堆垛機三種行走驅動方式的對比分析

2016-11-01 08:48:59新松機器人自動化股份有限公司韓天文史科科

物流技術與應用 2016年10期

新松機器人自動化股份有限公司 / 韓天文史科科

堆垛機三種行走驅動方式的對比分析

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為提高堆垛機水平運行速度和加速度，研究堆垛機的水平行走驅動形式，本文通過計算分析得出不同驅動形式可以達到的加速度值，并對不同驅動形式的優缺點分別做了對比分析。

堆垛機、行走驅動、加速度

一、研究行走驅動形式的必要性

堆垛機是自動化立體倉庫的核心設備，由機架（上橫梁、下橫梁、立柱）、水平行走機構、升降機構、載貨臺、貨叉及電氣控制系統等構成。它包含三個動作，即水平行走、升降和貨叉伸縮，通過三維運動實現任意貨位的取放貨。通常情況下，立體倉庫的長度尺寸會比高度尺寸大很多，要提高堆垛機運行效率，主要是縮短其單周期運行時間。堆垛機單周期運行時間主要包括啟動加速時間Ta、勻速運動時間Ty、減速停止時間Tj等。提高堆垛機水平行走加速度和水平運行速度，對提高其運行效率有明顯作用。水平行走的速度和加速度與堆垛機的行走驅動形式有很大關系，因此研究堆垛機的行走驅動形式意義重大。

從結構上看，目前市場上堆垛機的行走驅動主要有三種形式。最傳統的形式是減速電機直接驅動行走輪，這種形式最為常見，結構也最簡單，國內外堆垛機都在普遍應用；還有一種形式是同步帶驅動，這種形式國外堆垛機常見，國內堆垛機應用較少；最后一種形式是采用一組驅動輪夾緊在軌道兩側提供驅動力，這種形式在國外堆垛機上能看到，國內堆垛機只有新松在應用。

二、三種行走驅動形式對比

1.直接驅動

減速電機通過驅動軸與鍵連接直接驅動行走輪，行走輪安裝到下橫梁框架上，見圖1。

這種形式機械結構簡單，零件數量少，安裝方便，結構緊湊。為節約巷道空間，此形式通常是采用斜齒輪—傘齒輪形式的減速機，其價格比斜齒輪減速機高。

堆垛機啟動時不打滑，需滿足最大牽引力F小于最大靜摩擦力fmax，計算如下：（按驅動輪承載堆垛機一半重量考慮）

式中：F表示最大牽引力

fmax表示最大靜摩擦力

m表示堆垛機總重

a表示堆垛機加速度

μ1表示滾動摩擦因數

μ2表示靜摩擦因數

g表示重量加速度

推出：a＜（1/2μ2-μ1）g（公式1）

從公式1中可見，最大加速度只與靜摩擦因數和滾動摩擦因數有關。加速度的最大值完全受限于靜摩擦因數和滾動摩擦因數。

堆垛機行走輪與軌道的摩擦因數見表1。根據公式1計算，行走輪采用鋼輪，加速度a最大能達到0.6m/S2；采用聚氨酯輪，加速度a最大能達到1.2m/S2。繼續提高加速度的話，就會出現行走輪在軌道上打滑的現象。

2.同步帶驅動

驅動裝置安裝在堆垛機下橫梁上，見圖2。驅動裝置由減速電機、主動帶輪、張緊輪、安裝支架等組成，同步帶繞過主動帶輪和張緊輪，兩端頭固定在地面上，張緊機構在帶的兩端頭。堆垛機的行走減速電機驅動主動帶輪，帶動整個堆垛機行走運動。

這種形式的機械結構較直接驅動復雜，多了一套帶輪與同步帶的驅動機構及同步帶的張緊機構，零部件數量較多。減速電機可采用斜齒輪減速電機，價格便宜。同步帶驅動屬于齒形嚙合原理，與摩擦驅動不一樣，不會出現打滑現象，加速度值可以增大。

但是，同步帶驅動有一個缺點，就是同步帶都有伸長率，屬彈性體。圖3為某廠家的同步帶伸長量樣本，圖中的斜線代表不同型號的同步帶，這些型號齒形一樣，只是寬窄不同。從圖中可見，對于同一型號的同步帶，伸長量與受力大小和同步帶長短有關。伸長量越大，需要的張緊力越大。如果張緊力不夠，同步帶會竄齒，導致驅動失效。張緊力過大，會影響同步帶的壽命。因此，這種驅動形式倉庫長度尺寸會受到限制，通常都做到30m以內。另外，啟動時的慣性力很大，也會導致同步帶受力過大而伸長，因此，堆垛機的重量和加速度也會受到限制。一般情況下，這種驅動形式只能用于輕型堆垛機，加速度值通常能達到2m/S2，較直接驅動形式增大很多。