说明书双立柱巷道物流堆垛起重机设计

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摘 要

随着世界经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，现代物流作为现代经济的重要组成部分和工业化进程中最为经济合理的综合服务模式，正在全球范围内得以迅速发展。自动化立体仓库作为现代物流系统的重要组成部分，是一种多层存放货物的高架仓库系统，它是在不直接进行人工干预的情况下自动地存储和取出物流的系统。它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。

本文以设计了一台能在仓库中运输、堆取货物的机械设备——双立柱式巷道堆垛起重机，并着重分析了其升降机构、伸叉机构、行走机构等机构的工作原理，并对各机构进行分析设计、选取与尺寸计算。内容包括：总体运动方案设计和结构分析、起升机构的设计、伸叉机构设计、行走机构设计、机体支架设计及其他装置设计等内容。各机构以电机的选取入手，通过对钢丝绳、卷筒、链轮链条、皮带轮皮带的工作性能的分析设计计算与选取，从而设计合适的双立柱式巷道堆垛机起重机的机架，进而设计一台性能完备的双立柱式巷道堆垛起重机。

关键词：双立柱；自动化仓库；巷道；物流；堆垛起重机；设计

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ABSTRACT

Along with continuously develop of the science technology and world economy, modern logistics which are an important part in the modern economy and a most economic reasonable comprehensive service mode in the process of industrialization, develops quickly in the global scope. Automated three-dimensional storehouse as an important composition part in logistics, is one kind of multilayered depositing cargo high structure warehouse systems. It dose not directly carries on the manual intervention in the situation automatically to save and to take out the system which the thing flows. It is the high tech product out of the development of modern industry society, which have the vital significance to enhance the productivity and reduce the cost.

This paper is taking designing a machine named double pillar alley Stacking Crane of engaging in piling things or transportation in storehouse. It analyses it’s hoisting mechanism, stretch fork mechanism , walk mechanism, working principle, and it’s aimed at each mechanism to design, select , and size’s calculate of double post alley stacking crane. Overall sport scheme’s design and analyze of structure, the design of hoisting mechanism , stretch fork’s mechanism design , walk mechanism’s design, organism frame design and other installation designs. Each mechanism with generator select to start, through calculating and selecting of the character of service of wire rope, reel, sprocket chain and the ship leather belt of leather belt to analyze and design, so to design the suitable frame of double pillar alley stacking crane, and then to design a double pillar alley stacker of complete natural capacity

Keyword: Double Pillar; Automated Three-dimensional Storehouse; Alley; Logistics;

Stacking Crane; Design

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第1章 绪 论

随着世界经济的持续发展和科学技术的突飞猛进以及经济全球化的趋势的加强，各国面临着前所未有的机遇和挑战。在这种大形势之下，现代物流作为工业化进程中最为经济合理的综合服务模式和管理技术已被越来越多的企业所重视。物流系统的改善和合理性对优化资源配置、提高企业生产率、降低生产成本起着至关重要的作用。堆垛起重机是自动化立体仓库中最重要的起重运输设备，是代表立体仓库的标志。本文从堆垛机的应用特点入手，着重就堆垛机的结构设计进行初步的研究[1]。

1.1课题背景

1.1.1巷道堆垛机发展现状、发展趋势与优势

随着计算机信息技术的发展，现代企业生产模的不断扩大和竞争的日益加剧,市场对企业物流系统提出了新的要求，自动化立体仓库是实现物流系统合理化的关键。它具有空间利用效率高、便于实现自动化管理、适时自动结算库存货物种类和数量、立体仓库信息库可以和中央计算机系统连网运行等许多优点，对加快物流速度、提高劳动生产率、降低生产成本都有重要意义，因此自动化仓库受到越来越多的关注并已开始应用于汽车、电子、医药、烟草、裁减、邮电等许多行业。仓库最早是在二战期间被美国用来存储油料、枪支、器械等物品。在当时看来这种简单的设备已经具有占地空间小、便于我品的存放与管理等优点。到十九世纪五六十年代我国的大部分生产厂家应用仓库来存储产品，到七八十年代仓库已经发展为自动化立体仓库并得到广泛应用。随着仓库的不断发展，仓库内的搬运设施也不断的优化,从最初的人力搬运转化为机械搬运。仓库内的搬运、取货设备最开始是由一辆引导车牵引一节装有起重机的车厢，由起重机来完成货物的存取与运输。这种方法与之前的人力相比具有了提高劳动生产率、降低劳动成本等优点，但行走所需空间大，这就降低了仓库的利用率。为了弥补这种不足，人们就想到了把引导车与起重机结合到一起来完成货物的存取与运输功能，巷道堆垛起重机就是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机，通常简称堆剁机。堆剁机是立体仓库中最重要的起重运输、搬运、堆垛设备，是代表立体仓库特征的标志。其主要用途是在接受计算机的指令以后，能在高层货架巷道中来回穿梭，将货物从巷道口出入库货台搬运到指定的货格中，或把需要的货物从仓库中搬运到巷道口出入库货台，再配以相应的转运、输送设备通过计算机控制实现货物的自动出入库作业。其对立体仓库的出入货效率

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有重要影响，是立体仓库能否达到设计要求和体现其优点的关键内容之一。20世纪70年代初，我国开始研究采用旱稻式堆垛机的立体仓库，据不完全统计，到目前已建成三百余座。而堆垛机作为立体仓库中最重要的其中搬运设备，也得到了较快的发展。

按照现行继续界行业标准，巷道堆垛起重机可以按照支撑方式、用途、控制方式、结构、运行轨迹等分类，但无论何种类型的堆垛机都主要由水平行走机构、起升机构、栽货台及货叉机构、机架和电气设备等基本部分组成。堆剁机的分类方式很多，主要分类形式有以下几种：

①按照有无导轨，堆剁机可分为有轨堆垛机和无轨堆垛机。有堆垛机需沿巷道内的轨道运行；无轨堆剁机又称为高架叉车。在立体仓库中运行的主要设备有轨道堆垛机、无轨道堆垛机和普通叉车。这三种设备相比较之下，有轨巷道堆垛机对巷到要求宽度小，对仓库的利用率高切作业高度高，可以进行手动、半自动、自动和远距离集中控制，但却必须配备出、入库设备。无轨巷道堆剁机由于无轨道限制可以服务于两个以上的巷道，并可完成高架区外的做业。

②按高度不同，堆剁机可分为低层型、中层型、高层形。低层行起重机一般起升高度在5m以下，主要用于分体式高层货架仓库及简易立体仓库中，中层型堆垛机的起升高度在5-15m之间，而高层型堆垛机的起升高度在15m以上，主要用于一体式的高层货架仓库中。

③按照驱动方式不同，堆垛机可分为上部驱动式、下部驱动式、和上下部相结合的驱动方式。

④按照用途不同，堆垛机可分为桥式堆垛机和巷道式堆垛机。桥式堆垛机具有起重机和叉车的双重结构特点，像起重机一样，具有桥架和回转小车，同时具有固定式和可伸缩式的立柱，立柱上装有货叉或者其他取物装置。桥式堆垛机的堆垛和取货是通过取货装置在立柱上的运动实现的，但由于立柱的高度限制，桥式堆垛机主要适用于12m以下中等跨度的仓库，且航道宽度较大，适用于笨重和长大物料的搬运和堆垛，并可服务于多条航道。

巷道堆垛机沿货架仓库巷道内的轨道运行，使得作业高度提高；采用货叉伸缩机构，使货叉可以伸缩，这样就可以使巷道宽度变窄提高仓库的利用率；巷道堆垛机适用于各种高度的高层货架仓库，除以上优点之外，巷道堆垛机还要求有较高的运行速度和生产效率、配备出入仓库装置较高的制造和安装精度、多节伸缩货叉或货板、较高的电气传动调速且制动平衡、停车准确、要有安全保护装置等特点[2]。

