自动化仓库堆垛机结构

Bi —巷道堆垛机。在货架巷道内任何货位能自动存入和取出货物。i为巷道堆垛机 台数。
Cj —出入库系统。联结货架巷道口和出入库台口的货物输送及缓冲调节设备。j 为独立的链、辊段数。
Dk —AGV（自动地面搬运车辆）或其它地面搬运车辆。用于联结出入库台口和 仓库外部运输车辆（或自动运输线）的货物搬运和装卸。ｋ为搬运车台数。
(c)
提升绳张力
S
=
(W
+
Ff
) (mη)
（15－6）
式中 m——绕绳倍率，图中m＝2；
η——提升系统效率，可取η＝0.98～0.99。
(d) 立柱顶部压力 F = 3S + Gh + Gl
（15－7）
式中 Gh 、 Gl ——分别为顶部滑轮与上横梁的自重。
通过以上分析可知，立体在两个平面内分别承受外载荷作用，对立柱进行受
以△表示求解以A、B、δ为未知数的三元一次方程组的系数行列式，该方程
组是由边界条件确定的。即
1
∆= 0
cos(nH )
0
n
sin(x = 0
0
由△＝0可得到两种情况，(ⅰ) A＝B＝δ＝0，它对原微分方程无意义；
(ⅱ) A、B、δ有无穷多解。我们确定临界载荷时需求其最小值或称本征值。
（15－20）的解。确定θ0值后由 n0 = θ0 H 可得立柱中心受压临界力
Fk = n02 EI1x
（15－21）
E是结构材料的弹性模量。
图15－9 θ0值求解曲线
（3） 沿巷道横向平面（即XOZ平面）
图15－10 XOZ平面内结构受力简图
参看图15－3，在XOZ平面内由于上部导轨的导向作用，计算简图如图15－10 所示。在此平面内立柱也是压弯构件，轴向压力为F，横向弯矩
展开后整理得
tg(nH ) = 1
δ 11nEI1x
变化公式（15-17）得
（15－17）
8
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tg(nH ) = H ⋅ 1
δ11EI1x nH
令θ=nH，则 tgθ = H ⋅ 1 δ 11 EI1x θ
E—管理控制中心。包括整个仓库的信息、数据处理的管理计算机、监控终端、
货物形状重量检测显示、条形码阅读设备及有关主要电气控制操作台等。
第二节 巷道堆垛机
1
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巷道堆垛机是立体仓库中用于搬运和存取货物的主要设备。是随立体仓库的 使用而发展起来的专用起重机。巷道堆垛机起重量一般不超过2吨，特殊情况可 达4～5吨，起升高度最高到40米，大多数在20米左右，堆垛机正常的作业过程是： 在高层货架区的巷道内沿纵向往返运行（运行机构），载货台沿立柱高度方向升 降（起升卷绕机构），货叉从巷道横向伸入货格或缩回（货叉伸缩机构）。堆垛 机由以上三个机构运行，可以从巷道口到巷道内两侧任何一个货格位置完成货物 的存取作业。因此，堆垛机具有整机结构高而窄，其金属结构设计时强度、刚度 及稳定性均有很高要求的特点。另外依据结构形式可分为单立柱和双立柱两种类 型。如图15－2所示。
力分析亦应分两个平面考虑。
（2） 沿巷道纵向平面（即YOZ平面）
① YOZ平面内计算简图
当载货台满载位于最高位置，以最大加（减）速度起（制）动，立柱受力处
于最不利情况。此时的YOZ平面结构计算简图如图15－6。图中H和B分别为堆垛机
总高与走轮间距；PH为水平惯性力，h为上滚轮距立柱顶端的距离，b1和b2分别为 立柱截面X方向中性轴到下横梁两支点（车轮中心线）的距离。图中的轴向压力F
图15－3 单立柱堆垛机结构示意图 1- 立柱; 2-货叉机构; 3-载货台; 4-导轨; 5-地面轨道;
6-提升机构; 7-钢丝绳; 8-滑轮; 9-上部导轨。
当载荷处于最高位置时，立柱的受力状况最为不利，这时各部分的载荷位置 及尺寸示于图15－4。参看图15－4，由力学平衡条件可求得载货台滚轮对立柱导 轨的作业力和提升总拉力。 图中 Q ——额定起重量（kN）；
第十五章 自动化立体仓库巷道堆垛机结构
第一节 自动化仓库系统简介
自动化仓库系统(AS/RS—Automated Storage and Retrieval System)是在不直接 进行人工处理的情况下能自动地存储和取出物料的系统。如图15－1所示。
它主要包括:
图15-1 自动化仓库平面布置示意图
A —货架。立体多层式，用于存放货箱（单元）。
i1
=
EI 2x b1
；
i2
=
EI 2x b2
则：
r11
=
3i1
+ 3i2
=
3EI
2
