陳智才

（廣州中車軌道交通裝備有限公司，廣東廣州511495）

基于小型數(shù)字化立體倉庫的電機選型

陳智才

（廣州中車軌道交通裝備有限公司，廣東廣州511495）

數(shù)字化立體倉庫的開發(fā)雖然取得了較好的成果，在立體倉庫出庫和入庫的方式和運用的開發(fā)還是比較落后，主要是在于出庫和入庫的流程定制和合理地運用好位置。介紹了小型數(shù)字化立體倉庫的基本組成、倉庫的布局方案、計算并選擇小型自動化立體倉庫的電機類型；通過計算分析，選擇作為系統(tǒng)動力單元的電機。

立體倉庫；電機；扭矩

1　數(shù)字化立體倉庫的基本組成

傳統(tǒng)的倉儲管理系統(tǒng)中，都是靠人工去記錄，這樣會耗費大量的人力物力，商品運輸?shù)某鲥e率相當高，致使商品在倉儲管理中的運輸效率非常低，給企業(yè)造成巨大的損失［1-2］。

小型數(shù)字化立體倉庫是由貨架、托盤、巷道堆垛機、輸送機系統(tǒng)、AGV系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)和儲存信息管理系統(tǒng)組成。

貨架：用來倉庫中存取貨物的架構(gòu)。它的結(jié)構(gòu)主要是組裝式和焊接架構(gòu)。

托盤：用來承受商品的重量的工具，本文設(shè)計的托盤是用型材組裝的。

堆垛機：用來自動存取貨物的機器。按服務(wù)方式分為直道、彎道和轉(zhuǎn)移車三種基本形式；按結(jié)構(gòu)形式分為單立柱和雙立柱兩種基本形式。

輸送機系統(tǒng)：主要負責將貨物搬運到堆垛機上或從堆垛機上將貨物搬運走。輸送機類別有多，主要的有輥道輸送機、鏈條輸送機、升降臺、分配車、提升機、皮帶機等。

AGV系統(tǒng)：即自動導(dǎo)向小車。根據(jù)其導(dǎo)向方式分為感應(yīng)式導(dǎo)向小車和激光導(dǎo)向小車。

自動控制系統(tǒng)：驅(qū)動自動化立體庫系統(tǒng)各設(shè)備的自動控制系統(tǒng)，以采用現(xiàn)場總線方式為控制模式為主。

2　數(shù)字化立體倉庫布局方案

本設(shè)計小型數(shù)字化立體倉庫的模型，是一個X、Y、Z軸直線運動的裝置，從而實現(xiàn)對貨物的存取運作。如圖1所示。

圖1　立體倉庫整體模型圖

3　電機選型計算

確定步進電機的型號需要考慮到步進電機的步距角（相數(shù)）、靜力矩以及電流三個關(guān)鍵因素［3］。

3.1步距角的選擇

電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度。本設(shè)計采用的是1.8°步距角的四相電機。

3.2靜力矩的選擇

步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載［4］。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負載的2～3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸），因此，查的資料數(shù)據(jù)，57步進電機的額定扭矩為2.4 N·m，通過實物組裝測試，57步進電機能滿足本設(shè)計。

3.3電流的選擇

靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓）［5］，本設(shè)計的57步進電機的額定電流為2 A.

3.4力矩與功率換算

步進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：

P=Ω·MΩ=2π·n/60 P=2πnM/60

其中P為功率，單位為W；Ω為每秒角速度，單位為rad；n為每分鐘轉(zhuǎn)速；M為力矩，單位為N·m.57步進電機額定轉(zhuǎn)速為400 r/min.

Ω=2π·400/60=41.89 rad/s

P=Ω·M=41.89·2.4=100.54W

初步選定57步進電機其功率為100.54W，額定扭矩為2.4 N·m，電機慣量JM為0.0012 kg·m2，上層機構(gòu)負載重量為12.8 kg.

4　電機選型驗證

根據(jù)設(shè)計要求可知：系統(tǒng)移動速度為v=15 mm/s，對應(yīng)電機轉(zhuǎn)速nm=90 r/min，電機加速度為a=30 mm/s2，則工作臺速度從0升至15 mm/s所需時間：

當電機轉(zhuǎn)速從0升至90 r/min時，其負載扭矩：

電機總扭矩：

所以選擇的電機額定扭矩為2 N·m，大于計算電機總扭矩3倍以上，所選擇的電機符合使用要求。

5　結(jié)束語

本文從步進電機的步距角（相數(shù)）、靜力矩以及電流三個關(guān)鍵因素入手，結(jié)合系統(tǒng)工況進行計算分析，從而得出選擇57型步進電機作為小型倉庫所用電機。

［1］黃學飛.中小型自動化立體倉庫的智能管理控制系統(tǒng)研制［D］.杭州：浙江大學，2007.

［2］劉卉.自動化立體倉庫效率優(yōu)化研究［D］.阜新：遼寧工程技術(shù)大學，2007.

［3］楊東.用PLC基本指令實現(xiàn)自動運動定位控制的研究［J］.微計算機信息，2010，26（2-1）：62-64.

［4］李勛.單片機實用教程［M］．北京：北京航空航天大學出版社，2005.

［5］寧煥生，張彥.RFID產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

Motor Type Selection Based on SmallDigitalStereo Warehouse

CHEN Zhi-cai
（Guangzhou Zhongche Railway Transportation Equipment Co.Ltd.，Guangzhou Guangdong 511495，China）

Development of digital stereoscopic warehouse despite the good results，in the development of stereoscopic warehouse and storage and use is still relatively backward，is mainly in the database and storage process customization and reasonable with good location.Introduces the basic composition of small digital warehouse warehouse layout scheme，calculation and choose the type ofmotor small automated warehouse，through calculation and analysis，as the system power unit ofmotor selection.

three-dimensionalwarehouse；motor；torque

TP273

A

1672-545X（2016）06-0108-02

2016-03-22

陳智才（1987-），男，廣東廣州人，本科，助理工程師，研究方向：機械工程及自動化。