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1、基于ANSYS勺堆垛机结构设计与仿真摘 要：堆垛机是自动化立体仓库的关键组成部分， 其工作性能直接影响到仓储系统勺运行性能。本文在对堆垛 机勺各组成部分工作参数和安全可靠性进行分析勺基础上， 设计了堆垛机勺主要机械结构。应用 UG 软件进行三维实体 设计，导入ANSYS对主要的机构部分进行了有限元仿真分析。 仿真结果表明，堆垛机关键部件勺设计满足了性能要求。关键词：结构设计；有限元分析；堆垛机DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2018.09.115 堆垛机是集成机械、电子、计算机及自动控制等技术的 机电一体化系统。由于具有空间利用率高、存取货物效率高 的特点，而且有利于采用计
2、算机进行控制管理，已逐渐成为 自动化立体仓库不可或缺的物流输送设备。本文在堆垛机功 能分析研究的基础上，设计了自动化堆垛机实验平台，并采 用ANSYS软件对其实体模型进行了建模与仿真优化。1 堆垛机总体结构设计堆垛机不断的运行在仓库巷道 ?龋?进行物料的出入库、 盘库和分拣等作业。根据作业要求，采用单立柱堆垛机的结 构形式。这种单柱巷道堆垛机机械结构主要包含下面几部分： 水平行走机构、垂直提升机构、载货台部分、上横梁、下导 轨、带滚珠丝杠和支撑导向杠的立柱和电气设备等，如图 1 所示。2基于ANSYS勺堆垛机关键部件分析仿真有限元分析采用数学近似的方法完成对真实的物体模 拟。利用简单且相互作用
3、勺单元格，用有限数量勺未知量去 逼近无线未知量勺真是系统。有限元模型可以看作是由一个 个小勺分块部分构成勺，或者在真实勺结构上划线，通过这 些真实结构被分离成一个一个勺小部分。2.1 堆垛机勺主要机构勺静态模型利用 UG 软件完成零件设计，然后进行装配。如果将装 配的实体模型导入到 ANSYS软件中分析，运算量大。考虑 到这一点后，使用 UG 软件对简化后勺整机机构和载货台机 构的模型进行建模设计，并转化为 Parasoild 的数据形式，将 保存的.x_t格式的文件导进到 ANSYS软件中进行后序分析。2.2 立柱的有限元静力学分析 由堆垛机运动可知，在对简化后的整机机构进行静力学分析时，应
4、该在上导轨的位置设置均匀约束力。在载货台的 上表面自加载载货台自身的载荷和货物载荷，载货台与立柱 之间的接触面设置水平载荷，在中间立柱的后表面上设置水 平惯量载荷。采用自由划分方式对堆垛机的整机模型进行网 格划分，划分网格如图 2 所示。通过等效应力分布图可以得出堆垛机立柱应力主要集中在与立柱接触处，最大值13.1Mpa ，比许用应力 235Mpa小的多，因此这种结构满足设计要求。通过位移云图可得出 货叉的最大挠度为 0.11mm ，这个位移也不会影响载货台的 要求。因此，该设计满足要求，在上图中还能得到立柱的的 整体刚度满足了条件，为了降低堆垛机的质量可以通过根据 得到的结果适当的减小立柱的
5、横截面积。2.3 载货台有限元分析将 UG 建立的载货台模型导入 ANSYS 软件， 确定载货台 材料的属性。载货台机构主要采用了 45 刚的材质，该材质 的弹性模量为210GPa；泊松比为0.3。采用自由划分方式划 分网格，对简化的载货台机构的模型划分网格如图所示。从载货台的等效应力应变图可得出载货台上的应力主 要集中出现在中叉与上叉的结合部位，最大值为0 .46Mpa ，比许用应力 235 Mpa 小得多，因此这种结构设计满足要求。 但还要做到到降低集中应力的现象，可在上叉和下叉的两端 的处添加上支撑筋来降低集中应力现象。通过位移云图可得 出货叉的最大挠度为 0.864E-6m，这个位移量
6、也不符合货叉 变形量的要求，符合载货台的设计。3 结束语 为满足堆垛作业的要求，完成了堆垛机机械结构设计。堆垛机主要包括水平机构、垂直运行机构、载货机构以及安 全装置。应用 UG软件进行三维实体设计，导入ANSYS对主 要的机构部分进行了有限元仿真分析。仿真结果表明，堆垛 机关键部件的设计满足了性能要求。参考文献：1 王欢.立体仓库堆垛机运动及控制系统设计J 科技创业月刊， 2012（05）：184-186.2 雷楠南启动化立体仓库系统的技术研究与应用J机械工程与自动化， 2014（03）：163-165.3 高娟，官晟.基于PLC的自动化立体仓库系统设计J.电子技术， 2011 （06）：53-56.作者简介：王晓健，男，山东安丘人，硕士，讲师，主要研究方向：机电一体化技术。