 4.2運(yùn)行中立柱撓度的計(jì)算 23 4.3運(yùn)行中立柱的穩(wěn)定性分析 30 結(jié)論 35 致謝 36 II 1. 緒論 1. 緒論 近年來，隨著企業(yè)生產(chǎn)與管理的不斷提高，越來越多的企業(yè)認(rèn)識(shí)到物流系統(tǒng)的改善與合理性對(duì)企業(yè)提高生產(chǎn)率、降低成本非常重要。堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中最重要的起重堆垛設(shè)備。本文著重就堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行初步研究。 1.1 研究背景及內(nèi)容 1. 1. 1 有軌巷道堆垛機(jī)的發(fā)展 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是現(xiàn)代物流中的重要組成部分，它是在不直接進(jìn)行人工處理的情況下自動(dòng)存取物料的系統(tǒng)，是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)發(fā)展的高科技產(chǎn)物，對(duì)提高生產(chǎn)率、降低成本有著重要意義。在20世紀(jì)70年代初期，我國(guó)開始研究采用有軌巷道式堆垛機(jī)(簡(jiǎn)稱堆垛機(jī))的立體倉(cāng)庫(kù)。1980年我國(guó)第一座自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在北京汽車制造廠投產(chǎn)，從此自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在我國(guó)得到了迅速發(fā)展。 巷道堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的核心物流設(shè)備，是隨著自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機(jī)，它是倉(cāng)庫(kù)中使用最廣泛的物料搬運(yùn)設(shè)備，也是物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的最重要設(shè)備，其用途是在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的貨架巷道間來回穿梭運(yùn)行，將位于巷道口的貨物存入貨格，或者相反取出貨格內(nèi)的貨物運(yùn)送到巷道口[2]。 早期的堆垛機(jī)是在橋式起重機(jī)的起重小車上懸掛一個(gè)門架，利用貨叉在立柱上的上下運(yùn)動(dòng)及立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來搬運(yùn)貨物，通常稱之為橋式堆垛機(jī)[3]。1960年左右在美國(guó)出現(xiàn)了巷道堆垛機(jī)，這種堆垛機(jī)是在地面的導(dǎo)軌上行走，利用貨架上部的導(dǎo)軌防止傾倒，或者相反，在上部導(dǎo)軌上行走，利用地面導(dǎo)軌防止傾倒[[4]隨著立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展，巷道堆垛機(jī)逐漸替代了橋式堆垛機(jī)。在口本從1967年開始安裝高度為25米高度的堆垛機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展，堆垛機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，技術(shù)性能越來越好，高度也在不斷增加，到1970年實(shí)現(xiàn)了由貨架支承的高度為40米的堆垛機(jī)。堆垛機(jī)的運(yùn)行速度也不斷提高，目前堆垛機(jī)水平運(yùn)行速度最高達(dá)200m/min(小載重量的堆垛機(jī)己達(dá)300m/min)，起升速度高達(dá)120m/min，貨叉伸縮速度達(dá)50m/min 。 1. 1. 2有軌巷道堆垛機(jī)的類型 有軌巷道堆垛機(jī)可按其結(jié)構(gòu)形式、支承方式和運(yùn)行軌跡等進(jìn)行分類，一般可分為以下幾種類型: (1)按結(jié)構(gòu)形式，分為雙立柱有軌巷道堆垛機(jī)和單立柱有軌巷道堆垛機(jī)： ①雙立柱有軌巷道堆垛機(jī) 雙立柱有軌巷道堆垛機(jī)由兩根立柱、上橫梁、下橫梁和帶貨叉的載貨臺(tái)組成，立柱、上橫梁和下橫梁組成一個(gè)長(zhǎng)方形的框架，一般稱為機(jī)架。立柱形式有方管和圓管兩種，方管可兼作起升導(dǎo)軌，圓管需要附加起升導(dǎo)軌。這種堆垛機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)就是強(qiáng)度和剛性都比較好，能快速起、制動(dòng)，并且運(yùn)行平穩(wěn)。一般用在起升高度較高、起重量較大和水平運(yùn)行速度較高的立體倉(cāng)庫(kù)中，其缺點(diǎn)是自重較大。 22 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 其結(jié)構(gòu)如圖1. 1所示。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖1. 1雙立柱有軌巷道堆垛機(jī) ②單立柱有軌巷道堆垛機(jī) 單立柱有軌巷道堆垛機(jī)的機(jī)架由一根立柱、下橫梁和上橫梁組成。立柱多采用型鋼或焊接制作，立柱上附加導(dǎo)軌。整機(jī)重量較輕，消耗材料少，因此制造成本相對(duì)較低，但剛性稍差。由于載貨臺(tái)和貨物對(duì)立柱有偏心作用，以及行走、制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的水平慣性力作用，使單立柱有軌巷道堆垛機(jī)在使用上有較大的局限性。不適于起重量大和水平運(yùn)行速度高的堆垛機(jī)。單立柱堆垛機(jī)的起升結(jié)構(gòu)，普遍采用鋼絲繩傳動(dòng)，由電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，通過鋼絲繩牽引載貨臺(tái)沿立柱或起升導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。對(duì)于鋼絲繩傳動(dòng)，傳動(dòng)和布置相對(duì)容易，但定位準(zhǔn)確性稍差。 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) (2)按支承方式分類，有軌巷道堆垛機(jī)分為懸掛型和地面支承型。 ①懸掛型有軌巷道堆垛機(jī) 懸掛型有軌巷道堆垛機(jī)懸掛在巷道上方的軌道上運(yùn)行，其運(yùn)行機(jī)構(gòu)安裝在堆垛機(jī)門架的上部。在地面鋪設(shè)導(dǎo)軌，使門架下部的導(dǎo)向輪以一定的間隙夾在導(dǎo)軌的兩側(cè)，從而防止堆垛機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生擺動(dòng)和傾剎。