立体仓库毕业设计

1.绪论11.绪论近年来，随着企业生产与管理的不断提高，越来越多的企业认识到物流系统的改善与合理性对企业提高生产率、降低成本非常重要。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的起重堆垛设备。本文着重就堆垛机的结构设计进行初步研究。1.1研究背景及内容1.1.1有轨巷道堆垛机的发展自动化立体仓库是现代物流中的重要组成部分，它是在不直接进行人工处理的情况下自动存取物料的系统，是现代工业社会发展的高科技产物，对提高生产率、降低成本有着重要意义。在20世纪70年代初期，我国开始研究采用有轨巷道式堆垛机(简称堆垛机)的立体仓库。1980年我国第一座自动化立体仓库在北京汽车制造厂投产，从此自动化立体仓库在我国得到了迅速发展。巷道堆垛机是自动化立体仓库中的核心物流设备，是随着自动化立体仓库的出现而发展起来的专用起重机，它是仓库中使用最广泛的物料搬运设备，也是物流仓储系统的最重要设备，其用途是在自动化立体仓库的货架巷道间来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存入货格，或者相反取出货格内的货物运送到巷道口[2]。早期的堆垛机是在桥式起重机的起重小车上悬挂一个门架，利用货叉在立柱上的上下运动及立柱的旋转运动来搬运货物，通常称之为桥式堆垛机[3]。1960年左右在美国出现了巷道堆垛机，这种堆垛机是在地面的导轨上行走，利用货架上部的导轨防止倾倒，或者相反，在上部导轨上行走，利用地面导轨防止倾倒[[4]随着立体仓库的发展，巷道堆垛机逐渐替代了桥式堆垛机。在口本从1967年开始安装高度为25米高度的堆垛机。随着计算机控制技术和自动化立体仓库的发展，堆垛机的应用越来越广泛，技术性能越来越好，高度也在不断增加，到1970年实现了由货架支承的高度为40米的堆垛机。堆垛机的运行速度也不断提高，目前堆垛机水平运行速度最高达200m/min(小载重量的堆垛机己达300m/min)，起升速度高达120m/min，货叉伸缩速度达50m/min。1.1.2有轨巷道堆垛机的类型有轨巷道堆垛机可按其结构形式、支承方式和运行轨迹等进行分类，一般可分为以下几种类型:(1)按结构形式，分为双立柱有轨巷道堆垛机和单立柱有轨巷道堆垛机：①双立柱有轨巷道堆垛机双立柱有轨巷道堆垛机由两根立柱、上横梁、下横梁和带货叉的载货台组成，立柱、上横梁和下横梁组成一个长方形的框架，一般称为机架。立柱形式有方管和圆管两种，方管可兼作起升导轨，圆管需要附加起升导轨。这种堆垛机的最大优点就是强度和刚性都比较好，能快速起、制动，并且运行平稳。一般用在起升高度较高、起重量较大和水平运行速度较高的立体仓库中，其缺点是自重较大。西安工业大学毕业设计（论文）35其结构如图1.1所示。图1.1双立柱有轨巷道堆垛机②单立柱有轨巷道堆垛机单立柱有轨巷道堆垛机的机架由一根立柱、下横梁和上横梁组成。立柱多采用型钢或焊接制作，立柱上附加导轨。整机重量较轻，消耗材料少，因此制造成本相对较低，但刚性稍差。由于载货台和货物对立柱有偏心作用，以及行走、制动时产生的水平惯性力作用，使单立柱有轨巷道堆垛机在使用上有较大的局限性。不适于起重量大和水平运行速度高的堆垛机。单立柱堆垛机的起升结构，普遍采用钢丝绳传动，由电机减速机驱动卷筒转动，通过钢丝绳牵引载货台沿立柱或起升导轨作升降运动。对于钢丝绳传动，传动和布置相对容易，但定位准确性稍差。其结构如图1.2所示。图1.2单立柱有轨巷道堆垛机(2)按支承方式分类，有轨巷道堆垛机分为悬挂型和地面支承型。①悬挂型有轨巷道堆垛机悬挂型有轨巷道堆垛机悬挂在巷道上方的轨道上运行，其运行机构安装在堆垛机门架的上部。在地面铺设导轨，使门架下部的导向轮以一定的间隙夹在导轨的两侧，从而防止堆垛机运行时产生摆动和倾刹。悬挂式堆垛机有如下优点:在设计门架时，可以不考虑横向的弯曲强度，钢结构的自重可以减轻，加减速时的惯性摆动小，稳定所需的时间短;其缺点是维修和检查不方便。