1.1.2双立柱巷道堆垛机的分类

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巷道堆垛机按结构不同可分为单立柱型巷道堆垛机和双立柱型巷道堆垛机。 单立柱型巷道堆垛机的机架结构由一根立柱、上横梁和下横梁组成一个矩形框架。立柱多采用较大的H型钢或焊接制作，立柱上附加导轨。整车质量较轻，消耗材料少，因此制造成本相对较低，但结构刚度比双立柱差。由于载物台及货物对立柱的偏心作用，以及行走、制动时产生的水平惯性力的作用，使单立柱堆垛机在使用上有局限性。不适用于起重量大和水平运行速度高的堆垛机，适用于重量12t以下，起升高度在16m以下的仓库。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，通过钢丝绳牵引载物台沿立柱或起升钢轨作升降运动。对于钢丝绳传动，传动和布置相对容易，但定位准确性稍差。

双立柱机构的堆垛机的机架由两根立柱和上横梁、下横梁组成一个长方形框架。立柱形式有方管和圆管。方管兼作起升导轨，圆管附加起升导轨。双立柱堆垛机的最大优点就是强度和刚性都比较好，并且运行平稳。一般对于起升高度较高、起重量较大和水平运行速度较高的立体仓库堆垛机，多采用双立柱结构。双立柱堆垛机的起升机构普遍采用链条（钢丝绳）传动，由电机减速机驱动链轮（卷筒）转动，通过链条（钢丝绳）牵引载货台沿立柱或起升导轨作升降运动。由于链条传动多采用封闭链或配重装置，受空间尺寸限制，传动和布置较复杂，但定位较准确[2]。

1.2设计参数

表1.1 载重量为3吨的双立柱巷道堆垛起重机的主要性能参数

序号 1 2 3 4 3 4 5 6 7 8 技术项目 主体结构形式 货叉形式 适合高度 适合载荷 最大走行速度,m/min 水平加速度,m/s2 最大升降速度,m/ min 升降加速度,m/s2 最大伸叉速度 伸叉加速度,m/s2 技术指标 双立柱、单深位、单货台 单副伸缩式存取货叉 12m以下 小于3t 120(自动运转时) 0.4(自动运转时) 12（满载）,20（空载） 0.5（自动运转时） 20（满载）,30（空载） 0.4自动运转 3

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表1.1 载重量为3吨的双立柱巷道堆垛起重机的主要性能参数 续表 9 10 11 12 13 14 15 16 17

水平走行定位精度,mm 垂直升降定位精度, mm 伸叉定位精度,mm 行走驱动 升降驱动 伸叉驱动 作业形式 供电方式 控制操作方式 ?5 ?5 ?5 下部驱动 电机带动，钢丝绳牵引 电机带动链轮和链条驱动 单一和复合循环 低部安全滑触线 手动/自动/在线 4

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第2章 总体运动方案设计和结构分析

2.1双立柱巷道物流堆垛起重机的总体运动方案设计

因为与单立柱相比，双立柱巷道堆垛机具有强度和刚性都比较好，运行平稳且定位准确等优点，被广泛应用于自动化立体仓库中，结合这一现状，我决定对双立柱巷道堆垛起重机进行研究和设计。

为使堆垛机能够准确、快速、安全、自动搬运货物出库，必须满足以下设计要求：

（1）具备三维运动功能，能在高窄巷道中进行高升降行程作业,可以有效利用仓库空间,能适应最高层、 最低层、其他层货位及站台货位的存、取货物。货叉长度及伸叉行程适应托盘深度及货架宽度方向尺寸（包括巷道宽度），使单元负载得以正确平稳地方入货位中。在存取货时，堆垛机的行走及升降运动能同时动作，且行走及升降速度匹配，缩短了作业时间，即沿巷道来回运动、载货台垂直运动、货叉沿货架方向伸缩运动能同时进行；

（2）堆垛机的结构设计成熟可靠，结构具有足够的强度及刚性要求，运行稳定可靠，满足一定的定位精度，重复定位精度不能超过10mm；

（3）具备安全保护措施；

（4）在满足强度、刚度和可靠性的前提下，尽量减小堆垛机各部分的重量，以减小提升功率和行走时的摩擦阻力；

（5）所有零部件按标准要求采用优质材料制造，以提高堆垛机整机性能；堆垛机需调整的零部件以尽量减少，以简化维护工作并延长使用寿命；

（6）堆垛机起升导轨光滑，保证堆垛机运行平稳；

（7）保护仓库环境，避免货物污染受损。根据以上设计要求制定双立柱巷道物流堆垛起重机的总体运动方案。

无轨堆垛机在使用过程中虽然因为没有轨道而节约了仓库的地面利用率，但却存在在存取货物时不便于控制的缺点，所以我决定针对有轨巷道堆垛机进行研和设计。在这个课题中由于采用上下两条轨道作为堆垛机滑轨已经可以保证堆垛机沿伸叉方向的平稳性，所以上下轨道我均采用单轨道作为滑轨，这样即可以节轨道占地空间又可以节约轨道与机器的制造成本。

堆垛机的起升机构多数采用链传动或钢丝绳传动，为了减小体积在这里我采用钢丝绳—卷筒传动；在伸叉结构中为了保证伸平稳性的高精度采用链轮—链条传动；在

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控制行走的部分为了达到体积与平稳性的要求采用皮带轮传动[3]。

堆垛机结构如图2.1、2.2所示

图2.1单立柱堆垛机结构简图 图2.2双立柱堆垛机结构简图

2.2主要装置 2.2.1底架

是堆垛机整体支承座，由两端的行走轮支架及钢板组焊成的矩形梁构成。堆垛机运行时产生的动负荷及静负荷均由底架传至行走轮，底架具有很好的刚性。

2.2.2立柱

矩形截面，减小行走运动时的立柱震动，维持走行运行平稳。

在立柱上加工升降导向槽，支撑升降台上下运动，行走时立柱上的导向轮沿着天轨做直线运动，防止立柱左右偏摆，有足够的稳定性。

2.2.3升降载货台

为U型结构，其竖支架侧面有深沟球轴承可以在立柱内的导向槽内沿着立柱升降，升降牵引机构采用钢丝绳方式。

升降载货台水平支架上设有货叉，可左右滑动叉取货架上的货物或将货物放置到

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货架上，货叉为链轮链条式驱动。

2.2.4 行走机构

堆垛机底部装有的四个行走轮支撑整机重量运行 ,使堆垛机沿天地轨方向运动。堆垛机的行走是由装在后行走轮轴上的带制动的减速电机带动的皮带轮所驱动的。所选用减速电机通过自身减速使行走更加平稳可靠。

2.2.5升降机构

以立柱内侧的导向槽为导向，升降载货台依靠夹在导向槽内的深沟球轴承起导向作用以保证上下运行。由减速电机驱动的升降钢丝绳拉动升降台上下运动。所选用电机通过减速器实现速度降低，让升降更加平稳可靠。此电机能将载货台稳定的保持在一定的高度。

升降部分包括卷筒、滑轮。

2.2.6货叉驱动机构

由减速电机驱动一个链轮链条机构，使得货叉可以伸缩取货。电机功率很小，在接触障碍时，电机堵转不会影响堆垛机和叉体的安全。所选用电机通过自身减速让升降更加平稳可靠。

货叉的伸叉速度可按空载的不同自动调整，且速度曲线柔顺平滑，让承载货物保持稳定[4]。

2.2.7堆垛机的控制装置

自动运行的堆垛机控制系统必须具有行走控制、升降控制、位置控制、速度控制、货叉控制、安全保护功能、自我诊断故障的功能等多种控制功能。

1、位置功能

位置控制就是确定堆垛机停止在作业位置的功能。

自动化立体仓库一般都采用高层货架结构，以X、Y、Z坐标表示货架的行、列、段的方向，用三维坐标表示货物的位置。为了自动确定位置，也就是为了在某一位置发出减速指令使堆垛机减速，在规定位置发出停机信号，就必须检测现在的位置。本设计中位置的检测可由在个坐标轴上按一定的间隔装设的传感器来进行检测。

2、速度控制

速度控制包括对提高作业效率有关的高速度，防止货物倒塌以及不至于使堆垛机发生冲击的加速度和减速度，以及为便于高精度定位的最终稳定微速度等的速度控制。

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3、货叉控制

根据堆垛机出库和入库作业，伸缩货叉向左侧或右侧进行叉取操作的顺序控制功能.

