需要購買對應 紙  咨詢 14951605 買對應的 紙  14951605 或 1304139763 本科生畢業設計 (論文 ) 題     目 : 立體倉儲系統穿梭車   導軌換向系統結構設計   英文題目 :   系       :   專     業 :   班     級 :   學     生 :   學     號 :   指導教師 1:  職稱 :   指導教師 2:  職稱 :    聲     明  本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得研究結果。論文在引用他人已經發表或撰寫的研究成果時，已經作了明確的標識；除此之外，論文中不包 括其他人已經發表或撰寫的研究成果，均為獨立完成。其它同志對本文所做的任何貢獻均已在論文中做了明確的說明并表達了謝意。  學生簽名： _                  年       月      日  導師 1 簽名： _                  年       月      日  導師 2 簽名： _                  年       月      日   體倉儲系統穿梭車導軌換向系統結構設計  摘  要  自動化立體倉庫 具有占地小、容量大、周轉率強、準確率高、自動化程度高、環境適應能力強等特點，在機械、冶金、煙草、電子、醫藥等行業得到廣泛應用，成為現代物流業倉儲與配送不可缺少的重要組成部分。此情況下， 需要 一種 用于兩條平行軌道切換 的 導軌換向 的 系統， 包含 換向提升機構、旋轉控制機構 ，通過提升機完成對小車的提升以及橫向和垂向的直角轉彎 。  本次設計首先根據設計功能及參數要求提出了多種設計方案；接著，通過對比分析確定了本次設計的 穿梭車 導軌換向系統結構方案采用 升降 旋轉式轉彎系統 ；然后，對各機構中主要零部件進行了設計與校核；最后，采用 圖軟件繪制了本系統的裝配圖及主要零件圖。  通過本次設計，鞏固了大學所學專業知識，如：機械原理、機械設計、材料力學、公差與互換性理論、機械制圖等；掌握了普通機械產品的設計方法并能夠熟練使用件，本次設計代表了普通機械設計的一般過程，對今后的設計工作有一定的參考價值。  關鍵詞： 穿梭車 ，導軌，換向系統，設計   of is an of of in an of be In a a of of to to to of a on in to of of of of of of be to of in   錄  摘  要  . 1 . 2 引     言  . 5 1 緒  論  . 7 梭車類型  . 7 梭車系統的構成與結構  . 7 梭車系統的構成  . 7 梭車的結構  . 8 內外研究現狀  . 10 統自動化立體倉庫  . 10 動小車存取系統  . 11 梭車系統技術 研究方向  . 12 究內容與意義  . 13 2 總體方案設計  . 15 計要求  . 15 能要求  . 15 數要求  . 15 案分析  . 15 案一：軌道轉彎  . 15 案二：升降旋轉轉彎  . 16 案確定與原理分析  . 16 3 升降機構的設計  . 17 降電機的選擇  . 17 機類型介紹  . 17 擇電動機類型  . 19 動機容量的選擇  . 19 動機轉速的選擇  . 19 降凸輪的設計  . 20 輪機構設計概述  . 20 輪結構尺寸設計  . 24 的選擇與校核  . 24   旋轉機構設計  . 25 擇電機的選擇  . 25 擇電動機類型  . 25 動機容量的選擇  . 25 動機轉速的選擇  . 