1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

自动化立体仓库自动化立体仓库也被称作自动存储/自动检索系统（automated storage retrieval system, AS/RS），他一般具有几层，十几层甚至几十层高的货架，并用自动化运输设备（堆垛机）进行出入库作业的仓库。他不仅具有传统仓库存储货物的能力，还可以实现先进的自动存取物料，自动分拣，自动理货等货物信息管理的功能。可以说自动化里仓库集成了输送设备，自动控制系统，信息采集系统，计算机管理信息系统，网络通讯系统等高新科技，能够将信息流和物流有机结合，从而全面提高企业的综合物流能力，是物资配送中心的重要环节。

自动化立体仓库，作为物流仓储技术中的一个较为先进的新概念，能有效的提升物流整体水平的效率与效益。利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化，存取自动化，操作简便化。美国于1959年开发了世界上最早的自动化仓库，并在1963年最早使用计算机技术对自动化仓库进行控制与管理。后来德国和日本也相继开发了自动化仓库。20世纪70年代以来，发达国家大力推行商品物流自动化、高速化、信息化，发展城市及货物集中配送中心。纷纷建立大型自动化仓库。进入20世纪80年代，自动化立体仓库在世界各地发展迅速，适用范围几乎涉及所有行业。

1.自动化立体仓库发展现状

随着我国经济的迅速发展，对外贸易的增长和经济一体化的趋势，土地日益紧张，高效率生产和规模化生产成为日渐成为企业盈利的手段。所以随着控制技术、电子技术和计算机技术的发展，自动化仓库也由最初的手动控制发展成自动控制和计算机管理，在生产效率上得到了大大的提高。不仅是仓库的规模得到了发展，从原来的几百个、几千个货位发展成了几万个或十几万个货位，而且巷道堆垛机循环次数将近提升了3倍，以及仓库的利用率也提升高达至96%-98%。2010 年，我国社会物流总费用为7.16 万亿元，占GDP 的比率为17.8%，其中仓储环节的费用占社会物流总费用的35% 左右，繁琐的作业操作与低效率的管理是造成仓储环节成本过高的主要原因。自动化立体仓库，能有效提高仓储环节的效率，减少作业出错率，提高管理水平，不仅能降低仓储环节的成本，还能大大提高我国物流的整体水平。

目前，我国所建设的立体化仓库规模越来越大，平均货位数在1万个左右，高度在20米左右，系统更加复杂，设备数量越来越多，应用领域也越来越广。随着企业发展规模化，集成化程度越来越高，未来的自动化物流系统项目将不断的增多，自动化立体仓库将得到更广泛的应用，其在现代化物流系统中的地位将不断提升，市场空间也将增大，甚至出现成倍增长。

2. 自动化立体仓库应用场合

自动化立体仓库是一种集信息、储存、管理于一体的高技术机电一体化产品，在多种行业领域得到了广泛应用。广泛应用于大型生产性企业的采购件、成品件仓库、柔性自动化生产系统( FAS) 以及流通领域中的大型流通、配送中心。特别为制造业加快物流运转速度提高生产效率发挥了重要作用。自从自动化立体仓库投入使用以来，自动化立体仓库在我国的到了迅速发展，在烟草，医药，汽车，机械制造，电器制造，空港，化工，轻工业，武器军需等行业及领域得到了普遍应用。它不但节约土地，减少仓储人力物力，而且减少了库存量和资金积压，降低了物品破损率，提高了资金的周转和劳动生产率，降低了成本，增加了效益。

3. 自动化立体仓库工作原理

自动化立体仓库也是属于机电一体化系统的设备，机械设备是由固定的立体货架和自动化堆垛机组成，由堆垛机进行货物的出入库作业。而电子装置部分就是利用电子计算机控制管理和用自动控制堆垛运输车进行存取作业。所以堆垛机可以说是自动化立体仓库的心脏部分，而控制堆垛机的工业控制计算机，即可编程控制器PLC可以说是相当于人脑部分。因为PLC兼具控制功能强、处理速度快、结构模块化、配置灵活、性价比高等突出优点, 是目前广泛应用的控制装置之一, 应用于堆垛机控制具有明显的优势。而自动化立体仓库的优越性主要就是依靠堆垛机体现出来的，堆垛机控制系统的工作效率、可靠性及稳定性等的优劣对于自动化立体仓库系统的运行与管理有着至关重要的作用。

堆垛机的主要功能是从巷道口取货，然后送往指定的货格；或从指定货格取出货物，放至巷道出货口。所以其主要机械动作有：转运车巷道运输行走，货物周转箱自动提升下落，货叉伸缩向立体货架存物取货。故其应具有实现水平行走、垂直升降和伸缩货叉等运动功能。也就是说堆垛机主要由起升机构、运行机构、货叉伸缩机构、机架以及电气部分组成，可以实现3个方向的运动（行走、升降、货叉伸缩），并结合3个方向的定位检测、货物状态检测，完成立体仓库存取托盘及货物的功能。

