郝隆譽

摘要：特殊行業(yè)的自動化立體倉庫如冷凍冷藏立體倉庫、防爆型有軌巷道堆垛機、橡膠輪胎庫等具有各自顯著的特點，在設計與制造中必須滿足其各自的特殊性。

關鍵詞：低溫庫、防爆、輪胎、特殊環(huán)境

低溫庫設計

要確保低溫食品在制造、儲存、輸送及銷售等流通過程中保持低溫狀態(tài)，以維持食品品質(zhì)，需要有完善的冷凍、冷藏設施、物流裝備以及快速運作的冷鏈物流體系。物流發(fā)達國家普遍采用以移動式貨架為主導的冷凍、冷藏自動化立體倉庫。在我國，目前還沒有一座真正意義上的自動化冷凍、冷藏立體倉庫，可以說，在低溫環(huán)境下，采用自動化控制，運用機械設備自動存取的立體倉庫至今仍是空白。

冷凍、冷藏立體倉庫是低溫環(huán)境下的恒溫庫，要保持低溫與恒溫，需要各方面設施和技術的支持。要實現(xiàn)低溫狀態(tài)下的自動化控制，實施無人化存取，需要配備適應低溫環(huán)境的設施和設備。

1總體要求

(1)整體設施要求

低溫庫的土建工程與常溫庫不同，尤其是配備有軌巷道堆垛機、高層貨架的自動化立體倉庫，庫面地基不僅要防濕、防凍、地面要設保溫層外，地基還需具備足夠的承載能力，同時必須考慮由于低溫庫在除霜、除水時產(chǎn)生水流的排放，因此庫內(nèi)要有排水通道，排水通道要根據(jù)庫內(nèi)設施位置確定。

不同溫域?qū)υO施有不同的要求，涉及到執(zhí)行設備材料的選用，組合結構的形式，安裝工藝，電氣控制件的選擇、安裝方式等。

庫房要保持低溫環(huán)境，需高效制冷與保溫。與普通低溫庫相比，還需考慮執(zhí)行設備表面結霜、結冰的預防與清除。

庫內(nèi)設施的結構與普通庫也有差別，如構件溫度應力的預防與消除，以防止設施結構的冷橋效應；穿堂的合理配置等。

對于常溫庫，由于季節(jié)交替帶來溫度變化，因而材料產(chǎn)生熱脹冷縮，形成交變應力，導致材料與結構間的疲勞損傷。低溫庫則無需考慮溫度變化應力影響。

(2)執(zhí)行設備要求

與普通自動化立體倉庫相比，低溫庫的執(zhí)行設備如堆垛機、輸送機從設計到制造都相對復雜，設備結構必須適應特殊要求，特別是環(huán)境達到冷凍溫度時，首先要考慮設備在低溫狀態(tài)下如何保持正常運轉。在材料的選擇上必須避免采用低溫冷脆性材料。從金屬材料應用規(guī)范來講，一般溫域劃分以-30℃為界，低于-30℃要選用低溫性能好的材料。在制造過程中，各種構件需采用適應低溫條件的加工工藝。構件的連接方式、構件的組裝方式也必須適應低溫條件。同時，電氣控制的可靠性對自動化立體倉庫的正常運作也是至關重要。此外，運行車輪與導軌打滑的消除、低溫潤滑油的選用也不可忽略。

(3)熱流控制要求

當物體內(nèi)部溫度不均勻時，熱量會自動從高溫處傳遞到低溫處，熱交換的方式有傳導、對流、幅射三種，冷藏、冷凍庫內(nèi)熱交換以傳導、對流為主。適當?shù)臏囟燃皾穸?、均勻的空氣流速及分布、良好的衛(wèi)生控制有利于庫內(nèi)溫度的均勻，而溫度系數(shù)的高低不會影響設備的正常運作。

