自動化立體倉庫中堆垛機(jī)的原理與應(yīng)用

● 國網(wǎng)湖南供電服務(wù)中心（計(jì)量中心） 解玉滿 嚴(yán)向前 鄒 宇

自動化立體倉庫利用立體倉庫設(shè)備可實(shí)現(xiàn)倉庫高層合理化、存取自動化、操作簡便化，完全區(qū)別于耗費(fèi)大量人力、物力、精力的傳統(tǒng)搬運(yùn)貨物方式，大大提高了空間利用率、生產(chǎn)效率和管理成本，是當(dāng)前倉儲技術(shù)水平較高的表現(xiàn)形式。其中，堆垛機(jī)是整個(gè)自動化立體倉庫的核心設(shè)備，通過手動操作、半自動操作或全自動操作實(shí)現(xiàn)把貨物從一處搬運(yùn)到另一處。因此，它的設(shè)計(jì)研究和創(chuàng)新變革直接影響了物流行業(yè)的發(fā)展趨勢、企業(yè)生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

1 巷道式堆垛機(jī)

巷道式堆垛機(jī)大多屬于有軌巷道堆垛起重機(jī)，通過運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)和貨叉機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)工作，完成貨物在貨架范圍內(nèi)的縱向和橫向移動，實(shí)現(xiàn)貨物的三維立體存取。

1.1 工作原理

堆垛機(jī)的工作原理是由行走電機(jī)通過驅(qū)動軸帶動車輪在下導(dǎo)軌上做水平運(yùn)動，由提升電機(jī)帶動載貨臺做垂直升降運(yùn)動，載貨臺上的貨叉做伸縮運(yùn)動。通過上述三維運(yùn)動可將指定貨位上的貨物取出或?qū)⒇浳锼偷街付ǖ呢浳弧Ｍㄟ^認(rèn)址器、光電識別，以及光通訊信號的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，也可實(shí)現(xiàn)觸摸屏的手動和半自動控制。堆垛機(jī)通過認(rèn)址器獲取實(shí)際運(yùn)行位置，貨叉下面的行程開關(guān)控制貨叉伸出的距離，貨叉下面的接近開關(guān)控制貨叉的回中定位。

1.2 結(jié)構(gòu)組成

堆垛機(jī)由主體結(jié)構(gòu)（上橫梁、下橫梁、立柱）、水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)、載貨臺、貨叉、電氣控制系統(tǒng)和各種安全保護(hù)裝置等組成，如圖1所示。

（1）水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)。采用了變頻調(diào)速技術(shù)以及三合一電機(jī)減速器、可調(diào)式車輪、水平輪組等裝置。下橫梁兩端下部設(shè)置有水平輪組及安全夾鉤，可通過水平輪偏心軸調(diào)整水平輪與運(yùn)行軌道的間隙，同時(shí)安全夾鉤可保證堆垛機(jī)不傾翻；在下橫梁兩端頭部還設(shè)有清軌器和聚氨脂緩沖器，以保證堆垛機(jī)運(yùn)行時(shí)不致卡軌和減少碰撞時(shí)的沖擊。

圖1 堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)組成

（2）提升機(jī)構(gòu)。用于驅(qū)動載貨臺做升降運(yùn)動。起升電機(jī)減速機(jī)安裝在支架上，再通過螺栓固定在立柱下端。減速機(jī)輸出軸上裝有懸臂式鋼質(zhì)卷筒。鋼絲繩由卷筒引出，經(jīng)過上橫梁上的定滑輪改變方向后，再穿過載貨臺上的動滑輪，最后與固定在上橫梁上的過載松繩保護(hù)裝置連接。

（3）載貨臺。主要由上導(dǎo)輪架、下導(dǎo)輪架、垂直框架、水平框架等部分組成，其上裝有貨叉伸縮機(jī)構(gòu)、滑輪裝置、超速保護(hù)裝置或斷繩保護(hù)裝置（制動夾緊器）、起升導(dǎo)向輪裝置、升降認(rèn)址裝置、貨物位置異常檢測裝置以及雙重入庫檢測裝置等。它由提升機(jī)構(gòu)通過臺上安裝的滑輪裝置帶動，依靠起升導(dǎo)向輪裝置沿著立柱起升導(dǎo)軌升降，并與貨叉伸縮機(jī)構(gòu)配合進(jìn)行存取貨物作業(yè)。

（4）貨叉機(jī)構(gòu)。堆垛機(jī)存取貨物的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，裝設(shè)在載貨臺上。為縮小巷道寬度并能保證足夠的伸縮行程，貨叉機(jī)構(gòu)采用三級直線差動式伸縮貨叉，由伸縮貨叉（上）、伸縮貨叉（中）、固定貨叉及導(dǎo)向輪等組成，采用齒輪齒條傳動。

