摘 要

现代社会，物流行业的机械设备不仅是现代化企业生产过程中的主要作业工具之一，也是批量生产过程和机械化流水操作的基础。目前伴随着物流及相关行业的进步和发展，物流相关机械设备也在不断的得到提升与改进。这个领域中有很多新的装备不断涌现，它们的出现不但减轻了人的劳动强度，降低了物流的成本，同时还提高了物流工作运作的效率和服务质量。所以它们对物流及相关行业的快速发展起着重要作用。

本课题主要介绍了托盘叠层移动升降机的工作原理和相关机械结构的设计，本次设计是对针对生产线存储工件的托盘的移动升降机的机构设计，根据工作要求，该设备能把叠层后的托盘进行相应的运输，移动到输送线上。它主要由输送机构、升降机构、水平推动机构等部分构成，制造和使用方便，在相关企业的加工生产线或装配线上都可以得到很好的应用。

关键词：物流；托盘；移动升降机；机构设计

Abstract

In modern society, the mechanical equipment of the logistics industry is not only one of the main working tools in the production process of modern enterprises, but also the basis of mass production process and mechanized flow operation. With the progress and development of logistics and related industries, logistics related machinery and equipment are constantly being upgraded and improved. There are a lot of new equipments in this field, and their emergence not only reduces the labor intensity of people, but also reduces the cost of logistics, and also improves the efficiency and service quality of logistics operations. Therefore, they play an important role in the rapid development of logistics and related industries.

This topic mainly introduces the working principle of the pallet stacking mobile lift and the design of the related mechanical structure. This design is a mobile lift for the pallets that store the workpieces for the production line. According to the work requirements, the equipment can stack the pallets and move the pallets. Go to the conveyor line. It is mainly composed of conveying mechanism, lifting mechanism, horizontal pushing mechanism, etc. It is easy to manufacture and use, and can be well applied in the processing line or assembly line of related enterprises.

Keywords: logistics; pallet; mobile lifter; mechanism design

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状分析 2

第2章 设计方案论证 5

2.1 移动升降机功能原理 5

2.2 托盘输送装置的一般设计方案 5

2.3 托盘输送装置的主要构成 6

2.4 托盘移动升降机的总体方案设计 6

第3章 结构设计 8

3.1 水平输送模块的主要设计 8

3.2 垂直升降动力模块的主要设计 9

3.3 升降运动执行模块的主要设计 10

3.4 水平推杆运动模块的主要设计 12

3.5 水平输送制动模块的主要设计 14

第4章 计算与选型 15

4.1 电机选型 15

4.2 同步齿形带带传动设计 15

第5章 基于DELMIA的模型制作 17

5.1 DELMIA软件的功能与应用 17

5.2 DELMIA软件建模过程 18

5.3 DELMIA软件装配过程 20

第6章 总结 22

参考文献 23

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

自动生产线早在上个世纪以来就出现在了机械制造的领域当中，现如今更是在制造业内有着无比重要的地位^[1]。当代社会，经济的发展的同时也伴随社会在不断地进步，国内外工业以及制造业发展的进程也在不断扩大。使用自动线进行生产的产品应该具有先进的设计和工艺，并保证产量足够大，而且稳定可靠，并且可以在较长的一段时间内基本保持不变。采用自动生产线生产的方式，能在大批、大量的生产活动中有效提高劳动生产率，稳定和提高产品的质量，可以缩减生产占地面积从而降低生产成本，同时改善劳动条件，有利于生产均衡性，并缩短生产周期，有着非常显著的生产效率和经济效益。

在没有人为干预的情况下，按照规定的程序或指令自动操作或自动控制自动生产线的过程，目标是“稳定，准确，快速”。很长一段时间以来自动化技术广泛应用于农业，工业，交通，军事，科研，商业，服务和医疗。能够把工人们从繁重的体力劳动以及危险、恶劣的工作环境中解放出来一直是工业生产领域中的一个目标，采用自动生产线可以做到这一点。而且，自动生产的设计和应用还可以扩展人的器官功能，不仅极大地提高劳动生产率，同时也增强人类认识世界和改造世界的能力。

