中国矿业大学成人教育学院2014届毕业设计
(5)保护仓库环境，避免货物污染受损。
1.3 研究的发展趋势
以品种多、数量少、频率高供给方式下的物流环境为背景，对于自动化立体仓库的效能提出了越来越高的要求。早期的堆垛机，在桥式起重机的起重小车上悬挂一个门柱，利用货叉在立柱上的上下运动及立柱的旋转运动来搬运货物，通常称之为桥式堆垛机。但通常由于立柱高度的限制，桥式堆垛机的作业高度不能太高，而巷道堆垛机沿货架仓库巷道内的轨道运行，使得作业高度提高。采用货叉伸缩结构，可以使巷道宽度变窄，提高自动化立体仓库的利用率，它适用于各种高度的高层货架仓库，可以实现半自动、全自动和远距离高集中控制。
日本大福公司于1999年在巷道堆垛机主体的高速化上下功夫，开发了AS21模式。AS21模式是以高效率动作为基础，在高效能化（缩短循环时间）方面引用的一个概念，使巷道堆垛机的高效能化技术得到了大幅度的提升。
1.4 堆垛机所受载荷的简化方法
堆垛机的机架有立柱、上下梁组成，整机结构高而窄。堆垛机工作时，将受到载货台、货物的铅垂作用，行走、制动和加减速的水平惯性力作用以及起吊时的冲击载荷作用；某些特殊环境下，还要受到风力的作用。堆垛机每完成一个工作循环，以上载荷将重复出现一次。因次，堆垛机所受的是交替变化的载荷。为了保证堆垛机安全可靠的工作，其钢结构部分的强度与刚度计算是必不可少的。
在此，就堆垛机所受载荷简化的基本方法作一一说明。 1)起重重量PL
实际起重重量包括货叉、附件重量和额定重量之和，用SL示。考虑到货物正常起吊时的动载冲击作用，则设计起重重量PL=?? SL
式中，?称为冲击系数，与堆垛机分类有关：(见表1-1) Ⅰ类 ?=1. 1 Ⅱ类 ?=1.25 Ⅲ类 ?=1.4 Ⅳ类 ?=1.6
工作时间 载荷 轻 中 重 表1-1堆垛机分类 长 中 Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅲ 短 Ⅱ Ⅲ Ⅳ 2)水平载荷SH
堆垛机沿水平方向加减速行走或制动时，其自身质量及起重质量必然会产生与其加速度有关的水平惯性力。即SH=? SL 式中，?称为动载荷系数，由于加速度的不确定性，一般用额定速度v来确定。
水平行走时 ?=0.0005v 3）风力载荷SW
风力载荷SW为风压力q与受风面积的乘机，即SW=q?A
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4堆垛机工作时，风压力 q=1742.7h 4非工作状态，风压力 q=148.1h 式中，h为吊具高度，单位取mm
4)起升冲击载荷SR
在正常情况下，起吊货物的加速度可能很大，这时的冲击载荷很大，设计时应另行考虑。 5）载荷状态
堆垛机工作时，其承载能力是上述各种载荷与自重SG的不同组合： A 正常工作状态：M?（SG+?? SL +SH ） B 特殊工作状态：M?（SG +?? SL + SH）+ SW C 起升工作状态：SG + SL + SH D 停止：SG + SW
以上各式中，M称为作业系数，与堆垛机的分类有关： Ⅰ类
M=1.0； Ⅱ类M=1.05； Ⅲ类M=1.1；Ⅳ类M=1.20
2 堆垛机的整体结构设计方案
参考国内外有关堆垛机厂家的分类和型号，结合堆垛机的具体工作环境，本次设计的单立柱有轨巷道式堆垛机主要用于起重量在0.5t——1t之间，起升高度不大于9米的自动化立体仓库里，采用此设备便于实现仓库的综合机械化、自动化。
2.1 堆垛机结构的主要结构组成
堆垛机结构主要有三个机构组成，整体结构如图(2-1)所示：
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图2-1 单立柱堆垛机结构图
（1） 升降机构有电动机、制动器、减速器、卷筒、钢丝绳及防落安全装置组成。升降机构的工作速度一般控制在15~25m/min，最高可达45m/min，设计时选取20m/min.
