巷道式堆垛机货叉的力学模型及研究
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[ 3] 苏 翼 林 .材 料 力 学[ M] .北 京 :高 等 教 育 出 版 社 , 1987 .
[ 4] 王金诺 .起重运输 机金 属结构[ M] .北京 :中国 铁道 出版社 , 2002.
[ 5] 维 信 .机械最优 化设 计[ M] .北京 :清 华大学 出版 社 , 1994.
Abstract :Wit h t he wide use of autom ated st orage f acilit ies , the ef ficiency of the st acker needs t o be improved m ore and m ore .T he st acke r devices play an i mpo rt ant role in the process o f g oods sto rag e and taking .T hi s paper gi ves t he mechanical analysi s o f the t unnel -ty pe cargo stacker f ork , the limit of def o rm atio n fo r stacker in a stat e of goo ds cross , w hich provide s ref erence f or the optimized design o f goo ds f ork st ruct ure . Key words:t unnel -stacker ;goo ds f ork ;mechanical analy sis
轮齿条机构直接驱动中间叉伸缩运动 , 其受力图
如图 3 所示 .
(a)BC 段的受力简图
1 底叉 2 中叉 3 上叉 图 1 货叉的载荷简图
2 .1 固定叉的力学分析 固定叉在货叉机 构的最底层 , 和载货台架 固
联 , 在货叉伸缩运行中它固定不动 , 其受力图如图 2 所示.
图 2 固定叉的受力图
＊ 收稿日期 :2008-12-02 作者简介 :孙永吉 (1979-), 男 , 甘肃庆阳人 , 讲师 .
34
兰 州 工 业 高 等 专 科 学 校 学 报 第 16 卷
叉与下叉之间均 有合适的 导向接触 长度 , 保证 3 层货叉伸出时的相对刚度要求 .图 1 为当堆垛 机 货叉上叉运行到最大距离时载荷 简图 , 其中底 叉 固定在载货台上 , 中叉 运行到货叉行 程的 1/ 3 距 离 , 此时有 2 个导向轮支承 , 上叉相对于中叉运行 货叉行程的 2/ 3 , 也有 2 个导向轮支承 , 与中叉相 连.
孙永吉1 , 邹雪梅2 , 邹雪娟2
(1 .兰州工业 高等专科学校 工程训练中心 , 甘肃 兰州 730050; 2.中国石油兰州石化公司 , 甘肃 兰州 730060)
摘要 :随着自动化仓储设施的广泛应用 , 不断要求提高堆垛机的效率 .在取存货物的过程中 , 堆垛
机的存取货装置起着重要的作用 .对巷道式堆垛机的货叉进行力学分析 , 得到了堆垛机在极限状
The Mechanical Model and Research of Tunnel -stacker Goods Fork S U N Yong -ji1 , ZO U Xue -mei2 , ZO U Xue -juan2
(1 .The Engineering T raining Center of Lanzhou P oly technic Colleg e , Lanzhou 730050 , China ; 2.Lanzho u P etro chemical Co mpany of Pe trochina , Lanzhou 730060 , China)
∫ ∫ Z1
=
a +b
θ1 dx
0
=θ0 x -
a+b M(x)dx 2 . 0 EI 1
所以 , 当 x =a +b 时 ,
(3)
θ1 =-F7BEaIb1((2aa++bb)),
Z1 =-F6BEaIb1((2aa++bb))(c +d +e +f ).
2 .2 中间叉的力学分析
中间叉在货叉机构的中间 层 , 动力源通 过齿
参考文献 :
图 4 上叉受力简图
DE 段的弯矩方程为
M(x)=
Qe d
x
,0
≤x
≤d .
转角方程为
∫ θ4 =θ0 -
d 0
ME(Ix3)dx .
挠度方程为
[ 1] [ 日] 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] [ 苏] IA .A .斯麦 霍夫 .自动 化仓 库[ M] .北 京 :机械 工业出版社 , 1984 .