托盘作为工件或物品的载体在自动生产线的运输中起到了很大的作用。托盘是指运用于堆放、集装、运输和搬运的放置作为单元负荷的制品和货物的水平平台装置^[2]。为了使其承载的货物有效地运输、装卸以及保管，托盘将按照一定的数量组合放置在一个台面上，这样以便于有叉车插入并将其托起的叉入口或者其他的常见的运送方式，运输方便。基本结构以这样结构的平台或者在这样基本结构上发散开而形成的多种集装器具都可以称之为托盘^[3]。托盘运输的运输方式，是将货物按照相应的要求装载在一个标准的托盘上，利用铲车或者托盘升降机来进行装卸，组合成为一个运输单位的方式。托盘运输是将货物装载在托盘上并用一定的方法加以固定，用铲车或者其他装卸运输机械进行搬运。成组运输的一种运输形式就是连同托盘带货物一起装入车船进行运送。托盘这种产物早在第二次世界大战时就已经在产业界登场。当时战争的军需物资主要都是由美国方面生产和供给的。在当时美国为取得战争的胜利，要把大量的物资运送到亚太地区、欧洲以及各个战争的前线。所以尽管美国本土在加速生产各类军需物资，但是堆积如山的货品在美国的各个港口却还是随处可见。由于向各战场运输相应的物资不能按照计划进行，特别的是，在运输船上的装卸作业也就成了一个难关。在当时那种情况，战况紧急，分秒必争，有关装卸物资滞留时间的问题必须得到尽快解决。于是就出现了一种集装单元系统，这种系统就是由托盘与集装箱等组成的。托盘运输方式这种由美国军方开发出来的运输方式，在战后得以广泛应用，从而推广到了全世界。

本次设计是对针对生产线存储工件的托盘的移动升降机，根据工作要求，能层叠2个托盘后，并将托盘移动到输送线上。根据要求，分析找出符合装置结构形式并计算得出装置的各项参数并对其进行理论校核，之后利用DELMIA软件进行设计建模，使设计的装置可以满足生产和使用要求。通过这次设计，可以使我对生产线上的托盘升降机的构造有一个基本的认识，并且掌握DELMIA工作的基本步骤和方法，与此同时在设计的过程中可以不断接触并学习目前机械制造行业的先进技术和优秀的研究方法，让自己得到充分的锻炼，为今后的学习研究打下坚实的基础。

1.2 国内外研究现状分析

托盘是一种重要的集装单元器具，其功用就是作为承载物品的一种载体，把各种物品组成一个便于运输的基础单元^[4]。托盘在物流产业各环节中应用十分广泛，因为作为物流作业最基本、最重要的载具，它的使用量被视为物流现代化程度的一个重要标志，托盘的发展和使用水平可视为衡量物流产业发展水平的关键指标。托盘一般要经历贮存、运输、使用和回收处理这几个状态，这些状态根据情况有可能重复多次，这便是托盘的工作生命周期。托盘的尺寸规格在国际上一直很难得到统一，托盘实现标准化是国内外物流界的一个共同愿望，但是这个涉及到各个国家或者地区的经济利益问题，所以在统一和标准化的道路上显得异常艰难。

在物流产业较发达的欧美国家，托盘的循环共用是主要的托盘运营管理模式，其主旨理念则是围绕着提高托盘使用效率。而托盘使用效率的核心，就是实现带板运输^[5]。然而，虽然我国托盘的总量也在逐年提升，国内推广的托盘循环共用的力度也在不断加大，但是相比国外而言，货物带板运输的比例仍然相对比较低，进而导致综合运输成本偏高和物流效率低下。带板运输可以极大地提升货物流转过程中的装卸效率， 在此基础上，能够通过越库作业、共享配送、快速补货等方式 实现部分行业如快消行业的库存优化和管理，从而实现降低 库存成本的目的^[6]。基于国内托盘共享租赁以及实际的使用的状况，结合近年来国家大力推行托盘标准化和托盘的循环共用，目前的形势主要聚焦于如何推动扩大带板运输。

