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第2章物流系統(tǒng)設(shè)計

物流系統(tǒng)是機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要組成部分之一,其作用是將生產(chǎn)系統(tǒng)中的物料及時地輸送到有關(guān)的設(shè)備或者倉庫設(shè)施。生產(chǎn)系統(tǒng)中物料的流程:供料系統(tǒng)物料輸送系統(tǒng)加工系統(tǒng)1§2.1供料系統(tǒng)設(shè)計一、概述

供料系統(tǒng)作用:將原料、毛坯或者其他物料適時、適量地送到生產(chǎn)系統(tǒng)或者系統(tǒng)中各個工位,包括從工位卸下物料。2供料系統(tǒng)的分類小型件料供料系統(tǒng):它包括儲料裝置、輸料槽、定向定位裝置等。其中儲料裝置有兩種形式:料倉式、料斗式。前者需要人工將坯件按一定的方向擺放到倉內(nèi),而后者只需將坯體倒入料斗,由料斗自動完向。3供料系統(tǒng)的分類散狀物料供料系統(tǒng)工作原理:依靠物料自重實現(xiàn)流動供料。組成部分:料倉和給料機。4供料系統(tǒng)的設(shè)計原則供料速度或節(jié)拍與生產(chǎn)系統(tǒng)總體設(shè)計相適應(yīng);盡量采用自動化裝置、減輕操作人員勞動強度;充分利用機電一體化特性,簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu);工作穩(wěn)定可靠,噪聲污染小,不損傷物料;經(jīng)濟性合理,使用壽命適當(dāng)。5二、料倉機構(gòu)設(shè)計件料料倉由于坯件的重量和形狀是千變?nèi)f化,因此料倉結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有固定模式。大體可以分成兩種結(jié)構(gòu):坯體自重式、外力作用式。

6a和b為自重式c~h為外力作用式7散狀料料倉料倉的出口是所謂的倉斗部分。物料在這里改變流向,經(jīng)過截面較小的出料口流出,而流出能力在很大程度上取決于它的結(jié)構(gòu)和形狀。89需要計算倉斗壁傾角、出口尺寸及排料能力10倉斗壁傾角其中是倉斗壁傾角,單位為度。是物料與倉斗壁的靜摩擦力,單位為度。對于矩形或者方形錐體料倉,棱角式中h為倉斗垂直高度,單位mma、b為倉的邊長,單位mm11出口尺寸以及排料能力式中B為出料口的寬度或直徑,單位為mm為物料典型塊尺寸,單位為mm出口尺寸指有效出口截面積:倉斗出口的物料通過能力Q式中為物料堆積的密度A為出料口面積v為物料流速12三、機械式料斗設(shè)計平均供料率與生產(chǎn)率的關(guān)系料斗與料倉裝置是不一樣的,前者是帶有定向結(jié)構(gòu),使料斗中的坯體自動定向。但是坯體在被送出料斗之前能否定向,具有一定偶然性,未完成定向的坯體在料斗出口處被分離,返回料斗中重新定向料斗料斗出口生產(chǎn)系統(tǒng)13因為有N2存在,所以料斗的供料率不是恒值。為了保證正常生產(chǎn),應(yīng)使斗料的平均供料率結(jié)構(gòu)設(shè)計主要考慮坯件的特點,如幾何尺寸、性狀、重心位置等選擇合適的定向方法,進(jìn)而確定料斗的形式。141516四、輸料槽設(shè)計(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計輸料槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計取決于坯件的形狀。根據(jù)運動方式分兩種:滾動式和滑動式為了防止坯件因速度較高造成碰撞而跳出槽外,可將輸料槽設(shè)計成全封閉式、半封閉或者可調(diào)整式。17a~d為滾動式輸料槽e~h為滑動式輸料槽18有些復(fù)雜的坯件不容易在料斗內(nèi)定向,或者在料斗內(nèi)不能完全定向,需在料斗外的輸料槽中再次定向,這就是非料斗定向,也稱為二次定向。a和b適合于重心偏置的桿體坯件c適合于圓頭或尖頭的套狀坯件d適合于蓋類或者不對稱坯件e和f適用于平放的帶肩輪、盤、環(huán)形坯件坯件的非料斗定向19五、送料與隔料機構(gòu)設(shè)計為了簡化結(jié)構(gòu),送料與隔料功能經(jīng)常設(shè)計在同一個機構(gòu)上。20a-c為直線往復(fù)運動式送料、隔料機構(gòu)。d-e為擺動往復(fù)式送料、隔料機構(gòu)。f-g為旋轉(zhuǎn)式送料、隔料機構(gòu)。h為復(fù)合運動式送料、隔料機構(gòu)。21