堆垛机货叉一般采用 3 级直线 差动机构 , 这 种结构形式的货叉由动力驱动和上 、中 、底 3 叉以 及导向部分构成[ 2] , 底叉固定在载货台上 , 中叉可 在齿轮齿条的驱动下 , 相对于底叉向两侧伸 出一 定距离 , 上叉在安装 于中叉上的增速机构的 带动 下相对中叉向外伸出更长的距 离 , 实现向货 位内 存取货物 .这种机构 的特点是上叉相对于中 叉伸 出的距离为伸出行程的 2/3 , 而中叉相对于下叉伸 出的距离为伸出行程的 1/ 3 , 上叉与中叉之间 、中
2 堆垛机货叉的力学分析[3]
货叉是堆垛机存 、取货的关键部件 , 它在工作 时前叉要伸入货架中 , 所以 , 在设 计货叉时 , 应 使 前叉的厚度尽量薄 , 同时 , 叉前端的挠度应控制在 最小为设计目标 .将货叉分解为固定叉 、中间叉和 前叉分别进行考虑 , 货叉的载荷简图如图 2 所示 .
态下货叉的变形情况 , 对货叉结构的优化设计提供了一种参考 .
关 键 词 :巷道式堆垛机 ;货叉 ;力学分析
中图分类号 :T H 246
文献标识码 :A
0 引言
随着 国民经济 的发展和 科学技术 水平的 提 高 , 自动化立体仓储设 施受到越来越多的重视 和 欢迎 , 它的用户几乎遍及了各行各业 .自动化立体 仓库(AS/ RS)是由立体货架 、有轨巷道堆垛机 、出 入库托盘输送机系统 、尺寸检测条码阅读系统 、通 讯系统 、自动控制系统 、计算机监 控系统 、计算 机 管理系统以及其他如电线电缆桥架配电柜 、托盘 、 调节平台 、钢结构平台 等辅助设备组成的复杂 的 自动化系统[ 1] .运用一流的集成化物流理念 , 采用 先进的控制 、总线 、通讯和信息技 术 , 通过以上 设 备的协调动作 , 按照用 户的需要完成指定货物 的 自动有序 、快速准确 、高效的入库 出库作业 .堆 垛 机是自动化立体仓库最重要的搬运设备 , 是实现 物资流动的载体 , 它在高层货架巷道往返运行 , 将 货物存入或取出 , 从而实现物资的流动 .用户对设 备的性能尤其对实现货物存取的堆垛机的性能提 出了越来越高的要求 , 包括高速 、运行稳定性 、长 寿命和低噪声等 .存取 货装置是巷道式堆垛机 重 要组成部分 , 对准确定位 , 平稳存取货起着重要的 作用 .
,
Z
5
= Q ed (e + f ). 6EI 3
3 结语
在堆垛机货叉设计时 , 要充分考虑在载货台 和立柱为刚性时条件下 , 进行伸缩货叉 工作的总 挠度计算 .通过上述计算 , 伸缩货叉的总挠度为 :
Z =Z 1 +Z 2 +Z 3 +Z 4 +Z 5 . 在设计货叉时 , 总挠度应控制在 5～ 10 ㎜范围 内[ 5] , 以保证堆垛机在存取货 物过程中货叉 能够 准确定位 , 安全平稳完成任务 .
M(x)=-Q(c
+d b
+e)x
,0
≤x
≤b .
转角方程为
∫ θ2 =θ0 -
b 0
ME(Ix2 源自文库dx .
挠度方程为
∫ ∫∫ Z2
b
b
= θ2 d x = θ0 x -
0
0
b 0
ME(I x2)d x2
.
所以 , 当 x =b 时 C 处转角和最右端的挠度为
θ2
=-Q
b(c +d 3EI 2
+e),
当 a ≤ x ≤a +b 时 , 弯矩方程 :
M(x)
=aF
Bbx +b
-FB (x
-a).
C 处的转角
∫x
θ1 =θ0 0
M(x)d x EI 1
=θ0 -
F 2E
B
I
1
(abx+2 b
+(x
-a)2 ).
引起的挠度为
(1) (2)
(b)BC 段为刚性的受力简图 图 3 中间叉的受力简图
BC 段的弯矩方程为
本文对巷道式堆垛机的存取货装置建立力学 模型并进行静力学分析 , 得到了堆垛机在极 限状 态下货叉的变形情况 , 为货叉结构的优化设 计提 供一种参考 .