现如今，工艺生产的生产、仓储、运输、配送、流通等环节都已经广泛应用了托盘。国家有关部门也出台了相关的指导性文件，大力推广托盘标准化。托盘的尺寸标准与商品的生产线、搬运的物品、存储的货架、运输车辆、集装箱、卸货平台以及搬运设施等都有着直接的匹配关系，是物流集装单元化重要的基础标准。这是国家大力推动发展现代供应链体系建设的基础，也是不断降低物流的成本、提高商品流通效率的根本所在。

相较于传统的快速运输链和步进梁的运输方式，托盘式钢卷运输链系统的显著优势是重量较轻、运行较平稳、设备维护方便、节能环保等，在国内和国外的应用都呈现越来越广泛的趋势。迄今为止，国内已经有很多条新建的工业项目中采用了托盘式钢卷运输链运输系统，应用效果反响较好。

近年来，虽然国内少数企业和政府开始着手推广带板运输，但是不同产业链、行业上下游以及不同企业主体之间的带板运输工作仍处于起步阶段。经过一些时间的发展，国内现已涌现出规模较大的托盘运营商，除去部分只是在本地运营的服务商外，许多跨区域或全国性的托盘服务商近年来已大力通过核心客户群之间的业务关联，大力推广带板运输。但是仍然存在的问题是营业服务水平不高，具体表现在托盘以及其配套物流设备的标准化程度比较低，运输时间较长，托盘带板运输过程中的在线管理及计费模式尚不成熟，连锁零售业日益走向生鲜时代，生鲜产品的单元化运输需要更优质的服务，在托盘运输过程中，标准托盘的尺寸不能匹配非标车厢，导致车厢的空间利用率降低等等。

托盘式的升降机一般主要由升降机主体、自动控制系统、输送线等部分组成。这种设备的电气控制系统备一般都具有联锁装置,可以避免意外事故发生^[7]。运输机一般分为单向、双向两种输送的方式,物料输送的高度可以从几米至几十米，而且物料输送重量可以从几千克至几百千克。输送节拍可按物件输送要求的技术参数进行设计制作，一般可以从每分钟几次到15～20次。德国的斯慕门公司生产的一种BE型横包机组生产线, 这种设计大大改善了包装质量，具有效率高、操作方便、包装质量好等优点。但是，在工作环境温度在20℃左右,湿度在55%～60%的情况下,有时候经过两个星期，氧化生锈等现象就会发生在一些关键区域,从而使摩擦力增大，降低工作的效率。很多生产线所用到的一些升降运输设备也都会有这种问题。

图1.1 现有的托盘升降机设备

第2章 设计方案论证

2.1 移动升降机功能原理

本次设计的工作是针对生产线上存储工件的托盘的移动升降机，根据工作要求，能层叠2个托盘后，并将托盘移动到输送线上。要求设备的具体功能为将两个叠层在一起的托盘通过水平传送路线传送到一个工作平台上，该工作平台与需要将托盘接触叠层后送到的输送线有一定的垂直距离，因此这里需要有一个垂直升降机构将工作平台以及其承载的托盘一起垂直输送到托盘输送线的垂直高度，然后由其他机构或者工作人员取下叠层上面的那一个托盘，再由移动升降机上的一个水平推动板来把下面一层的托盘推动到输送线上，输送线将托盘送走的同时，工作平台下降到之前的高度，另一组托盘也随之到达水平传送的路线，通过水平传输路线再次运送到工作平台上，如此循环往复。

