自动化仓库堆垛机货叉强度的分析与计算_安晓钢

№.3　　　　　　　　　　　　　　　　　　　陕西科技大学学报　　　　　　　　　　　　　　　　　　Jun . 2007V ol . 25　　　　　　JO U RN A L O F SH AA N XI UN IV ERSIT Y OF SCI EN CE &T ECH NO L OG Y 　　　　　·123·＊文章编号:1000-5811(2007) 03-0123-03　

自动化仓库堆垛机货叉强度的分析与计算

安晓钢, 史胜楠, 徐正林112

(1. 陕西科技大学理学院, 陕西西安　710021; 2. 江苏六维物流设备实业有限公司, 江苏南京　211161)

摘　要:通过对堆垛机货叉动力和强度的力学分析与计算, 得到了可用于工程设计参考数据,

对堆垛机的设计和选用具有一定的参考价值.

关键词:自动化仓库; 堆垛机; 货叉

中图分类号:TH 246　　　文献标识码:A

0　前言

堆垛机是自动化仓库中最核心的自动搬运设备. 堆垛机自动行走于自动化仓库巷道中的轨道上, 其行走动作是前进和后退. 堆垛机上的货台运动有上升和下降运动, 货台上的货叉动作有左出和右出. 这些驱动轴的运动均采用变频电动机来实现〔1, 2〕. 堆垛机性能的优劣对自动化仓库的性能影响极大. 为确保堆垛机性能好、安全可靠, 本文对堆垛机的货叉动力和强度进行了分析与计算.

1　堆垛机电机的选择计算

堆垛机电机的选择是否合理, 将直接影响到堆垛机的运行效果. 堆垛机用的电机包括升降电机、货叉电机和行走电机〔3, 4〕. 升降电机动力太大, 会引起包括升降台在内的整个系统的振动, 增加噪声; 反之, 升降电机容量太小, 起重力过小, 则不能实现必要的升降运动. 同理, 货叉电机容量太大, 将直接导致货叉振动, 容量太小, 则不能完成装载单元的存取作业. 对于行走电机, 如果容量太大, 不但浪费能源, 而且增加了堆垛机振动, 反之, 容量太小, 不能拖动堆垛机前后运动. 因此, 应正确选择堆垛机电机的容量.

1. 1　升降电机的选择计算〔5～7〕

已知条件:荷台重力W 1=5300N , 载重W 2=10000N , 升降速度V =

轮蜗杆)×0. 9(链条)=0. 63.

最高时速时需要动力:

P =(W 1+W 2) V /η=(10000+5300) /(6×0. 63)=4kW

　　因此, 为保证安全, 选择升降电机功率为5. 5kW .

1. 2　货叉电机的选择计算

已知条件:行走速度V =21m /min =0. 35m /s , 滚动摩擦系数μ=0. 03, 货叉可动部分重力W ′=2300N , 行走阻力R =(W ′+W 2) μ=369N , 动力传动效率η=0. 9(齿轮减速电机) ×0. 9(链条)=0. 81.

最高时速时需要动力:P =RV /η=369×0. 35/0. 81=0. 16kW , 为保证安全, 选择货叉电机功率为0. 4kW .

＊收稿日期:2007-03-10m /s , 传动效率η=0. 7(蜗6

(-, 男, ,

·124·

1. 3　行走电机的选择计算陕西科技大学学报第25卷

已知条件:堆垛机的自重W =19300N , 行走速度V =86m /min =1. 43m /s , 滚动阻力系数μ=0. 02, 动力传动效率η=0. 8(蜗轮蜗杆) , 行走阻力R =(W +W 2) μ=586N .

最高时速时需要动力:P =R V /η=586×1. 43/0. 8=1kW , 为了安全起见, 选用电机功率为2. 2kW .

2　堆垛机货叉强度的计算

图1所示为货叉尺寸示意图, 已知尺寸如下:a =55cm , b =45cm , c =16cm , d =45cm , e =8cm , l 0=100cm , l 1=61cm , l 2=69cm , l 3=126cm , W =11000N (包括仓库货叉伸长部分1000N 在内) , 弹性模数E =2. 1×1011Pa

.