（5）電氣控制系統(tǒng)。按電氣控制方式，可分為聯(lián)機(jī)自動方式、半自動操作方式、手動操作方式。聯(lián)機(jī)自動方式是倉儲系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)堆垛機(jī)的主要作業(yè)方式，控制計(jì)算機(jī)按照業(yè)務(wù)流程規(guī)劃出入庫路徑，實(shí)時(shí)向堆垛機(jī)下達(dá)作業(yè)指令，堆垛機(jī)自動連續(xù)執(zhí)行取送貨動作，并將運(yùn)行狀態(tài)、作業(yè)過程和完成情況實(shí)時(shí)反饋給控制計(jì)算機(jī)；半自動操作方式是將聯(lián)機(jī)自動方式進(jìn)行過程分解，可以單步完成如取貨、放貨、堆垛機(jī)運(yùn)行至巷道內(nèi)某一貨位等作業(yè)指令，堆垛機(jī)單機(jī)運(yùn)行、發(fā)生異常或安裝調(diào)試時(shí)可以使用這種控制方式；手動操作方式一般在堆垛機(jī)安裝調(diào)試階段或在管理調(diào)度系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下使用，可以操作堆垛機(jī)完成走行、升降、伸縮貨叉等單軸運(yùn)動。

（6）過載松繩保護(hù)裝置。用來控制載貨臺的承載，其原理是當(dāng)載貨臺的承載超過最大允許值時(shí)，起升鋼絲繩拉伸過載松繩保護(hù)裝置中的拉伸彈簧，產(chǎn)生不同行程，從而切斷起升電機(jī)回路電源或總電源，使起升機(jī)構(gòu)及時(shí)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

（7）起升導(dǎo)向輪裝置。由鋼質(zhì)滾輪、特制軸承和偏心輪軸等零件組成，是將載貨臺上的載荷傳遞給立柱，并沿立柱上下運(yùn)行的導(dǎo)向受力機(jī)構(gòu)。滾輪能承受較大的擠壓接觸應(yīng)力，可通過偏心輪軸調(diào)整滾輪與起升導(dǎo)軌之間的間隙，以保證載貨臺沿著起升導(dǎo)軌正常運(yùn)行。

（8）超速保護(hù)裝置。堆垛機(jī)的安全保護(hù)裝置之一，當(dāng)堆垛機(jī)的載貨臺升降時(shí)，由異常狀況（如鋼絲繩或鏈條斷裂、起升電機(jī)或減速機(jī)斷軸等）引起載貨臺超速下墜，當(dāng)達(dá)到超速保護(hù)裝置限定的速度時(shí)，該裝置能不依賴其它動力驅(qū)動機(jī)構(gòu)或電氣系統(tǒng)，迅速將載貨臺可靠地夾持在起升導(dǎo)軌上，起到防墜保護(hù)的作用。

2 堆垛機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

（1）自動預(yù)警。在出現(xiàn)意外的時(shí)候或者是有一些緊急事件發(fā)生，需要停止作業(yè)運(yùn)行時(shí)，堆垛機(jī)會自行發(fā)出警報(bào)聲響。

（2）進(jìn)程可控。堆垛機(jī)存取貨物的速度和高度都是可以進(jìn)行調(diào)控的，通過計(jì)算機(jī)可以根據(jù)需求直接調(diào)控堆垛機(jī)的作業(yè)數(shù)據(jù)。

（3）自動尋址。無論貨物在哪一個(gè)角落，堆垛機(jī)能夠進(jìn)行自由查找，進(jìn)行最為精準(zhǔn)的位置設(shè)定，提高存取貨物的效率。

（4）載重防護(hù)。如果堆垛機(jī)所承受的貨物量比較大，超出堆垛機(jī)的使用載重范圍時(shí)，堆垛機(jī)的鋼絲繩會起到保護(hù)作用。

（5）燈光信號。在開始工作或者停止工作的時(shí)候，堆垛機(jī)都會發(fā)出相應(yīng)的燈光提醒信號。

3 結(jié)束語

自動化立體倉庫由于具有很高的空間利用率、很強(qiáng)的入出庫能力、采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理等特點(diǎn)，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉儲技術(shù)。堆垛機(jī)作為整個(gè)自動化立體倉庫的核心設(shè)備，其作用和地位自然舉足輕重。因此，對堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)研究和創(chuàng)新變革有著重大意義，直接關(guān)系到倉庫的利用率和周轉(zhuǎn)率以及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。