第2章物流系统设计.

1第2章物流系统设计物流系统是机电一体化生产系统中的重要组成部分之一，其作用是将生产系统中的物料及时地输送到有关的设备或者仓库设施。生产系统中物料的流程：供料系统物料输送系统加工系统2§2.1供料系统设计一、概述供料系统作用：将原料、毛坯或者其他物料适时、适量地送到生产系统或者系统中各个工位，包括从工位卸下物料。3供料系统的分类1.小型件料供料系统：它包括储料装置、输料槽、定向定位装置等。其中储料装置有两种形式：料仓式、料斗式。前者需要人工将坯件按一定的方向摆放到仓内，而后者只需将坯体倒入料斗，由料斗自动完向。4供料系统的分类2.散状物料供料系统工作原理：依靠物料自重实现流动供料。组成部分：料仓和给料机。5供料系统的设计原则1.供料速度或节拍与生产系统总体设计相适应；2.尽量采用自动化装置、减轻操作人员劳动强度；3.充分利用机电一体化特性，简化系统结构；4.工作稳定可靠，噪声污染小，不损伤物料；5.经济性合理，使用寿命适当。6二、料仓机构设计1.件料料仓由于坯件的重量和形状是千变万化，因此料仓结构设计没有固定模式。大体可以分成两种结构：坯体自重式、外力作用式。7a和b为自重式c~h为外力作用式82.散状料料仓料仓的出口是所谓的仓斗部分。物料在这里改变流向，经过截面较小的出料口流出，而流出能力在很大程度上取决于它的结构和形状。910需要计算仓斗壁倾角、出口尺寸及排料能力11仓斗壁倾角7aa222arctan[]hab其中是仓斗壁倾角，单位为度。是物料与仓斗壁的静摩擦力，单位为度。对于矩形或者方形锥体料仓，棱角式中h为仓斗垂直高度，单位mma、b为仓的边长，单位mm12出口尺寸以及排料能力式中B为出料口的宽度或直径，单位为mm为物料典型块尺寸，单位为mmbd(3~6)bBd出口尺寸指有效出口截面积：仓斗出口的物料通过能力Q03600QAv式中为物料堆积的密度A为出料口面积v为物料流速013三、机械式料斗设计1.平均供料率与生产率的关系料斗与料仓装置是不一样的，前者是带有定向结构，使料斗中的坯体自动定向。但是坯体在被送出料斗之前能否定向，具有一定偶然性，未完成定向的坯体在料斗出口处被分离，返回料斗中重新定向料斗料斗出口生产系统1N2N14因为有N2存在，所以料斗的供料率不是恒值。为了保证正常生产，应使斗料的平均供料率系统平均QQ2.结构设计主要考虑坯件的特点，如几何尺寸、性状、重心位置等选择合适的定向方法，进而确定料斗的形式。151617四、输料槽设计（1）结构设计输料槽的结构设计取决于坯件的形状。根据运动方式分两种：滚动式和滑动式为了防止坯件因速度较高造成碰撞而跳出槽外，可将输料槽设计成全封闭式、半封闭或者可调整式。18a~d为滚动式输料槽e~h为滑动式输料槽19有些复杂的坯件不容易在料斗内定向，或者在料斗内不能完全定向，需在料斗外的输料槽中再次定向，这就是非料斗定向，也称为二次定向。a和b适合于重心偏置的杆体坯件c适合于圆头或尖头的套状坯件d适合于盖类或者不对称坯件e和f适用于平放的带肩轮、盘、环形坯件2.坯件的非料斗定向20五、送料与隔料机构设计为了简化结构，送料与隔料功能经常设计在同一个机构上。21a-c为直线往复运动式送料、隔料机构。d-e为摆动往复式送料、隔料机构。f-g为旋转式送料、隔料机构。h为复合运动式送料、隔料机构。22输送系统是物流系统的重要组成部分。它将生产系统中的各种设备、各个工序以及存储仓库之间有机地连接起来，并适时、适量地把物料送达指定位置。重力驱动式：依靠物料重力或人的推力实现物料输送的输送系统。用于输送物料。动力驱动式：电动机提供动力实现物料传输的输送系统。输送系统分类：§2.2输送系统设计23一、带输送系统设计构成：输送带、传动系统（电动机、减速器、传动链条和驱动滚筒）、托辊、张紧装置24（一）输送带设计1、输送带材料选择橡胶带:防滑性好、输送可靠；适合于多种输送系统。