4、安全保护装置

堆垛机的立柱高度达10米，载货台的升降速度也达到20m/min,而载货台是沿堆垛机立柱的导轨上下运行的承载结构，上有货叉机构、驾驶室等。为了保证堆垛机正常工作，确保操作人员的人身和货物的安全，其上必须配备完善的安全保护装置。本设计中设置以下几种保护装置：

（1）堆垛机货叉上、下限自动停止保护

在堆垛机货叉在进行升降运动时，不能超过导轨的上端和下端极限。因此可 以在上下端各设置一个限位开关来实现该功能。

（2）载货台负荷限制

在载货台超载时，发出报警信号并切断起升机构动力。当载货台被托住，钢丝绳松弛时，也会发出停止运动的报警信号并切断动力。因此可设置热继电器来作为检测装置，再安装一个蜂鸣器作为警报提示。

（3）驾驶室的安全保护

为确保驾驶室里操作人员的人身安全，驾驶室门安全与否非常重要。可设置一个限位开关来检测其功能，若发现不安全则堆垛机就会完全停止工作。

（4）速度转换装置

当堆垛机走到轨道的某一位置时应以高、中、低速 的某一速度行进时，就需要通过速度装换装置来实现这一功能。本设计中可以设置一个接近开关。

（5）货叉保护装置

堆垛机在进行工作过程中，为了确保当货叉伸缩到一定位置时就回自动停止，可设置一个机械制动器来实现该功能。

（6）载货台断绳保护装置

当钢丝发生断裂时,能够自动可靠的将载货台停止，避免溜车或坠车事故的发生.因此对这种安全保护装置的设计要求是灵敏度高、作用可靠、冲击小、结构简单。本设计中采取连杆凸轮机构来实现这一功能要求。一旦钢丝绳断裂，弹簧通过连杆机构使凸轮卡在升降机构的导轨里阻止载货台坠落。正常工作时，提杆平衡载货台及其上货物的质量，弹簧处于压缩状态，凸轮与升降机构的导轨分离[4]。

2.3本章小结

本章对堆垛机的组成进行了详细的介绍，通过设计构思和计算对其重要部件进行了选取。通过综合考虑对整体方案进行了对比，选取了适合自己的最佳方案。

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第3章 双立柱巷道堆垛机起升装置的设计

3.1电动机的选择计算

3.1.1选择电动机类型

异步电动机结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高。

变频调速，可满足堆垛机出入库稳定操作和高速运行的要求。变频调速具有启动性能好、调速范围宽、速度变化平稳和完善的过电压过电流保护功能[5]。 按已知工作要求和条件选用YVF2系列变频可调速三相异步交流电动机。 3.1.2选择电动机容量

工作机所需功率PW为

PW=

Fw.vw (2.1)

1000?w式中：PW——发动机功率（kw） F——作用力（N）

V——运行速度 电机的输出功率P0为

P0=

PwKW (2.2) ?

式中，?为电动机至滚筒轴的传动装置总效率。

取凸缘联轴器效率?联=0.99；滚动轴承效率?滚=0.995；蜗杆传动效；卷筒的传动效率，则=0.99，

由 故

因载荷平稳，电动机额定功率只需稍大于即可，查Y2系列三相异步电动机技术手册，选取电动机额定功率=11KW，即所选电动机型号为YVF2-180L-8

3.2钢丝绳和滑轮设计

（1）钢丝绳的选择

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3.5 本章小结

本章主要对堆垛机的升降机构进行了设计和计算，并对其中的重要部件进行了校核计算。符合自己的设计。

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第4章 堆垛机伸缩货叉机构的设计计算

4.1伸缩货叉的扰度与强度

所设计的货叉是指货叉插入货架中的部分,应以厚度尽量薄,同时货叉前端的扰度控制在最小，作为设计的目标. 货叉各参数如下: W: 载荷

I1 ,I,2 I3: 分别为下叉 中叉 上叉的重力方向的惯性矩 E: 材料的纵弹性系数 4.1.1下叉的受力分析:

如图4.1所示

axlbl1l2 图4.1下叉的受力分析

进行受力分析时，在AC段内取距A端为x的任意截面为研究对象，则该截面上产生的反力P1=W l2/b

a?x ? l0时的弯矩方程为： M=

P1bx- P1(x-a) （4.1） l0用积分法求得BC端截面转角为： i1 = i0-?BC端截面挠度为：

x

0

p1bx3M

dx= i0- [+(x-a)2] （4.2） EI12EI1l012

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xx?= i0x-?0?03p1bx3Mdx= i0x-[+(x-a)] （4.3）

EI1bEI1l0

当x= 0时,A端的截面转角 i0= -

p1ab( l0+b) （4.4）

6EI1I0当x=l0时，将式（4.3）代入式（4.2）和式（4.1）中，分别算得在c点处的转角和挠度。

i1= -

p1ab(a?l0) （4.5）

6EI1l0p1ab(a?l0)（4.6） ?l3

6EI1l0?1= -4.1.2 中叉的受力分析

如图4.2所示：因载荷W的作用，在b间产生反力P1,P2，

图4.2 中叉的受力分析计算

进行受力分析时，在BF段内取距左端为x的任意截面为研究对象 当a?x?l0时，可算得其转矩方程为: M= P1x=用积分法算出其转角

Wl2x （4.7） bWl2x2d? i== -+i0 （4.8）

dx2EI2b挠度为：

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Wl2x3 ?= -+ i0x+?0 （4.9）

6EI2b当 x=b时，B端的截面转角 i0=

Wl2b （4.10） 6EI2当x=b时，将式（4.6）代入式（4.4）和式（4.5）中，分别算得此段的转角和挠度

i2= -

Wl2b （4.11） 3EI2Wl2b?l2 （4.12） 3EI2 ?2= -

如图4.3所示：将b段作为刚性,c点作为固定端（即视为悬臂梁）考虑,并设由于W在中叉产生的反力为P3和P4,而由这些反力作用在货叉前端产生的

图4.3 受力分析

转矩方程为：

M= - P3(x-d)+ P4x （4.13）

eW d(e?d)以固定端D视为坐标原点，算得：P4=W

d以固定端E视为坐标原点，算得：P3=

用积分法算出其挠度为：

?= -?x0?x0M1dx2= -[ P4x3- P3(x-d)3] （4.14）

EI26EI214

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当x=l1时，代入式（4.7）算得：

?3= -

W[(e+d) l13-e(l1-d)2] （4.15） 6EI2dxi4= -?0MWdx= - ?[?e(x?d)2?(e?d)x2] （4.16）

EI22EI2d当x=l1时，代入式（4.8）算得：

i4= -W2] （4.17） ?[-e(l1-d)2+(e+d)l12EI2d所以 ?4= i4?(l3-l1) 4.1.3 前叉的设计分析

载荷W在d区间产生的反力有P3, P4，在E点的倾斜角为i5，挠度为?5，受力分析如图4.4所示：

图4.4 前叉的受力分析

转矩方程为：M=

eWx d用积分法算出其转角为：

eWx2d?i== -+i0 （4.18）

dx2EI3d

挠度为：

eWx3

?= -+i0x+?0 （4.19）

6EI3d

当x=d时，D端的截面转角

i0=

eWd（4.20）

6EI3

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当x=d时，将式（4.11）代入式（4.9）和式（4.10）中，分别算得此段的转角和挠度：

i5= -

eWdeWd ?5= -(l3-l1)

