平板式巷道堆垛机结构设计

胡天润 安永东 王鹏 郭秋霞

摘要：本文提出了一种平板式巷道堆垛机的结构设计，总体驱动采用电动车轮驱动，万向轮辅助支撑，剪叉式升降机控制升降，由取物平台实现取货与装货。

1前言

随着物流业的飞速发展，自动化立体仓储中心也有了快速发展，平板式巷道堆垛机能完成货物的运输、堆垛及取货的功能，是自动化立体仓储中心的重要组成部分，与货架、传输设备、码垛机、控制系统、通信系统及计算机控制管理监控系统就构成了自动化立体仓储中心。

2 总体结构组成

本文设计了一种电动式平板式可升降巷道堆垛机，采用蓄电池驱动，由剪式升降机构和载货和取货平台组成，其具有结构简单，工作可靠，稳定性好，操作灵活等特点。所设计平板式巷道堆垛机结构如图1所示。

巷道堆垛机由驱动电机驱动，到达指定位置后，由升降机构举升带动货物升到储存位置，在电动推杆的推动下，整个取货平台前移到储存位置，然后升降机构下降将货物放入储存位置中，电动推杆反向转动，取货平台收回，完成货物的存放，取货过程相同。

3 驱动系统设计

驱动系统采用驱动电机带动轮毂驱动，蓄电池供电，两侧后轮驱动，前轮为支撑导向轮，驱动电机与轮毂通过花键连接，轮毂另一端用螺栓将轮毂定位，实现轮边电机直接驱动车轮转动，这种结构避免动力的大量损失，节约了电机的输出功率，降低能耗，减少了蓄电池的压力，驱动电机为无刷电机，由控制系统控制，通过姿态传感器采集转速和角度信号，来分别控制驱动轮的转速和转速差，实现前进和转向。驱动系统结构如图2所示。

根据本设计所需的系统电压、放电时间以及使用温度等条件确定蓄电池的容量及放点时间。

蓄电池放电时所能提供的容量与放电电流有关：电流越大，容量越低;电流越小，容量越高。蓄电池放电电流与容量的关系遵循以下方程：

4 升降机构设计

升降机构主要有剪叉式、套缸式、立柱式、曲臂式及链条式五种结构，剪叉式升降机构还具有结构简单，稳定性好，故障率低，安全可靠，维护简单等特点，本设计根据要求选择剪叉式升降机构。

4.1叉臂设计

根据设计要求载荷为50kg，垂直行程为1800mm，最低高度为200mm，起升速度为 ，下降速度为 。叉臂结构图尺寸如图3所示。

根据平台长度选取叉臂最大中心距： ，经计算选取叉臂长度 。根据垂直行程确定叉数 ，计算后n取整得 。

4.2臂管强度计算

臂管强度计算公式

式中 为材料屈服极限（MPa）; 为臂管最大受力（N）; 为臂管截面模量（m3）。经计算得 ，臂管强度符合标准。

4.3电动推杆选择

根据设计要求确定所需推杆行程为600mm，起升角为20°，推杆所受推力为100N，选择DT型电动推杆，型号为DT100，满足设计需求。电动推杆驱动电机选择，计算得所需功率为100W，选用减速比为1：5的减速电机。

5 取货平台设计

由于取物平台仅由单滑轮和电动推杆支撑，并且取货时其上会受到货物的压力，为保证强度与尽量轻的质量，此处选用若干铝合金2036方管焊接成平台，它是Al-Mg-Si系合金，中等强度，具有良好的塑性和优良的耐蚀性。特别是无应力腐蚀开裂倾向，其焊接性优良，耐蚀性及冷加工性好，是一种使用范围广很有前途的合金。

根据设计结构可知，载货平台下端由叉臂支撑，正中滑道部分受到货物与取货平台合力，共计600N。取货平台受力图如图4所示。

通过Ansys软件对平板受力进行分析，得到如图5所示应力云图与位移云图。根据图中应力分布情况可知平台强度及变形均符合要求。

6 堆垛机平衡性分析

为保证平板式巷道堆垛机在工作中的稳定性，不发生侧翻、倾覆等现象，故需对该车进行取货时平衡性的计算分析，已知该车轮距B、满载质量 ，可先计算出该车质心位置：

计算得 ，故该车稳定性良好。

7 结论

本文根据自动化立体仓储中心需求，提出了一种平板式巷道堆垛机的结构设计，并对各主要机构进行了设计及选型，所设计的堆垛机结构简单，工作可靠，控制灵活，能实现货物按要求存取，为开发设计物流仓储设备提供了一定的设计基础。

参考文献

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项目来源：哈尔滨远东理工学院大学生创新创业训练计划项目。

（作者单位：哈尔滨远东理工学院机电与汽车工程学院）