高海珍，張伯俊，于海慶（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機械工程學(xué)院，天津　300222）

重型駛?cè)胧絺}儲貨架現(xiàn)狀分析

高海珍，張伯俊，于海慶
（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機械工程學(xué)院，天津300222）

摘要：對貨架的國內(nèi)外發(fā)展史、貨架的分類、重型駛?cè)胧截浖艿慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計及實驗驗證方法進行了分析。通過對貨架市場的調(diào)研，指出了貨架行業(yè)存在的問題并提出了對策建議。

關(guān)鍵詞：倉儲貨架；結(jié)構(gòu)；重型駛?cè)胧截浖?/p>

20世紀(jì)90年代貨架行業(yè)開始快速發(fā)展，政府的支持和市場的快速擴張及廉價的勞動力使得大量外商來國內(nèi)投資建廠，尤其是歐美等企業(yè)帶來了眾多國外生產(chǎn)制造的貨架，貨架的成批量使用以及大范圍的工業(yè)生產(chǎn)制造的序幕由此拉開[1]。歷經(jīng)30年的快速變革發(fā)展，貨架種類已由最初的品種單一逐步發(fā)展成為基于不同物料尺寸、重量乃至存取方式而區(qū)分的多種類型貨架；貨架行業(yè)也由單純的鋼鐵加工轉(zhuǎn)變成集力學(xué)仿真計算、倉儲自動化運行技術(shù)及倉儲管理信息化于一身的多學(xué)科多專業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域[2]。本文對我國貨架業(yè)的發(fā)展過程進行闡述。

1　貨架概述

1.1貨架的發(fā)展史

在世界范圍內(nèi)，貨架廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、批發(fā)和零售等行業(yè)，用于儲存貨物[3]，是供產(chǎn)業(yè)保管物資所用的保管用具的總稱，由立柱與擱板或橫梁等構(gòu)成[4]。從1990年起國內(nèi)開始逐步出現(xiàn)貨架企業(yè)，迄今為止已形成規(guī)?；a(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，2010—2012年之間，倉儲設(shè)備的市場增幅在28%以上，行業(yè)的產(chǎn)值約為20億元人民幣。2012年行業(yè)發(fā)展迅猛，產(chǎn)值為28億～30億元人民幣。2013年，受經(jīng)濟增長及投資增加的影響，貨架需求進一步增長[5]。伴隨不斷擴大的企業(yè)規(guī)模和物流量的增加，貨架已逐步走進人們的生活。

1.2貨架的分類

由于土地資源稀缺和倉庫租金不斷上漲，對倉庫功能改善、倉庫空間利用率提高等提出更高的要求，因而貨架的使用量大幅增加。根據(jù)其密集情況，將貨架分為2大類：低密度貨架，優(yōu)點是產(chǎn)品的可達性更高[6]；高密度貨架，優(yōu)點是倉儲的空間利用率更好[7]。

1.2.1低密度貨架

（1）選取式貨架，又名重型貨架。這類貨架又分為橫梁式貨架、重型托盤式貨架、窄巷式托盤貨架、重型倉儲物流貨架、移動重型貨架、抽出式貨架等。貨架排與排之間存在巷道，可對多種托盤貨物進行直接作業(yè)，該系統(tǒng)存儲密度最低。

（2）雙深度貨架作為選取式貨架的變形版，每排均增加一個貨位。采取后進先出的策略，可選用雙深度貨架，同時配置縱深式叉車作業(yè)。

1.2.2高密度貨架

（1）駛?cè)胧截浖躘8]。此類貨架具有4個以上的存貨貨位，倉儲系統(tǒng)密度較高。貨位之間取消橫梁，方便叉車駛?cè)胱鳂I(yè)。叉車須從貨架前方進出，所以使用先進后出策略，對于存儲量大、品種簡單的貨物可使用本系統(tǒng)進行存儲。

（2）貫通式貨架。這種貨架可以保證叉車駛?cè)脒M行雙向作業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)貨物先進先出。

（3）重力式貨架[9]。此類貨架是一種結(jié)合了滾筒式軌道（或滑輪）和靜態(tài)貨架的動態(tài)存儲，相對靈活。

（4）后推式貨架。后推式貨架連接了傾斜軌道與嵌入式托盤小車，采用這種貨架進行貨物存儲時，將貨物置于托盤上由外側(cè)放入，后置貨物將前置貨物自動向內(nèi)側(cè)推進。

1.3重型駛?cè)胧截浖芨拍罴敖Y(jié)構(gòu)

1.3.1重型駛?cè)胧截浖芨拍?/p>

駛?cè)胧截浖?，又名貫通式貨架。作為現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的一種高密度貨架形式，在物品種類單一或倉庫空間有限且土地昂貴的情況下，駛?cè)胧截浖鼙粌?yōu)先考慮[10]。

