陳 劍

（中國汽車工業(yè)工程公司，天津 300113）

0 引言

在傳統的鑄造廠，砂芯從制芯車間到造型線之間的轉運是通過手推小車的方式進行的，不僅效率低下，還耗費大量的人力和車間面積。隨著工業(yè)自動化程度的發(fā)展，越來越多的新建鑄造廠采用了自動輸送系統，并同時引入了立體倉庫技術用于存儲和冷卻砂芯。在這種具有存儲功能的砂芯輸送系統中，如果方案布局不當，可能會出現某種輸送效率極其低下的擁堵狀況。本文分析了這種擁堵狀況產生的過程和條件，提供了解決問題的對策。

1 簡單砂芯存儲輸送系統的布局

圖1是一個包含立體倉庫的砂芯存儲輸送系統布局形式。除立體倉庫前的進出兩段之外，其余輥道都為雙層結構的機動式輥道，上層運送帶砂芯的托盤，下層返回空托盤；在兩端各有一個單層升降臺，用于上下層之間的轉運；制芯車間和造型車間之間的輥道布置在過跨地坑里，車間地面可自由通行；地坑里的輥道和地面輥道之間的轉運通過兩轉角處的雙層旋轉升降機來實現。

砂芯上線后先進入立體倉庫存儲并冷卻；造型線需要砂芯時，立體倉庫可以按順序往造型車間輸送砂芯；根據需要還可以對立體倉庫進行擴展，增加巷道數量。

圖1 簡單砂芯存儲輸送系統

系統結束工作后，所有托盤（空托盤和載芯托盤）全部入庫，下次開機后根據工作情況往外輸送空托盤或載芯托盤。

2 輥道運行的邏輯關系

造型車間的地面輥道立面簡圖如圖2所示，托盤長度為K，所有輥道按長度為L的節(jié)距分節(jié)驅動。在每節(jié)輥道沿輸送方向的頭部設有傳感器STOPn，在距尾部長為K的距離設有傳感器OFFn。

輥道運行邏輯關系：每節(jié)輥道每次只輸送一塊托盤；當托盤被輸送到第x節(jié)輥道頭部，觸發(fā)傳感器STOPx后，控制系統即判斷第x+1節(jié)輥道是否為空。

若第x+1節(jié)輥道不空，則第x節(jié)輥道電機停止，等待往前輸送的條件滿足才啟動；

若第x+1節(jié)輥道已空，則第x節(jié)和第x+1節(jié)輥道電機同時運轉將托盤往前輸送；

圖2 造型車間的地面輥道立面簡圖

當托盤被輸送到第x+1節(jié)輥道尾部，觸發(fā)傳感器OFF（x+1）時，表示托盤已經完全離開第x節(jié)輥道。此時第x節(jié)輥道電機停止，狀態(tài)為空，第x-1節(jié)輥道往前輸送托盤的條件滿足；同時第x+1節(jié)輥道電機繼續(xù)運轉，直至托盤被輸送到頭部觸發(fā)傳感器STOP（x+1），控制系統進行下一次判斷。

3 擁堵的產生

在這種工作模式下，設定輥道的輸送速度為V，則每節(jié)輥道的輸送節(jié)拍為T1=（L+K）/V；為簡化起見，假設端部的升降臺的工作節(jié)拍也為T1，立體倉庫經輥道往旋轉升降機輸送的節(jié)拍為T2。

系統開機后，以旋轉升降機運載第一塊托盤（托盤①）到達圖(2)所示位置開始往第1節(jié)輥道上輸送時為起始時間，則經過時間T2后，旋轉升降機運載第二塊托盤（托盤②）到達圖示位置。

若T1≥T2，此時托盤①尚未觸發(fā)傳感器OFF2，托盤②停留在旋轉升降機上等待，直至時間點T1，托盤①觸發(fā)傳感器OFF2，托盤②開始往第1節(jié)輥道上輸送；以此類推，以后每兩個托盤之間的時間間隔（即輸送系統節(jié)拍）T3=T1；