25 輪齒圈設計  . 26  精度等級、材料和齒數  . 26 齒面接觸疲勞強度設計  . 26 齒根彎曲強度設計  . 28 何尺寸 計算  . 29 的選擇與校核  . 30 5 電氣控制系統  . 31 梭車結構組成  . 31 梭車電機的選擇  . 31 梭車電氣控制系統  . 33 氣控制系統組成  . 33 統通訊  . 34 梭車定位與速度控制  . 35 全運行控制  . 35 向系統控制系統  . 36 動芯片模塊  . 36 源模塊  . 36 電耦合器（  . 37 路的設計  . 37 結  論  . 39 參  考  文  獻  . 40 附   錄  . 41 在  學  取  得  成  果  . 42 致   謝  . 43       言  自動化 立體倉庫 (信息技術和工業生產飛速發展的產物，是物流作業全流程中具有重要意義的節點。現階段，大多數自動化立體倉庫是由負責存儲貨物單元 (幾層、十幾層乃至幾十層高層貨架系統和能在二維空間按歐式軌線高速運行的堆垛機組成。自動化立體倉庫具有占地小、容量大、周轉率強、準確率高、自動化程度高、環境適應能力強等特點，在機械、冶金、煙草、電子、醫藥等行業得到廣泛應用，成為現代物流業倉儲與配送 不可缺少的重要組成部分。  然而在傳統自動化立體倉庫中，這種由堆垛機負責貨物存取的方式存在兩方面的不足。一方面是魯棒性不強，當堆垛機發生敵障時，其所服務的巷道隨即處于癱瘓狀態，無法繼續進行相應的出入庫作業，且一般不存在備用設備，只能停機維修造成停工。另一方面是柔性不足，當傳統堆垛機式的自動化立體倉庫設計建造完成后，其出入庫能力隨之固定。隨著電子商務的發展和定制化服務的深入，產品生命周期不斷縮短，小批量、多批次、多品種、高時效特點的訂單不斷增多，使得現代企業的生產需求原則從“可靠性第一”逐漸轉變成“柔性第一”。  此情況下，一種由負責水平運動的軌道導引車輛 (穿梭車 )和負責垂直運動的 升降 機 (同組成的新型倉儲系統一一自動小車存取系統( 2000 年左右在歐洲、美國等地開始陸續投入使用。該系統融合了自動導引車輛系統 (穿梭車 )的柔性和傳統堆垛機式自動化立體倉庫的高速出入能力，被認為是自動化立體倉庫的發展方向。在自動 小車存取系統中，其每一層貨架均有一輛或多輛軌道導引車輛，因此系統不會由于某輛車的故障而全線停機，使其柔性要遠高于傳統堆垛機式的自動化立體倉庫。但是，自動存取小車系統也存在著其相應的弊端。一方面，該自動小車存取系統更適用于標準托盤化的貨物倉儲，即單次出入的貨物單元內存貨數量多，難以應對以周轉箱為主要存儲單元的小規格、多頻次的存取需求；另一方面，每層貨架上均有一輛或多輛小車，對車輛管理系統的調度、控制、防堵塞等方面要求高，存在著控制系統繁復、成本巨大等問題。因此，上述原因也限制自動小車 取系統的大量應用。  為了 解決上述難題，在自動存取小車系統的基礎上，另一種新興的簡化的自動化倉儲系統應運而生，這就是多層穿梭車倉儲系統 (該系統既很好的解決自動存取小車系統難以適應以周轉箱為主的小規格貨物高頻次存取問題，其簡潔的系統設計又能使控制調度系統易于實現，降低信息管理系統與設備控制系統的開發難度以及設備調度過程中可能的出錯率。隨著顧客的訂單日趨呈現多批次、小批量、多頻次的趨勢以及電子商務環境下對高效顧客訂單履行的迫切需求，物流行業對于倉儲配 送的柔性化要求的日漸提高，該系統得到越來越多物流廠商的重視，并在醫藥、煙草等領域得到應用，例如 司的、 司的 及 團的 DS 。  雖然多層穿梭車倉儲系統在一些行業領域內已經得到了認可和應用，但是關于多層穿梭車倉儲系統的研究尚未深入。