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摘要：在“工業(yè)4.0”和智能制造2025的背景下，自動化立體倉庫已經(jīng)廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、物流業(yè)等行業(yè)中。堆垛機(jī)在倉儲物流中主要承擔(dān)出庫、入庫的任務(wù)，在自動化立體倉庫中至關(guān)重要。文章主要對堆垛機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算其出庫、入庫的能力，保證在更短的操作周期內(nèi)提供更高的提升運(yùn)輸能力，提高自動化立體倉庫的工作效率，為以后自動化立體倉庫堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：自動化立體倉庫；堆垛機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計

引言

堆垛機(jī)（堆垛起重機(jī)的簡稱），屬于自動化立體倉庫中最重要的起重運(yùn)輸設(shè)備[1]。堆垛機(jī)的主要作用是通過在通道內(nèi)來回運(yùn)行的過程中，將貨架上的貨物取出并運(yùn)輸至巷道口，或者將巷道口的貨物存入貨架的貨格中。早期的堆垛機(jī)是利用貨叉在立柱上的上下運(yùn)動以及立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來搬運(yùn)貨物的，通常稱為橋式堆垛機(jī)。巷道式堆垛機(jī)出現(xiàn)于1960年左右[2]。其后，隨著計算機(jī)控制技術(shù)和自動化立體倉庫的發(fā)展，堆垛機(jī)的技術(shù)性能越來越好，舉升高度越來越高，運(yùn)輸效率也越來越高。本文主要研究堆垛機(jī)的運(yùn)行原理，對自動化立體倉庫中的堆垛機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算其運(yùn)輸能力。

1堆垛機(jī)原理

堆垛機(jī)由水平行走電機(jī)通過驅(qū)動軸帶動水平行走輪箱在地軌上做水平運(yùn)動，由垂直方向的提升電機(jī)通過鋼絲繩帶動載貨臺做垂直升降運(yùn)動，由載貨臺上的貨叉帶動貨物做伸縮運(yùn)動[3]，通過上述三維運(yùn)動完成出庫、入庫的動作。水平方向和垂直方向的運(yùn)動分別采用激光和條碼帶定位控制，貨叉通過接近開關(guān)和旋轉(zhuǎn)編碼器控制。采用無線以太網(wǎng)方式進(jìn)行通訊控制[4]。既可以實現(xiàn)自動控制，也可以實現(xiàn)手動或半自動控制。堆垛機(jī)的整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計

