堆垛机货叉驱动机构的设计研究

韩天文 王永昊 付文杰

摘要：论述了堆垛机货叉驱动机构的工作原理，推导出货叉驱动机构正确传动条件的计算方法，为堆垛机货叉驱动机构的设计提供了理论依据。

关键词：堆垛机；货叉；驱动机构

Abstract：The paper expounds the working principle of fork driving mechanism of storage and retrieval machine， and deduces the calculation method of the correct driving condition of fork driving mechanism， providing a theoretical basis for the design of fork driving mechanism.

Key words：storage and retrieval machine； fork； driving mechanism

随着现代化物流技术的发展，自动化立体仓库越来越受到企业的青睐，有轨巷道堆垛机是自动化立体仓库的重要设备，而货叉作为堆垛机的工作装置，需要进行叉取作业，因此，货叉具有一定的精度要求和行程要求。堆垛机货叉驱动机构采用多个齿轮与齿条传动机构，驱动机构有效地增加货叉的行程范围。为了防止货叉驱动机构在工作过程中出现卡死现象，需要建立机构的正确传动条件。

本文介绍了一种货叉驱动机构的工作原理，建立了货叉驱动机构的传动条件，根据传动条件能够为货叉驱动机构提供设计依据。

1 堆垛机货叉和驱动机构的结构

货叉部件由上叉、中叉、下叉和驱动机构组成。驱动机构包括齿轮架、主动齿轮、从动齿轮，驱动电机经主动齿轮带动从动齿轮运动，从动齿轮带动中叉上的齿条运动，链条经下叉链条座绕过中叉导轮并连接在上叉上，中叉带动上叉运动，从而实现货叉的伸缩运动。

1.驱动机构 2.下叉 3.中叉 4.上叉

在图1堆垛机货叉结构中，驱动机构固定在下叉下面，驱动机构具有一个主动齿轮，两个从动齿轮外加驱动电机组成，驱动电机采用伺服驱动，控制精确。中叉下面装有齿条，齿条与驱动机构上的从动齿轮啮合，实现货叉的伸缩运动。

2 货叉驱动机构的传动条件

2.1 驱动机构的几何条件

设计货叉驱动机构时要建立正确的几何条件，否则会出现无法正常装配，使驱动装置不能正常工作。

图2中主动齿轮1的齿数、模数和压力角分别表示为、和，从动齿轮2和从动齿轮3的齿数、模数和压力角分别为、和，齿条的模数和壓力角表示为和。

为保证驱动机构能够正常运动，需要满足基本条件如下：

根据驱动机构的几何关系可知，从动轮2的齿顶圆不能与从动轮3的齿顶圆相互接触，主动齿轮1的齿顶圆不能与齿条的齿顶相碰。

其中，、和分别为主动齿轮、从动齿轮以及齿条的齿顶高。

根据式（4）和式（5）结合三角函数关系可得：

并且，。

2.2 驱动机构的啮合条件

在主动齿轮1的分度圆上，设定点A与点B夹角之间具有个整周节，两个端点分别具有和个非整周节（即）。从动齿轮2在端点存在对应的个非整周节，从动齿轮3在端点存在对应的个非整周节。设定从动齿轮2和从动齿轮3分别在角、内具有和个整周节，在点C与点D分别存在和个非整周节，从而齿条在分度线端点存在和个非整周节，并在点C和点D之间具有个整周节。

根据驱动机构的啮合关系可得

（8）

（9）

（10）

因此，需满足：

（11）

3 结论

进行堆垛机货叉驱动机构设计时，必须满足正确的传动条件，否则可能无法装配，或者勉强装配上，也不能正常工作，会导致卡死、蹩劲等问题。驱动机构除了要满足几何条件外，必须同时符合啮合条件，基于此机构的几何关系和啮合原理推导出设计条件，为堆垛机货叉驱动机构的设计提供了重要的理论依据。

参考文献：

[1]吉国宏.自动化仓库堆垛机设计[M].北京：人民铁道出版社，1979.

[2]梁睦.堆垛机三层货叉直线差动机构的设计[J].起重运输机械， 2005（3）：3233.

[3]高翔，黄呜风，曹浪波，等.开口齿轮传动机构设计探讨[J].石油矿场机械，2003，32（6）：3739.

[4]杨敏嘉.动力钳钳口齿轮传动的安装条件[J].石油矿场机械， 1977（4）：2834.

[5]于彩敏，朱典想.双伸位堆垛机货叉结构设计及应用[J].林产工业，2014，41（2）：3133.

[6]崔国成.堆垛机货叉选型分析[J].物流技术与应用，2012（2）：9295.

[7]安晓钢，史胜楠，徐正林.自动化仓库堆垛机货叉强度的分析与计算[J].陕西科技大学学报，2007，25（3）：123125.

[8]孙永吉，邹雪梅，邹雪娟.巷道式堆垛机货叉的力学模型及研究[J].兰州工业学院学报，2009，16（2）：3335.

[9]邹雪梅.基于ANSYS的立体库堆垛机货叉建模与分析[D].兰州：兰州大学，2013.

[10]陈旭.浅析堆垛机货叉机构设计[J].科技创新与应用，2016（16）：106.

[11]孙永吉，张红梅，邹雪娟.堆垛机多级货叉瞬态动力学分析[J].机械设计与制造，2013（4）：134136.

[12]沈敏德，陈照强，范维华，等.有轨巷道堆垛机3级直线差动式货叉机构设计[J].起重运输机械，2009（7）：2224.

[13]陈玉金.立体仓库堆垛机的设计[J].现代制造，2006（23）：4850.

[14]郝隆誉.双伸位堆垛机设计[J].物流技术与应用，2007，12（1）：9899.

[15]周晓杰.立体库中双立柱巷道堆垛机的设计[J].建筑工程技术与设计，2016（4）：236.

[16]郭环，禹永伟.自动化立体仓库中堆垛机的设计[J].物流技术，2002（3）：7778.