尤其是在儲位分配和任務調度方面，大多沿用傳統堆垛機式的自動化立體倉庫的研究成果，沒有充分發揮多層穿梭車倉儲系統的優勢和特點。因此 ，有必要對多層穿梭車倉儲系統進行深入的分析，對其儲位分配和任務調度進行研究，將該研究成果與實際工程項目相結合，以提高物流配送中心、倉儲中心的管理水平與服務質量。    緒  論  近年來隨著物流行業的發展 ， 穿梭車廣泛應用于立體倉庫和日用百貨、醫藥、煙草以及瓶裝和盒裝產品等多種行業的生產中 ， 并以其快速、準確的特點而逐步獲得廣大用戶的認可。  目前 ， 穿梭車的主要模式有直行穿梭車和環形穿梭車兩種。直行穿梭車 (通常為雙軌形式 )又稱往復式穿梭車 ， 它在一段直線軌道上進行往復運動 ， 通過直線路徑將物料從一個站點 輸送到另一個站點 ， 該模式的穿梭車具有系統簡單、設備少、占地面積小、輸送快捷等優點 ； 缺點是輸送能力有限 ， 同時 ， 系統的可靠性在很大程度上取決于單臺往復穿梭車的可靠性。  環形穿梭車 ( 通常為單軌形式 ) 由往復式穿梭車發展而來 ， 穿梭車軌道在平面內呈閉環布置 ， 穿梭車沿軌道單向運行 ， 該環形軌道可以同時運行多臺穿梭車 ， 但過多的穿梭車在一條閉環軌道上運行也將會導致交通堵塞 ， 致使穿梭車使用效率不高 ， 形成穿梭車運力的浪費。  梭車 系統的構成與結構  梭車 系統的構成  穿梭車 一般采用輪式驅動，具有電動車的特征。 穿梭車 小車能在地面控制系統的統一調度下，自動搬運貨物，實現自動化的物料傳送。因其具有靈活性、智能化等特點，能夠方便地重組系統，達到生產過程中的柔性化運輸之目的。較之傳統的人工或半人工的物料輸送方式， 穿梭車 系統大大減輕了勞動強度和危險性，提高了工作效率，在機械、電子、紡織、卷煙、醫療、食品、造紙等行業都可以發揮作用。國外的 穿梭車 系統設計，應用水平都比較高，應用范圍也很廣泛。國內的應用相對少一些，但是在各方面的共同努力下，國內的 穿梭車 系統的設計水平和應用水平正在接近或趕超國際先進水平。  穿梭車 系統由控制臺、通訊 系統、地面導航系統、充電系統、 穿梭車 和地面移載設備組成，如圖 1示。    1梭車 系統示意圖  其中主控計算機負責 穿梭車 系統與外部系統的聯系與管理，它根據現場的物料需求狀況向控制臺下達 穿梭車 的輸送任務。在 穿梭車 電池容量降到預定值后，充電系統給 穿梭車 自動充電。地面移載設備一般采用滾道輸送機、鏈式輸送機等將物料從自動化倉庫或工作現場自動移載到 穿梭車 上，反之也可以將物料從 穿梭車 上移載下來并輸送到目的地。 穿梭車 、充電系統、地面移載設備等都可以根據實際 需要及工作場地任意布置，這也體現了 穿梭車 在自動化物流中的柔性特點。  梭車 的結構  穿梭車 由車載控制系統、車體系統、導航系統、行走系統、移載系統和安全與輔助系統組成。  （ 1）車載控制系統  車載控制系統是 穿梭車 的核心部分，一般由計算機控制系統、導航系統、通訊系統、操作面板及電機驅動器構成 片機及工控機等。導航系統根據導航方式不同可分為電磁導航、磁條導航、激光導航和慣性導航等不同形式 梭車 確定其自身位置，并能沿正確的路徑行走。通訊系統是 穿梭車 和控制臺之間 交換信息和命令的橋梁，由于無線電通訊具有不受障礙物阻擋的特點，一般在控制臺和 穿梭車 之間采用無線電通訊，而在 穿梭車 和移載設備之間為了定位精確采用光通訊 梭車 調試時輸入指令，并顯示有關信息，通過 口和計算機相連接。 穿梭車 上的能源為蓄電池，所以 穿梭車待命站  充電系統  路徑  面移  栽設備   動作執行元件一般采用直流電動機、步進電動機和直流伺服電機等。  （ 2）車體系統  它包括底盤、車架、殼體和控制器、蓄電池安裝架等，是 穿梭車 的軀體，具有電動車輛的結構特征。  （ 3）行走系統  它一般由驅動輪、從動輪和轉向機構組成 四輪、六輪及多輪等，三輪結構一般采用前輪轉向和驅動，四輪或六輪一般采用雙輪驅動、差速轉向或獨立轉向方式。  （ 4）移載系統  它是用來完成作業任務的執行機構，在不同的任務和場地環境下，可以選用不同的移載系統，常用的有滾道式、叉車式、機械手式等。  （ 5）安全與輔助系統  為了避免 穿梭車 在系統出故障或有人員經過 穿梭車 工作路線時出現碰撞， 穿梭車一般都帶有障礙物探測及避撞、警音、警視、緊急停止等裝置。另外，還有自動充電等輔助裝置。  （ 6）控制臺  控制臺可以采用普通的 ，如條件惡劣時，也可采用工業控制計算機，控制臺通過計算機網絡接受主控計算機下達的 穿梭車 輸送任務，通過無線通訊系統實時采集各 穿梭車 的狀態信息。根據需求情況和當前各 穿梭車 運行情況，將調度命令傳遞給選定的 穿梭車 。 穿梭車 完成一次運輸任務后在待命站等待下次任務。如何高效地、快速地進行多任務和多 穿梭車 的調度，以及復雜地形的避碰等一系列問題都需要軟件來完成。由于整個系統中各種智能設備都有各自的屬性，因此用面向對象設計的 C+語言來編程是一個很好的選擇。在編程時要注意的是 穿梭車 系統的實時性較強，為了加快控制臺和 穿梭車 之間的無線通訊以及在此基礎上的 穿梭車 調度，編程 中最好采用多線程的模式，使通訊和調度等各功能模塊互不影響，加快系統速度。  （ 7）通訊系統  通訊系統一方面接受監控系統的命令，及時、準確地傳送給其它各相應的子系統， 成監控系統所指定的動作 :另一方面又接收各子系統的反饋信息，回送給監控系統，作為監控系統協調、管理、控制的依據。  由于 穿梭車 位置不固定，且整個系統中設備較多，控制臺和 穿梭車 間的通訊最適宜用無線通訊的方式。控制臺和各 穿梭車 就組成了一點對多點的無線局域網，在設計過程中要注意兩個問題 : 無線電的調制問題  無線電通訊中，信號調制可以用調幅和調頻兩種方式。 在系統的工作環境中，電磁干擾較嚴重，調幅方式的信號頻率范圍大，易受干擾，而調頻信號頻率范圍很窄，很難受干擾，所以應優先考慮調頻方式。而且調幅方式的波特率比較低，一般都小于3200s，調頻的波特率可以達到 9600K s 以上。  通訊協議問題      在通訊中，通訊的協議是一個重要問題。協議的制定要遵從既簡潔又可靠的原則。簡潔有效的協議可以減少控制器處理信號的時間，提高系統運行速度。  （ 8）導航系統  穿梭車 導航系統的功能是保證 穿梭車 小車沿正確路徑行走，并保證一定行走精度。 穿梭車 的制導方式按有無 導引路線分為三種 :一是有固定路線的方式 :二是半固定路線的方式，包括標記跟蹤方式和磁力制導方式 ;三是無路線方式，包括地面幫助制導方式、用地圖上的路線指令制導方式和在地圖上搜索最短路徑制導方式。  多層穿梭車倉儲系統作為一種新型自動化立體倉庫，對其研究尚處于概念解釋和應用介紹方面。考慮其與傳統堆垛機式的自動化立體倉庫和自動小車存取系統具有一定的傳承性和相似性，因此借鑒這兩種自動化立體倉庫的相關研究成果，將對本文的研究有著極大的幫助。同時，在集裝箱碼頭的堆場管理領域，針對基于相似原理的堆場多車 倉儲系統的研究也為本文研究提供了很大幫助。  自動化立體倉庫最早于二十世紀五六十年代出現在美國。其打破了傳統平面堆放的倉儲管理模式，有效地減少了倉庫占地面積，兼有高效率出入的特點，使其在世界 國得到了廣泛的應用。在傳統自動化立體倉庫的作業管理領域研究，大多集中在儲位分配和任務調度兩個方面。  （ 1）儲位分配。倉儲管理的首要任務就是要對入庫貨物分配相應的倉位，因此儲位分配一直是自動化立體倉庫研究的熱點。首先，貨位管理有著不同的存儲策略，如共享存儲、定位存儲、分類存儲和隨機存儲等。其次 ，為了減少堆垛機完成貨物出入庫的行程時間，低周轉率貨物應放在離 I O 站臺遠的倉位，高周轉率貨物應放在離 I O 站臺近的倉位。再次，為提高貨架安全性和穩定性，重量大的貨物應該放在低層，重量小的貨物應該放在高層。基于上述思想，常見的儲位分配原則有全周轉率、訂單體積指數 (貨物重量、貨物體積、溫濕度要求等，其中 出的訂單體積指數得到了廣泛的研究和應用。  （ 2）任務調度。在傳統自動化立體倉庫中，堆垛機行駛在二維垂直平面內，運動線路為兩點間的歐式距離 ，其任務調度的關鍵在于如何在最短的行駛距離內遍歷所有的出入庫貨位。該思路與旅行商問題 (似，因此傳統自動化倉庫的任務調度研究大多基于旅行商問題進行優化和求解。 最早將物流倉庫訂單揀選作業看作旅行商問題來進行研究。進而，以遺傳算法為代表的各類啟發式算法被應用于求解自動化立體倉庫內的任務調度問題，如田國會等提出了多種調度規則，并利用遺傳算法及其改進算法對其進行對比分析。  動小車存取系統  美國倫斯勒理工學院的 隊 最早開始自動小車存取系統的分析研究。現階段關于自動小車存取系統的研究集中在建模分析、阻塞與死鎖、任務調度與設計指導三個方面。  （ 1）建模分析。對自動小車存取系統的建模分析始自 設計了一套概念化方法來分析貨架尺寸、倉儲策略和車輛配比等因素對該系統出入效率的影響：對比單指令循環 (雙指令循環 (種作業模式下自動小車存取系統的出入庫效率。在此基礎上，其科研團隊開始使用不同的排隊網絡模型來研究自動小車存取系統。 于 隨機存儲和停在任務完成處的停靠點策略 (利用嵌入式排隊網絡模型分析平均任務 業時間，其將礦輛軌道導引車和三臺 升降 機看做兩個子系統。對于軌道導引車輛子系統而言，車輛作為服務機構，任務作為顧客，將其設計為 M G V 隊列；對于 升降 機子系統而言， 升降 機作為服務機構，車輛作為顧客，將其設計為 M G L 隊列。通過迭代分析來估算車輛平均等待時間和 升降 機服務率等。相比而言， 出了一種將出入庫任務看作顧客，自動導引車輛和 升降 機看作一組并行服務機構的隊 列，進而分析了系統效率。相較于前人所提出的開環排隊網絡 (  提出利用半開放排隊網絡 (分析跨層作業的自動小車存取系統。  （ 2）阻塞與死鎖。自動小車存取系統由多輛自動導引車輛和 升降 機組成，存在著大量沖突點、阻塞點，易于出現死鎖問題。在此方面，我國廈門大學羅鍵團隊開展了廣泛的研究。何善君在其博士論文中，利用雙重著色動態賦時心護網分析自動小車存取系統行為，建立了作業任務進入系統、裝載、 卸載、輸送等行為模型，并對其出入庫過程進行可行性分析，最后利用有向圖和心刪網知識研究穿梭車環路死鎖控制。與此同時，吳長慶、陳火國也基于忍們網建模和死鎖控制提出了相應優化方法。  （ 3）任務調度與設計指導。羅鍵引先后用遺傳算法、粒子群算法、模擬退火算法和量子粒子群算法等啟發式算法對自動小車存取系統的貨位分配和 升降 機調度進行了優化求解。齊昌盛基于旅行商模型對自動小車存取系統的任務指派以及 升降 機、車輛配合問題進入了深入研究。此外，  倉儲貨架形式、 升降機數量、自動導引車輛數量等方面對 自動小車存取系統和傳統堆垛機式的自動化立體倉庫進行了比較。他們考慮了 15 種情況，包括庫存容量從 10， 000 到 30， 000，任務數量從每小時 100 個到每小時 300 個 (假設都是按照泊松分布到達 )。  