第20卷 第4期太原重型机械学院学报Vol.20 4 1999年12月JOURNAL OF TAIYUAN H EAVY MACH INERY INST ITUTE Dec.1999文章编号:1000-159X(1999)04-0353-07巷道式堆垛机工作制度的制定周宏雷1,李光铃2,赵春明1(1.太原重型机械学院,太原030024; 2.太原重型机械集团公司,太原030024)摘 要:在定性分析与定量计算的基础上,对立体仓库的主要工作机械 堆垛机提出了较为合理的工作制度及速度控制要求,提出了保证堆垛机自动控制条件下停准的措施,并对主要执行检测零件进行选择。
关键词:自动化仓库;堆垛机;材料储运;自动控制中图分类号:TH246 文献标识码:A1 巷道式堆垛机控制系统性能要求及功能1.1 问题的提出自动化仓库(包括堆垛机)是某厂主要生产项目之一,适合经济发展需要,很有发展前途,但堆垛机自动控制系统的开发、合作和使用方面存在着一些问题。
如系统功能不全,无倒库、多地址设定、路径优化等功能;在准确认址(计数)和精确地停准定位(误差 10mm)这一关键技术问题上稳定性较差。
因此该厂与我院签定技术合作协议共同开发。
1.2 堆垛机控制方式及工作过程在控制系统设计中,为了整个仓库控制系统的安装调试及维修,以及其它要求,手动控制方式是必不可少的,所以采用两种控制方式:手动控制和自动控制。
在自动控制方式下堆垛机的工作过程如下:1.2.1 入库堆垛机从控制器内部状态得到入库命令或接收到由控制面板发来的入库控制信号,并有 开车 命令后自动地回到巷道口原始位置(X0,Y0),向入库台方向控测有货后伸叉,货叉到位后微提升,把货抬起取到叉上,收叉至中位,启动堆垛机到目的地址(X列,Y层)。
这一目的地址已在地址设定程序中取到,并已建立在控制状态及地址表中。
到达目的地后,载货收稿日期:1999-08-20作者简介:周宏雷(1965-),男,太原重型机械学院讲师,硕士,主要从事机电控制、数据技术及机制工艺等方面的教学与研究。
台要停在上浮位,货位探测器探到货格中无货,则向该目标货格伸叉,把货送进货格,再微下降至下浮位,置货物于货格中,然后收叉至中位,完成一个作业周期。
若堆垛机将控制状态及地址表中的任务全部执行完后,则发出 待机 信号,可继续接受和执行其它任务。
1.2.2 出库当堆垛机接收到出库命令后,自动去寻找出库货位,到达目的地址,对准下浮位,探测有货则伸叉,货叉到位后微提升至上浮位把货抬起,收叉至中位将货物取到堆垛机上,返回原点,定位于上浮位,探测出库台无货后向出库方向伸叉,微下降把货物搁于出库台,收叉到中位,完成出库作业。
1.2.3 倒库倒库分两种情况:(1)在同一巷道内倒库。
当堆垛机收到倒库命令且得到第一目标地址(X 1、Y 1)和第二目标地址(X 2、Y 2)后,首先去第一目标地址取货,然后自动移动到第二目标地址送货。
(2)在两个巷道间进行倒库。
由于本立体库为回流式仓库,每个巷道各有一台堆垛机在其间服务,因此当堆垛机接到此命令后,其操作是第一目标地址所在巷道的堆垛机执行出库作业,将货物送往第一目标所在巷道的出库台,货物由运输机控制自动送往第二目标地址所在巷道的入库台(联合运输机的自动控制不在本文研究之列),由该巷道堆垛机执行入库操作。
1.3 自动控制系统的功能通过细致分析并按工厂要求,本系统应该具备下述功能:a)手动控制系统亦可引入可编程序控制器,减少了许多中间继电器,使外部联线简化,并提高了整个系统的响应速度和可靠性。
b)将八个巷道堆垛机自动控制面板集中于同一操作面板上,通过切换开关实现对各巷道堆垛机的自动控制。
c)可一次设定多个地址,堆垛机依次执行工作,有条不紊地连续作业,待全部作业完成后发 待机 信号,再次请求接受任务。
d)实现入库、出库、倒库功能,并可在一次命令中混合设定,进行混合作业。
e)有运行路径的优化控制功能,以提高作业效率,增强运行的平稳性。
f)具有水平和垂直方向提前自动减速和极限限位保护功能。
g)认址与定位过程中,意外情况堆垛机过冲时,可自动校正,低速返回重新对准。
h)对各货位及货物情况进行探测,避免堆垛机在货格无货时的出库空操作以及有货时入库、货位不正或倒塌带来的事故。
i)对运行的货位地址具有校验功能,以免堆垛机认址错格。
j)有对机、电及其它故障的报警及诊断显示功能,并对某些报警可自动进行处理。
2 保证堆垛机自动控制条件下停准的措施2.1 起升驱动装置及准停计算为了使起升定位精度达到 10mm,而又不影响其工作效率,取一档高速11m/min 和354 太原重型机械学院学报 1999年一档低速3.5m/min,起升载荷(包括操作员重量)3700N,载货台机构自重载荷6045.3N 载重,参照[2]、[3]、[4]计算选定电机型号为ZDD31-4/12,其主要参数见表1。
表1 提升电机参数型号功率kW 转速r/min 最大转矩倍数额定转矩N m 制动力矩N m 转动惯量kg m 2ZDD31-4/12 3.0/1.01417/462 2.424420.13在每个工作循环中,起升机构被继续地开动与停止,而每次开动过程中又包括起动(加速),稳定运动(等速)及制动(减速)三个时期,当起动、制动时间过长时,加速度固然很小,但这会影响堆垛机的生产率,对定位精度也有影响;而起动、制动时间过短时加速度太大,会给金属结构和机械部分带来很大的动载何,因此对起动与制动时间的验算是有意义的。
