双伸位堆垛机货叉结构设计及应用

双伸位堆垛机货叉结构及应用于彩敏1朱典想2摘要：为了满足自动化立体仓库存储量大的原则，结合自动化立体仓库规划设计，提出了一种双伸位货叉设计理念，详细介绍了双伸位货叉的机构组成、传动原理和设计应用要点。关键字：自动化立体仓库；双伸位货叉；货叉机构；设计中图分类号：THThestructuredesignandapplicationofDoublestretchpalletforkinStackerCraneYUCai-min1ZHUDian-xiang2（1.SanjiangInstitute,Nanjing210012，China2.NanjingForestryUniversityCollegeOfMaterialsScienceangEngineering，Nanjing210037，China)Abstract:Inthispaper,combinedwiththeplanninganddesignofAS/RS,theauthorraisesadoublestretchpalletforkdesignconceptinordertomakethewarehousestoremoregoods.Thepaperintroducestheconstitutionofmechanism,transmissionprincipleanddesignkeypointsofthedoublestretchpalletfork.Keywords：AS/RSDoublestretchpalletforkPalletforkmechanismDesign1引言巷道堆垛机是自动化立体仓库存取货物的主要起重运输设备，沿着轨道(单轨)可在水平面内移动，载货台(载货台上安装有货叉)可沿堆垛机立柱垂直移动，载货台上货叉可向巷道两侧的货格伸缩和微升降，从而实现取货动作。通常情况下，一台堆垛机负责左右两排货物的存取，而对于自动化立体仓库出入库效率要求不高，存储货物品种单一，要求存储量较大的情况下，巷道堆垛机可采用四级双伸位货叉[1]。采用双伸位货叉的堆垛机，库房内货架可并列安装，即一台双伸位堆垛机可以存取巷道两侧各两排货架,如图1所示。出库输送机双伸位堆垛机双排钢结构货架入库输送机图1双伸位堆垛机货架布置图在相同面积条件下,它的使用不仅减少巷道占地，而且还减少了堆垛机台数,大幅度提高了地面利用率和库容量，同时能够为用户节约可观的投资[2]。图2为双伸位货叉作业实物图。图2双伸位货叉作业实物图2双伸位堆垛机货叉结构双伸位堆垛机货叉采用四级直线伸缩式机构，这种结构形式的货叉由减速电机、上叉、上中叉、下中叉、下叉、链轮及传动装置、链条、导轮、导向块、滚轮轴承、张紧装置和一些定位装置构成。图3双伸位货叉结构图1．上叉2.上中叉3.下中叉4.滚动轴承5.下叉6.光电开关支架7.传动轴装置8.上叉挡块9.滚动轴承10.滚动轴承11.链条接座12.链条张紧装置13.转向轮系13’.转向轮系14.转向轮系支架15.转向轮系16.中叉体传动链17.下叉固定板18.从动链轮19.主动链轮第一伸位第二伸位图4双伸位货叉伸出效果图图3和图4所示，下叉固定板通过螺钉固定在堆垛机载货台上，下叉（5）分为左右2个部分，结构相同，通过螺钉与下叉固定板（17）联接，两个下叉中间设置有三组链条转向轮系（13）、（13＇）、（15），用于连接中叉体传动链。下叉侧面安装有6块光电开关支架（6），用来控制货叉的三个运行状态：货叉中位（零位）、第一伸位和第二伸位。下中叉（3）形状如倒“T”型，安装在下叉（5）上面，下中叉（3）侧面安装有滚动轴承（4）和导向块，与下叉（5）凹槽配合，便于下中叉（3）在下叉（5）上平稳伸缩，同时将下中叉（3）上的荷载转移到下叉（5）上。上中叉（2）上安装在下中叉（3）上，内侧安装有滚动轴承（9）和导向块，便于上中叉（2）在下中叉（3）上平稳伸缩，同时将上中叉（2）上的荷载转移到下中叉（3）上。上叉（1）上安装在上中叉（2）上，内侧安装有滚动轴承（10）和导向块，便于上叉（1）在上中叉（2）上平稳伸缩，同时将上叉（1）上的荷载转移到上中叉（2）上。