1 堆垛机货叉的结构
1 .1 存取货装置的分类[ 4] 现在国内外自动化立体仓库堆垛机所用的存
取货装置主要有 :1)电磁或真空吸盘存取装置 ;2) 机械抓取式存取装置 ;3)旋转抓取装置 ;4)伸缩 货叉存取装置 .其中 , 伸缩货叉 式应用最为普遍 . 下面主要对伸缩式货叉进行分析 . 1 .2 货叉的结构
+d)(c
+d)2
-ec2]
(e
+f
).
2 .3 上叉的力学分析
上叉在货物的作用下 , 在 D 处和 E 处产生支
反力 , 上叉板受力图如图 4 所示 .
∫ ∫∫ Z5
=
d
θ3 dx
0
=θ0 x -
d 0
d M(x)dx2 . 0 EI 3
当 x -d 时 , E 处的转角和最右端的挠度为
θ4
=Q ed 6EI 3
第 16 卷 第 2 期 2009 年 4 月
兰州工业高等专科学校学报 Journal of L anzhou Poly technic Co llege
文章编号 :1009 -2269(2009)02 -0033-03
Vol .16 , No .2 Apr ., 2009
巷道式堆垛机货叉的力学模型及研究＊
35
d ≤ x ≤(d +c).
当 x = c +d 时 , E 处的挠度为
Z3
=-6
Q EI 2
d
[
(e
+d)(c
+d)3
-ec3]
.
C 处的转角方程为
∫ θ3 =
c+d 0
ME(Ix2)dx .
当 x = c +d 时 , 最右端的挠度为 Z4 =θ3 (e +f )=
- Q[ 2EI 2d
(e
Z2
=-Q
b(c 3
+d EI 2
+e)(c +d +e +f ).
将 BC 段作为刚性 , C 点作为固定端考虑 , D 和
E 点产生的支反力如图 3(b)所示 .
CD 段的弯矩方程为 M(x)= Qde(x -d)+(e +dd)Qx ,
第 2 期 孙永吉等 :巷道式堆 垛机货叉的力学模型及研究
[ 4] 王金诺 .起重运输 机金 属结构[ M] .北京 :中国 铁道 出版社 , 2002.
[ 5] 维 信 .机械最优 化设 计[ M] .北京 :清 华大学 出版 社 , 1994.
Abstract :Wit h t he wide use of autom ated st orage f acilit ies , the ef ficiency of the st acker needs t o be improved m ore and m ore .T he st acke r devices play an i mpo rt ant role in the process o f g oods sto rag e and taking .T hi s paper gi ves t he mechanical analysi s o f the t unnel -ty pe cargo stacker f ork , the limit of def o rm atio n fo r stacker in a stat e of goo ds cross , w hich provide s ref erence f or the optimized design o f goo ds f ork st ruct ure . Key words:t unnel -stacker ;goo ds f ork ;mechanical analy sis
轮齿条机构直接驱动中间叉伸缩运动 , 其受力图
如图 3 所示 .
(a)BC 段的受力简图
1 底叉 2 中叉 3 上叉 图 1 货叉的载荷简图
2 .1 固定叉的力学分析 固定叉在货叉机 构的最底层 , 和载货台架 固
联 , 在货叉伸缩运行中它固定不动 , 其受力图如图 2 所示.
图 2 固定叉的受力图
＊ 收稿日期 :2008-12-02 作者简介 :孙永吉 (1979-), 男 , 甘肃庆阳人 , 讲师 .
34
兰 州 工 业 高 等 专 科 学 校 学 报 第 16 卷
叉与下叉之间均 有合适的 导向接触 长度 , 保证 3 层货叉伸出时的相对刚度要求 .图 1 为当堆垛 机 货叉上叉运行到最大距离时载荷 简图 , 其中底 叉 固定在载货台上 , 中叉 运行到货叉行 程的 1/ 3 距 离 , 此时有 2 个导向轮支承 , 上叉相对于中叉运行 货叉行程的 2/ 3 , 也有 2 个导向轮支承 , 与中叉相 连.