起动时间计算公式:t 起=[J ] n d9.55(M 起-M 静)式中 M 起 起动力矩,M 起=0.9M 最大=51.84(N m )[J ] 起升时换算到电动机轴上的总转动惯量(kg m 2),[J ]=1.15J g +(Q +Q 0)D 204g m 2i 2n d 额定起升载荷作用下的电机转速,即相当于N 静时的转速n d =n 0-N 静N(n 0-n)=1442(r/min )由已知的卷筒卷绕直径D 0=0.32、滑轮组倍率m =2、减速器传动比i =60.5,以及表1中参数计算得起动时间t 起为0.62s ,平均加速度 平=V /60t 起=0.296m/s 2。
从平均起动加速度判断,起动时间合适。
制动时间对于停准是至关重要的。
下降时制动时间t 制,计算公式:t 制=[J ] n 9.55(M 制-M 静降)上升时制动时间t 制计算公式:t 制=[J ] n9.55(M 制+M 静)按满载和空载两种情况计算出制动时间及制动距离见表2。
表2 制动时间及制动距离制动时间(s)制动距离(m m)满载空载满载空载上升0.130.143.84下降0.270.2487提升升降方向上的定位分两个位置:上浮位和下浮位,根据作业方式的不同定位顺序不同。
检测片安装在立柱上,三个检测点安装在载货台上,随载货台升降。
由于上升和下降两355第20卷第4期 周宏雷等:巷道式堆垛机工作制度的制定a )下浮位b )上浮位c )定位误差示意图图1 起升定位示意图种运动过程制动距离不同,因此以两种过程在同一位置定位时必然产生定位误差 。
若取两检测点距离为100mm ,检测片长为120mm 。
定位及定位误差示意图见图1。
当不考虑其他因素时,定位误差 为: 120-(100+3.8+7)=9.2(mm)可满足定位要求。
2.2 运行驱动装置及准停计算2.2.1 运行驱动装置计算根据已知参数运行部分的自重载荷,28120N 和起升载荷3700N 以及车轮轴径0.07m 、车轮踏面直径0.25m,堆垛机满载运行时的最大摩擦阻力参照[3]方法计算得F 摩擦为231N 。
由于堆垛机在室内工作,且轨道坡度在1/2000~1/1000之间,小于0.005,故不计风阻力和坡阻力。
取运行最大速度为80m/min ,由于F 摩擦计算并选用构造简单重量轻的鼠笼式电动机(起重冶金用),其型号参数见表3。
因此可计算出电动机起动时间t 起为4.13s ,起动平均加速度平为0.32m/s 2,起动表3 运行电机参数电机型号功率N 40转速N 40转动惯量J d 定子电流YZ112M -61.5kW 920r/min 0.1kg m 24.25A时间合适(参照[1])。
取满载时的最大制动时间为t =4s ,则制动力矩M 制计算得13.6N m .由[5]选取TJ2-100型制动器,[M 制]为200kg cm ,使用时将其制动力矩调整到13.6N m .2.2.2 运行停准的分析计算堆垛机在运行速度方面要求较为特别:(1)由于仓库大,堆垛机运行距离长,这就要求堆垛机要以较快的速度接受目标取货或送货并能较快地返回。
(2)由于堆垛机到达目标地址时,要求定位准确,这就要求堆垛机在接近目标时,以低速行驶,以保证停准。
(3)由于货物或操作人员在堆垛机上,为不使货物倒塌、保障人身安全,要求堆垛机加速、减速要平稳。
若运行电机选用子母电机,从一般工作角度看是可以的,但不可能同时满足以上三条件。
若选用双速电机,高速与低速相差不大,也不令人满意,而且在两速度转换时有冲击。
因此选用YZ112M -6电机相匹配的变频调速器,可以较好地满足以上三条要求。
通过设定变频调速器,使运行低速控制在4m/min 左右,此时电机转速约为49r/min ,电机在满载低速制动时的制动时间t 制:t 制=[J ] n d 9.55(M 制+M 阻)=0.196s 制动平均加速度为: 平=V 60t 制=0.34(m/s 2)堆垛机定位制动距离为:S =12 平 t 2制=0.0061(m) 堆垛机运行驱356 太原重型机械学院学报 1999年动为下部驱动,运行检测片安装在下导轨较为合理,可以消除制动引起的立柱挠度的影响,但下导轨机构较多,不便安装,故多数自动立体库运行检测片安装在上导轨上。
这就必须考虑挠度对准确定位的影响。
堆垛机结构为一悬臂梁,梁的载面如图2所示,应用达郎伯[D JALEM BERT ]原理,将动力学问题转化为静力学问题形式来处理,制动时,在梁上加以均匀分布的惯性力(梁的单位长度质量产生的惯性力),集度为q ,考虑到最不利情况,制动时载货台在最高点,则在梁的顶端加以集中惯性力F(操作者质量70kg 、货物质量300kg 、载货台质量430.85kg 以及司机室质量173.68kg 之和产生的惯性力),见图3。
分别计算两力作用引起的挠度,并应用弯曲变形的迭加原理,可解得制动时堆垛机立柱顶端挠度为1.7mm。
图2 堆垛机立柱截面 图3 堆垛机立柱受力图与前面起升定位的分析方法一样,若取前后两检测点距离为100mm ,检测片长为120mm ,定位精度可以保证,因此取运行底速为4m/min 较为合理。