40m高双立柱堆垛机起升机构设计与选型

40 m高巷道堆垛机立柱结构分析成家豪;岳森峰;张煜哲;张辰;张方绪【摘要】随着我国物流行业的高速发展,超高型自动化立体仓库的需求越来越大,然而有轨巷道堆垛机的高度是制约超高型立体仓库发展的主要原因之一.通过对堆垛机立柱结构的正向分析,从单立柱的结构性能分析和双立柱稳定性分析,充分应用控制变量的方法,统计出立柱性能分布的一般规律,阐述了堆垛机立柱的使用性能,并利用有限元软件Ansys对计算结果进行对比.给出了立柱性能的分析曲线,为设备选型和设计提供了计算方法和理论依据.【期刊名称】《起重运输机械》【年(卷),期】2018(000)0z1【总页数】7页(P129-135)【关键词】物流仓储;堆垛机立柱;结构分析;有限元检验【作者】成家豪;岳森峰;张煜哲;张辰;张方绪【作者单位】北京起重运输机械设计研究院有限公司物流仓储工程事业部北京100007;北京起重运输机械设计研究院有限公司物流仓储工程事业部北京 100007;北京起重运输机械设计研究院有限公司物流仓储工程事业部北京 100007;北京起重运输机械设计研究院有限公司物流仓储工程事业部北京 100007;北京起重运输机械设计研究院有限公司物流仓储工程事业部北京 100007【正文语种】中文【中图分类】TH2460 引言自动化立体仓库是现代智慧物流的核心技术之一，随着我国物流行业的发展以及土地资源的紧张，发展超高型立体仓库成为必然趋势。

超高型立体仓库要求配置运行稳定、性能优良的超高型堆垛机。

欧洲设计的堆垛机高度可达45 m[1]，日本设计的堆垛机可达50 m，我国设计的堆垛机高度与国外有较大的差距[2]。

我国堆垛机的设计方法主要集中在反向验证，即先对堆垛机进行设计，然后对设备的强度、刚度和振动进行分析，验证所设计设备是否满足应用需求；或采用参数待定的方式获得需求刚度。