西安工业大学毕业设计（论文）3②地面支承型有轨巷道堆垛机堆垛机的运行轨道铺设在地面上，堆垛机用下部行走轮支承和驱动，上部导向轮用来防止堆垛机倾倒或摆动。和悬挂型有轨巷道堆垛机相比，这种堆垛机的立柱主要考虑轨道平面内的弯曲强度，因此，需要加大立柱在行走方向截面的惯性矩。由于驱动装置均装在下横梁上，容易保养和维修。(3)按其运行轨迹形式不同，分为直线运行型堆垛机和曲线运行型堆垛机。①直线运行型堆垛机直线运行型堆垛机只能在巷道内直线轨道上运行，不能自行转换巷道。只能通过其他输送设备转换巷道，直线运行型堆垛机可以实现高速运行，能够满足出入库频率较高的立体仓库作业，应用最为广泛。②曲线运行型堆垛机曲线运行型堆垛机行走轮与下横梁是通过垂直轴铰接的，能够在环形或其他曲线轨道上运行，不通过其他输送设备便可以从一个巷道自行转移到另一个巷道。曲线运行型堆垛机在使用上有局限性，只适用于出入库频率较低的立体仓库。本文研究的堆垛机是结构形式为双立柱，支承方式为地面支承型，并且其运行轨迹为直线型巷道堆垛机。1.1.3有轨巷道堆垛机的发展现状及特点随着经济全球化步伐的口益加快和信息技术的快速发展，传统行业和消费方式正发生着深刻的变化，物流在经济活动中的作用越来越受到企业的重视，物流人才的需求也在口益增长。目前，物流人才已经被列为我国12大类紧缺人才之一，有报道称“物流人才的需求已超过600万”。物流实验室的建设正是要搭建一座理论与实践的桥梁，目前，我国许多高校已经建立了物流实验室，据不完全统计，已经有160多所高校建立了自己的物流实验室。物流实验室为学生提供实训平台，深化学生对现代物流理论的理解，提高学生的操作能力，内融机械、电气、电子及计算机等技术于一体的综合技术，在这种技术中，不同领域和层次的知识与能力融会在一起。另外，为了更好的模拟货物在自动化立体仓库各仓储单元内存储的物流过程，研究提高物流效率以及堆垛机性能和作业效率方法，许多物流研究中心业纷纷建立起来。山东大学现代物流控制实验中心是目前我国第一个现代的物流控制实验室，在物流调度、物流控制、机械手拣选控制和机器视觉的综合研究和开发应用方面目前处于国内领先地位。图1.3是研究中心的小型仓储系统图1.3小型仓储系统西安工业大学毕业设计（论文）41.2变频调速技术简介1.2.1变频器概述目前，交流调速传动已经上升为电气调速传动的主流。中、小容量范围内，采用自关断器件的全数字控制PWM变频器己经实现了通用化。全数字控制方式的软件功能不但考虑到通用变频器自身的内在性能，而且还融入了大量的实用经验和技术、技巧，使得通用变频器的RAS三性(Reliability,Availability,Serviceability，可靠性、可使用性、可维修性)功能得以充实。由于通用变频器具有调速范围宽、调速精度高、动态响应快、运行效率高、功率因数高、操作方便且便于同其他设备接口等一系列优点，所以应用越来越广泛，社会经济效益十分显著。1.2.2变频器的分类：(1)按照主电路工作方式分类。当按照主电路工作方式进行分类时，变频器可以分为电压型变频器和电流型变频器。电压型变频器的特点是将直流电压源转换为交流电源，而电流型变频器的特点则是将直流电流源转换为交流电源。①电压型变频器。在电压型变频器中，整流电路或者斩波电路产生逆变电路所需要的直流电压，并通过中间电路的电容进行平滑后输出。整流电路和直流中间电路起直流电压源的作用，而电压源输出的直流电压在逆变电路中被转换为具有所需频率的交流电压。在电压型变频器中，由于能量回馈给直流中间电路的电容，并使直流电压上升，还需要有专用的放电电路，以防止换流器件因电压过高而被破坏。②电流型变频器。在电流型变频器中，整流电路给出直流电流，并通过中间电路的电抗将电流进行平滑后输出。整流电路和直流中间电路起电流源的作用，而电流源输出的交流电流在逆变电路中被转换为所需要的交流电流，并被分配给各输出相后作为交流电流提供给电动机。在电流型变频器中，电动机定子电压的控制是通过检测电压后对电流进行控制的方式实现的。