有軌巷道堆垛機水平行走機構的設計
摘要：堆垛機是自動化立體倉庫中最重要的起重堆垛設備，它能夠在自動化的巷道中來回穿梭運行，將位于巷道口的貨物存入貨格，或者相反取出貨格內的貨物運送到巷道口。本文詳細論述了在現代大多數企業中普遍使用的單立柱式堆垛機水平行走機構的設計方案，首先，提出水平行走機構的總體設計方案。其次，對各個機構的受力情況進行了分析并計算。然后，估取初取值，再進行校核。最后確定各個實際值。
關鍵詞： 自動化; 水平行走機構; 堆垛機; 設計
0、引言
自動化立體倉庫是伴隨著物流發展而迅速興起的一種新型倉庫，物資儲運作業自動化是其重要的內容，實現倉庫物資儲運作業自動化，倉庫機械設備、管理、信息、人才系統配套、協調發展是今后重要的發展趨勢。而巷道式堆垛機是自動化立體倉庫重要的組成部分，因此，巷道式堆垛機的設計和使用就顯得尤為重要。
本設計主要完成有軌巷道單立柱式堆垛機水平行走機構的設計。該行走機構通過在貨架巷道間來回穿梭運行，能及時、準確的把堆垛機及貨物自動送到指定位置。
1、行走機構工作原理行走機構是有軌巷道堆垛機的重要組成部分，它主要由減速電機、下橫梁、主動行走輪組、被動行走輪組、下橫梁導向輪、及緩沖器等零件組成。其基本功能是通過減速電機驅動主動行走輪組在地軌上運動，以一定的速度安全可靠地完成巷道堆垛機沿巷道方向上的水平行走運動。下橫梁導向輪通過支架固定在下橫梁上，使有軌巷道堆垛機水平運行時，能夠沿著地軌行走不至于跑偏，起到導向的作用。緩沖器主要用來吸收堆垛機運行到巷道兩端是發生碰撞產生的能量。
2、設計參數(1)行走速度 (m/min)：4～120，變頻調速(2)工作的環境溫度：-5～40℃(3)工作情況：每天工作8 小時，每年工作300 天(4)預期使用壽命：10 年
3、行走輪直徑的確定為了選擇行走輪，應考慮以下因素以確定其直徑：
(1)行走輪上的載荷;(2)制造行走輪的金屬材料;(3)軌道形式;(4)行走輪轉速;(5)機構工作級別。
在實際生活中，堆垛機行走機構的車輪常采用圓柱形的'結構形式，與頭部帶曲率半徑的軌道配套使用，該結構的接觸形式為點接觸，從理論分析來看，應按點接觸計算。這對于新車輪、新軌道在最初使用階段與實際情況是相符合的，但在行走機構運行過程中不可避免地會存在碰撞、發熱、磨損等狀況，隨著使用時間的增長，軌道頭部和車輪會出現不同程度的磨損，車輪與軌道之間的接觸形式將逐步成為線接觸。此外，在實際生產中，P24～P50鋼軌頭部的曲率半徑都是300mm，即不論選用何種型號的鋼軌，按點接觸計算，對結果均無影響，這也與實際使用情況不符。
4、運行靜阻力的計算運行靜阻力主要包括車輪踏面沿軌道的滾動摩擦阻力及車輪軸承中的摩擦阻力;由于水平運行時不可避免地會產生一定程度的偏斜， 因此還有導向輪沿軌道側面的附加摩擦阻力
5、控制電機的選擇隨著科學技術的發展和創新，變頻調速技術已被廣泛應用于工業生產中，其中應用于起重機械行業更為突出。這是因為變頻調速技術具有效率高、調速范圍寬、調速精度高、起動/制動平穩且沖擊小、可實現無極調速及節約電能等優點。而到目前為止，國內大部分起重機械仍然使用傳統的繞線式電動機轉子串電阻調速方式，實現對起重機上各機構起停及運行速度的控制;但該傳統調速方式只能進行有級調速，起動/制動沖擊電流大，存在大量的轉差功率消耗于轉子串接的電阻上，致使電機的機械特性很軟，調速精度差、范圍小，并且對電動機的電刷、滑環及制動器有比較大的沖擊，維修率較高。所以，為滿足生產需要，提高設備的效益，降低維修率，節約電能等，現選用變頻調速電機作為本次設計的單立柱式堆垛機的動力裝置。
6、調速電機選型堆垛機自重1 W =30000N，貨物重量2 W =5000N，行走速度v =40m/min，動力傳遞總效率η =0.8。
7、緩沖器的選擇堆垛機在運行過程中控制系統失控時，就會和巷道口的機械裝置發生碰撞，為了減小碰撞時對堆垛機造成的危害，在堆垛機的上下橫梁兩端安裝了緩沖器。
8、開式直齒圓柱齒輪傳動的設計計算減速電機與車輪主軸通過齒輪傳動連接，設計校核如下：
(1)選擇材料，確定齒輪的疲勞極限應力由表6.2[6]選小齒輪為40Gr，調質處理，表面硬度HBS1=260H，大齒輪為45, 正火處理，表面硬度HBS2=260H接觸疲勞極限σHlim 查圖6-4[6]得：σHlim1=700N/mm2，σHlim2=550N/mm2應力循環次數N 由式6-4[6]N1 =60n3jLh=60×51×1×(8×300×10) =7.34×107N2 = N1/ i12=7.34×107/4=1.84×107接觸強度最小安全系數SHmin=1查圖6-5[6]得接觸強度壽命系數ZN1=1.05,ZN2=1.08則 [σH1]=700×1.05/1=735N/mm2,[σH2]=550×1.08/1=594N/mm2所以 [σH]=594N/mm2查圖6-8[6]得彎曲強度強度壽命系數 YN1= YN1=1查圖6-9[6]得彎曲強度強度尺寸系數YX=1彎曲強度最小安全系SFmin=1.4則 [σF1]=378×1×1/1.4=270N/mm2 ,[σF2]=294×1×1/1.4=210N/mm2(2)齒面接觸疲勞強度設計計算確定齒輪傳動精度等級，估取圓周速度v =0.27m/s ,參考表6.7[6]、6.8[6]選取齒輪傳動的精度等級為8 級。
小輪分度圓直徑。
(3)齒根彎曲疲勞強度校核計算
(4)齒輪其它主要尺寸計算大輪分度圓直徑d2 d2=mz2=4×100 =400mm根圓直徑dfdf1=d1-2hf=100-2×1.25×4=90mmdf2=d2-2hf=400-2×1.25×4=390mm頂圓直徑dada1=d1+2ha=100+2×4=108mmda2=d2+2ha=400+2×4=408mm9 結語本次設計從有軌巷道式堆垛機的結構和功能出發，主要設計完成了應用于中小型自動化立體倉庫的單立柱式堆垛機的行走機構部分的設計。該行走機構具有結構簡單、實用性強、操作方便等特點。行走機構主要涉及到傳動齒輪的設計校核、車輪直徑的設計驗算以及電動機功率的選擇等。
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