堆垛機貨叉驅動機構的設計研究

韓天文 王永昊 付文杰

摘要：論述了堆垛機貨叉驅動機構的工作原理，推導出貨叉驅動機構正確傳動條件的計算方法，為堆垛機貨叉驅動機構的設計提供了理論依據。

關鍵詞：堆垛機；貨叉；驅動機構

Abstract：The paper expounds the working principle of fork driving mechanism of storage and retrieval machine， and deduces the calculation method of the correct driving condition of fork driving mechanism， providing a theoretical basis for the design of fork driving mechanism.

Key words：storage and retrieval machine； fork； driving mechanism

隨著現代化物流技術的發展，自動化立體倉庫越來越受到企業的青睞，有軌巷道堆垛機是自動化立體倉庫的重要設備，而貨叉作為堆垛機的工作裝置，需要進行叉取作業，因此，貨叉具有一定的精度要求和行程要求。堆垛機貨叉驅動機構采用多個齒輪與齒條傳動機構，驅動機構有效地增加貨叉的行程范圍。為了防止貨叉驅動機構在工作過程中出現卡死現象，需要建立機構的正確傳動條件。

本文介紹了一種貨叉驅動機構的工作原理，建立了貨叉驅動機構的傳動條件，根據傳動條件能夠為貨叉驅動機構提供設計依據。

1 堆垛機貨叉和驅動機構的結構

貨叉部件由上叉、中叉、下叉和驅動機構組成。驅動機構包括齒輪架、主動齒輪、從動齒輪，驅動電機經主動齒輪帶動從動齒輪運動，從動齒輪帶動中叉上的齒條運動，鏈條經下叉鏈條座繞過中叉導輪并連接在上叉上，中叉帶動上叉運動，從而實現貨叉的伸縮運動。

1.驅動機構 2.下叉 3.中叉 4.上叉

在圖1堆垛機貨叉結構中，驅動機構固定在下叉下面，驅動機構具有一個主動齒輪，兩個從動齒輪外加驅動電機組成，驅動電機采用伺服驅動，控制精確。中叉下面裝有齒條，齒條與驅動機構上的從動齒輪嚙合，實現貨叉的伸縮運動。

2 貨叉驅動機構的傳動條件

2.1 驅動機構的幾何條件

設計貨叉驅動機構時要建立正確的幾何條件，否則會出現無法正常裝配，使驅動裝置不能正常工作。

圖2中主動齒輪1的齒數、模數和壓力角分別表示為、和，從動齒輪2和從動齒輪3的齒數、模數和壓力角分別為、和，齒條的模數和壓力角表示為和。

為保證驅動機構能夠正常運動，需要滿足基本條件如下：

根據驅動機構的幾何關系可知，從動輪2的齒頂圓不能與從動輪3的齒頂圓相互接觸，主動齒輪1的齒頂圓不能與齒條的齒頂相碰。

其中，、和分別為主動齒輪、從動齒輪以及齒條的齒頂高。

根據式（4）和式（5）結合三角函數關系可得：

并且，。

2.2 驅動機構的嚙合條件

在主動齒輪1的分度圓上，設定點A與點B夾角之間具有個整周節，兩個端點分別具有和個非整周節（即）。從動齒輪2在端點存在對應的個非整周節，從動齒輪3在端點存在對應的個非整周節。設定從動齒輪2和從動齒輪3分別在角、內具有和個整周節，在點C與點D分別存在和個非整周節，從而齒條在分度線端點存在和個非整周節，并在點C和點D之間具有個整周節。

根據驅動機構的嚙合關系可得

（8）

（9）

（10）

因此，需滿足：

（11）

3 結論

進行堆垛機貨叉驅動機構設計時，必須滿足正確的傳動條件，否則可能無法裝配，或者勉強裝配上，也不能正常工作，會導致卡死、蹩勁等問題。驅動機構除了要滿足幾何條件外，必須同時符合嚙合條件，基于此機構的幾何關系和嚙合原理推導出設計條件，為堆垛機貨叉驅動機構的設計提供了重要的理論依據。

參考文獻：

[1]吉國宏.自動化倉庫堆垛機設計[M].北京：人民鐵道出版社，1979.

[2]梁睦.堆垛機三層貨叉直線差動機構的設計[J].起重運輸機械， 2005（3）：3233.

[3]高翔，黃嗚風，曹浪波，等.開口齒輪傳動機構設計探討[J].石油礦場機械，2003，32（6）：3739.

[4]楊敏嘉.動力鉗鉗口齒輪傳動的安裝條件[J].石油礦場機械， 1977（4）：2834.

[5]于彩敏，朱典想.雙伸位堆垛機貨叉結構設計及應用[J].林產工業，2014，41（2）：3133.

[6]崔國成.堆垛機貨叉選型分析[J].物流技術與應用，2012（2）：9295.

[7]安曉鋼，史勝楠，徐正林.自動化倉庫堆垛機貨叉強度的分析與計算[J].陜西科技大學學報，2007，25（3）：123125.

[8]孫永吉，鄒雪梅，鄒雪娟.巷道式堆垛機貨叉的力學模型及研究[J].蘭州工業學院學報，2009，16（2）：3335.

[9]鄒雪梅.基于ANSYS的立體庫堆垛機貨叉建模與分析[D].蘭州：蘭州大學，2013.

[10]陳旭.淺析堆垛機貨叉機構設計[J].科技創新與應用，2016（16）：106.

[11]孫永吉，張紅梅，鄒雪娟.堆垛機多級貨叉瞬態動力學分析[J].機械設計與制造，2013（4）：134136.

[12]沈敏德，陳照強，范維華，等.有軌巷道堆垛機3級直線差動式貨叉機構設計[J].起重運輸機械，2009（7）：2224.

[13]陳玉金.立體倉庫堆垛機的設計[J].現代制造，2006（23）：4850.

[14]郝隆譽.雙伸位堆垛機設計[J].物流技術與應用，2007，12（1）：9899.

[15]周曉杰.立體庫中雙立柱巷道堆垛機的設計[J].建筑工程技術與設計，2016（4）：236.

[16]郭環，禹永偉.自動化立體倉庫中堆垛機的設計[J].物流技術，2002（3）：7778.