孙永吉1 , 邹雪梅2 , 邹雪娟2
(1 .兰州工业 高等专科学校 工程训练中心 , 甘肃 兰州 730050; 2.中国石油兰州石化公司 , 甘肃 兰州 730060)
摘要 :随着自动化仓储设施的广泛应用 , 不断要求提高堆垛机的效率 .在取存货物的过程中 , 堆垛
机的存取货装置起着重要的作用 .对巷道式堆垛机的货叉进行力学分析 , 得到了堆垛机在极限状
The Mechanical Model and Research of Tunnel -stacker Goods Fork S U N Yong -ji1 , ZO U Xue -mei2 , ZO U Xue -juan2
(1 .The Engineering T raining Center of Lanzhou P oly technic Colleg e , Lanzhou 730050 , China ; 2.Lanzho u P etro chemical Co mpany of Pe trochina , Lanzhou 730060 , China)
∫ ∫ Z1
=
a +b
θ1 dx
0
=θ0 x -
a+b M(x)dx 2 . 0 EI 1
所以 , 当 x =a +b 时 ,
(3)
θ1 =-F7BEaIb1((2aa++bb)),
Z1 =-F6BEaIb1((2aa++bb))(c +d +e +f ).
2 .2 中间叉的力学分析
中间叉在货叉机构的中间 层 , 动力源通 过齿
参考文献 :
图 4 上叉受力简图
DE 段的弯矩方程为
M(x)=
Qe d
x
,0
≤x
≤d .
转角方程为
∫ θ4 =θ0 -
d 0
ME(Ix3)dx .
挠度方程为
[ 1] [ 日] 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] [ 苏] IA .A .斯麦 霍夫 .自动 化仓 库[ M] .北 京 :机械 工业出版社 , 1984 .
堆垛机货叉一般采用 3 级直线 差动机构 , 这 种结构形式的货叉由动力驱动和上 、中 、底 3 叉以 及导向部分构成[ 2] , 底叉固定在载货台上 , 中叉可 在齿轮齿条的驱动下 , 相对于底叉向两侧伸 出一 定距离 , 上叉在安装 于中叉上的增速机构的 带动 下相对中叉向外伸出更长的距 离 , 实现向货 位内 存取货物 .这种机构 的特点是上叉相对于中 叉伸 出的距离为伸出行程的 2/3 , 而中叉相对于下叉伸 出的距离为伸出行程的 1/ 3 , 上叉与中叉之间 、中
2 堆垛机货叉的力学分析[3]
货叉是堆垛机存 、取货的关键部件 , 它在工作 时前叉要伸入货架中 , 所以 , 在设 计货叉时 , 应 使 前叉的厚度尽量薄 , 同时 , 叉前端的挠度应控制在 最小为设计目标 .将货叉分解为固定叉 、中间叉和 前叉分别进行考虑 , 货叉的载荷简图如图 2 所示 .
态下货叉的变形情况 , 对货叉结构的优化设计提供了一种参考 .
关 键 词 :巷道式堆垛机 ;货叉 ;力学分析
中图分类号 :T H 246
文献标识码 :A
0 引言
随着 国民经济 的发展和 科学技术 水平的 提 高 , 自动化立体仓储设 施受到越来越多的重视 和 欢迎 , 它的用户几乎遍及了各行各业 .自动化立体 仓库(AS/ RS)是由立体货架 、有轨巷道堆垛机 、出 入库托盘输送机系统 、尺寸检测条码阅读系统 、通 讯系统 、自动控制系统 、计算机监 控系统 、计算 机 管理系统以及其他如电线电缆桥架配电柜 、托盘 、 调节平台 、钢结构平台 等辅助设备组成的复杂 的 自动化系统[ 1] .运用一流的集成化物流理念 , 采用 先进的控制 、总线 、通讯和信息技 术 , 通过以上 设 备的协调动作 , 按照用 户的需要完成指定货物 的 自动有序 、快速准确 、高效的入库 出库作业 .堆 垛 机是自动化立体仓库最重要的搬运设备 , 是实现 物资流动的载体 , 它在高层货架巷道往返运行 , 将 货物存入或取出 , 从而实现物资的流动 .用户对设 备的性能尤其对实现货物存取的堆垛机的性能提 出了越来越高的要求 , 包括高速 、运行稳定性 、长 寿命和低噪声等 .存取 货装置是巷道式堆垛机 重 要组成部分 , 对准确定位 , 平稳存取货起着重要的 作用 .
