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一种穿梭车升降结构的机械设计
现代化物流中穿梭小车是常用的运输工具。在此基础上对几种穿梭小车的升降结构进行了分析研究，提出了一种将电机、减速装置与螺旋传导一体化集成的新型穿梭车升降结构。对升降结构的工作原理进行了阐述，根据技术指标，计算出升降机构主要邵件的尺寸。校核了丝杠螺母机构的自锁性能和稳定性，对丝杠、螺纹的强度进行了校核。设计出了满足机构要求的丝杠螺母机构，为升降机构的定型设计提供了参考。
0引言
随着科技的进步，现代物流仓储的自动化程度越来越高，有关自动化立体仓库（automated storage & retrieval sys-tem ， AS/RS）各方面的研究正成为当前热点。作为自动化搬运系统核心部分的有轨导引式穿梭车（rail guided vehi-cle， RGV，见图1），近年来在仓储物流行业中迅速发展。国内许多生产企业在物流运输上都需要用到穿梭车。目前我国从事物流仓储业的龙头企业有：太原刚玉物流工程有限公司、沈阳新松机器人自动化有限公司、德马泰克物流系统有限公司等。通过对以上企业的研究，对于升降结构的设计有着实际的指导意义和使用价值。
图1 轨导引式穿梭车
穿梭车上装有牵引和升降两大系统：升降系统能够将货物抬离货架上的导轨支撑面并且将货物运送到指定地点（图2）；牵引系统则使RGV沿轨道运送货物穿梭于货架两端之间。穿梭车利用升降结构能够方便的实现货物的移转，既节省人力又提高工作效率。故对穿梭车升降结构的研究具有重要的实际意义。
图2 穿梭车位于轨道上时的剖视图
实现升降的结构类型有剪叉式升降机构、凸轮机构、丝杠螺母机构等传动机构。剪叉式升降机构多采用连杆，各个部件角度、角速度、角加速度的控制复杂，存在运动协调性差、承载能力不强以及空间占用体积大的缺点。利用凸轮实现升降也存在一些不足，很多机械绘图软件需要用户去创建凸轮的轮廓线。由于凸轮与从动件间为点或线接触，极易磨损，只适合传动力矩不大的场合。另外，由于凸轮加工和安装的要求较高，需用数控机床对凸轮进行加工，并且在充分的自由度限定下绝对对称的安装在车体内部。以上原因造成用户设计效率低下。
螺旋传动是将旋转运动转化为直线运动，并能同时进行能量和力传递的传动装置，与其他类似的传动形式相比有结构简单、工作连续平稳、承受能力大、传动精度高、稳定性良好等优点。通过以上几种机构的优缺点比较，可以发现丝杠螺母升降结构能够获得稳定的升降、制造加工方便、成本低廉并且能够保证结构自锁。根据穿梭车的工作要求，提出一种将电机、减速装置与螺旋传导一体化集成的新型穿梭车升降结构。
1升降结构的机械设计
1.1系统结构的设计
同步带传动相比链传动其结构简单、传动装置轻且不存在弹性滑动，所需的张紧力小，传动吸振性好。所以工作台升降结构可采用同步带传动。梯形同步带成本低廉、效率高、噪声低，且特别适用于用于要求有准确传动比的场合，因此选择梯形同步带进行穿梭车螺旋传动升降系统的设计。机构升降活动的动力可由交流电机通过同步带带轮减速后获得的较大驱动力。
螺旋传动升降系统方案如图3所示。电动机1输出轴通过花键与小带轮4相连接。小带轮与安装在定位工作台上的滚动轴承3内圈过盈配合，大带轮7的安装与小带轮类似，从而实现2个同步带轮在固定工位上的旋转运动，大小带轮通过同步带传递动力。大带轮的内侧加工有螺纹副，旋转运动时带动丝杠上升。而不是绕丝杠中心旋转。同时，在工作台与定位台之间可以安装4套内置弹簧的导轨，既提高了工作台升降时的对中性又起到了导向的作用，还可以通过弹簧的形变起到承力的作用。
图3 穿梭车升降结构机械设计简图
1.2升降结构工作原理
升降机构工作流程简述如下：电机转动，电机轴通过花键带动小带轮一同转动，小带轮与大带轮之间通过同步带传送动力。大带轮转动的同时，内圈的螺纹带动丝杠旋转，载物工作台与丝杠通过推力轴承联结，带动连接丝杠螺母的载物工作台上下运动。整个电路由控制器、电机驱动器、位置传感器、控制按键、驱动电机、系统电源组成；控制器接受控制按键的指令，同时检测位置传感器判断载物工作台的位置，根据指令和位置参数确定驱动位置。
升降机构工作流程图见图4所示。
图4 升降结构工作流程
如果接收到的指令是上升，且系统检测工作台在最高工作水平面，则忽略本条指令；如果系统检测载物工作台未达到预定高度，升降系统继续上移直至位置传感器发出升至最高位置的信号；如果接收到的指令是下降即从最高位置回复到原始位置，如果系统检测载物工作台高于原始工作水平面，则驱动电机反转，升降系统使工作台水平位置下降，直至位置传感器发出降至原始位置的信号。
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