懸掛式堆垛機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn):在設(shè)計(jì)門架時(shí)，可以不考慮橫向的彎曲強(qiáng)度，鋼結(jié)構(gòu)的自重可以減輕，加減速時(shí)的慣性擺動(dòng)小，穩(wěn)定所需的時(shí)間短;其缺點(diǎn)是維修和檢查不方便。 ②地面支承型有軌巷道堆垛機(jī) 堆垛機(jī)的運(yùn)行軌道鋪設(shè)在地面上，堆垛機(jī)用下部行走輪支承和驅(qū)動(dòng)，上部導(dǎo)向輪用來防止堆垛機(jī)傾倒或擺動(dòng)。和懸掛型有軌巷道堆垛機(jī)相比，這種堆垛機(jī)的立柱主要考慮軌道平面內(nèi)的彎曲強(qiáng)度，因此，需要加大立柱在行走方向截面的慣性矩。由于驅(qū)動(dòng)裝置均裝在下橫梁上，容易保養(yǎng)和維修。 (3)按其運(yùn)行軌跡形式不同，分為直線運(yùn)行型堆垛機(jī)和曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)。 ①直線運(yùn)行型堆垛機(jī) 直線運(yùn)行型堆垛機(jī)只能在巷道內(nèi)直線軌道上運(yùn)行，不能自行轉(zhuǎn)換巷道。只能通過其他輸送設(shè)備轉(zhuǎn)換巷道，直線運(yùn)行型堆垛機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行，能夠滿足出入庫(kù)頻率較高的立體倉(cāng)庫(kù)作業(yè)，應(yīng)用最為廣泛。 ②曲線運(yùn)行型堆垛機(jī) 曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)行走輪與下橫梁是通過垂直軸鉸接的，能夠在環(huán)形或其他曲線軌道上運(yùn)行，不通過其他輸送設(shè)備便可以從一個(gè)巷道自行轉(zhuǎn)移到另一個(gè)巷道。曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)在使用上有局限性，只適用于出入庫(kù)頻率較低的立體倉(cāng)庫(kù)。 本文研究的堆垛機(jī)是結(jié)構(gòu)形式為雙立柱，支承方式為地面支承型，并且其運(yùn)行軌跡為直線型巷道堆垛機(jī)。 1. 1. 3有軌巷道堆垛機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn) 隨著經(jīng)濟(jì)全球化步伐的口益加快和信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)行業(yè)和消費(fèi)方式正發(fā)生著深刻的變化，物流在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中的作用越來越受到企業(yè)的重視，物流人才的需求也在口益增長(zhǎng)。目前，物流人才已經(jīng)被列為我國(guó)12大類緊缺人才之一，有報(bào)道稱“物流人才的需求已超過600萬”。物流實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)正是要搭建一座理論與實(shí)踐的橋梁，目前，我國(guó)許多高校已經(jīng)建立了物流實(shí)驗(yàn)室，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，已經(jīng)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)生提供實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，深化學(xué)生對(duì)現(xiàn)代物流理論的理解，提高學(xué)生的操作能力，內(nèi)融機(jī)械、電氣、電子及計(jì)算機(jī)等技術(shù)于一體的綜合技術(shù)，在這種技術(shù)中，不同領(lǐng)域和層次的知識(shí)與能力融會(huì)在一起。 另外，為了更好的模擬貨物在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)各倉(cāng)儲(chǔ)單元內(nèi)存儲(chǔ)的物流過程，研究提高物流效率以及堆垛機(jī)性能和作業(yè)效率方法，許多物流研究中心業(yè)紛紛建立起來。山東大學(xué)現(xiàn)代物流控制實(shí)驗(yàn)中心是目前我國(guó)第一個(gè)現(xiàn)代的物流控制實(shí)驗(yàn)室，在物流調(diào)度、物流控制、機(jī)械手揀選控制和機(jī)器視覺的綜合研究和開發(fā)應(yīng)用方面目前處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。圖1. 3是研究中心的小型倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng) 圖1.3 小型倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng) 1.2變頻調(diào)速技術(shù)簡(jiǎn)介 1.2.1 變頻器概述 目前，交流調(diào)速傳動(dòng)已經(jīng)上升為電氣調(diào)速傳動(dòng)的主流。中、小容量范圍內(nèi)，采用自關(guān)斷器件的全數(shù)字控制PWM變頻器己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了通用化。全數(shù)字控制方式的軟件功能不但考慮到通用變頻器自身的內(nèi)在性能，而且還融入了大量的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)、技巧，使得通用變頻器的RAS三性(Reliability, Availability, Serviceability，可靠性、可使用性、可維修性)功能得以充實(shí)。由于通用變頻器具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)行效率高、功率因數(shù)高、操作方便且便于同其他設(shè)備接口等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用越來越廣泛，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。 1.2.2變頻器的分類： (1)按照主電路工作方式分類。當(dāng)按照主電路工作方式進(jìn)行分類時(shí)，變頻器可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器。電壓型變頻器的特點(diǎn)是將直流電壓源轉(zhuǎn)換為交流電源，而電流型變頻器的特點(diǎn)則是將直流電流源轉(zhuǎn)換為交流電源。 ①電壓型變頻器。在電壓型變頻器中，整流電路或者斬波電路產(chǎn)生逆變電路所需要的直流電壓，并通過中間電路的電容進(jìn)行平滑后輸出。整流電路和直流中間電路起直流電壓源的作用，而電壓源輸出的直流電壓在逆變電路中被轉(zhuǎn)換為具有所需頻率的交流電壓。在電壓型變頻器中，由于能量回饋給直流中間電路的電容，并使直流電壓上升，還需要有專用的放電電路，以防止換流器件因電壓過高而被破壞。 ②電流型變頻器。在電流型變頻器中，整流電路給出直流電流，并通過中間電路的電抗將電流進(jìn)行平滑后輸出。整流電路和直流中間電路起電流源的作用，而電流源輸出的交流電流在逆變電路中被轉(zhuǎn)換為所需要的交流電流，并被分配給各輸出相后作為交流電流提供給電動(dòng)機(jī)。