本文通过正向分析立柱性能的相关系数，对整体设计进行定性研究，获得连续的设计数据，为设备选型和设计提供计算方法和理论依据。

双铝合金双立柱堆垛机结构设计
其次，在双立柱堆垛机的结构设计中，需要考虑到运动系统的设计。

这包括双立柱的运动轨迹、传动系统、导向装置等方面。

双立柱堆垛机通常需要在垂直方向上进行精确的定位和移动，因此运动系统的设计需要具有高精度、低噪音和稳定性。

另外，安全性是双立柱堆垛机结构设计中至关重要的一点。

设计时需要考虑到防护装置、紧急停止装置、限位装置等安全措施，以确保在堆垛机运行过程中能够及时发现并避免意外情况发生，保障操作人员和设备的安全。

此外，双立柱堆垛机的结构设计还需要考虑到维护保养的便利性。

合理的结构设计能够使得设备的维护保养更加方便快捷，降低维护成本，延长设备的使用寿命。

总的来说，双铝合金双立柱堆垛机结构设计需要综合考虑承重能力、运动系统、安全性和维护保养便利性等多个方面，以确保设备的性能稳定、安全可靠，并且具有较长的使用寿命。

摘要这篇文章阐述了大多数现代企业常用的两门式堆垛机设计方案。

本文主要介绍了升降机构的设计，货叉伸缩机构的设计以及安全机构和控制部分的简单选型和计算，包括电机，减速器和齿轮的选择。

机架的计算，滚筒的计算，轴的检查，电气原理图的配备等。

先是提议出了每一个组织的整体设计计划。

然后就是对每个组织的压力情况实行了具体的阐明以及计算放方便推断出最开始的值，最后就开始进行详细的测试来判断实际要求的值。

关键词：升降机构；货叉伸缩机构；双立柱堆垛机AbstractThis article discusses in detail the design of the double-pillar stacker that is commonly used in most modern enterprises. The article focuses on the design of its two components: the lifting mechanism, the fork telescoping mechanism, and the safety mechanism and control part. The simple selection and calculationIncluding the use of electric motors and speed reducers, estimation of gears and racks, estimation of reels, detailed inspection of shaftsIncluding the use of electric motors and speed reducers, estimation of gears and racks, estimation of reels, detailed inspection of shafts and the configuration of electrical schematics. First proposes an overall design plan for each organization. Then, the specific clarification of the pressure situation of each organization and the calculation of the convenience of inferring the initial value, and finally began to conduct detailed tests to determine the actual requirements of the value.Keywords: lifting mechanism; fork retractable mechanism; automated warehouse目录摘要 (1)ABSTRACT (2)目录 (3)第一章绪论 (5)1.1课题研究目的和意义 (5)1.1.1开发双门式堆垛机的需要性 (5)1．2国内外研究现状和发展趋势 (6)1.2.1国内外研究现状 (6)1.2.2发展趋势 (7)1．3课题研究的主要内容 (8)1.3.1设计内容 (8)1.3.2设计要求 (8)第二章总体方案确定 (9)2.1引言 (9)2.2设计任务 (9)2.3功能分析 (10)2.3.1双门式堆垛机重要的功能分析 (10)2.3.2双门式堆垛机关键环节以及重要技术 (11)2．4总体方案确定 (11)2.4.1总体布局方案 (12)2.4.2提升机构部件结构方案 (13)2.4.3方案对环境与安全的影响 (13)第三章堆垛机提升机构的设计计算 (15)3.1行走机构的详细设计 (15)3.1.1行走机构分析与计算 (15)3.2堆垛机机架的选择设计 (18)3.3堆垛机货叉的详细设计 (18)第四章电动机的选择与计算 (20)4.1电动机类型与功率的选择 (20)4.2电动机转速与型号的选择 (21)第五章控制系统设计 (23)5.1位置检测方式 (23)5.2控制的相关设计 (23)5.2.1控制总框图设计 (23)5.2.2安全检测程序设计 (24)第六章堆垛机机架设计计算 ............................................................... 错误!未定义书签。

40m高双立柱堆垛机起升机构设计与选型发表时间：2020-06-22T06:14:48.984Z 来源：《中国科技人才》2020年第4期作者：王俊崴岳森峰张辰张煜哲成家豪[导读] 本文重点讲述了40m高双立柱堆垛机起升机构的设计与选型，重点关注了起升机构的钢丝绳选型，卷筒设计与计算，卷筒强度校核，起升机构电机选型的问题。

北京起重运输机械设计研究院有限公司北京 100007摘要：本文重点讲述了40m高双立柱堆垛机起升机构的设计与选型，重点关注了起升机构的钢丝绳选型，卷筒设计与计算，卷筒强度校核，起升机构电机选型的问题。

关键词：堆垛机，起升机构，卷筒，钢丝绳Hoisting Mechanism design of 40m High Double mast Stacker Crane Abstract：This article focuses on the design of the hoisting mechanism of the 40m high double column stacker crane. This author pays attention to the selection of the steel rope of the hoisting mechanism，the design and calculation of the drum，the strength check of the drum，and the motor selection.Key words：Stacker crane，hoisting mechanism，drum，steel rope引言随着经济的发展，技术的进步，越来越多的物流制造厂商进入堆垛机设计制造研发领域，堆垛机的形式与样式百花齐放。