根據(jù)行業(yè)規(guī)定，重型貨架是指每層載貨層的額定載重量超過500 kg的貨架[4]。

重型駛?cè)胧截浖苁嵌?zhàn)后在生產(chǎn)和技術(shù)進步的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在倉庫業(yè)務(wù)中，美國于1963年首次采用由電腦進行控制的高架倉庫；1970年我國開始對高架倉庫進行研究并于1980年投產(chǎn)。重型駛?cè)胧截浖芤约案呒軅}庫已被廣泛應(yīng)用在機器、輕工和化工、物流、商儲等行業(yè)中。世界范圍內(nèi)，超過1/2的貨架企業(yè)在歐洲，而最精湛的制造工藝也在歐洲及美國等國家。相比而言，我國在貨架發(fā)展方面起步晚、起點低，多數(shù)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備源于國外，設(shè)計方法也主要參考國外經(jīng)驗，發(fā)展滯后。

1.3.2重型駛?cè)胧截浖芙Y(jié)構(gòu)

重型駛?cè)胧截浖芙Y(jié)構(gòu)由立柱體、龍門梁、交叉拉桿、牛腿、貨架安全裝置及托盤等組成[11]，如圖1所示。托盤承載物體；牛腿梁將承載托盤單元貨品重量的前后牛腿相連；立柱體的立柱部分與牛腿梁相連，通過底座將力傳遞到地面；龍門梁安裝于立柱體頂部用于保證每個立柱體之間的距離；交叉拉桿和貨架安全裝置保證結(jié)構(gòu)的可靠性、穩(wěn)定性及安全性。

圖1　駛?cè)胧截浖芙Y(jié)構(gòu)構(gòu)件

2　重型駛?cè)胧截浖芊治?/h2>

2.1重型駛?cè)胧截浖艿脑O(shè)計步驟

重型駛?cè)胧截浖艿脑O(shè)計步驟為：對托盤貨品進行標(biāo)準(zhǔn)化處理[12-15]，確定標(biāo)準(zhǔn)處理后的規(guī)格、載重及高度；對貨架整體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計規(guī)劃，包括間距、深度、跨度、安裝尺寸、空間等；對貨架進行整體設(shè)計及審核，審核包括整體穩(wěn)定性分析、強度校核、零部件可靠性分析及安裝尺寸配合。

2.1.1基本參數(shù)設(shè)定

叉車存取方向托盤的尺寸是影響貨架尺寸及叉車操作空間的參數(shù)之一，可設(shè)為W[16]。Gilbert和Rasmussen[17]的實驗測試表明：放置在相鄰立柱上的托盤對駛?cè)胧截浖苡酗@著影響?？稍O(shè)：W1為叉車的有效通行距離，所選取叉車車身的寬度決定于此；W2為相鄰2通道間柱片之間的距離；W3為有效懸臂長度，W3與立柱體上承載的彎扭矩呈正比；W4為托盤在懸臂梁上的搭載尺寸，托盤在存取過程中的安全性與W4相關(guān)；W5為貨物與立柱體之間的間隙，立柱片的安全性及叉車的搖擺度受W5影響。

2.1.2荷載模型

貨架荷載模型分為恒荷載、貨架活荷載、豎向沖擊荷載、水平荷載以及地震荷載[18]。①恒荷載：指貨架結(jié)構(gòu)的自重。②貨架活荷載：指貨架上放置的貨物或托盤的重量。③豎向沖擊荷載：指在存放貨物時儲運機械對橫梁產(chǎn)生的沖擊力。④水平荷載：指由貨架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初彎曲、安裝偏差、荷載偏心以及儲運機械的輕度碰撞等因素所引起的水平力。⑤地震荷載：指由地運動引起的結(jié)構(gòu)動態(tài)作用，分水平和豎向荷載。對貨架進行荷載分析及驗算時僅需考慮地震的水平荷載[19]。

2.1.3荷載工況和荷載組合

駛?cè)胧截浖艿暮奢d工況分為正常工況和地震工況，每種工況對應(yīng)不同的荷載組合。①正常工況：貨架正常承載狀態(tài)應(yīng)考慮恒荷載、貨架活荷載、豎向沖擊荷載以及水平荷載的影響。②地震工況：貨架地震時的承載狀態(tài)應(yīng)考慮恒荷載、貨架活荷載、沖擊（豎向）荷載以及地震（水平）荷載的影響[20-21]。

2.2重型駛?cè)胧截浖芊€(wěn)定性分析

貨架的安全性、穩(wěn)定性及耐久性十分重要。根據(jù)駛?cè)胧截浖艿奶攸c及其結(jié)構(gòu)特性，確定計算模型，運用分析軟件對貨架進行建模分析，為貨架的實體結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)[22]。