3EI33EI3因此，设载货台和立柱为刚性时，伸缩货叉工作的总扰度为 ?总=?1+?2+?3+?4+?5

注：当托盘货架进深为1100mm时，?值应控制在10~15mm[8]。

4.2货叉各参数的选择

a=650mm b=400mm c=200mm d=400mm e=150mm l0=1000mm l1=600mm l2=750mm l3=120mm 故可取上叉、下叉、中叉长为： L1= l0=2?5=1100mm L2=b+c+d+2?5=1100mm L3= l3-c+ 2?5=1100mm

上叉为板状，并取其宽也为1100mm，厚度取100mm，其余数据见装配图上标注。 因各数据取值都较大，故能满足条件。

4.3货叉内部零件的选取与校核

4.3.1 轴承的选取校核

设计选取货叉伸缩机构的工作速度为10m/min,则每各轴承所承受的压力为F=1500?10/4=3750N

转速为n=10000r/?d (r/min), 取C=110 则 dmin=C3?dmin=16.2mm

P3750?10?3.14?d=1103 n1000?10000?60取d=20mm, 则n=10000/20?=159.2r/min 查表，选择深沟球轴承，代号为6404

其基本参数为：d=20mm D=72mm B=19mm

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cr=31000N cor=15200N 径向载荷Fr=1500?10/4=3750N 轴向载荷Fa=0N

? Fa/ Fr=0

查表得x=1 y=0 Pr=x Fr+y Fa= Fr=3750N

又查表得：fd=1.1 fT=1 fn=0.485 fh=2.29 fm=1 C=

fhfmfd2.29?1?1.1 Pr=?3750=19.4kN<31.0kN= cr

0.486?1fnfT轴承的额定静载荷Por=0.6 Fr+0.5 Fa=2250<3750N 因Por< Fr 故取 Por= Fr=3.75kN<15.2kN 满足

106fT?C31061?2.023轴承的寿命Lh=()=()=22446h

60nfP?P60n1.5?0.225因Lh>>h=6000h 故轴承寿命满足条件。则轴承选取合适。

4.3.2 齿轮的选取校核

1、选取齿轮为45钢，调质处理，齿面硬度HB=217—255，平均硬度为236 2、初步计算传动尺寸 为软齿面开式传动dmin=32KT1u?1ZEZHZ?Z?2()?du[?]H

（1）转矩T1=9.55?106P1/n1=162.43d N·mm

（2）设计时，因V值未知，KV不能确定，故可初选Kt=1.4 （3）取齿宽系数?d=1.1 （4）取弹性系数ZE=189.8

（5）初选螺旋角?=12o，取节点区域系数ZH=2.46

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（6）初选Z1=23，齿条Z2=?

则得重合度??=[1.88-3.2（1/ Z1+1/ Z2）]cos?=1.7 取轴面重合度??=0.318?dZ1tg?=1.77 取重合度系数Z?=0.765 (7) 取螺旋角系数Z?=0.99 (8) 许用接触应力由式[?]H=

ZN?Hlim SH取接触疲劳极限应力为?Hlim=595MPa

齿轮的应力循环次数分别为N=60naLh=1.08?108 取寿命系数ZN=1.06 取安全系数SH=1.0 则[?]H=

ZN?Hlim1.06?595==630.7 MPa

1.0SHu?1?1 u（9）齿轮的分度圆直径d1t,初算为u=Z2/Z1=? 故则dmin=32KT1u?1ZEZHZ?Z?2()=130mm

?du[?]H3、确定传动尺寸 （1）计算载荷系数 取使用系数KA=1.0 因V=

?d1tn160?1000?10m/min?1/6m/s

取动载系数KV=1.15 取齿向载荷分布系数K?=1.11 取齿间载荷分配系数K?=1.2 故K= KA KV K? K?=1.53 （2）对d1t修正d1=d1t3k/k1t=133.9mm

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（3）确定模数m=dcos?/Z=5.69 取m=6 （4）故d1=

mZ6?23==141mm 并取b=50mm cos?cos1204、校核齿根弯曲疲劳强度?F=式中各参数： (1) K1T1mdb各值同前

2KT1YFYSY?Y??[?]F bmd1(2) 因当量系数ZV=Z/cos120=23.5

故取齿形系数YF=2.64，应力修正系数YS=1.58 (3) 取重合度系数Y??0.69 (4) 取螺旋角系数Y??0.9 (5)许用弯曲应力[?]F?YN?Flim SF取弯曲疲劳极限应力?Flim?220MPa

取寿命系数YN?1.0， 取安全系数SF?1.25 故 [?]F?YN?Flim =1.0 ?220/1.25?176MPa SF则 ?F=

2KT1YFYSY?Y?=4.29MPa〈176MPa=[?F] bmd1故能满足齿根弯曲疲劳极限。 设计合理。

4.3.3 链轮链条的选取校核

设轴径d=80mm，链传动比i=1 链速n=V?60?1000/?d=79.6r/min P=0.1?1500?10?10/60?250w 1、选择链轮齿数：初步确定Z=21 2、定链的节距

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取KA?1.0，齿数系数KZ?0.87，多排链系数KP?1.0 所需传递功率为KAKZP/KP?1?0.87?0.25/1.0?0.22kW 由此，可选取满足条件的08A链，P=12.7mm 3、定链长、中心距

初定中心距a=40p，则链节数 LP?2a0z1?z2pzz??(2?1)2=101节 p2a02?链长L=LPP/1000=101?12.7/1000=1.28m 中心距a=

z?z2z?z22z?zp[(LP?1)?(LP?1)?8(21)2=508mm 4222?中心距调整量?a?2p?2?12.7?25.4mm 实际中心距a'?a??a?508?25.4?483mm 4、求作用在轴上的力 工作拉力F=1000P/V=1500N 作用在轴上的压力FQ=1.2F=1800N 轴径dmin?C3P/n?11032.5/159.2?13mm 取d=16mm 取轮径D=80mm

计算结果总汇：链条规格：08A单排链，101节，长1.28米，大小轮齿数都为21，中心距a'?483mm，压轴力FQ?1800N，轴径d=16mm，轮径D=80 mm【10】。

4.4货叉伸缩装置中的电机和减速器的选取

齿轮5的转速为n?60?1000v60?1000?20/60??45.17r/min

?d3.14?141电机功率：P=/=0.55kw

选取电机功率为1.1kw，电机型号为：YVF2-90S-6 转速为980r/min,安装型式选取B3 为此，减速器的传动比为i=980/45.17=21.7 则选取减速器型号为TZSD112【12】。

