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摘 要

本文以400X80自动化物料仓库为中心，介绍了自动化物料仓库的特点、发展及现状，并针对自动化物料仓库拣存取系统的特点，通过对自动化物料仓库中堆垛机工作环境的分析，以及对堆垛机结构的力学分析，得出了适合堆垛机的特殊结构的设计方法，并由此得出相应的结构参数。论文主要完成了如下几个方面的工作：（1）利用经典力学的方法，对堆垛机进行力学分析；（2）根据结构设计的合理性初步选择主要的结构参数，并进行校验，在校验中反复改进参数的选择，使得所选参数能够满足设计要求；（3）由于堆垛机的结构设计的好坏直接影响堆垛机的运行性能，所以该论文对堆垛机的结构进行了计算机辅助优化设计。利用PROE软件进行堆垛机的三维建模，以生动的视觉效果直观感受所设计的结构合理性，完成了零部件的设计及总体装配的工作。

关键词：自动化立体仓库；堆垛机；行走机构；旋转机构

400x80 Type Warehouse Stacker Design of Traveling Mechanism amp; Rotating Mechanism

Abstract

In this paper, take 400X80 ASamp;RS as a center, the automated material warehouse's characteristic, development and the present situation were introduced. By study of the packet sorting system and environment of the stacking crane , the optimal structural parameters were obtained. This thesis has finished several aspects of working as follows (1) The classical dynamic method was used to comprehensively analyze the machine (2) The structural parameters were elementally chosen and checked by the rationality of structural design (3) Since the structure of the machine directly affects its function, the optimal design was performed on the computer. Through making 3D model of stacking crane by using of the PROE software and observing the rationality of the parameters by the vivid visual effects, the design of the main parts and the entire assemblage were accomplished.

Key word：AS/RS; stacker; traveling mechanism; rotating mechanism

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 自动化立体仓库的概述 1

1.1.1 国外自动化立体仓库的发展现状 1

1.1.2 国内自动化立体仓库的发展状况 2

1.2 自动化立体仓库的特点 2

1.2.1 自动化立体仓库的优点 2

1.2.2 自动化立体仓库的缺点 3

1.3 自动化立体仓库的组成 3

1.3.1 货架 3

1.3.2 巷道堆垛起重机 4

1.3.3 托盘(货叉) 6

1.3.4 库存信息管理系统 6

1.3.5 自动控制系统 7

1.4 本论文的主要工作 7

第二章 自动化物料仓库的总体设计 8

2.1 货架 8

2.2 堆垛机 8

第三章 堆垛机行走机构的设计 11

3.1 行走机构设计原理及步骤 11

3.2 电动机的选择 11

3.3 直齿圆锥齿轮的设计 11

3.4 齿轮齿条的设计 14

3.5 轴的设计 16

3.5.1 轴1的结构设计 16

3.5.2 轴2的结构设计 17

3.6 键的选用 18

3.6.1 轴1上键的选用 18

3.6.2 轴2上键的选用 18

3.7 其它零部件的设计 19

3.7.1 联轴器的选用 19

3.7.2 轴承的选用 19

第四章 堆垛机旋转机构的设计 20

4.1 旋转机构设计原理及步骤 20

4.2电动机的选择 20

4.3 蜗轮蜗杆的设计 21

4.4 轴的设计 23

4.4.1 蜗杆轴的结构设计 23

4.4.2 蜗轮上轴的设计 24

4.5 键的选用 25

4.6 其它零部件的设计 25

4.6.1 联轴器的选用 25

4.6.2 轴承的选用 25

4.6.3 铸铁箱体主要结构尺寸 26

第五章 Pro-Engineer的应用 27

5.1 Pro-Engineer简介 27

5.2 Pro/E WildFire5.0的特点 28

5.3 行走机构的三维建模 29

5.3.1 关键零件的建模 29

5.3.2 其余零件的建模 34

5.3.3 行走机构的装配 35

5.4 旋转机构的三维建模 36

5.4.1 关键零件的建模 36

5.4.2 其他零部件的建模 39

5.4.3 旋转机构的装配 40

5.5 堆垛机的总体装配及运动仿真 42

5.5.1 行走机构和旋转机构的装配 42

5.5.2 升降机构和伸缩机构的装配 43

5.5.3 堆垛机总体装配 45

5.5.4 堆垛机的运动仿真 45

第六章 总结与展望 49

参考文献 50

致谢 52

第一章 引言

1.1 自动化立体仓库的概述

自动化立体仓库（Automated Storage and Retrieval System，AS/RS），是指不用人工直接处理，由电子计算机进行管理和控制，实现自动化存取物料的系统。一般是指采用几层、十几层乃至几十层高的货架储存单元货物，用相应的物料搬运设备进行货物入库和出库作业的仓库。由于这类仓库能充分利用空间储存货物，故常形象地将其称为“立体仓库”^[1]。

1.1.1 国外自动化立体仓库的发展现状

立体仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果。50年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库；50年代末60年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库；1963年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的立体仓库。此后，自动化立体仓库在美国（如图1-1所示）和欧洲得到迅速发展，并形成了专门的学科。与此同时，日本开始兴建立体仓库，并且发展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一^[2]。

图1-1 美国自动化立体仓库

1.1.2 国内自动化立体仓库的发展状况

我国对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚，1963年研制成第一台桥式堆垛起重机（机械部北京起重运输机械研究所），1973年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化立体仓库（高15米，机械部起重所负责），该库1980年投入运行。到目前为止，我国自动化立体仓库数量已超过200座。自动化立体仓库已成为企业物流和生产治理不可缺少的仓储技术，越来越受到企业的重视。我国自动化立体仓库的使用率并不是很高，中国物流技术协会信息中心在2010年发布了物流行业的调研报告。报告显示，自动化立体仓库的市场需求在未来5年将不断增加，每年增加速度在17个百分点。据不完全统计，2012年，我国建设的具有较大规模的立体仓库数量超过1200座（如图1-2所示）。自动化立体仓库应用范围很广，几乎遍布所有行业。在我国，自动化立体仓库应用的行业主要有机械、冶金、化工、航空航天、电子、医药、食品加工、烟草、印刷、配送中心、机场、港口等^[2]。

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