塑料带:耐酸、油、碱；适合有腐蚀性的物料输送。绳心带:输送带强度高，能承受冲击，寿命长；适合于高速、爬坡或长距离的物料输送。钢网带:用于输送高温物料。2、输送带的接头和强度计算机械接头：适合于橡胶带、绳芯带和塑料带硫化接头：适合于橡胶带和塑料带25输送带的强度取决于带的内部结构和接头形式橡胶带的强度条件：ddBiKSmaxB其中：maxS是稳定运行时带内的最大张力，单位是N是指带宽，单位是cmi衬垫层数K是安全系数d带芯强度绳芯带强度条件：ddBKSmax注意：为了防止带产生疲劳损坏，应控制带的转速：5~3Lvnv输送速度L周长26（二）传动系统设计1、电动机和减速器的选择2、驱动滚筒牵引力计算电动机要起动力矩大。减速器可选蜗轮减速器、行星摆线针轮减速器，也可选圆柱齿轮减速器。)1(eFFFFscscsrp是输送带绕入端张力，单位是NsrF是输送带绕出端张力，单位是NscF输送带与滚筒的摩擦因数输送带在滚筒上的包角27（三）托辊设计（四）电动滚筒的选择设计原则是保证带下垂量小于2.5%托辊间距。具体的数据可以查相关的表格。电动滚筒已成为系列产品，设计是可直接查样本来选。28（五）基本参数的确定1、输送带速度2、输送带的宽度qvQ3600成件物料：vAQD3600散装物料：单位生产率，件/minq散装料堆积密度，t/m3物料在输送带的堆积面积，m2DA输送带速度，m/sv生产效率一定的条件下，提高带速可减少单位长度负载，降低成本。但是带速又不能太高，否则将破坏输送平稳度。输送成件物料：输送散装物料：200bB)5.03600(1.1mmvKQB系数K带速v散装物料堆积密度带宽BQ生产率b件料宽度293、滚筒尺寸1）滚筒直径2）滚筒宽度BFRDs502125iD一般情况下计算公式：100iD硫化接头输送带：机械接头输送带：mmBA)200~100(Fs输送带张力B输送带宽度i织物衬层厚度304、电动机功率的计算0PKP1000)(0vFFPscsr其中：K：功率备用系数,取1.2从电动机至滚筒的传动效率输送带输入、输出端张力，NsrFscF输送带速度，m/svoP滚筒功率KW31（六）输送带张力的计算00wwFqLFqLscFF1012FFF23cFFawFFFFF034gvqFwa22采用逐点计算法Fsc输出端张力F0输送带自重产生的摩擦力Fw物料重量产生的摩擦力Fa装料加速阻力ω运动阻力系数q0输送带自重在L上的均布载荷qw物料重量在L上的均布载荷v输送带速度3241FFeawaFFFcceFc0w04w01)1(FF1cFceFaFF)1c(F）（所以：awFFFFFcF0014)(C是输送带弯曲段张力增大系数，可查表得到而输送带不打滑的条件：33二、链输送系统设计链输送系统由链条、链轮、传递系统组成，对于这一部分我们只讲授它与带输送系统的不同之处。34（一）输送链条机构的选择输送链条的结构：片式套筒滚柱链、弯片链、叉形链、焊接链、可拆链、履带链、齿形链等。常用片式链。35（二）系统基本参数的确定1、链条的速度2、链轮齿数Z控制在8m/s以下根据链速有相应的限制，具体可以查表物料多数由链条上的附件带动前进。36（三）链条张力的计算00LqLqGzzsdrsjrsrFFFsdcsjcscFFF0223tZGvFjsdr其中：0223tZGvFjsdc是链轮节距0tvj链条平均速度zzLq空载边、有载边单位载荷和长度00Lq计算重量G3、链条支撑导轨的设置4、电动机功率的确定：同带输送系统的设计保证链条进入、脱离轨道时中心线呈直线，避免张力突然变化引起抖动。