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4.5本章小结

本章对堆垛机的货叉机构进行了设计，分别对上叉、中叉、下叉等进行了结构计算和力的分析。最后确定了货叉的各部分参数。

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第5章 堆垛机行走机构的设计计算

5.1 堆垛机行走轮的设计计算

2、选定带型

根据Pd=6.6KW和n1?980r/min,查表确定为P-I型。 3、传动比i为

i?n1 （5.8） n2由行走速度初步确定小带轮的转速为n2?283.1r.min?1 则i?30?0.6875 444、确定小带轮基准直径

由大带轮与电机同轴确定大带轮基准直径为电机的输出轴直径，即dd1?32mm则小带轮的基准直径dd2为

dd2?idd1?1??? （5.9）

则dd2?0.6875?32??1?0.01??22mm

5、带速v为

v?则v??dp1n160?1000 （5.10）

??32?3060?1000m/s?0.05m/s

此处dp1?dd1

6、初定轴间距 按要求取a0?262mm 7、所需基准长度Ld0为

Ld0?2a0??22?dd2?dd1??dd1?dd2??4a0 （5.11）

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则 :

Ld0?2a0??2?dd1?dd2???2?dd2?dd1?24a02?2?262mm??32?22?mm??32?22?4?262

?608.92mm选取基准长度为609mm。 8.实际轴间距a为

a?a0?Ld?Ld0 （5.12） 2则a?262mm?608.92?609?262mm

2（1）安装时所需最小轴间距amin为

amin?a??2bd?0.009Ld? （5.13）

查表得bd?5.3mm，则amin?262mm??2?5.3mm?0.009?609mm??251mm （1） 张紧或补偿身长所需最大轴间距amax为

amax?a?0.02Ld （5.14）

则amax?262mm?0.02?609mm?274mm

9.小带轮包角?1为

?1?180??dd1?dd2?57.3? （5.15） a

则?1?180??dd1?dd232?22?57.3?180???57.3??177.81? a26210.带轮的结构简图如图5.1所示：

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图5.1皮带轮结构简图

5.4 行走机构减速器的选取

行走机构中的减速器可根据机构的传动比从标准中选用。

行走机构的传动比由下式确定：

nm i? （5.16）

n式中， nm—电动机额定转速；n—车轮的转速

980代入相关数据到式（5.7）中算得：i?=3.46

283.1可选取减速器的标准型号为SEW型R[6]

5.5行走机构联轴器的选择

联轴器的具体规格根据载荷情况、计算转矩、轴直径和工作转速来选择。计算转矩有下式确定：

Tc?KAT （5.17）

4.9P T?9550?=9550?= 48.7N ? m

n980由设计手册选取弹性柱销联轴器HL2。它的许用转矩为215N?m，半联轴器材料为钢时，许用转速为5600r/min[6]。

5.6本章小结

本章主要对堆垛机的行走机构进行了设计，对其中的重要部件进行设计计算。

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第6章 双立柱巷道堆垛机机体支架设计

6.1 机架设计计算的准则和要求 6.1.1 机架设计的准则

1、工况要求

任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。例如，保证机架上安装的零部件能顺利运转，机架的外形或内部结构不至有阻碍运动件通过的突起；设置执行某一工况所必须的平台；保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。

2、刚度要求

在必须保证特定外姓条件下，对机架的主要要求是刚度。例如，机床的零部件中，床身的刚度则决定了机床的生产率和加工产品的精度；在齿轮减速器中，箱体的刚度决定了齿轮的啮合性及运转性能。

3、强度要求

对于一般设备的机架，刚度达到要求，同时也能满足强度要求。但对于重载设备的强度要求必须引起足够的重视。其准则是在机器运转中可能发生的最大载荷情况下，机架上任何点的应力都不大于允许应力。此外，还要满足疲劳强度的要求。

4、稳定性要求

对于细长的或薄壁的受压结构及手弯-压结构存在失稳问题，某些板壳结构也存在失稳问题或局部失稳问题。失稳对结构回产生很大的破坏，设计是必须注意。

5、美观

目前对机器要求不仅要能完成特定的工作，还要使外形美观。

6、其他

如散热的要求；防腐蚀及特定环境的要求；对于精密机械、仪表等散热变形小的要求等。

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6.1.2 机架设计的一般要求

在满足机架设计准则的前提下，必须根据机架的不同用途和处所环境，考虑下列各项要求，并有所偏重。

1、机架的重量轻，材料选择合适，成本低。 2、结构合理，便于制造。

3、结构应使机架上的零部件安装、调整、修理和更换都方便。

4、结构设计合理，工艺性好，还应使机架本身的内应力小，由温度变化引起的变形小。

（1）抗震性能好。

（2）耐腐蚀，使机架结构在服务期限内尽量少修理。 （3）有导轨的机架要求导轨面受力合理，耐磨性好[14]。

6.2机架的设计步骤

1、初步确定机架的形状和尺寸。根据设计准则和一般要求，初步确定机架结构的形状和尺寸，以保证其内外部零部件能正常运转。并要求机架能够在巷道内无阻碍的运行。

图6.1机架结构简图

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2、根据机架的制造数量、结构形状及尺寸大小，初定制造工艺。

3、分析载荷情况，载荷包括机架上的设备重量、机架本身重量、设备运转的动载荷等。对于高架结构，还要考虑风载、雪载和地震载荷。确定结构的形式，采用有双槽的立柱，以保证货叉在升降过程中不侧翻。

4、针对以上所述的各项要求与准则，结合双立柱巷道堆垛起重机在自动化立体仓库中的工作状况，并考虑到双立柱巷道堆垛起重机自身各个装置与机构间的配合情况，确定机架的基本尺寸：

机架高为12m，两个立柱之间的距离为1800mm，每个立柱的长为360mm，宽为240mm，立柱中中设有双槽，以保证货叉在运动过程中的平稳性；上横梁为360*300中间空心的方钢；下横梁是厚度为300mm、宽为1200mm中空的钢板，用以保证双立柱巷道堆垛起重机的承载能力[15]。

6.3 其他装置设计和选择

1、供电系统

堆垛机的移动供电装置，一般采用滑触供电装置和电缆供电方法。根据自动化仓库的特点，应满足高速度、无需检修、耐用、无脱线现象等。

堆垛机采用底（顶）部滑触线供电方式，滑触线设置符合使用安全及易于保养的要求。

2、电气设备

主要包括电力拖动、控制、检测和安全保护。在电力拖动方面，目前国内多用的是交流变频调速，交流変极调速和可控硅直流调速。对堆垛机的控制一般 采用可编程序控制器、单片机、单板机、计算机等。堆垛机必须具有自动认址、货物虚实等检测以及其他检测，电力拖动系统同时满足快速、平稳和准确三个方面的要求

3、天地轨

天地轨是整个堆垛机的承载部件，因而天地轨必须有足够的刚度。天地轨分别固定在货架及地面上。天地轨的全长除能涵盖堆垛机最大作业范围外，两端头还保留有适当缓冲长度。

每段地轨结合面以45度对接，对接处有一定高度差限制要求。 （1）天地轨安装后直线度公差如下： 地轨安装后直线度公差在200mm 测量长度应不大于0.5mm

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地轨全长测量长度内应不大于?3mm 天轨安装后直线度公差在200mm 测量长度应不大于0.5mm

天轨全长测量长度内应不大于?4mm （2）安装后天地轨间相互位置公差

天轨上表面于地轨下表面之间距离误差应不大与?8mm 天轨与地轨之间的水平错位不大于?5mm

4、安全装置

堆垛机是一种起重机械，它要求在又高又窄的巷道内高速运行。为了保证人身及设备的安全。堆垛机必须配备有完善的硬件及软件的安全保护装置，并在电气控制上采用一系列连锁和保护措施。除了一般起重机常备的安全保护措施（如各机构的终端限位和缓冲、电机过热和过电流保护、控制电路的零位保护等）外，还应根据实际需要，增设各种保护。主要有如下安全保护装置。

（1）水平极限保护

在巷道两端点均设置强制减速检测装置及紧急停止极限开关，堆垛机在接近巷道两端时，先减速缓行而后定位停止，避免超程行走。如在正常范围内仍未停止，则紧急停止极限开关将迫使堆垛机停止运行。