在電流型變頻器中，電動(dòng)機(jī)定子電壓的控制是通過檢測(cè)電壓后對(duì)電流進(jìn)行控制的方式實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于電流型變頻器來說，在電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)的過程中可以通過將直流中間電路的電壓反向的方式使直流電路變?yōu)槟孀冸娐?，并將?fù)載的能量回饋給電源。由于在采用電流控制方式時(shí)可以將能量回饋給電源，而且在出現(xiàn)負(fù)載短路等情況時(shí)也更容易處理，電流型控制方式更適合子大容量變頻器。 (2)按照開關(guān)方式分類。按照逆變電路的開關(guān)方式對(duì)變頻器進(jìn)行分類，則變頻器可以分為PAW控制方式，PWM控制方式和高載頻PWM控制方式三手中。 ① PAM控制PAM控制是Pulse Amplitude Modulation(脈沖振幅調(diào)制)控制的簡(jiǎn)稱，是一種在整流電路部分對(duì)輸出電壓(電流)的幅值進(jìn)行控制，而在逆變電路部分對(duì)輸出頻率進(jìn)行控制的控制方式。因?yàn)樵赑AM控制的變頻器中逆變電路換流器件的開關(guān)頻率即為變頻器的輸出頻率，所以這是一種同步調(diào)節(jié)方式。 ②PWM控制PWM控制是Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制)控制的簡(jiǎn)稱，是在逆變電路部分同時(shí)對(duì)輸出電壓(電流)的幅值和頻率進(jìn)行控制的控制方式。在這種控制方式中，以較高頻率對(duì)逆變電路的半導(dǎo)體開關(guān)元器件進(jìn)行開閉，并通過改變輸出脈沖的寬度來達(dá)到控制電壓(電流)的目的。 ③高載頻PWM控制這種控制方式原理上實(shí)際是對(duì)PWM控制方式的改進(jìn)，是為了降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪音而采用的一種控制方式。在這種控制方式中，載頻被提高到入耳可以聽到的頻率(10-20KHz)以上，從而達(dá)到降低電動(dòng)機(jī)噪音的目的。這種控制方式主要用于低噪音型的變頻器，也將是今后變頻器的發(fā)展方向。由于這種控制方式對(duì)換流器件的開關(guān)速度有較高的要求，所用換流器件只能使用具有較高開關(guān)速度的IGBT和MOSFET等半導(dǎo)體元器件，目前在大容量變頻器中的利用仍然受到一定限制。但是，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，具有較高開關(guān)速度的換流元器件的容量將越來越大，所以預(yù)計(jì)采用這種控制方式的變頻器也將越來越多。 PWM控制和高載頻PWM控制都屬于異步調(diào)速方式，即變頻器的輸出頻率不等于逆變電路換流器件的開關(guān)頻率。 (3)按照工作原理分類。按照工作原理對(duì)變頻器進(jìn)行分類，按變頻器技術(shù) 的發(fā)展過程可以分為U/f控制方式、轉(zhuǎn)差頻率控制方式和矢量控制方式三種。 ①U/f控制變頻器Ulf控制是一種比較簡(jiǎn)單的控制方式。它的基本特點(diǎn)是對(duì)變頻器輸出的電壓和頻率同時(shí)進(jìn)行控制，通過使U/f(電壓和頻率的比)的值保持一定而得到所需的轉(zhuǎn)矩特性。采用Ulf控制方式的變頻器控制電路成本較低，多用于對(duì)精度要求不太高的通用變頻器。 ②轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器轉(zhuǎn)差頻率控制方式是對(duì)Ulf控制的一種改進(jìn)。在采用這種控制方式的變頻器中，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度由安裝在電動(dòng)機(jī)上的速度傳感器和變頻器控制電路得到，而變頻器的輸出頻率則由電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與所需轉(zhuǎn)差頻率的和被自動(dòng)設(shè)定。從而達(dá)到在進(jìn)行調(diào)速控制的同時(shí)控制電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的目的。轉(zhuǎn)差頻率控制是利用了速度傳感器的速度閉環(huán)控制，并可以在一定程度上對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，所以和Ulf控制方式相比，在負(fù)載發(fā)生較大變化時(shí)仍能達(dá)到較高的速度和具有較好的轉(zhuǎn)矩特性。但是，由于采用這種控制方式時(shí)需要在電動(dòng)機(jī)上安裝速度傳感器，并需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的特性調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差，通常多用于廠家指定的專用電動(dòng)機(jī)，通用性較差。 ③矢量控制變頻器矢量控制是70年代由西德B 1 aschke等人首先提出來的對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的一種新的控制思想和控制技術(shù)，也是交流電動(dòng)機(jī)的一種理想的調(diào)速方法。矢量控制的基本思想是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流分為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量(勵(lì)磁電流)和與其相垂直的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)矩電流)并分別加以控制。由于在這種控制方式中必須同時(shí)控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流的幅值和相位，即控制定子電流矢量，這種控制方式被稱為矢量控制方式。矢量控制方式使對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高性能的控制成為可能。采用矢量控制方式的交流調(diào)速系統(tǒng)不僅在調(diào)速范圍上可以與直流電動(dòng)機(jī)相匹敵，而且可以直接控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。所以已經(jīng)在許多需要進(jìn)行精密控制的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。 (4)按照用途分類。 按照用途對(duì)變頻器進(jìn)行分類時(shí)變頻器可以分為以下幾種類型。 ①通用變額器顧名思義，通用變頻器的特點(diǎn)是其通用性。這里通用性指的是通用變頻器可以對(duì)普通的異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。 ②高性能專用變頻器隨著控制理論，交流調(diào)速理論和電力電子技術(shù)的發(fā)展，異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制方式得到了充分地重視和發(fā)展，采用矢量控制方式高性能變頻器和變頻器專用電動(dòng)機(jī)所組成的調(diào)速系統(tǒng)在性能上己經(jīng)達(dá)到和超過了直流伺服系統(tǒng)。 ③高頻變頻器在超精密加工和高性能機(jī)械區(qū)域中常常要用到高速電動(dòng)機(jī)。為了滿足這些高速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的需要，出現(xiàn)了采用PAM控制方式的高速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用變頻器。這類變頻器的輸出頻率可以達(dá)到3KHz，所以在驅(qū)動(dòng)兩極異步電動(dòng)機(jī)時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到180000r / min. ④單相交頻器和三相變頻器交流電動(dòng)機(jī)可以分為單相交流電動(dòng)機(jī)和三相交流電動(dòng)機(jī)兩種類型，與此相對(duì)應(yīng)，變頻器也分為單相變頻器和三相變頻器。二者的工作原理相同，但電路的結(jié)構(gòu)不同。 變頻器的特點(diǎn)： 變頻器與異步電動(dòng)機(jī)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的調(diào)速傳動(dòng)控制，簡(jiǎn)稱為變頻器傳動(dòng)。變頻器傳動(dòng)具有固有的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用在不同的生產(chǎn)機(jī)械或設(shè)備上體現(xiàn)不同的功能，總體來說，變頻器傳動(dòng)具有以下幾個(gè)效能。 1、節(jié)能應(yīng)用主要體現(xiàn)在提高運(yùn)行可靠性、臺(tái)數(shù)控制和調(diào)速控制并用。 2、提高生產(chǎn)效率 (1)保證加工工藝中的最佳運(yùn)行 (2)適應(yīng)負(fù)載不同工作情況下的最佳轉(zhuǎn)速 (3)使原有設(shè)備的增速運(yùn)轉(zhuǎn) 3、設(shè)備的合理化 4、改善和適應(yīng)環(huán)境 1.2.3變頻器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 交流變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)的重要發(fā)展方向。近十多年來，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，變頻器己經(jīng)廣泛地用于交流電動(dòng)機(jī)的速度控制。同時(shí)由于電力半導(dǎo)體器件和微處理器的性能不斷提高，作為交流變頻調(diào)速系統(tǒng)核心的變頻器的性能也得到了飛躍性的提高，并幾乎應(yīng)用擴(kuò)展到了工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域。其重要性和發(fā)展?jié)摿Σ豢珊鲆暋? 第一代具有通信功能的變頻器帶有一個(gè)獨(dú)立的“速度包”(Speed Pod);第二代變頻器的通信進(jìn)入點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模擬信號(hào)連接方式。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，帶數(shù)字接口的變頻器是當(dāng)代變頻器的通信方式，它具備網(wǎng)絡(luò)通信能力。當(dāng)代通信產(chǎn)品能提供比用戶所能使用的更多的數(shù)據(jù)和1/O選擇，但傳統(tǒng)的接口技術(shù)使用的是RS485/422，它們的抗干擾能力和傳輸能力都不能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要。當(dāng)實(shí)施控制的時(shí)候，通過RS485只能接收少量的實(shí)時(shí)信息，并且通過人機(jī)接口界面編程，無法實(shí)現(xiàn)變頻器參數(shù)的在線監(jiān)控和優(yōu)化，從而影響整個(gè)控制系統(tǒng)性能和生產(chǎn)工藝水平的提高?，F(xiàn)在，由于現(xiàn)場(chǎng)總線和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是美國(guó)羅克韋爾自動(dòng)化的Control Net和Device Net技術(shù)，可將帶數(shù)字接口的變頻器集成到網(wǎng)絡(luò)化的平臺(tái)中，通過PLC、人機(jī)界面HIM，甚至與工廠信息管理層共享實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)變頻器參數(shù)的在線監(jiān)控和優(yōu)化。對(duì)于多電動(dòng)機(jī)的同步控制、協(xié)調(diào)控制、負(fù)載均衡分配和高速設(shè)備等應(yīng)用場(chǎng)合，其關(guān)鍵參數(shù)PID可以按具體工況條件進(jìn)行在線優(yōu)化，對(duì)于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制性能和水平的提高有重要意義。因而基于集成化網(wǎng)絡(luò)的變頻器控制將會(huì)成為當(dāng)前世界自動(dòng)化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。 美國(guó)羅克韋爾自動(dòng)化公司的變頻器均可通過各種類型的SCAN port通信模塊與相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連通，包括Control Net, Device Net, DH, DH+和RIO, DH-485網(wǎng)絡(luò)，而且它們與法國(guó)IE公司的Modbus, Modbus Plus、美國(guó)Metasys公司，日本OMRON公司和德國(guó)西門子公司的Profibus均可連通。 1.3本文研究的內(nèi)容 已知倉(cāng)庫(kù)貨架總高度為12m，間距1.4m, 行走速度：5~240/min。要求：（a）根據(jù)運(yùn)行空間設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸；（b）設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu)；（c）根據(jù)運(yùn)行速度進(jìn)行整體穩(wěn)定性的計(jì)算。 具體在堆垛機(jī)設(shè)計(jì)中將做以下工作： 對(duì)堆垛機(jī)的立柱、上下橫梁，按照自重最輕原則，完成其選型和截面參數(shù)的計(jì)算； （2） 通過功率、速度等參數(shù)的計(jì)算、完成堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的選型和計(jì)算； （3） 對(duì)堆垛機(jī)的立柱、上下橫梁的強(qiáng)度、立柱軌道疲勞強(qiáng)度、整機(jī)靜強(qiáng)度、動(dòng)強(qiáng)度、局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性的驗(yàn)算； 2. 