若T1＜T2，此時托盤①已經觸發(fā)過傳感器OFF2，托盤②可以立即從旋轉升降機上往第1節(jié)輥道上輸送；以此類推，以后每兩個托盤之間的時間間隔（即輸送系統節(jié)拍）T3=T2。

當托盤①運行至下層輥道最后一節(jié)（第n節(jié)輥道）的頭部時，觸發(fā)傳感器STOPn，此時的時間點為Tn；這其中，端部的升降臺可以看作第y節(jié)輥道，則

以 T1=（L+K）/V 代入上式，可得

如果在Tn點之前旋轉升降機剛好往輥道上輸送第n塊托盤完畢，則它立即下降去運載第n+1塊托盤；而輥道上已經有n塊托盤，剛好每節(jié)輥道都有一塊托盤，沒有空位。因此當第n+1塊托盤被運上來時，只能在旋轉升降機上等待。此時第n節(jié)輥道上的托盤開始進入旋轉升降機的下層，經過時間K/V后，第n節(jié)輥道狀態(tài)為空；然后第n-1節(jié)輥道上的托盤開始往第n節(jié)輥道輸送，又經過時間K/V后，第n-1節(jié)輥道狀態(tài)為空；這樣空位一個一個地往前移動，共經過時間nK/V后，第1節(jié)輥道狀態(tài)為空，第n+1塊托盤才可從旋轉升降機往外輸送；之后旋轉升降機運載上來的每一塊托盤都須等待時間nK/V后才會往外輸送。整個輸送系統的節(jié)拍就由T3延長到了T3'=T3+nK/V。

4 擁堵現象產生的條件

當旋轉升降機輸送完第n塊托盤時，托盤①在第n節(jié)輥道上已經觸發(fā)過傳感器OFFn，但尚未觸發(fā)傳感器STOPn，此時就會產生如上所述節(jié)拍極慢的擁堵現象，時間表達式為：

當 T1≥T2時，T3=T1=（L+K）/V，式（1）化簡為：

因K＞0，故式（2）的左半部分恒成立，而右半部分化簡為nK＜L。

當 T1＜T2時

因K＞0，故式（1）的左半部分恒成立，而右半部分化簡為（n-1）T2＜（nL-K）/V。

5 對策

在了解這種擁堵現象產生的條件之后，只需在做方案設計時注意分析，就可以很容易避免出現擁堵。在式（1）中，托盤定型之后，K值即固定不變；而從車間布局考慮，輥道總長度也是固定的，故n和L的乘積也是定值；在各部分工作節(jié)拍確定之后，只需要控制n和L的值，使：

當 T1≥T2時，nK＞L；

當 T1＜T2時，（n-1）T2＞（nL-K）/V。

即可避免出現這種擁堵現象。

6 結論

本文分析的是一種比較簡單的模型，即各節(jié)輥道長度相同，節(jié)拍一致，端部升降臺的節(jié)拍也與輥道節(jié)拍一致。在實際生產中，各節(jié)輥道的長度也不一定全部相同，也可能有某節(jié)輥道需停下來以便人工操作，這都可視為某一節(jié)輥道的節(jié)拍發(fā)生改變；但只要立體芯庫能及時向旋轉升降機供給托盤，擁堵現象出現的條件就始終不變，即當旋轉升降機輸送完第n塊托盤時，托盤①在第n節(jié)輥道上已經觸發(fā)過傳感器OFFn，但尚未觸發(fā)傳感器STOPn。這時，需根據具體情況逐節(jié)分析，重新建立時間表達式，即可找到避免擁堵現象產生的途徑。

[1]趙瑛,陳劍.自動化立體倉庫在砂芯儲存、輸送系統中的應用[J].中國鑄造裝備與技術.2009,(2):46-47.

[2]張志紅.砂芯輥道輸送線[J].中國鑄造裝備與技術.2009，（1）:50-51.