（2）缓冲器

正常状态下堆垛机不触及缓冲器，万一电器线路故障，发生超程行走时，设置于巷道两端的缓冲器能将堆垛机制动住。缓冲器为聚氨脂橡胶，可以吸收堆垛机意外超程行走时的冲力。

（3）垂直极限开关

在立柱两端点均设置强制减速检测装置及紧急停止极限开关，堆垛机升降载货台在接近立柱两端时，先减速缓行而后定位停止，避免超程升降。如在正常范围内仍未停止，则紧急停止极限开关将立即迫使堆垛机升降载货台停止。

（4）断绳保护装置

当载货台的牵引钢丝绳断裂时，断绳保护装置将抱死载货台，使堆垛机立即停止运行并报警。

（5）动作连锁装置

堆垛机处于行走及升降动作时，货叉不能伸出。

货叉处于伸出状态时，堆垛机不能行走，而载货台只能低速适量升降。 （6）货叉保护装置

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货叉伸出途中触及障碍物时，电机堵转变频器报警，或者出现任务超时报警，提示堆垛机故障。

货叉没有完全缩回到中位，则堆垛机不能行走。 （7）过载保护装置

堆垛机上所有驱动电机线路上，由变频控制过流，以免电机因过载而受损。 （8）载荷外形检测

当货叉所叉取得货物外形超差时，载荷外形检测装置能输出信号，并自动停止货叉运行，以保护货物及机器。

（9）货位虚实检测

假如堆垛机要存货位上有货物时，想要存入一个货物，或者堆垛机载物台上已有货物时，要想取一个货物，则货位机的虚实检测能检测到已有货物，并不会使货叉伸出，以免发生意外。

（10）声光报警装置

堆垛机在故障发生后，能同时声光报警，以引起操作人员注意，及时排除故障。 （11）紧急停止开关

在堆垛的机载电控柜面板上与堆垛机站台附近均设有紧急停止开关。 （12）超速检测保护功能

在立柱上安装超速检测器，当升降台下行速度超过额定速度一定范围时先触发超速保护装置，电控系统报警，堆垛机立即停止工作，避免发生机器伤害事故。

（13）系统接口保护要求

堆垛机与出入库输送站台间采用四位光通讯实现信号互锁,以保证站台存取货物时的安全;堆垛机采用红外通讯器与上位机计算机的通讯连接采用RS422接口。

（14）其他保护

其他保护包括控制电路得失压保护、操作开关的零位保护、电机正反转连锁、短路和过流保护等各种安全保护[16]。

5、操作设备

采用机载控制柜方式，控制柜随堆垛机运动，具有与上位计算机进行通讯的功能。出入口区域的地面上对应有急停按钮，当堆垛机出现异常时，可以紧急停车。一般操作时，人员不进入堆垛机内作业，当异常发生并需进入堆垛机巷道内排除故障时，可以从堆垛机上手动操作。

机载控制柜的操作面板上，有分别设置各项动作位置的操作键与显示灯，动作限制指示灯操作模式选钮、紧急停车按钮以及其他必要的按钮与指示。

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操作设备只有手动、自动、在线等主功能外，还有具有帮助功能，也即异常发生时，能自我检测异常发生点，将异常显示在夜晶显示屏上，并指导使用者依其指示动作作业，以便尽快排除异常。

此外，堆垛机能将异常发生的代号实时传递给上位计算机，作为将来问题跟踪的记录，以便彻底排除隐患，使以后不再发生类似的故障。

6、操作模式

（1）在线操作

通过红外线数据传输器接收由地面发出的存、取货命令，机载柜根据这些命令自动完成存、取货的操作，并将堆垛机的状况和货位状况发上位系统。

（2）自动操作

通过操作面板输入目标地址，堆垛机自动完成一个存取货的操作。 （3）手动操作

使用操作按钮控制水平垂直货叉各方向的动作，主要用于简单的调试工作。

在运行无安全隐患状况下，堆垛机在巷道内任何位置，均能方便地转换操作方。

7、堆垛机走行区土建要求

（1）根据机械行业标准JB/T9018-1999,仓库建筑应满足以下要求: 地面长度 公差

?50m ?10mm ?50m ?15mm

?150m ?20mm （2）平整度

仓库地面平整度允许偏差:仓库长度<100m时,允许偏差?15mm。 （3）2米范围偏差

2米内地面高度差不超过?3mm。 （4）地面沉降变形

最大载荷长期作用下，整个立库货架区基础不均匀沉降不大于1/1000，也不会有渗水、积水。

（5）地面承重要求

堆垛机走行区地面承载要求根据堆垛机具体结够和物料状态确定[13]。

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6.4本章小结

本章主要对堆垛机的机架进行了设计计算。通过计算和校核该堆垛机的机架的结构符合要求。

结 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的发展非常重要。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的起重堆垛设备，是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机。它能够在自动化立体仓库的巷

道中来回穿梭运行，将放置在巷道口的货物存入指定的货格，或者

从货格中取出货物运送到巷道口

本次“双立柱巷道物流堆垛起重机设计”属于工程设计，从机架设计以及堆垛机的几个主要组成机构的结构设计着手，分析了堆垛机的运行机理。通过本设计得出以下结论：

1.分析堆垛机举升机构的工作原理设计选取了电机、钢丝绳、卷筒等； 2.在货叉伸缩机构的结构设计中，首先分析货叉的受力图，并推导出弯矩挠度公式，设计出货叉的外部结构尺寸，接着又设计校核了货叉内部零件的尺寸，最终设计出了满足条件、灵活、适用、简捷、方便的货叉结构。

3.通过堆垛机的行走机构的设计计算，确定了主要零部件的尺寸及电动机、减速器的选取；

最后，设计出了一种体积紧凑、灵敏度高、动作可靠、带有安全保护装置的双立柱巷道式堆垛机。

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参 考 文 献

[1]委国辰.物流机械设备的运用于管理：中国物资出版社，2002.3 [2]姜大力，张剑芳.现代物流设备 ：首都经济贸易大学出版社，2004.4 [3]秦同瞬，杨承新.物流机械技术：人民交通出版社，2003.5 [4]常红，孟初阳.物流机械：人民交通出版社，2003.5 [5]王耀斌，简晓春.物流装卸机械：人民交通出版社，2003.4 [6]成大先.机械设计手册第四版第五卷：化学工业出版社，2002.6 [7] 程乃士,减速器和变速器设计与选用手册：机械工业出版社，2007.2 [8]孔令中.现代物流设备与选用：北京工业出版社，2006.1 [9]徐颍.新编机械设计师手册下册：机械工业出版社，1996.5

[10] 中国机械工程协会.中国机械设计大典：江西科学技术出版社，2002.1 [11]中国机械设计大典编委会.机械设计图册：江西科学技术出版社，2002.1 [12]大连理工大学工程画教研室.机械制图：高等教育出版社，2001.6 [13]成大先.机械设计第七版：化学工业出版社，2001.6

[14]龚桂义.机械设计课程设计图册第三版：高等教育出版社，2002.6 [15]有轨巷道式高层货架仓库设计规范，JB/T9018-1999 [16]巷道式堆垛起重机形式与基本参数，JB/T2960-1999 [17]有轨巷道式堆垛起重技术条件，JB/T7016-1993 [18]有轨巷道式堆垛起重术语，JB/T5319.1-1991 [19]有轨巷道式堆垛起重技安全规范，JB/T5319.2-1991 [20]Solidworks.Solidworks 2001 AOI Help [EB/OL].2001 [21]OMRON CORPORATION.CPM2A 可编程控制器程序设计手[Z].1999