2.2 托盘输送装置的一般设计方案

根据相应生产线要求，该升降机设备能将叠层2个的托盘规律地移动到输送线上。从目前来看，现阶段的托盘式输送机的结构形式比较多样，一般可以按照以下几种类型分类：根据机器安装形式分为固定式和移动式，按设备的布置形式可分为倾斜型、垂直型、垂直-倾斜型等，按照牵引部件的结构形式可以分为铸造链、冲压链、环链、可拆链以及套筒滚子链式等，按照底板的结构可以分为平板式和鳞板式，按照牵引链的数量可以分为单链和双链式，按照输送机的运动特性可以分为脉动式和连续式，按照驱动方式分类可以分为电力机械驱动式以及其他动力驱动。

托盘式输送装置在许多机械制造工业部门和许多与人们密切相关的日用品行业的生产中都有着极其广泛的应用，一般的托盘运输装置都能够沿着垂直或其他方向输送承载工件或材料的托盘，且其承载部位和运行的部分一般都由金属材料构成，因此跟其他连续运输的机械一样，它可以承载的重量是比较大的^[10]。除此之外，现有的托盘式运输机还具有以下优点：应用范围广，输送能力高；牵引力高，强度大，可用作较远距离的运输；与其他输送机构相比，输送路线布置起来比较灵活；输送的过程有利于分类、装配等加工；运行平稳且可靠。当然同时，托盘式输送机也有一下几个缺点：牵引和输送机构自重较大，可能导致相应的金属材料消耗较多，且空载功率较大；磨损较快，维修和润滑比较不方便；有一定的噪声；结构较复杂时制造加工的工作量大，造价较高。

托盘式运输装置在设计时应考虑其布置形式，首先其需要满足相应的工艺，即应该符合该工艺所提出的运输路线、运输量以及其他的工艺过程中的要求^[11]。在满足其相应工艺要求的前提下，设计应力求最为简洁轻便的布置形式，布置的方式越简单，输送机构的路线就越简单，其运行时的阻力就会越小，同时也有利于降低其技术成本，提高经济性。在设计布置时我们也要充分考虑设备与周遭环境之间的关系，尽量避免与其他的设施和装置出现矛盾，应当综合考虑各个方面的情况，以求整体方案布置的合理性。

2.3 托盘输送装置的主要构成

托盘式输送机装置主要由输送机构装置、驱动装置、张紧装置、机架等组成。由于托盘式输送装置的速度较低，只靠减速器不太容易满足减速比的要求，因此一般采用综合式的传动机构，一般来说，托盘输送多采用单独驱动，只有特别重载时才会采用多驱动。

所谓驱动装置是指用来驱动各种工作机构的动力设备，是构成传输设备的重要组成部分，在很大程度上决定着机械的工作性能和构造特点，它自身的质量和成本，对机械的实用性和经济指标也起着重大的影响。一般常见的驱动形式有电力驱动、内燃机驱动、液力与液压驱动等，工业系统里，电能比较容易取得，而且经济方便，不容易污染环境，而且电力驱动所用的电机起动、调速、过载、正反转性能优良，控制也较为方便，易于实现自锁和联锁，因此电力驱动是传输机械比较常用的主要驱动方式。

对于托盘的水平输送一般则采用传送带传输的方式，带式输送是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的方式^[12]。它主要由框架，传送带，滚筒，辊子，传动装置，张紧装置等组成。它可以形成沿着特定的输送线从最初的供应点到最终的排放点输送材料的过程。它可以运输零散的材料，以及单个物品的转移。除了转移清洁材料外，还可以结合工业设备制造过程中的技术要求，形成有节奏的流线。与其他运输设备相比，具有运输距离长，运输量大，可以连续工作等优点，运行可靠，易于实现自动化，集中控制简单。带式输送的输送线路适应性强又灵活，线路长度根据需要而定，而且带式输送的动力消耗较低，运行阻力小。

2.4 托盘移动升降机的总体方案设计

本次设计中经过结构设计、计算与选型和建模装配以后的总体方案如下图所示。

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