仓库轻型堆垛机实验平台诌议
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货架设计根据实验室场地具体大小(长15m×宽6m)并按照设计标准设计出货架各部分尺寸，包括底层、标准层、横梁层、顶层、货格尺寸等，货架总体长、宽、高尺寸经设计分别确定为4．4m、0．6m、3m，为了便于观察堆垛机的运行情况及减少占用空间，按单巷道单排货架进行设计，货架选用万能角钢进行搭建。堆垛机机构设计堆垛机机构包括机架、运行及升降机构、载货台及货叉机构等，堆垛机机架结构有单立柱式和双立柱式两种形式，单立柱式堆垛机机架结构紧凑，操作视野大，大多数堆垛机采用单立柱形式，由于载货台货物偏离立柱轴线的重力作用以及行走时加速减速惯性力作用，会对单立柱的静刚度和动刚度产生较大影响，需要通过加大立柱结构尺寸来解决;而双立柱结构机架的强度和刚度较好，因此选用双立柱结构堆垛机机架，由不锈钢方形管材焊接而成，与单立柱相比具有结构稳定、重量轻、速度快的特点，适合教学轻型立体仓库要求。行走机构的主要功能是实现堆垛机沿巷道方向的水平运动，常用的堆垛机行走机构有上部行走式的悬挂型和货架支撑型，本文设计的堆垛机采用下部驱动下部支撑型行走机构。堆垛机的水平行走运动通过齿轮传动驱动主动行走轮来实现，在水平台架横梁下面安装三相减速电机YN200/JB15G15作为行走电机，为节约轴向空间，电机经过一对齿轮(Z1=Z2=60，m=2mm)按1:1传动比传动后再驱动主动行走轮。导轨采用天轨和地轨形式，台架两侧安装行走导向轮以保证堆垛机沿地轨方向行驶。提升机构的主要功能是实现堆垛机存取货叉机构的垂直运动，常用的堆垛机提升机构是通过起重链柔性件来进行牵引，本文设计的提升机构采用卷筒组驱动钢丝绳进行牵引的方案，钢丝绳由卷筒引出，经过上横粱上的定滑轮改变方向以后与载货台连接，牵引载货台沿立柱导轨作升降运动来带动货叉机构升降，当货叉到达指定货位层面时平稳停住，其结构见图2。与起重链牵引相比较，钢丝绳牵引具有以下优点:工作平稳无噪声、自重轻，钢丝绳破断以前容易被发现，可及时更换避免突然断裂。升降电机选用YN200/JB20G15三相减速电机，为节约轴向空间，电机经过一对齿轮(Z1=Z2=60，m=2mm)按1:1传动比传动后再驱动卷筒转动牵引载货台，经设计确定卷筒直径D=100mm滑轮直径D=48mm，钢丝绳直径d=3mm。货叉机构的主要功能是实现货物的搬运存取，是堆垛机存取货物的执行机构，目前常用的是三级直线差动式伸缩货叉，它由上叉、中叉、下叉和起导向作用的滚轮轴承等构成［6－8］，该机构需保证在巷道内有足够的伸缩行程取送货物，其运动关系和结构较复杂，本文通过齿轮－齿条传动和钢丝绳滑轮传动两种传动形式来实现:下叉固定在载货台上，采用交流减速电机YN10/60JB25G6作为货叉驱动电机，采用齿轮－齿条传动方式将电机的旋转运动经过主、从动轴齿轮转化为齿条的直线运动，齿条与中叉相联接，实现中叉沿着货仓方向双向伸缩，经设计确定主、从动轴齿轮齿数模数为Z1=50，Z2=71，m=1mm;上叉选择钢丝绳滑轮传动实现上叉沿着货仓方向的双向伸缩，具有机构简单、重量轻、可增加有效提升重量的优点，经设计确定钢丝绳直径为d=2mm，滑轮直径D=40mm，因货叉宽度较小，上叉采用单叉结构并设计成叉板形式。下叉、中叉、上叉三叉之间的滚动支承采用CF6型带螺栓滚轮滚针轴承。
货叉机构安装在载货台上，载货台采用滚动导轮夹持两根立柱以限制载货台的水平运动，双立柱用作为载货台的导轨，使载货台只能沿着两根立柱导轨进行垂直升降运动而不产生水平晃动，载货台采用滚动导轮导向相比滑动导轨可减少摩擦，控制系统软硬件设计控制系统硬件主要由PanasonicElectricalFPX-C60RPLC、ConvoCVF－S1变频器，MT510T触摸屏及信号检测传感器组成［9，10］，控制柜直接安装在堆垛机的水平台架上，减少信号传输线长度，提高可靠性。堆垛机运行速度通过交流电动机变频调速的方法控制，操作命令及出入库位信息通过触摸屏及按钮两种方式输入，控制系统硬件的基本组安全保护装置设计自动化立体仓库轻型堆垛机实验平台的安全性和可靠性非常重要，堆垛机必须有完善的防护措施，所设计的主要安全保护装置如下:①断电保护。在意外断电时通过电机制动器制动提升电机使载货台保持在当前位置防止坠落。②正位检测控制。只有当自动认址传感器检测到堆垛机在垂直和水平方向已停准时，存取货叉机构才能执行存取工作，自动认址传感器采用E3S－GS30EA透射式光电开关。③货位虚实检测。货叉机构执行存取工作前，先探测货仓内有无货物，防止货物双重入库造成货物相撞，货位虚实检测传感器采用E3F3－DS50N1反射式光电开关。④联锁保护。堆垛机执行升降和行走运动时，货叉只允许处在缩回状态;而在货叉伸缩工作时，自动将升降和行走驱动电路断开。⑤终端限位保护。堆垛机三个自由度运动终端处均设有机械和电气限位装置。
自制自动化立体仓库轻型堆垛机实验平台的特色与创新点
(1)自制自动化立体仓库轻型堆垛机实验平台具有自主知识产权，所涉及的知识与技术可以全方位展现在学生面前，贯通了机械、电子及物流系统设计之间的联系，可应用于机电及物流工程等专业领域，易于实验设备共享，便于学生综合实践能力的全面培养。自动化立体仓库轻型堆垛机实验平台的研制得到教师和学生的广泛参与，提高教师和学生的创新能力，节省实验设备购置费用。(2)自制自动化立体仓库轻型堆垛机实验平台采用双立柱结构、钢丝绳滑轮传动等结构创新设计，有效地减轻了堆垛机各个部件的重量，使该实验平台能很好地适用于实验室环境，又能达到轻小型工业自动化立体仓库堆垛机的性能要求。
结论
低成本的实验平台建设方法解决了购置实验设备需要大量投入经费的问题，所研制的自动化立体仓库轻型堆垛机实验平台获得国家实用新型专利一项。该实验平台结构简洁、美观、合理，具有广阔的实际应用前景，适用于大中专院校机电及物流专业实验和创新实践，同时可以应用于中、小企业作为轻小型工业自动化立体仓库。
作者：张铁异 周晓蓉 梁建智 黄江 吴明 单位：广西大学