,
Z
5
= Q ed (e + f ). 6EI 3
3 结语
在堆垛机货叉设计时 , 要充分考虑在载货台 和立柱为刚性时条件下 , 进行伸缩货叉 工作的总 挠度计算 .通过上述计算 , 伸缩货叉的总挠度为 :
Z =Z 1 +Z 2 +Z 3 +Z 4 +Z 5 . 在设计货叉时 , 总挠度应控制在 5～ 10 ㎜范围 内[ 5] , 以保证堆垛机在存取货 物过程中货叉 能够 准确定位 , 安全平稳完成任务 .
M(x)=-Q(c
+d b
+e)x
,0
≤x
≤b .
转角方程为
∫ θ2 =θ0 -
b 0
ME(Ix2 源自文库dx .
挠度方程为
∫ ∫∫ Z2
b
b
= θ2 d x = θ0 x -
0
0
b 0
ME(I x2)d x2
.
所以 , 当 x =b 时 C 处转角和最右端的挠度为
θ2
=-Q
b(c +d 3EI 2
+e),
当 a ≤ x ≤a +b 时 , 弯矩方程 :
M(x)
=aF
Bbx +b
-FB (x
-a).
C 处的转角
∫x
θ1 =θ0 0
M(x)d x EI 1
=θ0 -
F 2E
B
I
1
(abx+2 b
+(x
-a)2 ).
引起的挠度为
(1) (2)
(b)BC 段为刚性的受力简图 图 3 中间叉的受力简图
BC 段的弯矩方程为
本文对巷道式堆垛机的存取货装置建立力学 模型并进行静力学分析 , 得到了堆垛机在极 限状 态下货叉的变形情况 , 为货叉结构的优化设 计提 供一种参考 .
1 堆垛机货叉的结构
1 .1 存取货装置的分类[ 4] 现在国内外自动化立体仓库堆垛机所用的存
取货装置主要有 :1)电磁或真空吸盘存取装置 ;2) 机械抓取式存取装置 ;3)旋转抓取装置 ;4)伸缩 货叉存取装置 .其中 , 伸缩货叉 式应用最为普遍 . 下面主要对伸缩式货叉进行分析 . 1 .2 货叉的结构
+d)(c
+d)2
-ec2]
(e
+f
).
2 .3 上叉的力学分析
上叉在货物的作用下 , 在 D 处和 E 处产生支
反力 , 上叉板受力图如图 4 所示 .
∫ ∫∫ Z5
=
d
θ3 dx
0
=θ0 x -
d 0
d M(x)dx2 . 0 EI 3
当 x -d 时 , E 处的转角和最右端的挠度为
θ4
=Q ed 6EI 3
第 16 卷 第 2 期 2009 年 4 月
兰州工业高等专科学校学报 Journal of L anzhou Poly technic Co llege
文章编号 :1009 -2269(2009)02 -0033-03
Vol .16 , No .2 Apr ., 2009
巷道式堆垛机货叉的力学模型及研究＊
35
d ≤ x ≤(d +c).
当 x = c +d 时 , E 处的挠度为
Z3
=-6
Q EI 2
d
[
(e
+d)(c
+d)3
-ec3]
.
C 处的转角方程为
∫ θ3 =
c+d 0
ME(Ix2)dx .
当 x = c +d 时 , 最右端的挠度为 Z4 =θ3 (e +f )=
- Q[ 2EI 2d
(e
Z2
=-Q
b(c 3
+d EI 2
+e)(c +d +e +f ).
将 BC 段作为刚性 , C 点作为固定端考虑 , D 和
E 点产生的支反力如图 3(b)所示 .
CD 段的弯矩方程为 M(x)= Qde(x -d)+(e +dd)Qx ,
第 2 期 孙永吉等 :巷道式堆 垛机货叉的力学模型及研究