立体仓库堆垛机设计.doc

自动化立体仓库堆垛机的设计
车小贺,王劲松,杨程程

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辽宁工程技术大学机械工程学院,辽宁阜新(123000)
E-mail:braveheart0910@sina.com
摘 要:结合中型物流中心货物流通的特点,将自动化立体仓库技术应用到大型物流系统中,
设计了用于自动分拣、储存的堆垛机。堆垛机由前叉、中叉、后叉和导向滚子组成,具有结
构紧凑,传动方式简单,重量轻等特点。本文对堆垛机的三个货叉的受力情况进行了详细分
析,并在此基础上设计了 PLC 控制程序,对堆垛机的行走进行控制。完善了立体仓库中堆
垛机部分的设计,为自动化立体仓库系统的设计提供了参考借鉴,适用于高速流通的仓储控
制系统。
关键词:立体仓库;堆垛机;受力分析;PLC 控制
中图分类号:TP273 文献标识码:A
1. 引言
随着我国经济和科学技术的不断发展,现代物流技术在我国也得到了很大的提高,特别
是作为现代物流技术典范的自动化仓库技术尤其令人关注。自动化立体仓库,是实现物流系
统合理化的关键。它具有空间利用率高、便于实现自动化管理、实时自动结算库存货物种类
和数量、立体仓库信息库可以和中央计算机系统联网运行等许多优点。对加快物流速度、提
高劳动生产率、降低生产成本都有重要意义。
2. 自动化立体仓库系统构成
2.1 货物流通过程
货物在仓库中的存储过程是货物流通的一个非常重要的环节,其构成如图 2-1 所示。据
对沈阳市物流中心的调查,货物的分拣和出入库基本上仍然是手工作业,货物流通的时间滞
后在很大程度上是由这一环节造成的,而且由于是人工作业,工作人员的劳动强度很大,货
物的损坏、丢失及其它管理不善也时有发生。从这个角度上说,在物流仓库中引进自动化仓
库技术是很有必要的。
图 2-1 货物流通过程示意图
2. 2 自动化仓库的组成
自动化立体仓库大致由三部分组成:1.高层立体式堆货架;2.入出库用搬运机(堆垛机、
货物分配车等);3.信息处理控制设备(计算机、数据通信装置等)。仓库的平面布置一般有三
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种形式:L 型、U 型和直线型,其余的形式都是这三种形式的变形,其中直线型布置简洁,
易于实现,应用也最为广泛[1]。
3. 机械部分设计
3.1 输送伸缩式货叉
由于输送车是输送货物的重要工具,一般都由前叉、中间叉、固定叉以及导向滚子组成。
按驱动方式货叉可分为:1.差动齿轮动驱动方式;2.齿轮齿条驱动方式;3.链轮链条传动方
式;4.液压驱动方式[2]。固定叉装在载货台上,中间叉可在齿轮、齿条或链条、链轮的驱动
下,从中间叉的中点,向左或右移动自身长度的一半。前叉可从中间叉的中点向左或向右伸
出比自身稍长的长度。前叉由两根滚子链条或钢丝绳驱动,链条或钢丝绳的一端固定在固定
叉(或货台上),另一端固定在前叉上。如图 3-1 所示。伸缩式货叉具有如下结构特点:1.结
构紧凑,所占空间小;2.传动方式简单,动作灵活;3.重量轻,可以减小运行惯性力。
图 3-1 货叉机构结构简图
3.2 货叉设计分析
货叉是堆垛机存、取货的关键部件,它在工作时前叉要伸入货架中,所以在设计货叉时,
应以前叉的厚度尽量薄,同时,叉前端的挠度应控制在最小为设计目标。
图 3-2 货叉载荷图
将货叉分解为固定叉、中间叉和前叉分别进行考虑伸缩货叉的挠度与强度。如图 3-2 货
叉的载荷图。
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3.2.1. 固定叉

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如图 3-3,假设 l0为不变形部分的长度,Q —额定载荷,E —材料的纵弹性系数人为变
形量; I I I1; ;23 —固定叉、中间叉、前叉的在重力方向的惯性矩。
Ql
当
P =2,
a x L0时:
1
b

=

Pbx

?

(

?

)
弯矩为: M
1
P x a
= ?

∫

x m
L0
1
= ?

p ?bx3
? +

(

x a

)2

?
I1I0
0 EI
1
dx I0
2EI ? I
0
?
?
图 3-3 固定叉
λ
x x m
P
?bx3

(

)3
?
= I x ?
2
dx = I x
?
1
? + ?x a ?
0
0 0
EI
1
0
bEI ? I
1 0
?
当 x L0时, λ = 0

I

= ?

p
1

(

L + b

)
I
1

= ?

Pab
EI I

1

(

I0+ a

)
0
EL L
61 0
0
61 0
C 点的倾角 λ1为: λ1= ?

Pab
I+a L1)
3.2.2.中间叉
EI I
61 0
0
3
如图 3-4 (a)所示,因载荷 Q 的作用,在(b)间产生反力 P1、P2,设 C 点的倾角为 I2,
挠度为 λ2(假设 l3 为不变形部分的长度)。
M = P x

=
QL
2x
1
d λ
b
QL x2
I =
dx
= ?
2
EI b
22
3
+ I
0
λ = ? QL x2+ I x + λ
EI b
62
0
0

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图 3-4 中间示意图
当 x b 时的倾斜角 I2和挠度 λ2为:

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= ?
QL b
λ = ? QL bL
I
2
2
EI
32
,所以
2
2
EI
32
3
据图 3-4 ( ) 示,把 b 段作为刚性, c 点作为固定端考虑,并设由于 W 在中间产生的反
力为 P3和 P4,而由于这些反力作用在叉子前端产生的挠