2.2.1貨架幾何結(jié)構(gòu)模型的建立

利用三維建模軟件，根據(jù)上文設(shè)計所設(shè)定的參數(shù)創(chuàng)建模型，并導(dǎo)入Ansys中對貨架橫梁上的載荷進行分析[23]。因為要分析貨架結(jié)構(gòu)的強度及其剛度，所以應(yīng)采取上述荷載的最不利組合情況進行分析[24]。如果在最不利的情況下，分析的所得結(jié)果可以滿足所需要求，那么在其他情況下也可以滿足要求。

2.2.2貨架幾何結(jié)構(gòu)有限元模型分析

定義有限元模型的單元類型。定義包括：材料類型、截面參數(shù)、實時常數(shù)等。然后設(shè)定單元類型、自定義截面參數(shù)、實時常數(shù)、鋼材類型等，進行網(wǎng)格的劃分、施加荷載和約束。

2.2.3貨架幾何結(jié)構(gòu)有限元模型計算結(jié)果

通過對貨架進行靜態(tài)和動態(tài)的分析，可以判斷滿足現(xiàn)有空間和產(chǎn)品的存儲要求[25]。根據(jù)其應(yīng)力結(jié)果、整體變形以及在最不利荷載組合下的應(yīng)力值及位移值，確定其單元節(jié)點上的最大壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力，以及局部最大應(yīng)力和最小應(yīng)力[26-27]，得出是否滿足強度和剛度要求。

2.3實驗驗證方法

通過有限元軟件的分析處理后，可得知貨架的結(jié)構(gòu)是否滿足剛度和強度的要求，但為了更好地保證其穩(wěn)定性及安全性，須選取部分構(gòu)件進行實驗驗證。

（1）用網(wǎng)線將測試儀與電腦相連接，并將測試儀與傳感器連接。選擇合理的位置將被測試件懸掛放置，繩索的固有頻率要低于所測構(gòu)件頻率的10倍，防止對所測結(jié)果帶來影響。

（2）根據(jù)構(gòu)件的長度、大小及形狀，確定測試位置和所需測試點的數(shù)目，查閱相關(guān)手冊進行參數(shù)設(shè)定。

（3）用錘子擊打相應(yīng)測試點，將采集系統(tǒng)的輸入信號轉(zhuǎn)化為輸出信號，得到模態(tài)參數(shù)和最終的頻域圖；對其進行頻率及振型分析，從而進一步確定貨架的結(jié)構(gòu)是否滿足剛度與強度的要求。

3　對我國貨架行業(yè)的分析及建議

早期，我國多數(shù)貨架的結(jié)構(gòu)均源于國外貨架的結(jié)構(gòu)。制造設(shè)備與設(shè)計工藝技術(shù)的欠缺，使得貨架結(jié)構(gòu)單一；同時由于無法對結(jié)構(gòu)進行精確的力學(xué)計算，不能對貨架的強度及可靠性進行分析校核，因而得不出合理的架構(gòu)參數(shù)。由于上述原因，為保險起見，我國的貨架在選材用料方面普遍選用較粗大笨重的材料。

中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，正向刺激了貨架的剛性需求[28]，同時要求貨架生產(chǎn)制造企業(yè)進行產(chǎn)業(yè)升級。但并不是所有的企業(yè)對經(jīng)濟發(fā)展與市場需求都有透徹的認(rèn)知；相反有些企業(yè)缺乏對轉(zhuǎn)型升級的緊迫性，且技術(shù)更新的速度過慢，對物流的效率及成本的降低帶來了制約。不完善的倉儲業(yè)法律法規(guī)對行業(yè)的管理水平帶來了影響，相關(guān)政策和市場秩序都需進一步提高和規(guī)范。

國際上貨架的設(shè)計規(guī)范主要有貨架制造協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)（RMI）[29]、澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS 4084[30]和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15512[31]。在國內(nèi)，貨架品種單一，缺乏行業(yè)規(guī)范，全國范圍內(nèi)的貨架產(chǎn)品截然不同，倘若需求單位要選擇不同的貨架就只能選擇不同的貨架供應(yīng)商。同時因為缺少相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)門檻低，生產(chǎn)企業(yè)大量出現(xiàn)，在貨架行業(yè)中日趨白熱化的競爭已成為有目共睹的事實[32]。究其原因，一是企業(yè)的發(fā)展方向不明確，二是企業(yè)對自己的能力認(rèn)識不夠透徹。針對目前國內(nèi)貨架企業(yè)發(fā)展中存在的問題，提出如下建議：

（1）加大對貨架基礎(chǔ)技術(shù)的研究投入。貨架制作材料主要是冷彎薄壁型鋼型材，盡可能輕是一個競爭優(yōu)勢[33]；而鋼結(jié)構(gòu)與冷彎薄壁型鋼的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以作為力學(xué)設(shè)計方面的主要參考[34]。由于國內(nèi)貨架的構(gòu)件截面迥然有別，因而大量的實驗研究是必不可少的，這樣才能充分保證貨架的安全使用。