熱流干擾有多種形式，如貨物的輸入造成熱量的入侵，貨物的呼吸、庫內(nèi)照明、庫門的開閉、出入通道形成熱量的對流，作業(yè)熱(如庫內(nèi)電器運轉熱、工作人員散熱等)的散發(fā)，都會帶來庫內(nèi)溫度變化。為保持良好的低溫環(huán)境，在設計結構布局、物流路徑確定時必須考慮有效避免、降低熱流干擾。同時，迅速降低物品入庫溫度是重要措施，其中制品預冷是重要的環(huán)節(jié)，可有效減少入庫后對庫內(nèi)溫度的干擾，所以預冷設施的合理配備必不可少。

對流是形成溫度干擾最顯著的形式，溫差越大，對流越強，因此阻斷熱流是控制溫度的關鍵。阻擋氣體的流動有多種形式，有些看似簡單的措施卻起著不可忽略的作用，如在通道口掛簾，避免開通時的瞬時對流，是阻斷空氣對流極為經(jīng)濟有效的方式。

2電氣控制要求

電氣元件在低溫狀態(tài)下的安全性、實用性和耐久性是自動化控制的關鍵，因此，電氣元件必須有高可靠度指標。同時，安裝的工藝也直接影響控制質(zhì)量，必須有較高的可靠度要求。配電柜保溫、防霜、電氣獨立元件的保溫、防凍措施，滑導線運行機構的保溫防霜方式、電刷加熱溫度等均需適宜。

有些電氣元件無低溫性環(huán)境工作性能，需要個體保溫。有些電氣元件出現(xiàn)故障后會產(chǎn)生凍結，必須考慮如何解凍，以及實施快速維修以恢復其功能，這些問題直接影響著自動化立體倉庫的正常運行和工作效率，必須完善解決。

3弱化“冷橋”效應

在庫內(nèi)構件與庫體連接部位、電纜的出入通道，應連續(xù)而均勻地覆蓋保溫材料，如果在實際設計和施工中造成“短路”，形成“冷橋”，將導致該部位形成熱交換源，使建筑物的整體保溫性能下降。“冷橋”的存在會造成冷凝現(xiàn)象，構件表面凝結的水滴會影響設備及產(chǎn)品的安全，并導致金屬表面腐蝕，影響建筑物的正常使用。

4設備的維護要求

在常溫庫，設備維修可以正常進行。但在-30℃甚至-60℃的倉庫中，即使配備防寒服，維修人員也只能堅持半小時至1小時。因此，維修的快捷是必須考慮的因素，這就要求機械結構要合理，具備快速更換、快速拆卸性能。同時，要考慮配備方便維修的輔助設施、工位器具。必要時，要具備實施快速出庫的方式與泊位。

5總體規(guī)劃階段

在方案規(guī)劃階段，設計方要與客戶進行全面的溝通，深入了解不同商品的特性，對制品公司的企業(yè)管理系統(tǒng)要有充分的了解，也應讓制品公司對所做的每一步都理解認可。冷庫建設是不允許失敗的，因為冷庫一旦失敗就是廢庫，無法挽救。

