单立柱重载堆垛机性能分析与轻量化设计

发布时间：2020-09-27 07:42

　　随着全球数字化、智能化变革的到来,物流仓储领域实现了井喷式发展。智能仓储装备系统凭借其低能耗、高集成、节约土地和人力成本等优势,为物流仓储领域的发展提供了积极的推进作用。堆垛机作为智能仓储装备系统中的核心装备,其结构稳定性与可靠性将决定物流仓储系统的运行效率与经济效益。本文根据自动化仓库的空间布局和存储要求,提出了单立柱重载堆垛机的结构设计方案,对所设计的堆垛机进行了力学性能、运动特性、碰撞安全研究,并在此基础上对单立柱重载堆垛机进行轻量化设计,有效改善了堆垛机设计中普遍存在的材料冗余、结构笨重等问题。本文的主要研究工作如下:1、根据堆垛机的工作环境和作业要求,拟定关键部件及整机的结构方案,借助三维设计软件完成实体建模和虚拟装配。在进行必要简化的基础上,基于力学理论,建立了立柱和下横梁结构在静止和加速运行工况下的挠曲线方程。运用有限元分析方法,研究堆垛机金属机架的刚度、强度问题。对比理论分析法和有限元法计算结果,验证有限元方法的可靠性。2、基于虚拟样机平台建立堆垛机多体动力学模型,运用多体系统运动学、动力学及碰撞理论研究堆垛机动态性能。通过求解堆垛机多体系统运动学问题,可快速检验模型及控制函数的正确性,为动力学分析提供应用基础。在堆垛机运动控制方面,讨论不同速度控制曲线对堆垛机作业效率和运行平稳性的影响。仿真结果表明,S型速度控制曲线可以有效地削弱堆垛机运行中的冲击和振动,运行效率高、平稳性好。通过分析堆垛机高速撞向缓冲块后的动态行为,进行堆垛机碰撞安全问题研究,为提高堆垛机安全性能提供参考。3、从堆垛机轻量化设计研究出发,充分发挥分节立柱的特点与优势,探讨了立柱尺寸参数对轻量化设计的影响。在此基础上,以立柱质量最小为优化目标,采用遗传算法优化了立柱结构,获得最优尺寸方案。仿真分析优化后立柱结构的低阶固有频率、结构刚度及整机运动学性能,与轻量化前进行对比。结果显示,轻量化后立柱减重29.3%,轻量化效果明显且能够满足堆垛机使用要求。立柱结构轻量化设计方法提高了材料利用率,降低生产成本,在一定程度上实现了堆垛机轻量化设计问题,对同类型的轻量化设计具有借鉴意义。
【学位单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH246
【部分图文】：

立体仓库

15 年发布了“中国制造 2025”国家战略计划，全力推动我国制造业高展[1]。作为“中国制造 2025”的重要组成部分，智能仓储装备系统因其各个行业的宠儿，而智能仓储装备领域的相关企业也如雨后春笋般涌出统仓储，现代智能仓储在立体仓库中集成了大量工业机器人、各类自动搬运车（AGV）以及巷道堆垛机等智能设备，融合了云计算、物联网等，是具有一定的感知力、判断力以及自动操作能力的智慧工厂[4-5]。我国的工业生产由自动化向智能化大步迈进，对生产过程中涉及的原物流、成品仓储等环节提出了更高要求。自动化立体仓库 AS/RS（Aut Retrieval System）是智能仓储装备领域中的重要组成部分，也是物流装标志之一[6]。很多工业大国，特别是德国、日本，他们的立体仓库不仅发展非常迅速，日本在 1986 年所建成的各类立体仓库数量就已经达到7]。在土地资源愈发稀缺的今天，如何将有限的土地进行最大限度的利公司努力追求的目标。自动化立体仓库的出现实现了存储空间使用率通仓库相比，一般智能化立体仓库可以节省土地达到 60%以上，大幅度，因此，智能仓储装备系统得益于这些优势而被广泛应用于各行各业。

堆垛机,货物,立体仓库

堆垛机主要在存储货架的窄巷道内进行物料存储作业，是物流仓储领域里应用最泛的物料搬运设备，也是现代化立体仓库的标志性仓储设备之一[8]。作为现代物流的核心存储装备，堆垛机和其他物流装备搭配应用，将货物存入立体仓库的指定货者按照指令将货位中的货物取出，主要负责物流运转中心货物的出库、入库以及整存等作业任务[9]。根据巷道堆垛机的功能要求其大致结构类型有如图 1-2 所示的几(a) 直轨型堆垛机 (b) 弯轨型堆垛机

截面图,下横梁,截面,夹紧轮

会出现打滑现步带驱动利用同步带的啮合原理，避免打滑现象，不直接驱动行走轮。可避免摩擦传动中常见的打滑情况，提高运行加速度。水平加速度可达 2 m/s2。带是柔性体，需张紧，张紧力不易窜齿；张紧力强，缩短带寿紧轮驱动电机和减速器驱动一组与的夹紧轮；通过夹紧装置实时调整夹紧轮和地轨间的压力，以提供合适的摩擦驱动力。夹紧轮的包覆材料及轮轨间的夹紧力均可调；通过调整可获得较大摩擦力，提高水平行走加速度。结构复杂，维修养困难。夹紧力整需要实验数库支持。于本课题中所设计的堆垛机运行速度不高、负载属于较大，水平行走拟采驱动方式，结构如图 2-2 所示。从动轮下横梁

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