巷道堆垛機(jī)屬于雙立柱鋼絲繩式結(jié)構(gòu)。主要由機(jī)架、水平運(yùn)行裝置、提升驅(qū)動裝置、貨叉裝置、載貨臺、超速斷繩保護(hù)裝置、阻擋裝置、維修爬梯等部件組成。（1）機(jī)架堆垛機(jī)的機(jī)架由兩根立柱和兩根橫梁組成一個平面框架，整體具有良好的剛度和足夠的強(qiáng)度[5]，同時配置上下各兩組導(dǎo)向輪組，有效地增加了堆垛機(jī)的安全可靠性，提高了運(yùn)行時的穩(wěn)定性及運(yùn)行效率，在堆垛機(jī)一側(cè)設(shè)置有垂直爬梯和檢修平臺，用于堆垛機(jī)上橫梁等其它部件的檢修與保養(yǎng)。（2）水平運(yùn)行裝置水平運(yùn)行裝置是將行走輪箱安裝于機(jī)架下橫梁框架內(nèi)，主要作用為水平運(yùn)送堆垛機(jī)到達(dá)指定位置。堆垛機(jī)水平采用激光定位的方式進(jìn)行認(rèn)址，定位精度可達(dá)±5mm。在堆垛機(jī)的水平運(yùn)行軌跡區(qū)域的安裝反光板，在堆垛機(jī)高速運(yùn)行時，能夠?qū)崟r傳輸絕對地址，保證堆垛機(jī)速度平穩(wěn)和定位準(zhǔn)確。水平運(yùn)行采用交流開環(huán)變頻調(diào)速，運(yùn)行速度可以達(dá)到4m/min~120m/min；水平運(yùn)行到位的停準(zhǔn)精度可以達(dá)到±5mm，結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：（3）提升裝置提升驅(qū)動裝置主要作用是通過電機(jī)驅(qū)動起升卷筒，起升卷筒帶動鋼絲繩運(yùn)送載貨臺到達(dá)指定高度位置。堆垛機(jī)垂直提升采用條碼帶定位的方式進(jìn)行認(rèn)址，定位精度可達(dá)±5mm。在堆垛機(jī)的水平運(yùn)行軌跡區(qū)域的安裝反光板，在堆垛機(jī)高速運(yùn)行時，實時傳輸絕對地址，保證堆垛機(jī)速度平穩(wěn)和定位準(zhǔn)確。垂直提升運(yùn)行速度可達(dá)4m/min-30m/min；垂直升降到位的停準(zhǔn)精度可達(dá)±5mm，如圖3所示。（4）貨叉裝置貨叉伸縮速度：為提高出入庫頻率，速度20m/min（實載）/40m/min（空載）。貨叉裝置安裝于載貨臺上，由上中下叉、導(dǎo)輪、傳動機(jī)構(gòu)等組成。傳動系統(tǒng)由電機(jī)減速機(jī)、扭矩限制器、鏈傳動機(jī)構(gòu)等組成。貨叉在原位時，堆垛機(jī)才能運(yùn)行。貨叉裝置上設(shè)有到位減速開關(guān)，以保證貨叉伸縮到位的精度，如圖4所示。（5）載貨臺載貨臺主要就是一個運(yùn)送貨物起升的工作平臺。貨叉裝置通過高強(qiáng)度螺栓安裝在載貨臺上。在載貨臺上布置有各種安全檢測開關(guān)和聯(lián)鎖裝置。主要包括：上下限位開關(guān)、機(jī)械死限位開關(guān)、超高檢測開光和超寬檢測開關(guān)等。上、下極限保護(hù)開關(guān)能確保載貨臺向上、向下超過貨架最高、最低貨位時，并在上、下到位開關(guān)不能正常工作的情況下，使載貨臺能夠停止運(yùn)行。機(jī)械死限位是在上極限開關(guān)失靈時，防止堆垛機(jī)沖頂，最終保證堆垛機(jī)的運(yùn)行安全。上述所有檢測開關(guān)與電氣控制之間形成聯(lián)鎖系統(tǒng)，能夠確保堆垛機(jī)在出現(xiàn)非正常情況時整個系統(tǒng)立即停止運(yùn)行，如圖5所示。（6）斷繩保護(hù)裝置斷繩保護(hù)裝置的作用是當(dāng)鋼絲繩斷裂載貨臺超速下降時，可及時鉗住載貨臺，避免墜落。系統(tǒng)具有強(qiáng)制減速功能，當(dāng)載貨臺向下運(yùn)行距離下一層貨架約300mm時，限制載貨臺減速運(yùn)行，如圖6所示。（7）堆垛機(jī)天、地軌系統(tǒng)1）天軌系統(tǒng)有軌堆垛機(jī)天軌又稱上部導(dǎo)軌，采用方管100mm*100mm*5mm；一般地面支撐型堆垛機(jī)上部采用水平導(dǎo)軌夾住天軌運(yùn)行。圖7為天軌固定與連接的方法，并且能夠調(diào)節(jié)到規(guī)定允許的偏差范圍。上下表面距離誤差不得超出±10mm/全長，與地軌平行度要求不得超出±5mm全長，天地軌采用無縫連接，地軌焊接采用軌道鋼專用焊條焊接、軌道磨光機(jī)打磨。2）地軌系統(tǒng)地軌采用38kg/m重軌，圖8是地軌結(jié)構(gòu)形式，軌道安裝在用地腳螺栓支撐的調(diào)平板上，接頭處采用焊接方式實現(xiàn)無縫連接。安裝方式：調(diào)平板用地腳螺栓固定在預(yù)埋板上，調(diào)平板與軌道間設(shè)有8mm減震橡膠板。輪壓表面垂直方向直線度誤差：輪距范圍內(nèi)不超出±1.5mm，全長不超出±3mm，表面光滑；輪壓表面水平方向直線度誤差：水平導(dǎo)向輪輪距長度內(nèi)不超出±0.5mm，全長不超出±2mm，表面光滑。

3堆垛機(jī)能力計算

運(yùn)輸時間的計算：實載：

4結(jié)論

隨著科技的進(jìn)步與市場需求的擴(kuò)張，自動化立體倉庫也在不斷融合新興技術(shù)，倉儲運(yùn)輸能力也得到了逐步的提升。為了更好地滿足倉儲物流業(yè)的需求，對堆垛機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對堆垛機(jī)的提升能力進(jìn)行計算，從而在更短的操作周期內(nèi)提供更高的提升運(yùn)輸能力，為以后自動化立體倉庫堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]楊莎.面向立體倉儲系統(tǒng)的堆垛機(jī)建模仿真與尋址算法研究[D].西安:長安大學(xué).2012.

[2]郝巖柱.自動化立體倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計與路徑優(yōu)化[D].沈陽:東北大學(xué).2009.

[3]葛陽.自動化立體倉庫建模及堆垛機(jī)運(yùn)動控制研究[D].沈陽：東北大學(xué).2008.

[4]胡鋒.自動化立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技信息.2010(15):71+74.

[5]趙景波.基于數(shù)據(jù)庫和組態(tài)軟件的自動化倉庫管理與監(jiān)控[D].成都:西南交通大學(xué),2005.

作者：呂俊燕 陳福德 馬龍華 單位：山東華宇工學(xué)院