自动化立体仓库堆垛机的设计

自动化立体仓库是实现物流系统合理化的关键。它具有空间利用率高、便于实现自动化管理、实时自动结算库存货物种类和数量、立体仓库信息库可以和中央计算机系统联网运行等许多优点，对加快物流速度、提高劳动生产率、降低生产成本都
有重要意义，已开始应用于汽车、电子、医药、烟草、建材、邮电等许多行业。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的搬运、起重、堆垛设备，对立体仓库的出人库效率有重要影响，是立体仓库能否达到设计要求和体现其优点的关键设备之一。
1 堆垛机的功能
堆垛机接受计算机指令后，能在高层货架巷道中来回穿梭，把货物从巷道口出人库货台搬运到指定的货位中，或者把需要的货物从仓库中搬运到巷道口出人库货台，再配以相应的转运、输送设备通过计算机控制实现货物的自动出人库。在立体仓库中的搬运设备有高位叉车、工业机器人、桥式堆垛机和有轨式单双立柱堆垛机。有轨巷道式双立柱堆垛机由于效率高，高度可达到~4O m ，便于实现元人操作，行走稳定，载货量大，噪声小，在目前的立体仓库中得到广泛应用。有轨巷道式双立柱堆垛机在自动化立体仓库中的位置如图一所示。

堆垛机在自动化立体仓库中的位置
1.巷道2. 货架3. 天轨4. 堆垛机5. 计算机控制台6. 地轨7. 出入库货台8. 货物单元
2 设计思路
为使堆垛机能够准确、快速、安全、自动搬运货物出人库，必须满足以下设计要求: (1)具备三维运动功能，即堆垛机沿巷道来回运动、载货台垂直运动、货叉沿货架方向双向伸缩(2) 满足一定的定位精度，重复定位精度误差不能超过10 mm; (3) 具备安全保护措施(4) 在满足强度、刚度和可靠性的前提下，尽量减小堆垛机各部分的重量，以减小提升功率和行走时的摩擦阻力(5)保护仓库环境，避免货物污染受损。
3 堆垛机结构及设计要点
根据以上设计思路所设计的有轨巷道式双立柱堆垛机的结构如图2 所示。
主要由机架、行走机构、提升机构及载货台、货叉、电气控制和各种安全保护装置构成。
3.1 机架
机架是由上横梁、左右立柱和下横梁构成的长方形框架， 主要用于承载。为了便于安装零件和减轻堆垛机重量，上、下横梁用槽钢制作，立柱用方通制作。上横梁上设有天轨阻挡器和缓冲器，下横梁上设有地轨阻挡器。
3.2 行走机构
行走机构选用DAMAG 行走轮组件，安装在下横梁上，主要由行走电机(包括减速器)、行走轮及沿地轨的导向轮组成。为了保证堆垛机平稳运行，在上横梁上装有天轨导向轮。
3.3 提升机构和载货台

有轨巷道式双立柱堆垛机
1.上横梁2 . 天轨导向轮3 . 立柱4. 载货台顶轮5. 载货台导向轮6 . 货叉7 . 传动链轮8. 提升电机9. 传动链条10 . 双联链轮1 1.下横梁12. 惰链轮13. 行走轮14. 行走电机15 . 提升链条16. 载货台
提升机构主要由提升电机(包括减速器) 、传动链轮、传动链条、双联链轮、提升链条和惰链轮组成。提升链条选用双排滚子链，安全系数大于5 ，它与载货台和上下横梁上的情链轮组成一个封闭结构。当提升电机通过传动链条驱动双联链轮旋转时， 使提升链条运动，从而带动载货台(包括货叉、货物)升降。提升电机通过PLC 变频控制，避免在开始升降和停止时提升链条所受拉力过大。载货台主要由扁通、钢板焊接而成，主要用于安装货叉和一些安全保护装置。为了保证载货台平稳上下运行，在它的每个侧面装有沿立柱的4 个导向轮和2 个顶轮。
3.4 货叉
主要由电机减速器、链轮、链连接装置、叉板、活动导轨、固定导轨、辘轮轴承和一些定位装置组成( 见图3) 。内侧辘轮轴承通过连接板和叉板连在一起，外侧辑轮轴承安装在固定导轨上，固定导轨安装在载货台横梁上， 2 组轴承都嵌在工字型活动导轨中，当电机减速器通过链条驱动链轮时， 通过链连接板E 带动活动导轨运动， 再通过链轮和链连接板I 带动叉板双向伸缩，使叉板能以2倍于活动导轨的速度运动。


货叉
1.叉板2. 活动导轨3. 连接板4. 双向阻挡器5 . 链连接板1 6. 链轮1 7 . 辘轮轴承8 . 固定导轨连接板9. 中位感应条10 . 链连接板II 1 1.链轮II 12 . 极限感受块13. 接近开关14. 固定导轨
为了使货叉伸缩到位，保证准确存、取货物，在货叉上装有机械定位装置(双向阻挡器)和电气定位感应开关(极限感受块和接近开关)组成的双重定位报护装置。另外，还有检测货叉是否回到原位的中位感应条和接近开关。
3.5 电气设备及控制
主要包括电力拖动、信号传输和堆垛机控制。堆垛机采用滑触线供电;由于用供电滑触线载波通讯易受电力杂波等干扰，所以采用抗干扰性好的红外通信方式与计算机等仓库设备进行信息交换。堆垛机运行特点是必须精确定位和准确认址，否则就会取错货物，碰坏货物、货架，严重时会损坏堆垛机本身。堆垛机的位置控制采用绝对认址方式，用激光测距仪通过测量堆垛机到基点的距离和事先储存在PLC 中的数据进行比较来确定堆垛机当前位置，成本较高，但可靠性很高。
3.6 安全保护装置
为了保护人身、设备和货物的安全，堆垛机必须具有完善的安全保护措施:
(1)堆垛机在行走、载货台升降和货叉伸缩终端处都设有机械和电气限位装置。
(2) 货物检测载货台上设有货物超高、超长和超宽检测装置。在货物进入载货台时，当检测到货物超过设定高度、长度或宽度时，堆垛机便停止运行并报警。一般允许误差为30-40 阳，检测元件采用对射或反射式光电传感器。
(3)载货台上还设有检测货叉是否回位、货叉上有无货物和货位中有无货物的装置。如货叉没有回位，堆垛机不能水平运行;如货叉上已有货物，则不能再取货;人库时，必须检测货位中有无货物，以避免发生事故。
(4) 断电保护如载货台升降过程中忽然断电， 则通过提升电机制动使载货台停在当前位置，不会掉落下来。
(5) 载货台断链保护提升链条通过压簧与载货台相连，当链条由于长时间使用或意外原因忽然断裂时，弹簧弹开链条，检测装置检测到链条时，便驱动相应装置使载货台停在当前位置，不至于掉下来，同时整个堆垛机停止运行。