而確定最優解決方案。  梭車 系統技術研究方向  （ 1）導引技術：八十、九十年代，正當國內的一些院校廠所致力基于埋線電磁導引技術并剛開始應用，基于 邊圖像識別導引技術停滯不前之時，美國 則以汽車行業為代表，應用推廣了基于陀螺導航的定位技術；瑞典的 13- 公司則推出了基于激光反射測角定位技術。近年來，出現了激光測角與測距相結合的導引技術，其導引頭已經商品化。導引技術的進步，提高了行程路徑的柔性化，同時提高了停位精度，由 10 毫米，縮小至 5 毫米，乃致 3 毫米。 位導航技術則在大型（最大可達 40t） 穿梭車 上得到應用。  （ 2）移載技術：針對不同應用需求，出現了背輥式，背鏈式，推挽式，牽引式，龍門式，側叉式、前叉式、后叉式、三向叉式、升降伸縮叉式等。由于移載技術，驅動技術、電池技術的進步，促進 了載重 /自重比的大幅提高，由 1:4 提高到 1:同樣載重量，先進車型自重下降為落后車型的 1/4。使車輛移動的能耗成倍降低，因而可以少裝電池，使 穿梭車 的自重、功耗形成良性循環。  （ 3）電池技術：由采用酸性電池，進步到高能酸性電池，近年來，又開始采用高能堿性電池，提高環保性能，大幅提高了充、放電比，由充電時間 /放電時間為 1:1提高到 1;12，大幅縮短了待機充電的時間。  （ 4）智能化：在企業物流自動化技術中，現代 穿梭車 技術最具有智能化的特征，車載計算機的硬軟件功能日益強大不斷升級，使 穿梭車 及 穿梭車 系統具有從 網絡、無線或紅外接收上位及客戶指令，自動導引，自動行駛，優化路線，自動作業，交通管理，車輛調度，安全避碰，自動充電，自動診斷，實現了 穿梭車 的智能化，信息化，數字化、網絡化、柔性化、敏捷化、節能化、綠色化。現代 穿梭車 是 24 小時不知疲倦的聰明小車（僅在任務間隙時隨機進行短時充電），能主動、自序、有節拍按最安全、快捷的路線執行作業。智能化的結果加上動力強勁，行駛速度可達 160 米 /分，反映在選用車輛臺數上成倍減少。  綜合國內外研究文獻可以發現，雖然多層穿梭車倉儲系統己經開始投入實際生產與應用， 但是相應理論研究尚未及時跟上。而傳統堆垛機式的自動化立體倉庫的研究成果并不完全適應于該新型倉儲系統，無法為自動化立體倉庫設計與管理人員提供更多的研究成果以參考借鑒。  本文以出庫任務完成為背景，分析單層作業的多層穿梭車倉儲系統 (務作業完成時序特點，建立以并行流水線作業為基礎的作業時序模型，分析影響該 統出庫作業完成效率的關鍵因素。一方面，利用開環排隊網絡模型，分析多層穿梭車倉儲系統的設備問等待時間和空閑狀態，利用蟻群聚類算法確定儲區劃分，再將儲區并按照一定原則在二維平面內排列組合，最后在實例分 析中驗證結果。另一方面，建立起多層穿梭車倉儲系統任務調度優化的多目標優化函數，利用基于 優解的帶精英策略的非支配排序遺傳算法 (定一個固定時間窗內的任務排序。  本文研究能夠豐富多層穿梭車倉儲系統的理論研究，為倉儲管理人員和設計人員在進行儲位分配和任務調度時提供理論依據，從而有效的提高多層穿梭車倉儲系統的牢間利用率和出入庫效率。    總體方案設計  完成 立體倉儲系統穿梭車 導軌換向系統 設計 ， 該系統 通過 升降 機完成對小車的 升降 以及橫向和垂向的直角轉彎， 主要用于兩條平行軌道的切換。  求  穿梭車參數（托盤： 1200*1000）  技術指標  數值  溫度范圍（ C ）  升降 高度（  自由高度（車身高）（  小車長度（含防撞塊）（  小車寬度（含車輪導向）（  小車自重（  額定負荷（  空載速度（ m/ 滿載速度 (m/有效工作時間 (h) +45C；  0C （冷