随着全球数字化、智能化变革的到来,物流仓储领域实现了井喷式发展。智能仓储装备系统凭借其低能耗、高集成、节约土地和人力成本等优势,为物流仓储领域的发展提供了积极的推进作用。堆垛机作为智能仓储装备系统中的核心装备,其结构稳定性与可靠性将决定物流仓储系统的运行效率与经济效益。本文根据自动化仓库的空间布局和存储要求,提出了单立柱重载堆垛机的结构设计方案,对所设计的堆垛机进行了力学性能、运动特性、碰撞安全研究,并在此基础上对单立柱重载堆垛机进行轻量化设计,有效改善了堆垛机设计中普遍存在的材料冗余、结构笨重等问题。本文的主要研究工作如下:1、根据堆垛机的工作环境和作业要求,拟定关键部件及整机的结构方案,借助三维设计软件完成实体建模和虚拟装配。在进行必要简化的基础上,基于力学理论,建立了立柱和下横梁结构在静止和加速运行工况下的挠曲线方程。运用有限元分析方法,研究堆垛机金属机架的刚度、强度问题。对比理论分析法和有限元法计算结果,验证有限元方法的可靠性。2、基于虚拟样机平台建立堆垛机多体动力学模型,运用多体系统运动学、动力学及碰撞理论研究堆垛机动态性能。通过求解堆垛机多体系统运动学问题,可快速检验模型及控制函数的正确性,为动力学分析提供应用基础。在堆垛机运动控制方面,讨论不同速度控制曲线对堆垛机作业效率和运行平稳性的影响。仿真结果表明,S型速度控制曲线可以有效地削弱堆垛机运行中的冲击和振动,运行效率高、平稳性好。通过分析堆垛机高速撞向缓冲块后的动态行为,进行堆垛机碰撞安全问题研究,为提高堆垛机安全性能提供参考。3、从堆垛机轻量化设计研究出发,充分发挥分节立柱的特点与优势,探讨了立柱尺寸参数对轻量化设计的影响。在此基础上,以立柱质量最小为优化目标,采用遗传算法优化了立柱结构,获得最优尺寸方案。仿真分析优化后立柱结构的低阶固有频率、结构刚度及整机运动学性能,与轻量化前进行对比。结果显示,轻量化后立柱减重29.3%,轻量化效果明显且能够满足堆垛机使用要求。立柱结构轻量化设计方法提高了材料利用率,降低生产成本,在一定程度上实现了堆垛机轻量化设计问题,对同类型的轻量化设计具有借鉴意义。