本文作者重点关注超高堆垛机领域，尤其是40m高堆垛机的起升机构。

本文作者将重点结合机械设计手册，GB/T3811-2008《起重机设计规范》，详细介绍堆垛机起升机构的钢丝绳，卷筒，电机的选型与计算。

双立柱式堆垛机的设计与加工研究摘要：现代堆垛机正朝着多样化、高速化和高层化的方向发展。

为了适应这种发展趋势，越来越多的企业更倾向于采用双立柱结构的堆垛机。

双立柱结构更适用于大尺寸货物、大砘位、高速运行、高度在15米以上的立体库中。

文中通过对一种双立柱式堆垛机结构进行传统力学计算研究与有限元分析以及对试验数据进行分析对比，探索了一种双立柱式堆垛机的结构分析方法，为双立柱堆垛机的设计提供了参考。

关键词：双立柱堆垛机；水平运行噪音；框架变形量；引言：巷道堆垛机作为自动化立体仓库不可或缺的搬运主机，其整体性能的优劣直接影响着自动化立体仓库的运行性能。

双立柱堆垛机以其强度好、刚度大以及适用场合多等优点越来越多的应用于仓储工程。

堆垛机主体框架结构是堆垛机的主要受力部件，本文以某规格的双立柱堆垛机主体框架结构为研究对象，通过对其结构的力学分析，并结合有限元分析结果及现场试验数据进行分析对比，说明力学分析方法的合理性。

1.设计阶段1.1 堆垛机的构成一台龙门框架式堆垛机主要由以下几大部分组成∶堆垛机主体框架机构、驱动机构、载货台机构、货叉机构、导轨及其它附件等。

其中堆垛机主体框架机构是由左立柱，右立柱（如果高度在12米以上，各立柱还会采用法兰联接方式加长，会分为左上立柱、左下立柱、右上立柱、右下立柱等），下横梁、上横梁组成，各组件之间采用高强度螺栓与法兰方式进行联接，形成一个矩形的堆垛机主体框架结构[1]。

为便于说明如何控制堆垛机的堆垛机主体框架的变形量，先介绍堆垛机的大体结构。

如下图 1所示∶图 1 堆垛机的大体结构下部由两个行走轮在地轨上行走与导向，堆垛机上部则由导轮与安装在货架上的天轨来导向。

堆垛机通过在巷道前后行走（X轴方向）与载货台在堆垛机主体框架间的上下升降（Y轴方向），再加上货叉的伸缩运行（Z轴方向），而实现对两侧货架上的托盘货物取放，并与库端的输送机配合，达到货物出入库的目的。

由上图的结构示意图可知，行走轮在地轨上运行、载货台在框架内升降是否平稳流畅，框架形变是否在控制范围，直接关系到货叉把货物送到货架上时位置是否正确、设备运行的噪音与寿命是否在设计范围等。

堆垛机起升机构优化设计岳森峰1，2 张煜哲1，3 张 辰1，3 赵志理1 倪志强11北京起重运输机械设计研究院有限公司 北京 100007 2机械工业物料搬运工程技术研究中心 北京 100007 3北京市自动化物流装备工程技术研究中心 北京 100007摘 要：堆垛机的起升机构通过钢丝绳与载货台连接，是堆垛机提升过程中的主要受力部件。