[22]Yong Huang and Seiji Yansuno bu.A practical design method of fuzzy control

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based on control surface [J].Journal of Japan Society for Fuzzy Theory and System，1999,11

致 谢

能顺利完成本次毕业论文设计，首先与我的指导老师王慧文老师的悉心教导分不开的，在此，我先向王老师致以我深深的谢意！

本次论文设计从论文的选题、撰写、修改直到打印完成自始自终都是在王老师的悉心指导和不断勉励下完成的王老师渊博的学识、严谨的思维使我受益非浅；王老师一丝不苟的钻研精神，严谨求实的治学态度，执着忘我的工作作风，独树一帜的思维方式，无时无刻不在影响着我，一定让我终身难忘。他的言传身教，将会永远指导着我今后的学习和工作中勇往直前。

在此，还要感谢车辆工程专业的各位老师，在大学四年里给我专业知识上的教导以及进行毕业论文工作中所给予的帮助，他们的不倦教诲和点拨定将成为我今日点滴知识的来源。

感谢图书馆、电子阅览室的各位老师予以我的关心和帮助。

还要感谢我的学友和朋友对我的关心和帮助，他们的启发和友爱互助的精神给予我论文写作极大的帮助。

最后，再次向在这次毕业设计中所有帮助过我的人表示忠心的感谢！

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附 录 A

Genetic Algorithm Optimization On Crane

Transmission In Neural Network

Abstract：The fuzzy optimization mathematic model is established to design crane transmission. The method of second-class comprehensive evaluation was used by the optimal level cut set, thus the optimal level value of every fuzzy constraint can be attained, and the fuzzy optimization is transformed into the usual optimization. The Fast Back Propagation of neural network algorithm is adopted to train feed-forward networks so as to fit relative coefficient. Then the fitness function with penalty terms is built by penalty strategy, neural networks program is recalled, solver functions of Genetic Algorithm Toolbox of Matlab software are adopted to solve the optimization mathematic model.

Index ：Terms-Crane Mechanism; Genetic Algorithm Optimization; Neural Networks.

FUZZY OPTIMIZATION MATHEMATICAL MODEL OF TRACTION

MECHANISM

Design sample: A involute helicoidal worm gearing is adopted in crane transmission, which has principal parameters as follows: rated power Pe=1.5kw, output speed 28.4r/min, output torque T2=295.87N.m, gear ratio u=49.3, working load factor k=1.05. The worm is machined and heat-treated 45 steel and the tooth corona of gear is made of machined ZQA1 9-4

A. Specifying objective function

In order to economize nonferrous metal of tooth corona of worm gear, the objective function should be specified that the volume of tooth corona of worm gear in traction

mechanism incline to minimum=1.5. According to Fig.1, d0, di2 and b are outer diameters, inner diameters and face width of tooth corona of worm gear respectively, thus the volume of tooth corona is;

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where

Therefore the objective function is

where m-module of gear; d1-reference diameter of gear; z1-number of start of worm.

Fig.1.the configure drawing of worm gear B. Selecting design variables

According to equation of the objective function, Z1 ,m,d1should be selected as design variables, that is:

C. Establishing fuzzy constraints

Considering the random character of the value of design parameters and some factors whose value is very indefinite such as loading property and material quality, the fuzzy constraints are set up, including the property and boundary constraints. 1)Limit of number of start of worm: to power drive, z1=1~2;

2)Limit of module of gear:2≤m≤8;

3)Limit of the lead angle γ of the worm for guaranteeing the efficiency of the worm gearing: 3≤γ≤8,tan γ=mz1/d1;

4)Constraint of contact strength of worm gear:

Where Ze-the material elasticity factor, σh-the contact stresses of worm gear;

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[σh]-the fuzzy value of the allowable contact stresses of worm gear. 5)Constraint of tooth beam strength of worm gear:

Where σf the beam stress of gear teeth;

[σf]-fuzzy value of the allowable bending stress of worm gear teeth; Yf -the profile factor for worm gear teeth. 6)Constraint of the stiffness of worm:

The worm is supported between two bearings, if the worm shaft bends too much, that is, the teeth will not mesh properly, and the result will be excessive wear and early failure. So the maximum deflection is

Where Ft1-the tangential force of the worm(N),

F r1-the radial force of the worm(N),

E-the modulus of elasticity(Mpa),

I-the inertia moment of the dangerous cross-section of worm(mm4)

L-the distance of the worm bearings (mm), L=0 .9muz1.

IV.FUZZY OPTIMIZATION MATHEMATICAL MODEL OF TRACTION MECHANISM

The key of this method is how to decide the optimal level value. Several factors, such as factor class, factor fuzziness and the different influence of the factors on the different optimal level values, were considered and the method of second-class comprehensive evaluation was used based on the optimal level cut set, thus the optimal level value

λ*of every fuzzy constraint can be attained, that is λ*=0.71.Therefore the fuzzy optimization problem is converted into the usual optimization problem.

V.TRAINING RELATION COEFFICIENT BY NEURAL NETWORKS

Neural networks are composed of simple element operating in parallel. These elements are inspired by biological nervous systems. As in nature, the network function is determined largely by the connections between elements. We can train a neural network to perform a particular function by adjusting the values of the connections

(weights)between elements. Commonly neural networks are adjusted, or trained, so that a particular input leads to a specific target output based on a comparison of the output and the target, until the network output matches the target. Some points on relation curve between teeth number Z2 and the profile factor Yf of worm gear are selected as training sample data, the Fast Back Propagation are adopted to train feed-forward networks, the weights and

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biases of the network are updated. Then neural networks is simulated by the function of Neural Networks Toolbox in MATLAB. Program as follows:

Z2=0:10:90;YF=[2.58,2.5176,2.4566,2.3972,2.3392,2.2825,2.2273,2.1734,2.1208,2.0695] n1=5;[W1,b1,W2,b2]= initff(Z2,n1,’tansig’,YF,’purelin’); fpd=100;mne=20000;sse=0.001;lr=0.01;tp=[fpd, mne, sse, lr];

[W1,b1,W2,b2,te,tr]=trainbpx(W1,b1,’tansig’,W2,b2,’purelin’,Z2,YF,tp) y=simuff(Z2,W1,b1,’tansig’,W2,b2,’purelin’)

VI..SOLVING USUAL OPTIMIZATION MATHEMATICAL MODEL BY GENETIC ALGORITHM TOOLBOX

One key to successfully solving many types of optimization problems is choosing the method that best suits the problem. The Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox is a collection of functions that extend the capabilities of the Optimization Toolbox and the MATLAB? numeric computing environment. The Genetic Algorithm Toolbox includes routines for solving optimization problems using Genetic algorithm Direct search. These algorithms enable you to solve a variety of optimization problems that lie outside the scope of the standard Optimization Toolbox. Firstly the fitness function with penalty terms is built by penalty strategy with addition type, and the fitness function is programmed in MATLAB language, and above neural networks program fitting the profile factor of worm gear teeth is recalled, then the nonlinear constraints function are

programmed and the solver functions of Genetic Algorithm Toolbox are adopted. Program as follows:

options= gaoptim set (‘PopulationSize’,20); options=gaoptimset(‘Generations',100);

options=gaoptimset(‘CrossoverFraction’0.95, ’MigrationFraction’0.01); options=gaoptimset('SelectionFcn', selection-tournament, ’CrossoverFcn’, cross over scattered,’ Mutation Fcn’, Mutation gaussian); nvars=3;lb=[1;2;10];ub=[2;8;150]; [x, Fval, exit Flag, Output]=ga(@fitnessfun, nvars, [],[],[],[],lb, ub, @yueshufun, options)

After function counting 108 times and iterating 326

times, the final running output of above programming is: x1=1.0102,x2=4.8889,x3=78.2222,f(X)=1090628. VII..CONCLUSION

This paper explored the methods available in the Genetic Algorithm and Neural Networks Toolbox. Compared with standard optimization algorithms(f(X)=1269257.5),

the objective function optimum in the genetic algorithm is about16 .37%less than the former. Therefore we saw that the genetic algorithm is an effective solver for non smooth problems. Additionally, we found that the genetic algorithm can be combined with other solvers, such as fuzzy logic and neural networks, to efficiently find a more accurate solution.