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2. 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 堆垛機(jī)主要由下橫梁 、貨叉機(jī)構(gòu)、立柱、上橫梁、平運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、電護(hù)裝置和電氣控制系組成。堆垛機(jī)主體結(jié)構(gòu)主要由上橫梁、立柱、下橫梁和控制柜支座組成。上、下橫梁是由鋼板和型鋼焊接成箱形結(jié)構(gòu)，截面性能好，下橫梁上兩側(cè)的運(yùn)行堆垛機(jī)由行走電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)軸 輪軸孔在落地鏜銑床一次裝夾加工完成，確保了主、被動(dòng)輪軸線的平行，從而提高了整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)性；立柱是由方鋼管制作，在方鋼管兩側(cè)一次焊接兩條扃鋼導(dǎo)軌 (材質(zhì) 16Mn)，導(dǎo)軌表面進(jìn)行硬化處理，耐磨性好。在焊接中采用了具有特殊裝置的自動(dòng)焊接技術(shù)，有效克服了整體結(jié)構(gòu)的變形；上橫梁焊于立柱之上，立柱與下橫梁通過法蘭定位，用高強(qiáng)度螺栓連接，整個(gè)主體結(jié)構(gòu)具有重量輕、抗扭、抗彎、剛度大、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。 2.2堆垛機(jī)門架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 門架是堆垛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)物，有單柱式和矩形框架式。按支承方式，又可分為安裝在貨架上的上部支承式和安裝在地面上的下部支承式。不論哪種型式都帶有伸縮貨叉和人工駕駛室（有時(shí)也沒有）的貨合。升降臺(tái)沿立柱升降，同時(shí)靠地上和頂上的導(dǎo)軌保持走行穩(wěn)定和支持貨叉伸出進(jìn)行裝卸作業(yè)時(shí)的翻轉(zhuǎn)彎矩。 在門架上安裝有卷?yè)P(yáng)、走行等機(jī)械裝置，以及配置有電氣控制開關(guān)、控制裝置、配線等。下部支承式的集中放在門架下部。 由于走行起動(dòng)、停止及加減速時(shí)產(chǎn)生的慣性力，門架在通道的縱向發(fā)生撓曲，整個(gè)門架成為振動(dòng)體，其柱端的振動(dòng)較大。同樣，在通道的直角方向，立柱由于貨叉作業(yè)時(shí)的彎矩作用而發(fā)生彎曲，使伸長(zhǎng)著的伸縮叉的前端的撓度增大。 柱端振動(dòng)：和貨叉前端的撓度一超過極限，就成為堆垛機(jī)自動(dòng)定位的障礙，所以門架應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和撓度小的適當(dāng)剛度。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選取雙立柱下部支承式門架進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。 堆垛機(jī)門架設(shè)計(jì)分三個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)： (1) 立柱模塊 主要有立柱、導(dǎo)軌和法蘭盤組成，立柱通過法蘭盤與上橫梁和下橫梁聯(lián)結(jié)，導(dǎo)軌是載貨臺(tái)沿立柱上下運(yùn)行的軌道，有時(shí)候堆垛機(jī)可以沒有軌道，載貨臺(tái)直接在立柱上運(yùn)行。立柱一般采用了端面為矩形、中空的結(jié)構(gòu)，在滿足剛度和強(qiáng)度的情況下使得重量減輕，節(jié)省了材料，而且外形美觀。立柱模塊結(jié)構(gòu)如圖 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖2.1立柱模塊結(jié)構(gòu)圖 (2)上橫梁模塊 上橫梁模塊主要有上橫梁、上橫梁導(dǎo)向輪組、上橫梁法蘭盤和緩沖器等零部件組成，上橫梁模塊結(jié)構(gòu)圖如圖2. 9所示。 圖2.2 上橫梁模塊圖 上橫梁一般很短，是模塊零件的支撐部件。上橫梁上總共有兩對(duì)導(dǎo)向輪組，通過支架固定在上橫梁上，導(dǎo)向輪組夾在天軌兩端，防止小型有軌巷道堆垛機(jī)傾倒，在每組導(dǎo)向輪中有一個(gè)偏心軸，用來微調(diào)導(dǎo)向輪之間的間距夾緊天軌。上橫梁法蘭盤焊接在上橫梁的下端，通過法蘭盤與立柱模塊聯(lián)結(jié)，主要用高強(qiáng)度螺栓來固定。緩沖器固定在上橫梁兩端，當(dāng)小型有軌巷道堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)到巷道兩端時(shí),緩沖器用來吸收小型有軌巷道堆垛機(jī)運(yùn)行能量，防止事故的發(fā)生。 (3) 下橫梁模塊 下橫梁是模塊零部件的支撐機(jī)構(gòu)，又是堆垛機(jī)的承載構(gòu)件，因此它要有足夠的強(qiáng)度和剛度。法蘭盤.固定在下橫梁的上部，用來固定減速電機(jī)，也是與立柱模塊聯(lián)結(jié)的接口。下橫梁導(dǎo)向輪組通過支架固定在下橫梁上，兩組導(dǎo)向輪組夾在地軌兩端，使小型有軌巷道堆垛機(jī)水平運(yùn)行時(shí)，能夠沿著地軌行走不至于跑偏，起到導(dǎo)向的作用。緩沖器同上橫梁的一樣，主要用來吸收堆垛機(jī)運(yùn)行到巷道兩端時(shí)發(fā)生碰撞產(chǎn)生的能量。 圖2.3 下橫梁模塊圖 2.3 堆垛機(jī)門架的彎矩和撓度 堆垛機(jī)的矩形門架是超靜定結(jié)構(gòu)。這里按角變位移法解如下： 堆垛機(jī)門架的設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)： Q—上梁及附件重量 Q—貨臺(tái)、貨物、附件及搭乘人員的總重量 Q—電氣控制盤的重量 Q—卷?yè)P(yáng)裝置的重量 q— 柱的單位長(zhǎng)度的平均重量 作用在門架上的慣性力：H=（/g）Q及 qh/g (:減速度，g =9.8米 /秒) h~h—下梁中心線分別到Q~ Q的中心高度 l—立柱的中心距 I—立柱AB、DC的斷面慣性距 —上梁與下梁端部的偏轉(zhuǎn)角 R—因構(gòu)件兩端變位產(chǎn)生的彎距 E：縱彈性模量 C—由構(gòu)件的中間載荷在杠端產(chǎn)生的彎距，稱為載荷項(xiàng)。 