堆垛机起升机构一般采取卷筒轴与卷筒体、辐板直接焊接的方案，该方案可节约巷道空间，但含碳量高的卷筒轴焊接性能差，焊接过程中易产生裂纹，影响堆垛机运行安全。

文中提出了一种堆垛机起升机构优化设计方案，并结合实例对其进行力学验算和仿真论证，经过优化的方案取消了卷筒轴的焊接工艺，大大提高了堆垛机起升机构的可靠性。

关键词：堆垛机；起升机构；优化设计；力学验算；仿真论证；焊接中图分类号：TH246 文献标识码：B 文章编号：1001-0785（2023）19-0067-05Abstract: The hoisting mechanism of the stacker, which is connected to the loading platform by the steel wire rope, is the main stressed part in the hoisting process. In the hoisting mechanism of the stacker crane, the drum shaft is usually directly welded with the drum body and the radial plate, which saves the roadway space, but the drum shaft with high carbon content has poor welding performance and is easy to crack in the welding process, thus affecting the operation safety of the stacker. In this paper, an optimized design scheme of the hoisting mechanism of the stacker crane is put forward, and an example is used to verify and simulate it. The optimized scheme avoids the welding process of the drum shaft, which greatly improves the reliability of the hoisting mechanism of the stacker crane.Keywords:stacker crane; hoisting mechanism; optimization design; mechanics checking; simulation demonstration; welding0 引言自动化立体仓库在智能制造物流供应链和自动化仓储领域应用广泛，堆垛机是自动化立库的关键组成，堆垛机金属结构中的下横梁、起升装置、伸缩叉部件互相配合，可实现堆垛机运行、起升、伸缩叉3个方向的运动，从而实现自动化立库货物的入库、出库功能。

双立柱巷道堆垛机的设计（The design of the Double Maststacker machine）学生姓名学号所在学院班级所在专业申请学位工学学士指导教师职称副指导教职称答辩时间目录摘要 (3)INTRODUCTION (4)第一章绪论 (5)1.研究背景及内容 (5)1.1概述 (5)1.2有轨巷道堆垛机的类型 (6)1.2.1双立柱巷道堆垛机 (6)1.2.2巷道堆垛机的特点 (6)1.2.3设计的目的和意义 (7)1.2.4设计内容及要求 (7)1.2.5设计参数 (8)1.3堆垛机的结构设计概述 (8)1.3.1堆垛机的结构的组成与形式 (8)1.4堆垛机提升机构的设计计算 (10)1.4.1堆垛机钢丝绳设计计算 (10)1.4.2钢丝绳直径的确定 (10)1.4.3堆垛机卷筒计算 (11)1.4.4堆垛机滑轮设计计算 (14)1.4.4滑轮的尺寸确定 (14)1.4.5堆垛机电机选取 (18)1.4.6堆垛机电机联轴器的设计 (18)第二章堆垛机门架的设计计算 (21)2.1门架结构特点 (21)2.2门架的弯矩和挠度 (21)2.3水平载荷产生的弯距 (22)2.4由行走车轮的反力产生的弯距 (25)2.5有叉取作业产生的弯矩 (27)2.6设计数据计算校核 (27)2.6.1 框架结构的设计数据 (27)2.6.2水平载荷作用下各部分产生的弯矩计算 (28)2.6.3行走轮的作用下产生的弯矩计算 (29)2.6.4结构构件的弯曲应力 (29)第三章控制系统设计 (30)3.1位置检测方式 (30)3.2控制的相关设计 (30)3.2.1控制总框图设计 (30)3.2.2安全检测程序设计 (31)3.2.3入库程序设计 (32)3.2.4出库流程设计 (34)第四章堆垛机安全机构 (35)结论 (36)致谢. (37)参考文献 (38)摘要随着现代信息科技的发展，现代物流对仓库的要求越来越高。

堆垛机一、概念堆垛机是立体仓库中最重要的起重运输设备，是代表立体仓库特征的标志。

运用这种设备的仓库最高可达40m。

大多数在10～25m之间。

主要用途是在立体仓库的巷道间来回穿梭运行。

将位于巷道口的货物存入货格。

或将货格中的货物取出运送到巷道口。

这种设备只能在仓库内运行。

还需配备其他设备让货物出入库。

二、分类1）按照有无导轨可分为有轨堆垛机和无轨堆垛机。

2）按照高度不同可分为低层型、中层型和高层型。

低层型堆垛机是抬起升高度在5m以下，主要用于分体式高层货架仓库及简易立体仓库中;中层型堆垛机是指起升高度在5m—15m之间，高层型堆垛机是指起升高度在15m以上，主要用于一体式的高层货架仓库中。