图1　货叉尺寸图

2. 1　

固定货叉

固定货叉变形计算如图2所示, 已知固定货叉断面矩I 1=

467. 3cm , 断面系数Z 1=193. 9cm .

设以C 点为支点, 按力矩的平衡原理, 得W 的支反力P 1=

Wl 2/b =16870N . 设a ≤x ≤l 0, 当x =a 时, 其弯矩M 最大,

M =P 1ba /l 0=4175. 3N ·m . 设l 3不受弯矩作用, 则变形量δ1

=-P 1ab (a +l 0) l 3/(6EI 1l 0)=-0. 14cm .

图2　定叉变形计算图

(许容应力) , 所以安全.

2. 2　中间货叉

已知中间货叉断面矩I 2=969. 5cm , 断面系数Z 2=239. 4cm , 由图3(a ) 可计算中间货叉受力变形量δ2=-W l 2bl 3/3EI 2=-0. 07cm . 由图3(b ) , 设b 段为刚性, C 点为固定端, W 在中间货叉上产生的反力为P 3和P 4, 则

P 3=(e /d ) W =1960N , P 4=(e +d ) W /d =12960N

3δ3=-[W /(6EI 2d ) ]×[(e +d ) l 13-e (l 1-d ) ]=-0. 03cm

2δ4=-(W /2EI 2d )×[(e +d ) l 12-e (l 1-d ) ]×(l 3-l 1)=-0. 08cm 4343弯曲应力σb =M /Z 1=2. 15×107Pa , 因为σb

　　图3(b ) 中, 最大弯曲发生在C 点, 计算最大弯矩M =P 4(c +d ) -P 3c =7592N ·m , σ=M /Z 2=

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第3期安晓钢等:自动化仓库堆垛机货叉强度的分析与计算·125·

2. 3　总挠度

1+δ2+δ3+δ4=δ=δ-0. 32cm , 即总挠度δ=3. 2mm . 根据经验和堆垛机标准, 货叉总挠度δ=

3. 2mm 比规定值小, 是安全的

.

图3　中间货叉受力计算图

3　结束语

堆垛机货叉强度计算是自动化仓库货架计算的重要组成部分之一. 货架是自动仓库的重要基础, 通过科学计算才能保证货架的强度和刚度, 这样既保证了自动化仓库货架的安全性, 又节约了货架用钢材, 这为设计自动化仓库和堆垛机提供了理论根据, 具有较高的实用价值.

参考文献

〔1〕刘昌祺, 徐正林, 胡志刚. 物流配送中心管理技术〔M 〕.北京:机械工业出版社, 2006.

〔2〕刘昌祺, 董　良. 自动化立体仓库设计〔M 〕.北京:机械工业出版社, 2004.

〔3〕菊田一郎. 國際港灣物流中的自動化倉庫〔J 〕.M aterial Flow , 2006,(4) :69-76.

〔4〕菊田一郎. 發貨system and 作業效率〔J 〕.M aterial Flow , 2006,(9) :65-70.

〔5〕刘昌祺, 胡志刚. 物流配送中心设施及设备设计〔M 〕.北京:机械工业出版社, 2004.

〔6〕包头钢铁设计研究院. 钢结构设计与计算〔M 〕.北京:机械工业出版社, 2003.

〔7〕刘昌祺. 物流配送中心设计〔M 〕.北京:机械工业出版社, 2002.

INTENSITY CALCULATION AND ANALYSIS OF FORK ON

STAC KING CRANE IN AUTOMATED WAREHOUS E

AN Xiao -g ang 1, SH I Sheng -nan 1, XU Zheng -lin 2

(1. F aculty o f Science , Shaanxi U niversity of Science &T echnology , Xi ′an 710021, China ; 2. Jiang su No va

L ogistics Equipment Co . , L td . N anjing 211161, China )

Abstract :This paper presents intensity calculation o f fork on stacking crane . The important

data that engineering desig n needs have been obtained in it .

Key words :autom ated w arehouse ; stacking crane ; fo rk