K= I/ h—立柱的剛度 K=I/l— 上下梁的剛度 n=K/ K—?jiǎng)偠缺? M—彎距 2.3.1 由于水平載荷產(chǎn)生的彎距 作出作用于框架結(jié)構(gòu)的慣性力圖解： 圖2.4作用于框架結(jié)構(gòu)的慣性力圖解 圖2.4 列出角變位移方程： M=2EK（2+-3R） M=2EK（2+-3R） M=2EK（2+） M=2EK（2+） M=2EK（2+-3R）+C M=2EK（2+-3R）-C M=2EK（2+） M=2EK（2+） 其中載荷項(xiàng)： C=（1/h）[H h(h-h)+Hh( h- h)]+q h/12g C=（1/h）[H h(h-h)+Hh( h- h)]+q h/12g 有節(jié)點(diǎn)的彎距平衡方程式： M+ M=0 M +M=0 M+ M=0 M+ M=0 由隔離體靜力平衡方程式： M +M+ M +M+H h +H h+ Hh+ q h/2g=0 +++=4 R+（n/6EK）(C- C-H h-H h- Hh-q h/2g) 由上面各式，可先求出、、、、 R再帶入可求出 上下梁內(nèi)力—M M、M 、M； 、 立柱內(nèi)力—M = -M、M= - M M= - M、 M= - M 圖2 列出角變位移方程式： M=2EK（2+-3R）-C M=2EK（2+-3R）+C M=2EK(2+) M=2EK(2+) M=2EK（2+-3R） M=2EK（2+-3R） M=2EK(2+) M=2EK(2+) 固端彎距（載荷項(xiàng)） C=（1/h）Hh(h-h)+ q h/12g C=（1/h）Hh(h-h)+ q h/12g C =C=C=C=C=C 有節(jié)點(diǎn)的彎距平衡方程式： M+ M=0 M+ M=0 M+M=0 M+ M=0 有隔離體靜力平衡方程式： M+ M+M+ M+ Hh +q h/2g +++=4R+(n/6EK)( C -C- Hh -q h/2g)=0 解上面各式，可先求出、、、、R。 再求出上下梁及立柱的內(nèi)力 有水平載荷產(chǎn)生的彎距，可由圖1 圖2疊加得出： M= M+ M M= M+ M M= M+ M M= M+ M 又有節(jié)點(diǎn)方程式可得 M= -M M= -M M= -M M= -M 門架立柱端部的線變位 ： =+=h(R+R) 2.3.2 由行走車輪的反力產(chǎn)生的彎距 受力分析圖如下： 列出角變位移方程式： 圖2.5 行走輪受力分析圖 M=2EK（2+） M=2EK（2+） M=2EK（2+） M=2EK（2+） M=2EK（2+） M=2EK（2+） M=2EK（2+）+C M=2EK（2+）-C 固端彎距：C=V =n(2+n)C/2EK (n+1)(n+3) = -nc/ 2EK(n+1)(n+3) = - = - M=[1/(n+1)(n+3)][(2n+3)] M=[1/(n+1)(n+3)](n) M=[1/(n+1)(n+3)][n(n+2)] 在此，M= - M M= - M M= - M M= - M V：走行車輪的反力，按1/2（堆垛機(jī)總重量+載重）求出。 2.3.3 有叉取作業(yè)產(chǎn)生的彎矩 由于貨叉作業(yè)，在門架上及與走行方向成直角的方向增加了彎矩，產(chǎn)生了擾度。但是，此彎矩相比前兩種相差很大，而且不會(huì)在貨叉伸出的情況下走行，所以可以認(rèn)為最大彎矩為M和M合成的彎矩。 2.4 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算校核 2.4.1 框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下： 上下梁（槽鋼200*90*8，I=8360厘米） 柱（290*7.9矩形鋼管44角鋼，I=19014厘米） l=3m h=20m h=18m h=2m h=1m a=0.5m Q=350kg Q=2300kg Q=400kg Q=400kg q=0.85kg/cm /g=0.1 H=0.1Q 堆垛機(jī)總重量（自重+載重）=2000kg 載重增加25%作為試驗(yàn)載荷，為500*（1+25%）=625kg 根據(jù)1.1.3的討論，關(guān)于載荷的補(bǔ)加系數(shù)，對(duì)堆垛機(jī)的沖擊系數(shù)=1.4，作業(yè)系數(shù)M*=1.1。則載荷組合為M*（S+S+S）。 2.4.2 各部分的彎矩 n=K/K=Ih/Il=2.73 固端彎矩：C=24.9Nm C=28.6 Nm C=57.4 Nm C=34.5 Nm R=R+R=0.0018+0.00075=0.00255 走行停止時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)的立柱上端的線變位： =17800.00255=4.54cm (注：值容許范圍一般在2.5—5cm,符合要求) 由水平載荷產(chǎn)生的各部分的彎矩： M=M*（M+M）=1.1（186.5+76.5）=289.4 Nm M= M*(M+M)=1.1(170.7+73.4)=266.1 Nm M= M*(M+M)=1.1(178.2+73.4)=276.8 Nm M= M*(M+M)=1.1(176.2+75)=276.3 Nm 由走行輪的反力產(chǎn)生的各部分的彎矩: V=M*(8000-2300-2300)/2=4906kg 固端彎矩: C=490645=220. 8Nm 因此:M=87.4 Nm M=28.2 Nm M=133.4 Nm 最大彎矩:M= -289.4+87.4= -201 Nm M= -266.1+28.2= -237.9 Nm M=266.1-28.2=237.9 Nm M=276.8+28.2=305.0 Nm M= -276.8-28.2= -305.0 Nm M= -276.3-87.4= -363.7 Nm M=276.3+133.4=409.7 Nm M=289.4-133.4=156.0 Nm 2.4.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彎曲應(yīng)力 上下梁的斷面系數(shù)Z=498 cm,柱的斷面系數(shù)Z=789cm 則:= -2560N/cm = -3010N/cm =4780 N/cm =613 N/cm = -3870 N/cm = -4610 N/cm =8230 N/cm =2870 N/cm 隨著堆垛機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng),這些應(yīng)力交變出現(xiàn),在下梁A和D點(diǎn)產(chǎn)生最大應(yīng)力振幅.如用應(yīng)力比法,則K= -2870/8230= -0.35,按切口分類為a,可查出疲勞許用應(yīng)力為12500 N/cm.故能滿足上述彎曲應(yīng)力條件。 3 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3. 堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則和要求 首先，堆垛機(jī)的驅(qū)動(dòng)型式設(shè)計(jì)成“下部支承下部驅(qū)動(dòng)型”，該型式的走行裝置安裝在下梁上，通過減速裝置驅(qū)動(dòng)走行輪，走行輪支承堆垛機(jī)的全部重量，在單軌上走行。 水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的一般設(shè)計(jì)步驟： 1. 確定機(jī)架結(jié)構(gòu)的形式和水平行走機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式； 2. 計(jì)算各傳動(dòng)件的結(jié)構(gòu)尺寸； 3. 確定運(yùn)行機(jī)構(gòu)的具體安裝位置。 對(duì)運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求是： 1. 機(jī)構(gòu)要緊湊，重量要輕，且能滿足要求； 2. 維修檢修方便，機(jī)構(gòu)布置合理。 