图3所示，减速电机输出轴上的链轮与传动轴装置（7）上的主链轮（19）通过双排链条连接并传动。传动轴装置（7）上安装有1个主动链轮（19）和两个从动链轮（18），连接方式为键连接。主动链轮（19）的传动带动和两个从动链轮（18）的传动，从而驱动两个货叉同时伸缩。图5货叉链条缠绕示意图1.上叉上链条固定装置2.链条3.上中叉上转向轮系4.上中叉上链条张紧装置5.上中叉上链条固定装置6.链条7.下中叉上转向轮系8.下叉上链条张紧装置9.下中叉上链条张紧装置10.中叉体传动链11.下中叉上链条固定装置12.下叉上一对转向轮系13.下叉上转向轮系14.下叉上转向轮系15.传动轴装置上转向轮系图5所示，中叉体传动链(10)一端固定在下中叉上链条固定装置(11)上，并经过三组下叉上的转向轮系（12）（13）（14）和传动轴装置上转向轮系（15）与下中叉上链条张紧装置(9)连接。链条(6)一端固定在上中叉上链条固定装置（5）上，连接下中叉上转向轮系（7）后固定在下叉上链条张紧装置（8）上。同理，链条(2)一端固定在上叉上链条固定装置（1）上，连接上中叉上转向轮系（3）后固定在上中叉上链条张紧装置（4）上。图6中叉体传动链与下叉上转向轮系连接示意图1.中叉体传动链2.下叉3.中叉体传动链与下叉上转向轮系组合上叉与上中叉，上中叉与下中叉的传动链条为单排链条，各为2根。而下叉是由左右2个对称部分组成，中间留出的距离较少，如果采用2根传动链条来连接，则空间位置不够，所以将单排链条进行改造，将一部分链条以GB/T1243的传动链08B-1改制，其双排排距Pt=20，如图6所示。这样就可以有效的利用空间，避免发生干涉，而不影响链条的传动效率。链传动的优点在于：链传动可以在两轴中心距较远的情况下传递运动和动力，没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比，需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，可减少轴承的摩擦损失，结构紧凑，能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作[3]。由于实现双伸位货叉的左右伸缩功能，所以上下叉下中叉上中叉上叉叉与上中叉的连接链条、上中叉与下中叉的连接链条，以及中叉体传动链都是成对出现，共计4根单排链条和2根中叉体传动链，通过减速电机的正反转可实现双伸位货叉的左右伸缩。此外，为了使货叉伸缩到指定位置，保证准确存、取货物，在货叉上安装有机械保护和电气保护装置[4]。载货台的货叉设有中位及伸叉到位探测开关，非中位且非伸叉到位状态时，堆垛机禁止水平或垂直运行；堆垛机水平或垂直运行时，禁止货叉动作。另外，货叉上设置有超时保护，货叉伸缩机构伸缩到第一伸位或第二伸位的时间是固定的，若机械传动装置出现问题，或者链条被卡住，或者链条断开等情况，货叉未在规定时间到达指定位置，则堆垛机控制系统将切断货叉电机的供电。此外，货叉上设置有伸缩力矩限制保护装置，当伸叉阻力超过设定值时，自动停止，从而避免设备损坏[5]。2工作原理为了便于与解释，暂定托盘规格：850×850×190（长×宽×高，单位：mm），托盘额定荷载为500kg，每层货架横梁上可放置2个托盘货物，为了存、取托盘货物的安全，托盘放置在货架上前后各伸出100mm，第一伸位和第二伸位托盘间距为80mm，如图7所示。第二伸位货格第一伸位货格第二伸位托盘货物第一伸位托盘货物出入库输送机图7双伸位堆垛机一侧货位示意图根据此条件，通过机械设计得出，双伸位货叉在第一伸位货叉行程为1000mm，第二伸位货叉行程为1930mm，堆垛机下叉长度、下中叉长度以及上中叉长度为950mm，上叉长度为870mm，货叉为40Cr。2.1双伸位货叉传动原理下上中叉与上中叉以及上中叉与上叉均是通过链条固定装置和链条张紧装置，经过转向轮系相互连接，链条的缠绕方式相同，如图6所示。减速电机输出轴上的链轮通过双排链条驱动传动轴上主链轮，从而相应的驱动下中叉、上中叉和上叉的运动。