輸送系統(tǒng)是物流系統(tǒng)的重要組成部分。它將生產(chǎn)系統(tǒng)中的各種設(shè)備、各個工序以及存儲倉庫之間有機地連接起來,并適時、適量地把物料送達(dá)指定位置。重力驅(qū)動式:依靠物料重力或人的推力實現(xiàn)物料輸送的輸送系統(tǒng)。用于輸送物料。動力驅(qū)動式:電動機提供動力實現(xiàn)物料傳輸?shù)妮斔拖到y(tǒng)。輸送系統(tǒng)分類:§2.2輸送系統(tǒng)設(shè)計22一、帶輸送系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)成:

輸送帶、傳動系統(tǒng)(電動機、減速器、傳動鏈條和驅(qū)動滾筒)、托輥、張緊裝置23(一)輸送帶設(shè)計1、輸送帶材料選擇

橡膠帶:防滑性好、輸送可靠;適合于多種輸送系統(tǒng)。

塑料帶:耐酸、油、堿;適合有腐蝕性的物料輸送。

繩心帶:輸送帶強度高,能承受沖擊,壽命長;適合于高速、爬坡或長距離的物料輸送。

鋼網(wǎng)帶:用于輸送高溫物料。2、輸送帶的接頭和強度計算機械接頭:適合于橡膠帶、繩芯帶和塑料帶硫化接頭:適合于橡膠帶和塑料帶24輸送帶的強度取決于帶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和接頭形式橡膠帶的強度條件:其中:是穩(wěn)定運行時帶內(nèi)的最大張力,單位是N是指帶寬,單位是cm襯墊層數(shù)是安全系數(shù)帶芯強度繩芯帶強度條件:注意:為了防止帶產(chǎn)生疲勞損壞,應(yīng)控制帶的轉(zhuǎn)速:v輸送速度L周長25(二)傳動系統(tǒng)設(shè)計1、電動機和減速器的選擇2、驅(qū)動滾筒牽引力計算電動機要起動力矩大。減速器可選蝸輪減速器、行星擺線針輪減速器,也可選圓柱齒輪減速器。是輸送帶繞入端張力,單位是N是輸送帶繞出端張力,單位是N輸送帶與滾筒的摩擦因數(shù)輸送帶在滾筒上的包角26(三)托輥設(shè)計(四)電動滾筒的選擇設(shè)計原則是保證帶下垂量小于2.5%托輥間距。具體的數(shù)據(jù)可以查相關(guān)的表格。電動滾筒已成為系列產(chǎn)品,設(shè)計是可直接查樣本來選。27(五)基本參數(shù)的確定1、輸送帶速度2、輸送帶的寬度成件物料:散裝物料:單位生產(chǎn)率,件/min散裝料堆積密度,t/m3物料在輸送帶的堆積面積,m2輸送帶速度,m/s

