摘 要

火车棚车作为铁路运输中的通用车辆，在港口中主要用于袋装散货物料的疏港运输。如何快速、高效地完成袋装物品由棚车外转运到棚车内并将其堆放整齐，是目前袋装物料疏港运输中亟需解决的难题之一。本课题提出一种棚车装车用的新型自动化袋物装车机，论文在介绍该袋物装车机工作原理及装车工艺过程的基础上，创新性提出了一种新型自动堆码装置，并对该自动堆码装置进行了详细地设计计算和三维建模仿真。论文的主要内容包括：

1）新型自动化袋物装车机研发及其装车工艺设计。在详细分析袋物装车机功能需求的基础上，提出了一种新型自动化袋物装车机，并对其主要工作机理以及各机构的结构型式进行分析论述；在此基础上，对自动化装车流程以及堆码工艺进行了科学设计。

2）袋物装车自动堆码技术研究。为实现袋物装车机堆码作业的自动化和高效化，创新性的提出了一种新型自动堆码装置，并对此堆码装置的可行性进行了分析。

3）自动堆码装置设计及三维建模仿真。对新型自动堆码装置进行了详细地设计计算分析，用SolidWorks软件对该自动堆码装置进行了三维建模仿真。

本课题提出的新型自动化袋物装车机及其自动堆码装置对传统的棚车装车工艺及设备进行改进和创新，为新型棚车装车设备的研发奠定了一定的前期研究基础。

关键词：装车机；袋装物料；自动堆码装置；棚车；SolidWorks

Abstract

As an universal vehicle in railway transport, boxcar is mainly use for bagged bulk materials in port transportation. How to transport bagged bulk materials form the outside of a boxcar to the inside quickly and efficiently and pack them neatly stacked, is one of the most difficult problems urgently to be solved in the current port transportation. This paper presents a bag-loading machine which is dedicated to boxcar loading. On the basis of the introduction of the bag-loading mechanical working theory and the process of loading, this paper present an automatic stacking device which is tilting the carrier roller by gravity, named it ‘gravity tilting automatic stacking device’. To the automatic stacking device, this paper also did detailed design, calculation and 3D modeling and simulation. The main contents of this paper including:

1) Research and development of new automatic bag-loading machine and its loading technology design. On the basis of detailed analysis of the functional requirements of bag-loading machine, this paper presented a new automatic bag loading machine, and discussed the main working mechanism and the structural types of various organs. On the basis of above, some scientifically designs were done for automated loading process and stacking process.

2) Study on automatic stacking technology of bag-loading machine. Stacking to achieve automatic and more efficient stacking operation of bag-loading machine, the gravity tilting automatic stacking device was proposed innovatively.

3) Design of automatic stacking device and three-dimensional modeling and simulation. Do some detailed design, calculation and analysis of gravity tilting automatic stacking device, using SolidWorks software to build the automatic stacking device’s modeling, and complete the virtual assembly of the machine, and lay the research basis of new boxcar loading equipment

Key Words：loading machine；bagged material；automatic stacking device；boxcar； SolidWorks

目 录

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的目的和意义

1.4 本文的主要工作

第2章 袋物装车机总体设计

2.1 装车机的设计要求

2.2 袋物装车机的设计

2.2.1 袋物装车机的组成机构

2.2.2 装车机自动化装车工艺

2.2.3 自动化堆码工艺设计

2.3 本章小结

第3章 袋物装车机自动堆码技术研究

3.1 袋物自由平抛堆码的可行性分析

3.2 自动堆码装置的设计

3.2.1 自动堆码触发方式的研究

3.2.2 堆码装置复位问题的研究

3.2.3 堆码效果的分析

3.2.4 自动堆码方案的确定

3.3 本章小结

第4章 自动堆码装置设计及三维建模仿真

4.1 自动堆码装置的结构组成

4.2自动堆码装置的工作原理

4.2.1 一般位置堆垛的工作原理

4.2.2 横移堆垛的工作原理

4.3 自动堆码装置的组成部件

4.3.1 固定框架

4.3.2 横移堆垛机构

4.3.3驱动系统的设计

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 下一步工作展望

5.3 经济性分析

参考文献

致 谢

第1章 绪论

1.1 研究背景

对于类似粮食水泥等袋装货物在运输过程中需要防晒、防雨淋和防潮等，经常用到棚车作为主要运输工具。棚车有其独特的结构型式：车厢顶部有顶棚以防晒、挡雨，车厢中部两侧开口^[1]。但其独特的结构型式给货物的装载和码垛造成困难，不易实现自动化装卸。目前仍多数以人力和叉车配合完成货物在车厢内的装卸^[2]。这种作业方式劳动强度大、效率低，且环境较恶劣，如在装卸水泥、化肥等袋物时容易对皮肤造成腐蚀伤害。随着经济的发展，工人的成本越来越高。如何来实现袋装货物在棚车里的自动堆垛、提高装卸效率与减少对工人的使用量是企业急需解决的问题。

1.2 国内外研究现状

袋物自动堆码的研究主要包括袋物输送方式的研究和袋物堆垛方式的研究。目前，国内针对袋装货物自动化堆码的机械的研究已有一定的成果，但技术还不是很成熟。

孙建悦、赵宪华等人于2015年发表的期刊中介绍了一种用于袋装粮食堆垛的门式自动堆垛机（其结构如图1.1所示），文章侧重讲述了关于堆码机头的设计^[3]。该堆码机采用的是四厢旋转闸门式堆码机头，四个接包厢相隔90°，由电机、减速器等构建组成的旋转机构驱动。接包厢的卸包作业通过电磁铁来控制，复位时由配重实现，电磁铁吸合配重锁紧启闭门。启闭门通过齿轮齿条与配重连接，可根据堆垛工艺直接卸包或者旋转90°后卸包，实现高效作业。这种设备主要适用于堆场等空间大的场所。