3）按照自动化程度不同可分为手动、半自动和自动堆垛机。

手动和半自动堆垛机上带有司机室，自动堆垛机不带有司机室，采用自动控制装置进行控制，可以进行自动寻址、自动装卸货物。

4）按照用途不同堆垛机可分为桥式堆垛机和巷道堆垛机。

无轨巷道堆垛机又称为高架叉车，是一种变形叉车。

其机动性比巷道式堆垛机好。

无轨巷道式堆垛机可分为上人式和不上人式两种，驾驶舱随门架同时上升称为上人式，优点是在任何高度都可以保持水平操作视线，保证最佳视野以提高操作安全性。

同时由于操作者可以触及货架任何位置的货物，故可以同时用于拣货及盘点作业。

有轨巷道堆垛机，是指可以在较窄的巷道内作业的堆垛机，具有一个升降轨道，堆垛机在轨道上上下升降运行。

有轨堆垛机根据金属结构可以分为：单立柱和双立柱式两种。

有轨堆垛机可以在立柱上进行多面旋转，堆高的高度在6-24米。

有轨堆垛机占地面积很小，大大提高了仓库内的面积和空间的利用率，利于仓库自动化的运行和管理三、巷道式堆垛机1、按结构式分类(1)单立柱式堆垛机金属结构由一根立柱和上、下横梁组成(或仅有下横梁)；自重较轻，但刚性较差。

一般用于起重量2吨以下，起升高度不大于16米的仓库。

(2)双立柱式堆垛机金属结构由两根立柱和上、下横梁组成一个刚性框架；刚性好，自重较单立柱大。

本科毕业设计（论文）中期报告毕业设计（论文）题目：立体仓库巷道式堆垛机设计专业：机械设计制造及其自动化一、课题简介1、课题研究任务有轨巷道堆垛机基本功能是在控制系统或人工控制下，按照指令完成对货架内及站台货物的存取和输送。

主要动作描述：有轨巷道堆垛机在货架巷道内运动，可以分解为沿货架巷道轨道行走运动、沿有轨巷道堆垛机立柱或立柱导轨的垂直起升运动和对出入库站台的货物的存取运动。

机械结构可以简单叙述为：在堆垛机的顶部和底部上分别装有一组或两组导向轮，夹持着天轨和地轨(天轨安装于货架上，地轨安装在地面上)，行走电机驱动与地轨接触的行走轮，在天轨和地轨的约束下，堆垛机在巷道内水平行走；系着钢丝绳或链条的载货台，在起升电机的驱动下拉动载货台使其沿立柱或者立柱两侧的导轨完成升降运动；货叉电机驱动一个行程倍增机构，使上叉完成左右存、取货物运动。

三种运动分别在控制系统协调控制下，完成货物的出、入库工作。

为完成有轨巷道堆垛机运动的基本功能，设备必须具备三个方向的驱动和传动功能，需要对设备运行进行有效的控制，有轨巷道堆垛机除了完成货物的存取外，设备安全也是其功能中的重要组成部分。

2、相关参数堆垛机额定起重量：300kg；行走最大速度：；升降最大速度：；货叉速度：；货箱尺寸：长×宽×高＝500×500×500mm；注：宽度方向为货叉叉取方向。

二、课题详细方案设计（一）总体方案：1、为使堆垛机能够准确、快速、安全、搬运货物出入库，必须满足以下设计要求：（1）具备三维运动功能，即堆垛机沿巷道来回运动、载货台垂直运动、货叉沿货架方向双向伸缩；（2）满足一定的定位精度，重复定位精度误差不能超过10mm ；（3）具备安全保护措施；（4）在满足强度、刚度和可靠性的前提下，尽量减小堆垛机各部分的重量，以减小提升功率和行走时的摩擦阻力；（5）保护仓库环境，避免货物污染受损[1]。

2、有轨巷道堆垛机的现有类型及设计选用类型按现行机械行业标准，有轨巷道堆垛机分类方式多种多样，如按支承方式、用途、控制方式、结构、运行轨迹等分类。