生產(chǎn)效率一定的條件下,提高帶速可減少單位長度負(fù)載,降低成本。但是帶速又不能太高,否則將破壞輸送平穩(wěn)度。輸送成件物料:輸送散裝物料:系數(shù)帶速散裝物料堆積密度帶寬生產(chǎn)率b件料寬度283、滾筒尺寸1)滾筒直徑2)滾筒寬度一般情況下計算公式:硫化接頭輸送帶:機械接頭輸送帶:Fs輸送帶張力B輸送帶寬度i織物襯層厚度294、電動機功率的計算其中:K:功率備用系數(shù),取1.2從電動機至滾筒的傳動效率輸送帶輸入、輸出端張力,N輸送帶速度,m/s滾筒功率KW30(六)輸送帶張力的計算采用逐點計算法Fsc輸出端張力F0輸送帶自重產(chǎn)生的摩擦力Fw物料重量產(chǎn)生的摩擦力Fa裝料加速阻力ω運動阻力系數(shù)q0輸送帶自重在L上的均布載荷qw物料重量在L上的均布載荷v輸送帶速度31所以:C是輸送帶彎曲段張力增大系數(shù),可查表得到而輸送帶不打滑的條件:32二、鏈輸送系統(tǒng)設(shè)計鏈輸送系統(tǒng)由鏈條、鏈輪、傳遞系統(tǒng)組成,對于這一部分我們只講授它與帶輸送系統(tǒng)的不同之處。33(一)輸送鏈條機構(gòu)的選擇輸送鏈條的結(jié)構(gòu):片式套筒滾柱鏈、彎片鏈、叉形鏈、焊接鏈、可拆鏈、履帶鏈、齒形鏈等。常用片式鏈。34(二)系統(tǒng)基本參數(shù)的確定1、鏈條的速度2、鏈輪齒數(shù)Z控制在8m/s以下根據(jù)鏈速有相應(yīng)的限制,具體可以查表物料多數(shù)由鏈條上的附件帶動前進(jìn)。35(三)鏈條張力的計算是鏈輪節(jié)距vj鏈條平均速度空載邊、有載邊單位載荷和長度計算重量3、鏈條支撐導(dǎo)軌的設(shè)置4、電動機功率的確定:同帶輸送系統(tǒng)的設(shè)計