3.2 水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)具體布置的主要問題： 1. 因?yàn)橄聶M梁時(shí)主要的承載部件，機(jī)架的運(yùn)行速度很高，而且在受載之后向下?lián)锨?，機(jī)構(gòu)零部件的安裝可能不十分準(zhǔn)確，所以如果單從保持機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能和補(bǔ)償安裝的不準(zhǔn)確性著眼，凡是靠近電動(dòng)機(jī)、減速器和車輪的軸，最好都用浮動(dòng)軸。 2. 為了減少立柱的扭轉(zhuǎn)載荷，應(yīng)該使機(jī)構(gòu)零件盡量靠近立柱；盡量靠近端梁，使端梁能直接支撐一部分零部件的重量。 3. 對(duì)于行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)該參考現(xiàn)有的資料，使安裝運(yùn)行機(jī)構(gòu)的平臺(tái)減小，占用巷道的空間最小，總之考慮到堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造方便。 3.3 機(jī)構(gòu)的布置形式 水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)由電機(jī)、減速機(jī)、車輪組、緩沖器等組成。它的布置形式多種多樣，但比較合理的驅(qū)動(dòng)形式如圖1和圖2所示的兩種。圖1采用的是一般臥式減速器。圖2采用套裝式減速器，與車輪組安裝時(shí)較簡(jiǎn)便，并能使運(yùn)行機(jī)構(gòu)的總體布置緊湊。綜合考慮后，本次設(shè)計(jì)選用圖2驅(qū)動(dòng)形式。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖3.1 采用一般的臥式減速器 圖3.2 采用套裝立式減速器 3.4 堆垛機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1主動(dòng)行走輪直徑的確定 走行輪有主動(dòng)輪與從動(dòng)輪各1個(gè)，由于堆垛機(jī)在操作貨叉時(shí)的反作用力會(huì)對(duì)走行輪產(chǎn)生側(cè)壓，為了防止走行輪由于側(cè)壓脫軌與走行中的爬行現(xiàn)象，需安裝側(cè)面導(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。 走行輪的允許載重量等各參數(shù)間有下列關(guān)系式： P=KD（B-2r）（kg） 且K=（kg/cm） 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） k—許用應(yīng)力（球墨鑄鐵的許用應(yīng)力為50）（kg/cm） 首先確定B=6.4cm，r=0.2cm, k=50 kg/cm, v=240m/min 則 K===25（kg/cm） P=2000/2=1000kg 則代入上式可得：D=6.7cm，則車輪的軸徑為d=11.2mm 取d =50mm,車輪直徑可適當(dāng)取大為D=100mm 軸上的軸承選取代號(hào)為1310，基本尺寸為：d=50mm, D=100mm, B=27mm. 3.4.2運(yùn)行阻力計(jì)算 (1)小型有軌巷道堆垛機(jī)的運(yùn)行時(shí)的靜阻力 小型有軌巷道堆垛機(jī)沿軌道直線運(yùn)行時(shí)，行走輪與軌道之間以及行走輪與軸承之間，都存在著摩擦阻力，另外軸與輪轂之間也存在著滑動(dòng)摩擦阻力、因此，為了簡(jiǎn)化討論，假定全部載荷作用在一個(gè)行走輪上。當(dāng)行走輪沿著軌道滾動(dòng)時(shí)，其受力情況如圖3.2所示。 圖3.3摩擦阻力計(jì)算 由彎矩平衡條件得： 即有 考慮其它阻力的附加阻力，乘以一個(gè)系數(shù)K即 式中 M---驅(qū)動(dòng)力矩(MPa)； P+G---堆垛機(jī)的額定起重量和自重之和(N)； f---行走輪滾動(dòng)摩擦系數(shù)； D、d---分別為車輪直徑和軸徑(mm)； μ---軸承摩擦系數(shù)。 由表4-10、表4-11、表4-12分別查得：滾動(dòng)阻力系數(shù) f=0.04cm，軸承摩擦系數(shù)μ=0.02，附加阻力系數(shù)k=2，代入上式中： 當(dāng)滿載時(shí)的運(yùn)行摩擦阻力： W =20000（0.020.05/0.1+20.0410-2/0.1）2 =720N 當(dāng)小型有軌巷道堆垛機(jī)在室內(nèi)運(yùn)行時(shí)，風(fēng)阻力和軌道斜坡阻力較小，經(jīng)常忽略不計(jì)；所以小型有軌巷道堆垛機(jī)的靜阻力等于其摩擦阻力。 于是計(jì)算得到滿載時(shí)的運(yùn)行阻力為720N. 3.4.3.行走電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算 有軌巷道堆垛機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)的功率，是根據(jù)堆垛機(jī)滿載穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的靜阻力進(jìn)行計(jì)算。按照運(yùn)行靜阻力、運(yùn)行速度計(jì)算機(jī)構(gòu)的靜功率。靜功率(kw)的計(jì)算公式為 式中W---運(yùn)行機(jī)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的靜阻(N)； V---堆垛機(jī)的運(yùn)行速度(m/min)取240m/min計(jì)算； Z---堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)，一般取Z=1； η---運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的總效率,一般取0.8。 代入有 N= 查[2]表31-27選用電動(dòng)機(jī)Y112-M-2；Ne=4KW，n1=2890r/min ，電動(dòng)機(jī)的重量Gd=45kg，電機(jī)軸D=28mm，長(zhǎng)L=400，效率85.5%。 3.4.4電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱校驗(yàn) 等效功率： Nx=K25rNj =0.751.33.2 =3.12KW 式中K25—工作類型系數(shù)，由[1]表8-16查得當(dāng)JC%=25時(shí)，K25=0.75 r—由[1]按照起重機(jī)工作場(chǎng)所得tq/tg=0.25，由[1]圖8-37估得r=1.3 由此可知：NxN,故所選減速器功率合適。 3.5選擇制動(dòng)器 由[1]中所述,取制動(dòng)時(shí)間tz=5s 按空載計(jì)算動(dòng)力矩,令Q=0,得: Mz= 式中 = =-19.2Nm Pp=0.002G=200000.002=40N Pmin=G ==720N M=2----制動(dòng)器臺(tái)數(shù).兩套驅(qū)動(dòng)裝置工作 Mz= =41.2 Nm 現(xiàn)選用YWZ-200/25的制動(dòng)器，查[1]表18-10其制動(dòng)力矩M=50 Nm，為避免打滑，使用時(shí)將其制動(dòng)力矩調(diào)制3.5 Nm以下。 