Fsdr、Fsdc绕入端、绕出端动张力Fsjr、Fsjc绕入端、绕出端静张力37三、悬挂输送系统设计节省空间，易于与工艺流程结合38（一）牵引构件的设计1、滑架的结构设计提式滑架：结构简单，适用于无特别要求的场合推式滑架：结构相对复杂，适合于多条输送线组合的生产系统392、链条与链轮设计链条设置成可拆卸链或双铰链40（二）吊具的选择考虑便于物料输送，并保证输送过程中不滑落41（三）转向装置的结构设计悬挂输送系统在水平面内转弯的位置需设置转向装置42（四）驱动装置和张紧装置的设计此部分与链输送装置类似,不同点是输送线路长或线路复杂时，要设置多个驱动装置，分段驱动。张紧装置有坠重式、弹簧螺旋式和螺旋式43四、液体输送系统设计该系统由各种金属或非金属管材、各种管件、及管法兰、各种阀门、以及各种泵。各种元件均以标准化或系列化，故设计应考虑合理选用标准件和通用件44（一）一般标准1、管路系统图符号标准2、管路的分类（二）管材的选用（三）阀门的选用（四）泵的选用设计时根据物料特性、工作压力和温度，借助手册和标准来选择选用时应考虑各种泵的特点，同时兼顾输送系统的工况，查找相关手册。选择步骤：根据管材直径、工作温度及压力、输送物料性质，选取管材选择管道的质材管材的规格和型号选取对应的管件、法兰、垫片等45五、气力输送系统设计输送粉粒体物料生产效率高、设备简单、自动化程度高等46（一）气力输送分类及应用1、稀相气力输送2、密相动压气力输送3、密相静压气力输送4、筒式气力输送输送的气流通常为速度为12~40米/秒输送的气流通常为速度为8~15米/秒柱流气力输送，输送的气流通常为速度为0.2~2米/秒栓流气力输送的气流压力为0.15~0.3MPa利用空气静压实现输送设计时可根据物料的具体情况选择输送类型47（二）设计计算的内容1）系统输送能力计算2）输送比计算3）物料的悬浮速度计算4）输送气流速度选取5）压力损失计算6）风量及气源的功率计算48§2.2物料搬运及存储设备的选择与设计物流技术已受到世界各国政府和企业的高度重视，企业对物流的重视主要基于以下两点：(1)随着机电一体化技术和计算机技术的发展，单机或单元自动化日趋普及，复杂尖端设备的面世，明显减少了加工时间和准备时间。就机械制造而言，材料和零件在车间的总时间中，95%的时间处于停滞或搬运状态，物料在机床上的时间只占5%。在制造业中，总经营费的30%～40%是物料搬运费，物料搬运成为企业利润的重要来源。这一点已被国外发达国家的实践证实。(2)制造自动化是制造业发展的必然趋势，自动化水平的高低已成为衡量一个国家科技水平的重要标志。49一、自动搬运小车的设计（一）概述自动搬运小车可以分为有轨自动小车(RAV)和自动导引小车（AGV）两大类。有轨自动小车是搬运小车发展初期普遍采用的一种方式。但是在车间地面铺设轨道，影响车间空间利用、噪声大、造价高，并影响保洁工作。50（一）AGV的主要设计内容自动导引小车主要由车架、蓄电池、充电装置、电气系统、驱动装置、转向装置、自动认址和精确停位系统、移载机构、安全系统、通讯单元和自动导向系统等组成。511、自动导向系统设计目前有7种导向方法：a)地链牵引导向是早期采用的技术方法，它靠嵌入地下的链索或缆绳来引导。b)电磁感应导向，沿预定的运行路线埋设地下电缆，电缆在地下深30～40mm，上面覆盖有环氧树脂层，导线通以低频正弦波信号，使导线周围产生交变电磁场。在小车上的一对探头可以感应出与小车运行偏差成比例的误差信号，经放大处理后可驱动导向电机，由此带动小车的转向机构就可使AGV沿预定的线路运行。52c)惯性导向d)红外线导向e)激光导向f)光学导向g)示教型导向，当程控小车沿着要求的路径行走一次，即记住行走路线。它实际上可学会新的行走路径，并通知主控计算机它所学到的东西，主控计算机可通知其它的AGV关于这条新的路径的信息。目前使用的自动导向系统主要是电磁式和光学式，其中尤以电磁式更为普遍。53983245671-导向感应线圈2-交流电压放大器3-整流器4-运算放大器5-功率放大器6-直流导向电动机7-减速器8-导向轮9-埋在地下的导线54沿预定轨迹，在路下面铺设一根金属导线，