这种机构的特点是下叉固定不动，若伸出行程为L，下中叉相对于下叉伸出的距离为伸出行程的L／3，上中叉相对于下中叉伸出的距离为伸出行程的L／3，上叉相对于上中叉伸出的距离为伸出行程的L／3，并且伸出时速度相同，最终实现货叉伸出总行程L[6]。2.2双伸位货叉工作于第一伸位当双伸位货叉存、取第一伸位的托盘货物时，货叉总行程为1000mm，允许偏差±5mm。因为上叉、上中叉及下中叉运行方向和运行速度相同，所以在既定的时间内，上叉、上中叉及下中叉行程均为1000/3，即333.3mm。图8中尺寸标注线为各级货叉的中心到中心。说明：货叉总行程1000=850+150（单位：mm）其中850mm：为托盘宽度150mm：为载货台与托盘之间的安全间隙图8双伸位货叉工作于第一伸位2.3双伸位货叉工作于第二伸位当双伸位货叉存、取第二伸位的托盘货物时，货叉总行程为1930mm，允许偏差±5mm。此时上叉、上中叉及下中叉在既定的时间内均伸至最长，上叉、上中叉及下中叉的行程为1930/3，即为643.3mm。图9中尺寸标注线为各级货叉的中心到中心。说明：货叉总行程1930=850×2+150+80（单位：mm）其中850mm：为托盘宽度150mm：为载货台与托盘之间的安全间隙80mm：为第一伸位托盘与第二伸位托盘之间的安全间隙图9双伸位货叉工作于第二伸位3双伸位货叉应用特点为了确保双伸位货叉能够灵活伸缩存、取托盘货物，设计时应考虑如下几点：3.1靠近巷道两侧的第一根横梁要低一般情况下，托盘腿净空（叉孔高度）距离在100～150mm，由于四级货叉较厚，在存、取第一伸位托盘货物时，上叉、上中叉及下中叉各伸出一定距离，为了防止下中叉与第一伸位横梁发生干涉，此时第一伸位、靠近巷道的横梁要低一些，同时在横梁上焊接垫高块，垫高块上面与第一伸位的另一根横梁以及第二伸位两根横梁相平。如图10所示。图10横梁位置关系及托盘放置示意图3.2输送机设置于第二伸位如图7所示，图中的出入库输送机布置在与第二伸位对齐，其高度与第二伸位的第一层载货横梁高度持平，目的是为了避开双伸位货叉结构中的下中叉与出入库输送机发生干涉，便于双伸位货叉存、取托盘货物。3.3应用变化特点笔者是根据托盘规格：850×850×190（长×宽×高，单位：mm），托盘额定荷载为500kg，针对堆垛机载货台上双伸位货叉进行设计的，若托盘规格或托盘荷载发生变化，此双伸位货叉的结构组成和传动原理可以借鉴并应用，但是须保证货叉运行过程的稳定性,以保证货物的稳定。可以通过改善货叉截面形状,加大惯性矩,增加抗变形能力，提高配合精度,减小运动间隙，提高支点承载能力，增加侧导轮和导向块,消除侧向间隙，提高链传动平稳性。4结语堆垛机伸缩货叉采用四级直线差动机构，运动关系和结构较复杂。该双伸位货叉已被应用于兰州金川金属材料技术有限公司自动化物流仓储系统项目中，经过使用，效果良好，其结构紧凑，伸缩灵活，控制简单，方便维护。不足之处在于本文未对双伸位四级货叉的力学性能进行校核分析，留给今后继续深入。5参考文献1崔国成.堆垛机货叉选型设计［J］.物流技术与应用，2012（02）：92～95.2郝隆誉.双伸位堆垛机设计［J］．物流技术与应用，2007（01）：98～99.3杨可桢,程光蕴,李仲生，等.机械设计基础（第五版）［M］.北京：高等教育出版社,225.4陈忠阁,朱宝昌.有轨巷道堆垛起重机技术现状与发展趋势［J］．物流技术，2000（06）：13～14.5JB5319.2—91，有轨巷道堆垛起重机安全规范[S].6孙永吉,邹雪梅,邹雪娟.巷道式堆垛机货叉的力学模型及研究［J］.兰州工业高等专科学校学报，2009（2）：33～35.作者简介：于彩敏,女，1980年出生，硕士研究生，三江学院机械工程学院教师，讲师，江苏省巾帼标兵，承担机械制图、工程力学、机械设计基础等课程教学。作为副主编编写了《机械基础》高职使用教材。地址：江苏省南京市雨花区龙西路10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