x
1 b1
+
1 b2
=
3EI
2
x
b1 + b2 b1b2
由 r11 和 δ11 的物理含义可得如下关系式：
( ) δ11
=
1 r11
=
b1b2 3EI 2x b1 + b2
（15-19）
9
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Gt ——载货台自重（kN）； Gs——包括司机体重在内的司机室自重（kN）； Gc——货叉机构自重（kN）；
3
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图15－4 载货台受力分析简图
Gc′ ——伸出部分货叉自重（kN）；
L1、L2、L3、L0、Ls、e——各种载荷作用位置（mm）； Pz 、Pc ——分别为导轨对正滚轮和侧滚轮的反作用力（kN）； T——提升总拉力（kN）。
图15－2 堆垛机结构简图 (a) 单立柱形式；(b)双立柱形式。
第三节 单立柱巷道堆垛机结构计算
目前多数立体仓库采用的是单立柱结构的巷道堆垛机，如图15－3所示。它 的优点是构造简单，横向尺寸紧凑，巷道宽度可以小，而且围绕立柱可以选用不 同载货台。它的缺点是受力情况比较复杂，特别是在大型立体仓库里，立柱高达 20米以上，载货重量达1500公斤，立柱难以保证具有足够的强度、刚度和稳定性。 下面应用极限状态法，按照钢结构设计新规范的有关规定，对堆垛机结构进行强
将（15－19）式代入（15－18）式得
ctgθ
=
b1b2 I1x
3(b1 + b2 )I 2x H
θ
=
Cθ
（15－20）
式中 I1x 、I2x ——分别是立柱和下横梁截面X方向的惯性矩；
C = b1b2 I1x 是由结构尺寸确定的常数。
3(b1 + b2 )I 2x H
C值确定后，公式的ctgθ可利用图15－9求θ值，交点P所对应的θ0就是式
Sw ——立柱振动系数， Sw = cosωnt −1, Sw的最大绝对值取2。 其中 ωn ——立柱振动圆频率。 ② 弯矩放大系数 由图15－6可见，在YOZ平面内，立柱承受轴向压力F、横向力PH 和横向力矩 Mz的共同作用，是压弯构件，它可以简化认为：轴向压力始终平行于Z轴，并在 顶端作用有弯矩，因而立柱弯曲变形可用图15－7表示。图中f0 是由横向载荷PH 与Mz 的作用在顶端产生的挠度。在轴向力F的作用下，挠度由f0 增大为f，根据弹 性分析和有关公式：
由图15－7，立柱任意截面Z的弯矩为：
M (z) = F ( f − y) + PH (H − z) + M z
令
M x (z) = PH (H − z) + M z
（15－12） （15－13）
并称 M x (z) 为横向弯矩，则有
M (z) = F( f − y) + M x (z)
（15－14）
5
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可用式（15－7）计算，立柱横向力矩用下式计算：
M z = Pz Ls
以公式（15-1）代入上式，则
（15－8）
M z = (Q + Gc )L1 + Gt L2 + Gs L3 − Te
立柱横向力 PH 用下式计算
在式（15-13）、（15-14）中，当z=0，y=0，立柱根部有最大弯矩：
M y=0 max x=0
= Mx
+ Ff
=
M
x
+
Ff 0 1−α
=
Mx 1−α
(1− α
)+
Ff 0 Mx
=
Mx 1−α
1 +
Fk f 0 Mx
−
1α
=
βmM x 1−α
=ηxM x
（15－15）
式中
βm
= 1 +
（15-16）
③ 立柱结构临界载荷
参看图15－8，当立柱顶端作用有临界力Fk ，产生侧位移δ时，下端由于下 横梁的抗弯刚度阻碍其自由产生转角,因此下横梁是立柱的弹性支座,弹性转角
为Φ,ϕ = δ11Fkδ 是支座截面上作用单位载荷( m = 1)时引起的弹性变形。根据压杆 稳定计算的基本假定,从图15－8可得立柱任意截面(图示的Z截面)上的力学平衡 方程:
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度、刚度和稳定性分析计算，为有关设计计算提供理论依据。 1、 结构计算简图 （1） 外载荷计算 巷道堆垛机沿巷道内的地面轨道运行，视为Y轴向运行，立柱上的载货台沿
导轨升降，视为Z轴向运行；载货台的货叉对巷道两边货架进行存取作业，视为X 轴向运行。图15－3是堆垛机正常作业的示意图。