結合我國國情，適應國內(nèi)市場需求，在規(guī)劃和設計低溫物流系統(tǒng)時還應注意以下幾點：

(1)規(guī)劃準備，分析上游供應商、下游顧客的特性，確定中間節(jié)點的設施配備。

(2)系統(tǒng)規(guī)劃，包括物流路線、流動頻率、設施規(guī)模等，要形成快捷合理的儲存物流供應鏈。

(3)不同制品、不同企業(yè)具有不同特點，方案設計要滿足個性化要求。

(4)技術經(jīng)濟性指標方面，要結合企業(yè)經(jīng)濟實力、物流水平要求，選擇相應的規(guī)模與自動化程度。

防爆型有軌巷道堆垛機設計

BDX防爆有軌巷道堆垛機是在特殊環(huán)境下運行的設備，它的機械結構運行控制必須滿足以下要求：

(1)運動構件不得有爆源隱患，絕對避免磨擦火花的發(fā)生；

(2)金屬結構除滿足強度要求外，還必需有足夠的剛度，外形圓滑無銳角；

(3)運行狀態(tài)下要求小振動低噪音，運行無沖擊，停車平穩(wěn)準確；

(4)過載、斷繩、超速保護裝置避免；中擊振動、啟動運行時磨擦火花；

(5)外表防護使用的油漆、

涂料不得含有輕金屬粉末。

與普通堆垛機相比，BDX防爆巷道堆垛機采取了特殊減振與降噪措施，加工過程采用特殊工藝以消除爆源。在正常工作狀態(tài)下可能發(fā)生摩擦碰撞的部位或同外物發(fā)生碰撞的地方都采用了銅基材料或不銹鋼材料，以確保磨擦時無火花產(chǎn)生。

1BDX防爆堆垛機設計改進與創(chuàng)新

(1)機械設計改進與創(chuàng)新

為適應防爆要求，結構部件采取以下改進措施：

①金屬結構

金屬結構是堆垛機的主體結構，立柱、上橫粱和下橫梁必須有足夠的剛度，BDX防爆巷道堆垛機立柱、載貨臺吊架均采用型材，體積顯著減小，整個結構布局緊湊，強度高，剛性好，外形美觀圓滑無銳角。

②起升機構

起升機構驅(qū)動傳動型式為同軸式，起動及制動平穩(wěn)，結構緊湊減少機械沖擊，便于載貨臺的準確定位。

③運行機構

運行機構驅(qū)動裝置全部采用結構先進的總成，并采用變頻器控制實現(xiàn)無級調(diào)速，以確保停準精度和運行平穩(wěn)。接觸碰撞部位均采用橡膠緩沖器避免剛性沖擊。

④貨叉機構

貨叉伸縮傳動機構采用專利技術——密閉防爆專用鏈輪徑向離合器，簡化了結構，能有效避免磨擦火花發(fā)生。

⑤載貨臺

載貨臺采用獨立滾輪斜面的失重同步制動器專利技術，取消了所有連桿與彈簧構件，簡化了結構。該機構采用滾輪式制動，有效避免了鉗口式平面磨擦，大大降低了發(fā)生磨擦火花的幾率。

(2)控制設計改進與創(chuàng)新

①采用了西門子Profibus現(xiàn)場總線技術，使信息傳輸更加可靠。

②采用最新技術成果“激光測距儀＋變頻器閉環(huán)調(diào)速控制”，實現(xiàn)了堆垛機的絕對認識和無級調(diào)速控制，堆垛機起步加速和減速停車更加平穩(wěn)準確。

③全部采用無火花型防爆光電開關，內(nèi)部電路為無火花發(fā)生的電子電路，電氣線路全部經(jīng)2000V、1min、50Hz交流耐壓實驗無擊穿、閃絡現(xiàn)象。電氣線路設有防機械損傷的可靠保護。

④全部電氣設備的地面軌道必須可靠接地，接地電阻不大于4Ω。主回路與控制回路對地絕緣電阻應不小于0.5MΩ。

2振動和噪音的控制

振動是磨擦撞擊源，必須加以嚴格控制。要實現(xiàn)對振動的有效控制以避免磨擦火花，對各項技術指標和性能提出了更嚴格的要求，需要對相互關聯(lián)的諸多因素進行綜合控制協(xié)調(diào)治理。通過對堆垛機振動力學模型系統(tǒng)分析研究，明確各因素因果關系及內(nèi)在聯(lián)系，針對各因素特性采取不同措施，對振動取得有效控制，具體措施如下：

(1)堆垛機、貨架、運行道軌是一個有機整體，如果三者固有頻率接近，必然產(chǎn)生共振。為避免共振，運行道軌與貨架、導軌與貨架采取不同方式的特殊隔振措施，實現(xiàn)了良好的減振效果。