TABLE I

OUTPUT OF STANDARD OPTIMIZATION AND GENETIC ALGORITHM

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附 录 B

在神经网络中起重机传输遗传算法最佳化

摘要：那失真的适宜数学模型在设计起重机传输建立。那方法的二等的综合评价被那最佳的把割集弄平整使用经由，那方法的二等的综合评价是使用经由那最佳的把割集弄平整，因此每个模糊约束那最佳的价值可以是获得弄平整，并且那模糊的最佳化是被变成那通常的最佳化。神经网络算法那背面加固增长的将采用到连续性前馈网络如此适合相关系数。然后那用罚款期限是构成由罚款策略装配功能、神经网络计划是召回、解算机功能的遗传算法工具箱的matlab软件是采用到解决那最佳化数学模型。 索引词：起重机机构；遗传算法最佳化；神经网络。 模糊的最佳化数学模型的牵引机构

设计渐开线螺旋状的蜗轮传动装置是采民用在起重机传输，哪个有主参数如下：额定功率Pe=1.5kw、输出速度28.4r／min、输出转矩T2=2 295.87n.m、齿轮比U=49.3、工作负荷因素k=1.05, 那螺旋是机器和经加热处理材45钢和那由ZQA19-4构成的齿轮的齿轮冠. A指定目标函数

为了节省有色金属的齿轮冠的螺旋齿轮，那目标函数将应指定那那大量的齿轮冠的螺旋齿轮在牵引机构向最小的按照图1倾斜，d0、 di2,b分别是外径、内径和螺旋齿轮的齿面宽冠，因此那是大量的牙齿冠；

由

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所以那目标函数是

m齿轮模数；d1齿轮分度圆直径；z1螺旋开始的齿数。

图1.涡轮传动装置图

B反面选择设计参数按照等式的那目标函数、,m、d1将应虽然设计参数选择，但是简而言之：

C建立模糊约束

认为Φ值的随机特性设计参数和一些因素谁的价值很不定的比如负荷性质和材料品质、那模糊约束是建立、包括那性质和边界约束在内。 1）极限的开始的螺旋的齿数：z1=1~2;； 2）极限的齿轮的模数:2≤m≤8；

3）极限的那导程角螺旋的因为保证蜗轮传动装置的效率：3≤γ≤8,tan γ=mz1/d1; 4）约束的接触强度的螺旋齿轮：

那材料弹性因素、

σh那接触应力的螺旋齿轮；

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[σh]-那模糊的Φ值那容许接触应力的螺旋齿轮。 5）约束的牙齿梁强度的螺旋齿轮：

那横梁强调的轮齿；

[σf]-模糊的Φ值那容许弯曲应力的螺旋齿轮牙齿； Yf-那轮廓因素因为螺旋齿轮牙齿。

６）约束稠的的的螺旋：那螺旋信息系统支持

在...之间二轴承、如果那蜗杆轴弯曲多，那就是说，那牙齿不会适当地网孔，那么，那结果将要成为...的过度磨损和过早损坏所以极限偏转是

ft1-螺旋的切向力（N）、

F r1-螺旋的径向力（N）、

E-那弹性模数（Mpa)、

I-危险截面的惯性矩的螺旋（mm4）

L-蜗杆轴承的距离（毫米）、L=9muz1 IV.模糊的最佳化数学模型的牵引机构

这个的键方法是如何决定那最佳的把价值个别的因素弄平整、比如因素通信链路分析器系统、因素模糊和因素的不同的影响上去那不同的最佳的把价值弄平整、是认为和那方法的二等的综合评价是使用以那最佳的把割集弄平整为基础，因此那最佳的把价值＊的每模糊约束可以是获得弄平整、简而言之＊那模糊的优化问题是变为那通常的优化问题。

V.连续性相关系数由神经网络

神经网络由...组成简单的元件并行操作这个元件被生物学的神经的体系当做本质上

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鼓舞、那网络函数决意大量地由那关系在...之间元件我们可以训练一神经网络执行一特定函数由调整那Φ值那关系（重量）在...之间元件通常神经网络是调整，否则连续性，结果一特别的输入导致一具体任务产量以一比较产量的和那靶子为基础、直到那网络产量相配那靶子。

一些涨若干点相关曲线在齿数和那轮廓因素的螺旋齿轮被选为连续性样本数据之间、那背面加固繁殖将采用到连续性前馈网络、网络的重量和偏见是更新然后神经网络被那功能的神经网络工具箱在matlab模拟。计划如下： Z2=0:10:90;YF=[2.58,2.5176,2.4566,2.3972,2.3392,2.28 25,2.2273,2.1734,2.1208,2.0695];

n1=5;[W1,b1,W2,b2]= initff(Z2,n1,’tansig’,YF,’purelin’); fpd=100;mne=20000;sse=0.001;lr=0.01;tp=[fpd, mne, sse, lr];

[W1,b1,W2,b2,te,tr]=trainbpx(W1,b1,’tansig’,W2,b2,’purelin’,Z2,YF,tp) y=simuff(Z2,W1,b1,’tansig’,W2,b2,’purelin’) VI..解决通常的最佳化数学模型由遗传算法工具箱

单密钥到成功地解决许多种优化问题是选择那方法那井衣服那问题那遗传算法和直接检索工具箱是许多功能那伸展那做...的能力那最佳化工具箱和那matlab？数字计算环境那遗传算法工具箱包括常规因为解决优化问题与罚款期限是用加法类型造由罚款策略一起使用遗传算法直接检索这算法使你解决种种的优化问题那谎言超出那标准最佳化工具箱范围。第一那适合功能，并且那适合功能是编制matlab语言、和在神经网络计划适合那轮廓因素的螺旋齿轮牙齿是召回上、然后那非直线型限制功能是程序和那解算机功能的遗传算法工具箱是采用。 程序如下：

选择权gaoptimset（总体大小 ,20）； 选择权gaoptimset（世代,100）；

选择权gaoptimset（交叉分数'0.95,' 分数0.01）；

选择权gaoptimset（s选择完全约束的非晶网、选择锦标赛、、交叉分散、变化高斯型曲线）；nvars=3;lb=[1;2;10];ub=[2;8;150];[x,Fval, exitFlag, Output]=ga(@fitnessfun, nvars,[],[],[],[],lb, ub, @yueshufun, options)）

在功能计算108次并重复次时以后，那最后的焊道上面程序的产量是： x1=1.0102,x2=4.8889,x3=78.2222,f(X)=1090628. VII..结论

这个纸探测那方法有效范围那遗传算法和神经网络工具箱和...相比标准最优化算法

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f(X)=1269257.5)、那目标函数在遗传算法的最佳的是 大概16 .37%少于比前者.因此我们努力设法使那遗传算法是一有效的解算机因为nonsmooth问题.加之、我们发现那遗传算法可以与...化合其他的解算机、比如模糊逻辑和神经网络、有效地发现一更精确的解答。

表格1标准最佳化的产量和遗传算法 解算机 标准最佳化 遗传算法 X1 1.0501 1.0102 X2 4.3574 4.8889 X3 78.4517 78.2222 F(X) 1269257.5 1090628

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/daj5.html