(2)行走机构有电动机、联轴器、制动器、减速器和行走轮组成。在其顶部设置导向轮沿固定在货架上弦的上轨道导行。下轨道设置两个行走轮沿敷设在地面上的单轨运行。为防止堆垛机出现脱轨或侧翻现象，在其车轮两侧装有侧面导向轮。行走机构的工作速度依据巷道长度和物料出入库频率而定，正常工作速度控制在50~100m/min，最高可达到180m/min,设计时选取80m/min。本堆垛机将采用交流变频调速方式。(在交流异步电动机的诸多调速方法中,变频调速的性能最好,调速范围大,稳定性好,运行效率高。
（3）货叉伸缩机构是堆垛机的取放物料装置，它有上叉、中间叉、固定叉、滚动齿轮等组成。货叉伸缩机构的工作速度控制在15m/min，最高可达30m/min，设计时选取10m/min。
2.2 单立柱有轨巷道式堆垛机的特点
由于使用场合的限制，本单立柱巷道式堆垛机在结构和性能方面具有以下几个特点： （1）由于机架采用单立柱结构，整机重量小，结构紧凑，作业时，驾驶员的视野较好，但由于载货台和货物对单立柱的几何力矩作用可能会造成立柱的扭曲和变形，使整机刚性较差。
（2）本堆垛机沿着巷道天地轨运行,其作业具有三个方向动作。水平行走为x-x方向，能把货物送到任意一列；垂直升降为y-y方向，能把货物提升到任意一层；货叉伸缩为z-z方向，能存取货物；
（3）金属结构件除应满足强度和刚度要求外，还要有较高的制造和安装精度。
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（4）采用专门的叉取货物的装置，常用多节伸缩货叉或货板机构。 （5）各电气传动机构应同时满足快速、平稳和准确的要求。
（6）为保证人生和设备的安全，堆垛机必须配备有硬件及软件的安全保护装置，控制系统应具有一系列连锁保护措施。此外，在电气柜上设置报警系统，当堆垛机出现故障或探测器发现异常情况发出报警。
2.3 堆垛机的机架结构
机架是堆垛机的主要承载构件，主要由立柱和上、下横梁联接而成。通常有单柱式和矩形框架式。按支承方式，又可分为安装在货架上的上部支承式和安装在地面上的下部支承式。不论哪种型式都带有伸缩货叉和人工驾驶室（有时也没有）。立柱上附加导轨，使载货台沿导轨上下升降，同时还能够靠地上和顶上的导轨保持走行稳定和支持货叉伸出进行装卸作业时的翻转弯矩。
在机架上安装有升降、走行等机械装置，以及配置有电气控制开关、安全保护装置等。下部支承式的集中放在机架的下部。
由于载货台与货物对单立柱的力矩作用，以及走行时起动、制动及加减速产生的水平惯性力的作用，对立柱会产生动、静方面的影响。机架在通道的纵向发生挠曲，整个机架成为振动体，其柱端的振动较大。同样，在通道的直角方向，立柱由于货叉作业时的弯矩作用而发生弯曲，使伸长的伸缩叉的前端的挠度增大。当柱端振动和货叉前端的挠度一超过极限，就成为堆垛机自动定位的障碍，所以机架应满足足够的强度和刚度要求
本次设计中采取立柱下部支承式，采用优质钢材焊接而成牢固结构。当拼装成型后必须调整立柱的垂直度，以补偿在货架顶部载货时造成立柱的弹性变形。[1]
2.4 堆垛机伸缩货叉的结构设计
伸缩货叉是堆垛机存取货物的执行机构，本设计中采用了3层伸缩式直线差动机构。主要由固定叉、中间叉、上叉、链条、链轮等组成。
1 .上叉 2 .中叉 3.链轮 4.驱动链轮 5. 固定叉 6. 链轮
图2-2 货叉结构图
固定叉5侧面装轴承固定在载货台的台架上，其上安装有固定链轮和原驱动4，在电机的驱动下，带动电机上的驱动链轮4使得中间叉在链条传动下向前伸出，在中间货叉2两端设置有2个可转动的链轮。与左端链轮啮合的链条分别固定在上下货叉的右端，与右端链轮啮合的链条分别固定在上下货叉的左端。当中间货叉2水平运动时，通过链轮链条传动，上
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