(2)堆垛機整體構件均采用型材，提高了剛度，減輕了自重。

(3)合理設計軸系結構，避開共振的臨界轉速。

(4)立柱箱體內(nèi)設置阻斷結構，降低共鳴效應。

(5)在構件連接處采用彈性阻尼隔振技術。

(6)采用振源負荷減振專利技術。

(7)運行道軌采用特殊加工工藝措施，提高平穩(wěn)性，并采取特殊隔振結構，避免與貨架的共振。

(8)導向輪運行系統(tǒng)采用復合材料滾輪，收到良好的減振降噪效果。

3結論

太原剛玉物流工程有限公司為廣東華潤涂料有限公司制造的BDX防爆堆垛機，通過南洋防爆研究所全面檢測，各項技術指標達到標準要求，經(jīng)過三年的實際運行，全部功能正常實現(xiàn)，運行平穩(wěn)可靠，從未發(fā)生任何故障，各項技術指標已達到國際先進水平，在國內(nèi)處于領先地位，是國內(nèi)首創(chuàng)。

經(jīng)驗表明，要實現(xiàn)對振動和噪音的有效控制，避免火花，各項技術指標和性能要嚴格控制，并且需要對相互關聯(lián)的諸多因素綜合控制、協(xié)調(diào)治理。只有把堆垛機作為一個系統(tǒng)加以分析研究，明確各因素因果關系及內(nèi)在聯(lián)系，通過對各因素的重組改變，才能保證高速狀態(tài)下堆垛機的正常運行。按照堆垛機運行規(guī)律，當運行速度超過100m/min時，噪音曲線將出現(xiàn)拐點，急劇增強。

橡膠輪胎庫設計

橡膠輪胎直徑、厚薄、規(guī)格繁多，采取固定尺寸貨位通常難以達到特殊要求。在實際使用中，貨位要適應多樣性要求，空間大小必須可調(diào)節(jié)，并要實現(xiàn)動態(tài)密集立式存放。目前，國內(nèi)橡膠輪胎庫主要采取平碼堆放或吊掛。

1關鍵技術問題分析

橡膠輪胎的儲存狀態(tài)、入出方式具有特殊要求，平碼堆放、固定立放、懸臂吊(托)掛等方式的共同缺陷是無法調(diào)整方位，不僅變形大，而且很難實現(xiàn)先進先出。自動化立體輪胎倉庫必須適應多品種、多規(guī)格輪胎的密集儲存，并能調(diào)整位置，避免變形，同時要實現(xiàn)先進先出要求。

貨位要適應多樣性要求，空間大小必須可調(diào)節(jié)，并要實現(xiàn)動態(tài)密集立式存放。要滿足以上條件，貨位應采取連續(xù)形式，通過折疊斜面滾道，形成三維立體連續(xù)貨架，不僅可解決輪胎連續(xù)擺放，同時通過運用重力原理，在出庫過程中實現(xiàn)輪胎的位置調(diào)整；如超期滯留，可采取模擬出入庫循環(huán)，進行位置調(diào)整，以最經(jīng)濟的方式滿足特殊功能。為保證逐件提取的有效控制，在輪胎出口需設置門擋機構，以實現(xiàn)釋放與阻擋的快速可靠實現(xiàn)，此機構必須實現(xiàn)逐一開閉，在釋放前一個的同時必須阻擋后一個下滾，門擋機構運用機床夾具常用的死點自鎖原理，實現(xiàn)開啟阻擋功能。該機構簡單，緊湊體積小，工藝性良好，成本低廉輪胎存放需從貨架頂部輸入，如采用行車輸入，效率低操作不便。采用結構簡單操作方便的專用提升機，成功實現(xiàn)了輪胎的自動輸入功能，提升機由機架、道軌、提升臺組成，輪胎通過轉運小車輸入提升臺，沿提升臺機架將輪胎提升到貨架入口位置，通過重力作用自動滾入貨架，完成入庫存放。輪胎立式存放倉儲庫在國內(nèi)為首創(chuàng)，較完善地解決了橡膠輪胎的合理存儲。

2主要特點

輪胎立式存放倉儲庫具有如下特點：自動存儲，重力取貨；適應各種規(guī)格橡膠輪胎；可實現(xiàn)先進先出；可隨時調(diào)整方位，防止變形。