3.6 選擇聯(lián)軸器 根據(jù)傳動(dòng)方案,每套機(jī)構(gòu)的高速軸和低速軸都采用浮動(dòng)軸. 1.機(jī)構(gòu)高速軸上的計(jì)算扭矩： ==110.61.4=154.8 Nm 式中MI—連軸器的等效力矩. MI==255.3=110.6 Nm —等效系數(shù) 取=2查[2]表2-7 Mel=9.75*=55.3 Nm 由[2]表33-20查的:電動(dòng)機(jī)Y160M1-8,軸端為圓柱形,d1=48mm,L=110mm;由[2]19-5查得ZLZ-160-12.5-iv的減速器,高速軸端為d=32mm,l=58mm,故在靠電機(jī)端從由表[2]選聯(lián)器ZLL2（浮動(dòng)軸端d=40mm;[MI]=630Nm,(GD2)ZL=0.063Kgm,重量G=12.6Kg） ；在靠近減速器端，由[2]選用兩個(gè)聯(lián)軸器ZLD，在靠近減速器端浮動(dòng)軸端直徑為d=32mm;[MI]=630 Nm, (GD2)L=0.015Kgm, 重量G=8.6Kg. 高速軸上轉(zhuǎn)動(dòng)零件的飛輪矩之和為： (GD2)ZL+(GD2)L=0.063+0.015=0.078 Kgm 與原估算的基本相符，故不需要再算。 2.低速軸的計(jì)算扭矩： =154.815.750.95=2316.2 Nm 3.7 緩沖器的選擇 小型有軌巷道堆垛機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中控制系統(tǒng)失控時(shí)，就會(huì)和巷道口的機(jī)械裝置發(fā)生碰撞，為了減小碰撞時(shí)對(duì)堆垛機(jī)造成的危害，在小型有軌巷道堆垛機(jī)上的下橫梁上分別安裝了緩沖器。緩沖器主要用來吸收發(fā)生碰撞時(shí)所產(chǎn)生的能量，緩沖器的緩沖容量T按式(3.14)計(jì)算： T= G—帶載起重機(jī)的重量G=20000N V0—碰撞時(shí)的瞬時(shí)速度，V0=（0.3～0.7）Vdx g—重力加速度取10m/s2 則W動(dòng)= =4000 N m 所選緩沖器的緩沖的容量Tn應(yīng)滿足T n≥T的計(jì)算公式，查表選擇緩沖器型號(hào)為：DPZ-160（860 822 46） 4 堆垛機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算  4. 堆垛機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算 4.1堆垛機(jī)的穩(wěn)定性分析 由于堆垛機(jī)在啟動(dòng)、加速、制動(dòng)過程中慣性力的作用，使堆垛機(jī)的立柱在巷道縱向方向發(fā)生彎曲振動(dòng)，并由材料力學(xué)知識(shí)可知，發(fā)生在立柱頂端的彎曲撓度最大，這樣導(dǎo)致了堆垛機(jī)在對(duì)高層貨架進(jìn)行存取作業(yè)時(shí)定位精度不高，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，這種振動(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。柱端振幅一旦超過極限值將發(fā)生存取故障。為此研究堆垛機(jī)高速運(yùn)行時(shí)立柱在慣性力及其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)行速度帶來的問題有一定的幫助。 4.2運(yùn)行中立柱撓度的計(jì)算 4.2.1數(shù)學(xué)模型的建立 堆垛機(jī)在靜止、運(yùn)行、制動(dòng)過程中，其立柱不同程度的受到外力的作用， 導(dǎo)致立柱產(chǎn)生撓度和振動(dòng)。通過大量的實(shí)驗(yàn)表明，靜止時(shí)的靜撓度是一定的， 但是在運(yùn)行過程中隨著加速度的不同，立柱的撓度也逐漸發(fā)生變化，立柱的變 形與加速度很很大的關(guān)系。此時(shí)定位裝置若安裝在立柱及上、下橫梁上，誤差 將會(huì)增大，定位精度很難得到保證，容易引起事故。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。本課題選取的堆垛機(jī)是按照半閉環(huán)進(jìn) 行速度的調(diào)速控制，每條運(yùn)行曲線是根據(jù)實(shí)際情況通過大量實(shí)驗(yàn)得出的，因此 每條運(yùn)行曲線的速度變化是不同，這樣加速度的變化對(duì)堆垛機(jī)立柱的影響也不 一樣。本小節(jié)通過對(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。 根據(jù)各零件的布置，將堆垛機(jī)簡(jiǎn)化為三維與二維模型，并對(duì)模型進(jìn)行撓度 計(jì)算和振動(dòng)分析。圖4-1、 4-2分別為堆垛機(jī)的三維與二維模型。 圖4-1 堆垛機(jī)三維簡(jiǎn)化圖 圖 4-2 堆垛機(jī)二維簡(jiǎn)化圖 23 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 由二維簡(jiǎn)化圖可知，下橫梁為剛性體，雙立柱相當(dāng)于懸臂梁，雙立柱與下 橫梁構(gòu)成一剛性架，在外力作用下，立柱產(chǎn)生彎曲變形，_立柱柱端的撓度可以 用疊加法進(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)生的撓曲變形在天軌的連接作用下幾乎一致的，故本課題只對(duì)其中一個(gè)進(jìn)行撓度分 析計(jì)算(后面的振動(dòng)分析亦只分析一個(gè)立柱的)。 4.2.2立柱撓度的計(jì)算分析 堆垛機(jī)立柱的受力分析如圖4-3所示。 圖4-3 堆垛機(jī)立柱的受力分析 由疊加法可知，立柱頂端的撓度f1為: f1=f F +f M +f q (4-1) 圖4-4 立柱頂端撓度 ——由慣性力F,引起的立柱柱端撓度，m ——各部分質(zhì)量引起的慣性力，N （4-2） （4-3） ——貨物及貨叉質(zhì)量，上橫梁及導(dǎo)輪質(zhì)量，提升機(jī)構(gòu)質(zhì)量，電控柜質(zhì)量， 行走機(jī)構(gòu)質(zhì)量； ——各質(zhì)量的坐標(biāo)； A——堆垛機(jī)的加速度， ——立柱材料的楊氏彈性模量， I——立柱橫截面對(duì)中性軸的J慣性矩， H——立柱高度m； ——由各質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量對(duì)立柱軸線的力偶引起的立柱柱端撓度m ——各質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量對(duì)立柱軸線的力偶，N.m G——重力加速度，； （4-4） ——立柱自重產(chǎn)生的慣性均勻分布力引起的立柱柱端撓度，m （4-5） ——立柱自重均勻分布質(zhì)量，kg/m ——下橫梁與立柱連接處的轉(zhuǎn)角，rad ——下橫梁的撓曲線方程: (4-6) (4-7) — 由慣性力對(duì)立柱軸線的力偶引起的下橫梁與立柱連接處的轉(zhuǎn)角，rad ——由引起的轉(zhuǎn)角 ——由引起的轉(zhuǎn)角 如圖4-5所示