对于电流型变频器来说，在电动机进行制动的过程中可以通过将直流中间电路的电压反向的方式使直流电路变为逆变电路，并将负载的能量回馈给电源。由于在采用电流控制方式时可以将能量回馈给电源，而且在出现负载短路等情况时也更容易处理，电流型控制方式更适合子大容量变频器。(2)按照开关方式分类。按照逆变电路的开关方式对变频器进行分类，则变频器可以分为PAW控制方式，PWM控制方式和高载频PWM控制方式三手中。①PAM控制PAM控制是PulseAmplitudeModulation(脉冲振幅调制)控制的简称，是一种在整流电路部分对输出电压(电流)的幅值进行控制，而在逆变电路部分对输出频率进行控制的控制方式。因为在PAM控制的变频器中逆变电路换流器件的开关频率即为变频器的输出频率，所以这是一种同步调节方式。②PWM控制PWM控制是PulseWidthModulation(脉冲宽度调制)控制的简西安工业大学毕业设计（论文）5称，是在逆变电路部分同时对输出电压(电流)的幅值和频率进行控制的控制方式。在这种控制方式中，以较高频率对逆变电路的半导体开关元器件进行开闭，并通过改变输出脉冲的宽度来达到控制电压(电流)的目的。③高载频PWM控制这种控制方式原理上实际是对PWM控制方式的改进，是为了降低电动机运转噪音而采用的一种控制方式。在这种控制方式中，载频被提高到入耳可以听到的频率(10-20KHz)以上，从而达到降低电动机噪音的目的。这种控制方式主要用于低噪音型的变频器，也将是今后变频器的发展方向。由于这种控制方式对换流器件的开关速度有较高的要求，所用换流器件只能使用具有较高开关速度的IGBT和MOSFET等半导体元器件，目前在大容量变频器中的利用仍然受到一定限制。但是，随着电力电子技术的发展，具有较高开关速度的换流元器件的容量将越来越大，所以预计采用这种控制方式的变频器也将越来越多。PWM控制和高载频PWM控制都属于异步调速方式，即变频器的输出频率不等于逆变电路换流器件的开关频率。(3)按照工作原理分类。按照工作原理对变频器进行分类，按变频器技术的发展过程可以分为U/f控制方式、转差频率控制方式和矢量控制方式三种。①U/f控制变频器Ulf控制是一种比较简单的控制方式。它的基本特点是对变频器输出的电压和频率同时进行控制，通过使U/f(电压和频率的比)的值保持一定而得到所需的转矩特性。采用Ulf控制方式的变频器控制电路成本较低，多用于对精度要求不太高的通用变频器。②转差频率控制变频器转差频率控制方式是对Ulf控制的一种改进。在采用这种控制方式的变频器中，电动机的实际速度由安装在电动机上的速度传感器和变频器控制电路得到，而变频器的输出频率则由电动机的实际转速与所需转差频率的和被自动设定。从而达到在进行调速控制的同时控制电动机输出转矩的目的。转差频率控制是利用了速度传感器的速度闭环控制，并可以在一定程度上对输出转矩进行控制，所以和Ulf控制方式相比，在负载发生较大变化时仍能达到较高的速度和具有较好的转矩特性。但是，由于采用这种控制方式时需要在电动机上安装速度传感器，并需要根据电动机的特性调节转差，通常多用于厂家指定的专用电动机，通用性较差。③矢量控制变频器矢量控制是70年代由西德B1aschke等人首先提出来的对交流电动机的一种新的控制思想和控制技术，也是交流电动机的一种理想的调速方法。矢量控制的基本思想是将异步电动机的定子电流分为产生磁场的电流分量(励磁电流)和与其相垂直的产生转矩的电流分量(转矩电流)并分别加以控制。由于在这种控制方式中必须同时控制异步电动机定子电流的幅值和相位，即控制定子电流矢量，这种控制方式被称为矢量控制方式。矢量控制方式使对异步电动机进行高性能的控制成为可能。采用矢量控制方式的交流调速系统不仅在调速范围上可以与直流电动机相匹敌，而且可以直接控制异步电动机产生的转矩。所以已经在许多需要进行精密控制的领域得到了应用。西安工业大学毕业设计（论文）6(4)按照用途分类。按照用途对变频器进行分类时变频器可以分为以下几种类型。①通用变额器顾名思义，通用变频