保證鏈條進(jìn)入、脫離軌道時中心線呈直線,避免張力突然變化引起抖動。Fsdr、Fsdc繞入端、繞出端動張力Fsjr、Fsjc繞入端、繞出端靜張力36三、懸掛輸送系統(tǒng)設(shè)計節(jié)省空間,易于與工藝流程結(jié)合37(一)牽引構(gòu)件的設(shè)計1、滑架的結(jié)構(gòu)設(shè)計提式滑架:結(jié)構(gòu)簡單,適用于無特別要求的場合推式滑架:結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,適合于多條輸送線組合的生產(chǎn)系統(tǒng)382、鏈條與鏈輪設(shè)計鏈條設(shè)置成可拆卸鏈或雙鉸鏈39(二)吊具的選擇考慮便于物料輸送,并保證輸送過程中不滑落40(三)轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計懸掛輸送系統(tǒng)在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)彎的位置需設(shè)置轉(zhuǎn)向裝置41(四)驅(qū)動裝置和張緊裝置的設(shè)計此部分與鏈輸送裝置類似,不同點是輸送線路長或線路復(fù)雜時,要設(shè)置多個驅(qū)動裝置,分段驅(qū)動。張緊裝置有墜重式、彈簧螺旋式和螺旋式42四、液體輸送系統(tǒng)設(shè)計該系統(tǒng)由各種金屬或非金屬管材、各種管件、及管法蘭、各種閥門、以及各種泵。各種元件均以標(biāo)準(zhǔn)化或系列化,故設(shè)計應(yīng)考慮合理選用標(biāo)準(zhǔn)件和通用件43(一)一般標(biāo)準(zhǔn)1、管路系統(tǒng)圖符號標(biāo)準(zhǔn)2、管路的分類(二)管材的選用(三)閥門的選用(四)泵的選用設(shè)計時根據(jù)物料特性、工作壓力和溫度,借助手冊和標(biāo)準(zhǔn)來選擇選用時應(yīng)考慮各種泵的特點,同時兼顧輸送系統(tǒng)的工況,查找相關(guān)手冊。選擇步驟:根據(jù)管材直徑、工作溫度及壓力、輸送物料性質(zhì),選取管材選擇管道的質(zhì)材管材的規(guī)格和型號選取對應(yīng)的管件、法蘭、墊片等44五、氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計輸送粉粒體物料生產(chǎn)效率高、設(shè)備簡單、自動化程度高等45(一)氣力輸送分類及應(yīng)用1、稀相氣力輸送2、密相動壓氣力輸送3、密相靜壓氣力輸送4、筒式氣力輸送輸送的氣流通常為速度為12~40米/秒輸送的氣流通常為速度為8~15米/秒柱流氣力輸送,輸送的氣流通常為速度為0.2~2米/秒栓流氣力輸送的氣流壓力為0.15~0.3MPa利用空氣靜壓實現(xiàn)輸送設(shè)計時可根據(jù)物料的具體情況選擇輸送類型46(二)設(shè)計計算的內(nèi)容1)系統(tǒng)輸送能力計算2)輸送比計算3)物料的懸浮速度計算4)輸送氣流速度選取5)壓力損失計算6)風(fēng)量及氣源的功率計算47§2.2物料搬運及存儲設(shè)備的選擇與設(shè)計物流技術(shù)已受到世界各國政府和企業(yè)的高度重視,企業(yè)對物流的重視主要基于以下兩點:(1)隨著機電一體化技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展,單機或單元自動化日趨普及,復(fù)雜尖端設(shè)備的面世,明顯減少了加工時間和準(zhǔn)備時間。就機械制造而言,材料和零件在車間的總時間中,95%的時間處于停滯或搬運狀態(tài),物料在機床上的時間只占5%。在制造業(yè)中,總經(jīng)營費的30%~40%是物料搬運費,物料搬運成為企業(yè)利潤的重要來源。這一點已被國外發(fā)達(dá)國家的實踐證實。(2)制造自動化是制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢,自動化水平的高低已成為衡量一個國家科技水平的重要標(biāo)志。48一、自動搬運小車的設(shè)計(一)概述自動搬運小車可以分為有軌自動小車(RAV)和自動導(dǎo)引小車(AGV)兩大類。有軌自動小車是搬運小車發(fā)展初期普遍采用的一種方式。但是在車間地面鋪設(shè)軌道,影響車間空間利用、噪聲大、造價高,并影響保潔工作。49(一)AGV的主要設(shè)計內(nèi)容自動導(dǎo)引小車主要由車架、蓄電池、充電裝置、電氣系統(tǒng)、驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)向裝置、自動認(rèn)址和精確停位系統(tǒng)、移載機構(gòu)、安全系統(tǒng)、通訊單元和自動導(dǎo)向系統(tǒng)等組成。501、自動導(dǎo)向系統(tǒng)設(shè)計目前有7種導(dǎo)向方法:地鏈牽引導(dǎo)向是早期采用的技術(shù)方法,它靠嵌入地下的鏈索或纜繩來引導(dǎo)。