论文总字数：25853字

摘 要

随着时代的发展，物流变得对经济活动愈发的首要起来。为了降低物流成本，减短生产周期和缩小资金占用，立体仓库的概念在物流业中运用而生。为了在仓库中搬运货物，则需要用到堆垛机。堆垛起重机是指采用货叉或串杆作为取物装置，在仓库、车间等处攫取、搬运和堆垛或从高层货架上取放单元货物的专用起重机。它由机架、水平行走机构、提升机构、载货台、货叉及控制系统构成。本文所研究的正是堆垛机中存取货物的执行装置货叉。

本文所研究的货叉采用的是三级直线式差动结构，原理结构较为简单，相较于市面上主流货叉安装更加简洁方便。在不同的工作阶段使用了不同的软件，不仅极大便利了设计工作，更加节省了大量的人力物力来检测缺陷。再根据分析结果对货叉进行了优化。主要内容如下：

（1）分析货叉运动原理，再在主流传动机构中选择了齿轮齿条机构，运用SolidWorks进行货叉的三维建模实现原理。

（2）根据货叉三维模型中选用的零件尺寸，运用机械设计的方法对传动的主要零件进行了校核。

（3）利用ANSYS14.5软件，对上叉简化模型进行了有限元分析，并分析有限元分析的结果，得到了上叉模型的缺点，再对上叉模型进行优化，让优化之后的模型再导入ANSYS14.5中，对其进行有限元分析，得到的最大等效应力与许用应力相比较,为货叉上叉的安全提供理论依据。

关键词：堆垛机，货叉，三维建模，有限元分析，优化

Abstract

With the development of time, logistics become more and more vital in economics behavior. To decrease the cost of logistics, cut down the production cycle and narrow down the money occupation, the concept of automated multi-layered storehouse has risen. For carrying goods in warehouse, it needs stacker. Stacker is a professional tool using fork as fetching device, carrying and stacking the goods units in automated multi-layered storehouse. It composed by rack, horizontal walking mechanism, lift mechanism, objective table fork and control system. What this article research is the fork of the stacker.

The fork researched in this article used 3 levels liner differential structure, which has relatively simple principle, compared to other forks in market for now, it’s more convenient during the assembling process. Using different software in different working stage, not only making convenient in design, but also saving money and time in detection. Then optimize the fork mechanism according to the analysis result, the main content is as follows:

(1) Analyze the principle of forks movement, then select the gear rack driving system, drawing the 3D model in software named Solidworks.

(2) Check the intensity of parts which used in driving system in 3D models with mechanical design methods.

(3) Make infinite element analysis on simplified upper fork 3D model in software named ANSYS14.5. Analyze the result of infinite element analysis, optimize the simplified upper fork model after judging the weakness of the simplified upper fork model. Analyze the optimized model in infinite element method, compare the obtained maximum equivalent stress and allowable stress, which can offer the basis theory of fork’s safety.

KEY WORDS: Stacker, fork, 3D modeling, infinite element analysis, optimization

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1. 课题的研究目的和意义 1

1.1.1 物流业发展现状 1

1.1.2 解决问题的方法 1

1.2. 国内外研究现状及分析 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 3

1.3 本论文主要设计任务 8

第二章 堆垛机和货叉简介与原理 9

2.1堆垛机简介 9

2.2堆垛机的组成部分 9

2.3堆垛机货叉传动的原理 10

2.4货叉机构的速度关系 13

2.5 本章小结 14

第三章 堆垛机货叉的三维建模 15

3.1引言 15

3.2 SolidWorks软件简介 15

3.3 货叉主要零件的三维建模 15

3.3.1 货叉上叉的三维建模 15

3.3.2 货叉中叉的三维建模 17

3.2.3 货叉下叉的三维建模 19

3.2.4 货叉齿轮的三维建模 20

3.2.5 货叉中间轴的三维建模 21

3.4 货叉整体的三维模型 22

3.5本章小结 23

第四章 堆垛机货叉的结构设计及校核 24

4.1引言 24

4.2 货叉功率计算 24

4.3 齿轮传动的强度计算 24

4.4 轴的设计和校核计算 25

4.4.1按扭转强度计算进行轴的校核 25

4.4.2 按弯矩合成强度计算进行轴的校核 26

4.5 本章小结 28

第五章 对货叉上叉的有限元分析及优化 29

5.1 引言 29

5.2有限元分析法及ANSYS软件介绍 29

5.2.1有限元法简介 29

5.2.2 ANSYS软件简介 29

5.3对货叉上叉进行有限元分析 30

5.3.1建立上叉的简化模型 30

5.3.2对上叉模型的前处理 30

5.3.3 对上叉模型的有限元计算 32

5.3.4 对上叉的有限元分析结果 34

5.4 上叉模型的优化 35

5.5本章小结 37

第六章 总结与展望 38

6.1 全文总结 38

6.2研究展望 38

致谢 40

参考文献 41

附录 42

绪论

现代物流业由运输业、仓储业、通信业等多种行业彼此交互连接而成。在当代的经济发展中，现代物流业愈发重要，甚至成为了经济发展的命脉。要想发展经济获得利润，就不得不降低物流成本。其中降低存储成本就是其中的关键一环。

课题的研究目的和意义

1.1.1 物流业发展现状

经济全球化的发展导致物流业发生了翻天覆地的变化，对于物流行业来说，最显著的特点就是：电子物流的兴起。但是现今物流系统还不能完全与电子物流时代相匹配，现在的物流产业还存在着很多传统物流行业的影子。传动物流行业最大的特点就是使用传统的仓库，主要劳动力还是为人力，机械化的程度很低。所以不可避免的，存在着很多的问题。主要问题如下：

（1）物流系统的效率低，物流的成本高。在仓储方面来说主要有两个问题，一是传统仓库由于都是人工作业的原因，所以在仓库竖直方向上的空间利用不够。二还是因为人工作业，所以出入库的效率十分低下。

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