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(cāng)庫(kù)的電機(jī)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(cāng)庫(kù)的開(kāi)發(fā)雖然取得了較好的成果，在立體倉(cāng)庫(kù)出庫(kù)和入庫(kù)的方式和運(yùn)用的開(kāi)發(fā)還是比較落后，主要是在于出庫(kù)和入庫(kù)的流程定制和合理地運(yùn)用好位置。介紹了小型數(shù)字化立體倉(cāng)庫(kù)的基本組成、倉(cāng)庫(kù)的布局方案、計(jì)算并選擇小型自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的電機(jī)類型；通過(guò)計(jì)算分析，選擇作為系統(tǒng)動(dòng)力單元的電機(jī)。

立體倉(cāng)庫(kù)；電機(jī)；扭矩

1　數(shù)字化立體倉(cāng)庫(kù)的基本組成

傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，都是靠人工去記錄，這樣會(huì)耗費(fèi)大量的人力物力，商品運(yùn)輸?shù)某鲥e(cuò)率相當(dāng)高，致使商品在倉(cāng)儲(chǔ)管理中的運(yùn)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(cāng)庫(kù)是由貨架、托盤、巷道堆垛機(jī)、輸送機(jī)系統(tǒng)、AGV系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和儲(chǔ)存信息管理系統(tǒng)組成。

貨架：用來(lái)倉(cāng)庫(kù)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(lái)承受商品的重量的工具，本文設(shè)計(jì)的托盤是用型材組裝的。

堆垛機(jī)：用來(lái)自動(dòng)存取貨物的機(jī)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(jī)系統(tǒng)：主要負(fù)責(zé)將貨物搬運(yùn)到堆垛機(jī)上或從堆垛機(jī)上將貨物搬運(yùn)走。輸送機(jī)類別有多，主要的有輥道輸送機(jī)、鏈條輸送機(jī)、升降臺(tái)、分配車、提升機(jī)、皮帶機(jī)等。

AGV系統(tǒng)：即自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化立體庫(kù)系統(tǒng)各設(shè)備的自動(dòng)控制系統(tǒng)，以采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式為控制模式為主。

2　數(shù)字化立體倉(cāng)庫(kù)布局方案

本設(shè)計(jì)小型數(shù)字化立體倉(cāng)庫(kù)的模型，是一個(gè)X、Y、Z軸直線運(yùn)動(dòng)的裝置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的存取運(yùn)作。如圖1所示。

圖1　立體倉(cāng)庫(kù)整體模型圖

3　電機(jī)選型計(jì)算

確定步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)需要考慮到步進(jìn)電機(jī)的步距角（相數(shù)）、靜力矩以及電流三個(gè)關(guān)鍵因素［3］。

3.1步距角的選擇

電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。本設(shè)計(jì)采用的是1.8°步距角的四相電機(jī)。

3.2靜力矩的選擇

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

3.3電流的選擇

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

3.4力矩與功率換算

步進(jìn)電機(jī)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(lái)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(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)其功率為100.54W，額定扭矩為2.4 N·m，電機(jī)慣量JM為0.0012 kg·m2，上層機(jī)構(gòu)負(fù)載重量為12.8 kg.

4　電機(jī)選型驗(yàn)證

根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知：系統(tǒng)移動(dòng)速度為v=15 mm/s，對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速nm=90 r/min，電機(jī)加速度為a=30 mm/s2，則工作臺(tái)速度從0升至15 mm/s所需時(shí)間：

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?升至90 r/min時(shí)，其負(fù)載扭矩：

電機(jī)總扭矩：

所以選擇的電機(jī)額定扭矩為2 N·m，大于計(jì)算電機(jī)總扭矩3倍以上，所選擇的電機(jī)符合使用要求。

5　結(jié)束語(yǔ)

本文從步進(jìn)電機(jī)的步距角（相數(shù)）、靜力矩以及電流三個(gè)關(guān)鍵因素入手，結(jié)合系統(tǒng)工況進(jìn)行計(jì)算分析，從而得出選擇57型步進(jìn)電機(jī)作為小型倉(cāng)庫(kù)所用電機(jī)。

［1］黃學(xué)飛.中小型自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的智能管理控制系統(tǒng)研制［D］.杭州：浙江大學(xué)，2007.

［2］劉卉.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)效率優(yōu)化研究［D］.阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2007.

［3］楊東.用PLC基本指令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)動(dòng)定位控制的研究［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2010，26（2-1）：62-64.

［4］李勛.單片機(jī)實(shí)用教程［M］．北京：北京航空航天大學(xué)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(jī)械工程及自動(dòng)化。