電磁感應(yīng)導(dǎo)向,沿預(yù)定的運行路線埋設(shè)地下電纜,電纜在地下深30~40mm,上面覆蓋有環(huán)氧樹脂層,導(dǎo)線通以低頻正弦波信號,使導(dǎo)線周圍產(chǎn)生交變電磁場。在小車上的一對探頭可以感應(yīng)出與小車運行偏差成比例的誤差信號,經(jīng)放大處理后可驅(qū)動導(dǎo)向電機,由此帶動小車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)就可使AGV沿預(yù)定的線路運行。51慣性導(dǎo)向紅外線導(dǎo)向激光導(dǎo)向光學(xué)導(dǎo)向示教型導(dǎo)向,當(dāng)程控小車沿著要求的路徑行走一次,即記住行走路線。它實際上可學(xué)會新的行走路徑,并通知主控計算機它所學(xué)到的東西,主控計算機可通知其它的AGV關(guān)于這條新的路徑的信息。目前使用的自動導(dǎo)向系統(tǒng)主要是電磁式和光學(xué)式,其中尤以電磁式更為普遍。521-導(dǎo)向感應(yīng)線圈2-交流電壓放大器3-整流器4-運算放大器5-功率放大器6-直流導(dǎo)向電動機7-減速器8-導(dǎo)向輪9-埋在地下的導(dǎo)線53沿預(yù)定軌跡,在路下面鋪設(shè)一根金屬導(dǎo)線,通以幾千至幾萬Hz的正弦交流電,該電流以導(dǎo)向線為圓心產(chǎn)生一個交變磁場,車體上裝有導(dǎo)向檢測器,檢測出車體偏離導(dǎo)向線的程度,檢測出的信號經(jīng)放大整流等環(huán)節(jié),控制導(dǎo)向電動機正、反轉(zhuǎn),達(dá)到導(dǎo)向的目的。自動導(dǎo)向系統(tǒng)主要包括4個部分:信號檢測器,即感應(yīng)線圈導(dǎo)向電源交流電壓放大器功率放大器542、自動認(rèn)址和精確停位系統(tǒng)自動認(rèn)址和精確停位系統(tǒng)的任務(wù)是使小車能夠?qū)⑽锪蠝?zhǔn)確送到目的地。設(shè)計自動認(rèn)址系統(tǒng)時,主要應(yīng)考慮兩方面的內(nèi)容:如何將地址信息發(fā)出去如何接收并且識別地址信息3、控制系統(tǒng)55二、搬運機器人的設(shè)計機器人的設(shè)計屬于專業(yè)化的設(shè)計,但由于搬運機器人動作比較簡單,精度要求不高,某些情況可以自己設(shè)計,將裝卸料機械手配以行走機構(gòu)。56從結(jié)構(gòu)上看,搬運機器人的行走機構(gòu)有車輪式、腳式、履帶式等。其中應(yīng)用最廣、動作最穩(wěn)定的是車輪式行走機構(gòu)。根據(jù)搬運需要,車輪式行走機構(gòu)可設(shè)計成三個輪子、四個輪子或六個輪子。57為了適應(yīng)各種生產(chǎn)環(huán)境,車輪式行走機構(gòu)還可以設(shè)計成不同的結(jié)構(gòu)。58三、自動化倉庫的設(shè)計自動化倉庫又叫立體倉庫,是用高層貨架貯存貨物,用專門的堆垛機械進(jìn)行出庫或入庫作業(yè)的倉庫。59(一)總體設(shè)計1、基本準(zhǔn)則自動化倉庫是物流系統(tǒng)的子系統(tǒng),因此設(shè)計自動化倉庫時,先要考慮符合整個物流系統(tǒng)要求和整個布局的限制,其次應(yīng)把握物料的種類和數(shù)量及其規(guī)律,以便計算庫容量。2、確定物料單元和貨位尺寸603、確定倉庫容量和總體尺寸倉庫容量是指同一時間內(nèi)可存儲在倉庫中的物料單元總數(shù),其大小取決于生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)綱領(lǐng)和工藝過程,需要根據(jù)實際情況進(jìn)行計算。L=NLXlB=NBXb+[Bd+(150~400)]XnH=NHXhH/L=0.15~0.4B/L=0.4~1.2L、B、H---倉庫長、寬、高,單位均為mm;NL、NB、NH---長、寬、高方向上的貨位數(shù),即NLNBNH=N,N為倉庫容量;l、b、h---貨位長、寬、高,單位均為mm;Bd---堆垛機寬度,單位為mm;n---巷道數(shù)。614、總體布局對于采用巷道式堆垛機的立體倉庫,巷道式堆垛機只能在高架區(qū)的巷道內(nèi)運行,故還需要各種搬運設(shè)備與之配套銜接,使入庫作業(yè)區(qū)、出庫作業(yè)區(qū)(包括檢驗、理貨、包裝、發(fā)運等作業(yè))與高層貨架區(qū)聯(lián)結(jié)起來,構(gòu)成一個完整的物流系統(tǒng)。究竟采用什么搬運設(shè)備與之配套,是總體設(shè)計中要解決的問題。1)自動化倉庫和作業(yè)區(qū)的銜接方式62貨物在立體倉庫的流動形式有三種,即同端

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