堆垛机行走轮采用聚氨酯材料，天地轨采用铝合 金材料，根据前期对堆垛机行走轮加速过程的计算，堆 垛机行走轮滚动而不是滑动运行时，行进方向的最大加 速度为 amax = 3. 76m / s2 。下面是按照堆垛机在运行过程中， 针对常用的运行加速度（不超过最大加速度要求），进 行的 2 种情况的受力计算。
D轮 =35cm， K附 =1.5，经计算得 P摩 = 944.6N 。 2.3 铝合金立柱受力分析
堆垛机的载货台结构运行到上极限点，并以一定 的加速度运行时，堆垛机的立柱将会处于强度和变形最 危险的时刻。如果将堆垛机在匀加速时间段划分成无数 连续的小段，则在每一个小段内，堆垛机的立柱和横梁 受到的力是不变的，且在各个时间段之间，载荷没有发 生变化。由于立柱产生的最大变形必然会出现在这些小 的时间段中，且各时间段的边界条件相同，所以只需要 分析整个框架在受到重力和加速度共同作用下的变形即 便可求立柱的各处节点应力和变形。
（1） 当 a = 1m / s2 时， 水 平 驱 动 力 F=ma+P 摩 =6711.6N；载货台冲击力：= F1 m= 1a 500N；上横梁冲击力： F2 = m2 × a = 1061N ；单根立柱冲击力： F3 = m3 × a = 1051N 。
（2） 当 a = 2m / s2 时， 水 平 驱 动 力 F = ma + P摩 = 12478.6N ； 载 货 台 冲 击 力：= F1 m= 1a 1000N ； 上 横 梁 冲 击 力： F2 = m2 × a = 2122N ； 单 根 立 柱 冲 击 力： F3 = m3 × a = 2102N 。
经过前期的设计、选材和建模，获得了堆垛机的 主要结构参数，如表 1 所示。
序号 1 2 3 4 5 6
表 1 堆垛机主要结构参数
项目 上横梁质量 下横梁质量 单根立柱质量 载货台（含货物）质量 堆垛机本体总重质量 本体总高度
规格 1061 2104 1051 500 5767 22600
单位 kg kg kg kg kg mm
式中， P滚 为堆垛机滚动运行阻力，N； P摩 为堆垛 机运行摩擦阻力，N； P坡 为堆垛机在有坡度轨道上运行 时须克服由堆垛机重量分力引起的阻力，N； P风 为室 外堆垛机运行时由风载荷引起的阻力，N。
中国设备工程 2018.01（上）223
Research and Exploration 研究与探索·探讨与创新
关键词：铝合金；立柱 ；堆垛机；结构；力学性能 中图分类号：TH246 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2018）01（上）-0223-03
巷道式堆垛机是自动化立体仓库最主要的取货搬运 设备，是实现物资流动的载体，它在高层货架巷道中往复 穿梭，将货物存入或取出，从而完成仓储与物流的任务。 它具有空间利用率高、便于实现自动化管理、提高劳动生 产率等优点，目前已应用于多个行业。为了实现物流的更 高效率，必须提高堆垛机的出入库频率和存取货速度，然 而堆垛机运行速度的提升对堆垛机的结构设计和综合力学 性能提出了更高要求。为了提高结构稳定性，设计者不得 不加大安全系数，采用冗余的高强度钢结构设计，既浪费 材料，又牺牲了能耗。因此研究堆垛机使用铝合金立柱的 力学性能，解决其节省材料和减重的目的，对于解决物流 节点高效运作的瓶颈问题，具有重要的意义。
由于堆垛机在室内水平行走， P坡 与 P风 可以忽略不 计，即 P滚 = P摩
其中， P摩= G × f0 ； f0 = (2K + ud ) / D轮 × K附 式中，G 为堆垛机自重，kg； f0 为摩擦阻力系数； K 为滚动摩擦系数；µ 为轴承摩擦系数；d 为轴承内径， cm； D轮 为车轮直径，cm； K附 为附加摩擦阻力系数。 其 中，G=5767kg，K=0.06，μ=0.015，d =10cm，
China 中国 Plant 设备
Engineering 工程
双铝合金立柱堆垛机结构的力学性能研究
卢永 1，李继平 2 （1. 沈源自瑞晟智能装备有限公司，辽宁 沈阳 11010； 2. 沈阳建筑大学城市建设学院，辽宁 沈阳 110167）
摘要：基于理论力学和材料力学的相关理论，对采用铝合金立柱的堆垛机本体结构进行受力分析，并进行了强度和刚 度的计算。运用 SolidWorks 与 Workbench 进行协同设计与分析，得到堆垛机在加速或减速的工况下强度和刚度的分析结果。 结果表明双铝合金立柱堆垛机的机架处于安全状态，其强度和刚度满足工程设计要求；双立柱堆垛机的立柱采用铝合金材质， 达到了减重降耗的目的，在堆垛机综合力学性能满足的情况下，运行加速度可以实现较大提升，物流周转效率得到提高。
1 双铝合金立柱巷道式堆垛机设计及主要结构 参数的确定
1.1 双铝合金立柱堆垛机设计 根据总体方案及物流节拍的需求，进行堆垛机的
设计，本体结构主要由金属结构、载货台、水平运行机 构、起升机构、货叉伸缩机构、起升导向轮装置、安全 保护装置和电气装置等部件组成，其中堆垛机的双立柱 采用铝合金材料。堆垛机总体结构组成如图 1 所示。 1.2 双铝合金立柱堆垛机主要结构参数
2.1 载荷分析 堆垛机立柱的变形主要发生在堆垛机运行方向与
垂直方向组成的平面内，引起变形最主要的载荷为各部 件的自重（质量分布）和水平惯性力 Pi ，对这些力在水 平方向和垂直方向进行分解，堆垛机的垂直载荷根据自 重来确定，作用在框架结构上的水平惯性力由正常情况 下产生的最大驱动力来确定。
即 Pi = miamax ， 式中， Pi 为最大水平惯性力； mi 为第 i 个部件的质 量； amax 为堆垛机最大运行加速度。 2.2 堆垛机滚动运行阻力计算
1. 上部导轮装置 2. 上横梁 3. 铝合金立柱 4. 超速保护 装置 5. 起升机构 6. 操作台 7. 电气控制柜 8. 水平运
行机构 9. 下横梁 10. 起升导向轮装置 11. 载货台 12. 伸缩货叉机构 13. 过载松绳保护装置 图 1 有轨巷道堆垛机结构图
2 双铝合金立柱巷道式堆垛机框架结构力学理 论分析