所以堆垛机的设计要点在于：

1）能实现三个自由度运动功能，即堆垛机沿巷道水平运动、载货台垂直运动、存取货机构沿货仓方向双向伸缩，并具备电气和机械安全保护措施，堆垛方式准确安全。2）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、体积，从而减小能耗，使得结构简单、外形美观、操作方便。

为保证堆垛机的安全、平稳运行，并提高系统的工作效率，需要解决如下技术:

1) 堆垛机须确保精准地将货物在指定货位上存取。为此，堆垛机控制系统需精确确定堆垛机位置。包括堆垛机的水平位置定位以及升降台高度定位。只有当自动认址系统检测到堆垛机在垂直和水平方向已停准时，存取货机构才能工作。认址系统应用绝对数字认址系统。2)为提高堆垛机作业效率，同时保证其有较高的运行稳定性及定位准确性，则还需要对堆垛机的速度进行控制。PLC控制器可以根据堆垛机到目标位置的距离判断堆垛机应采用何种速度。可以将堆垛机的水平运行机构设计成四档，分别是爬行、低速、中速、高速。在不同的距离为致残用不同的速度。

堆垛机通常由机架，运行机构，升降机构，载货台和货叉组成，如图所示。

机架：堆垛机的机架是由立柱、上横梁、下横梁组成的长方形结构框架,是堆垛机的主要承载构件。

运行机构：堆垛机的运行机构由电机减速器、行走轮、导向轮等组成。保证堆垛机能够在地轨上正常行驶。

升降机构：堆垛机的升降机构主要由电机减速器、驱动链轮、驱动链条、升降链轮、升降链条、配重块等组成。当电机减速机通过驱动链轮带动升降链轮旋转,升降链轮再通过升降链条带动载货台上下运动。

载货台：堆垛机的载货台为装载平台,是堆垛机承接货物并进行升降运动的部件,在其侧面装有四个导向轮,以保证载货合能够沿着升降轨道正常行驶。

货叉：堆垛机的货叉机构是堆垛机存取货物的执行机构, 装设于堆垛机载货台上, 承载货物进行升降, 向堆垛机两侧货架伸出以取出或放进货物。是堆垛机中最主要的部分,它主要由下叉、中叉、上叉、传动组件、传力组件等组成。由于堆垛机作为改价立体仓库关键的存取设备，要求其具有双向双工位或单工位存取货物的能力。基于该种要求，必须设计多级复合伸缩装置才可以实现上述功能。

4. 自动化立体仓库主要类型

同样，根据企业生产流程和货物周转的需要，以及货物种类、特性、重量、外形尺寸的要求，自动化立体仓库货架可按不同原则分为若干类型。例如：按货架布置划分按货架布置划分为巷道式和区域式。

(1)巷道式:货架沿仓库宽度方向分为数排，每两排(或四排即深巷式)货架之间布置巷道，供堆垛机作业，每排货架沿仓库长度方向又分为若干列，沿垂直方向又分为若干层，形成大量货格。(2)区域式:把货架靠拢合并，同层同列的货格相互贯通，连成一个通廓。其优点是可减少巷道数量，提高仓库面积利用率，适合于存放品种少、批量大的物料。

5. 自动化立体仓库市场前景

自动化立体仓储系统通过各个设备的协调动作，可以按照用户的需求，柔性的完成指定货物的自动有序、快速准确、高效的入库和出库作业。这样的系统具有诸多优点，体现在以下几个方面。

1）具有高速运转，操作简单，实现微机自动化管理，提高效率等优点可以充分利用仓库的垂直空间，可以提升仓库的空间利用率大规模储存货物，减少仓库占地面积，充分利用仓库的垂直空间空间，提升仓库的空间利用率。

2）可以利用堆垛机实现自动存货和取货，作业效率得到提高，不仅操作简单，有效地减少了人力以及降低了操作人员的操作强度和出错率。而且自动化立体仓库可以适应黑暗，低温有毒等环境，这是依靠人力管理的仓库无法做到的。

3）依靠计算机的智能管理，不仅可以减少货物的积压，而且由于货物通常采用编码识别技术，可以将货物的信息输入计算机中管理，便于追踪货物的出入库动向。可以有助于仓库管理与生产环节间的联系更为紧密。

4）自动化立体仓库通常采用托盘存储货物，可以显著降低货物的破损率。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一、要解决的问题

本课题要解决的问题是对400x80型自动化物料仓库堆垛机伸缩机构及旋转机构的机械设计与三维建模。

二、拟采用的手段