（2）產(chǎn)能增加，人工費上漲，導(dǎo)致貨架企業(yè)的生存壓力加大。針對這些問題，貨架企業(yè)首先要增強企業(yè)管理，增加企業(yè)實力；同時改進制造工藝，研發(fā)新的貨架形式及材料，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本。

（3）貨架行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的缺乏，已是行業(yè)中不爭的事實，積極參與標(biāo)準(zhǔn)的制定和完善工作，尤其是制定和完善使用規(guī)范，包括使用年限、占用比例等，對行業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義[35]。

4　結(jié)束語

本文綜述了貨架行業(yè)的現(xiàn)狀，歸納總結(jié)了貨架行業(yè)的發(fā)展趨勢，并對我國貨架企業(yè)的未來發(fā)展提出了對策建議，旨在使貨架企業(yè)健康快速發(fā)展，從而在市場中立于不敗之地。

參考文獻：

［1］劉禮容，李曉.淺析現(xiàn)代物流倉儲管理的特點和任務(wù)［J］.中小企業(yè)管理與科技：上旬刊，2012（7）：48-49.

［2］蘆廣明.淺談倉儲管理在物流管理中的重要性及發(fā)展趨勢［J］.物流工程與管理，2012，34（8）：32-33.

［3］BENOIT P G，LIP H T，ROMAIN X B，et al. Influence of pallets on the behaviour and design of steel drive-in racks ［J］. Journal of Constructional Steel Research，2014，97（10）：10-23.

［4］沈新.貨架［J］.物資經(jīng)濟研究，1986（2）：25-27.

［5］孟紀(jì)琳.倉儲貨架市場需求與企業(yè)發(fā)展模式探索［J］.物流技術(shù)與應(yīng)用，2012，17（2）：84-85.

［6］牛秀明.貨架——倉儲的中流砥柱［J］.物流技術(shù)：裝備版，2012（12）：82-83.

［7］武振宇，成博.駛?cè)胧戒撠浖軇恿μ匦栽囼炑芯浚跩］.振動與沖擊，2014，33（15）：65-70.

［8］密集化倉儲系統(tǒng)建設(shè)中的貨架應(yīng)用與創(chuàng)新［J］.物流技術(shù)與應(yīng)用，2013，18（2）：65-66，68-70.

［9］王轉(zhuǎn).重力式貨架倉庫的特點及發(fā)展概況［J］.物流技術(shù)，1997（1）：16-20.

［10］EHAB E，BEN Y. Response to discussion on“Numerical simulationofconcreteencased steel composite columns”［J］. Journal of Constructional Steel Research，2011，67（2）：211-222.

［11］楊紅芳.淺談駛?cè)胧截浖埽跩］.科技資訊，2010（27）：60.

［12］GODLEY M H R，BEALE R G，F(xiàn)ENG X. Analysis and design of down-aisle pallet rack structures［J］. Computers and Structures，2000，77（4）：391-401.

［13］BALDASSINO N，BERNUZZI C. Analysis and behaviour of steel storage pallet racks［J］. Thin-Walled Structures，2000，37（4）：277-304.

［14］SARAWIT A T，PEKOZ T. Design of industrial storage racks ［C］//SARAWIT A. Proceedings of 16th international specialty conference on cold-formed steel structures. Orlando：Thin-Walled Structures，2002：369-384.

［15］RMI. Specification for design，testing，and utilization of industrial steel storage racks［S］. Charlotte：Rack Manufacturers Institute，1997.

［16］張衛(wèi)國.駛?cè)胧截浖艿脑O(shè)計及其標(biāo)準(zhǔn)［J］.物流技術(shù)與應(yīng)用，2010，15（3）：88-91.

［17］GILBERT B P，RASMUSSEN K J R. Drive-in steel storage racks I：Stiffness test and 3D load transfer mechanisms［J］. ASCE J Struct Eng，2012，138：135-147.

［18］許曉潤，王轉(zhuǎn)，程國全，等.基于Ansys的駛?cè)胧截浖苡邢拊治觯跩］.起重運輸機械，2012（8）：68-71.

［19］何平.基于有限元分析的貨架結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究［J］.機械制造，2008，46（9）：30-32.

［20］AGUIRRE C. Seismic behavior of rack structure［J］. Journal of Constructional Steel Research，2005（5）：607-624.

［21］IOSIF F S，DAN D. Rencent research advances on the ECBL approach—Part II：Interactive bucking of perforated sections ［J］. Thin-Walled Structures，2004（2）：195-210.

［22］張銀龍，茍明康，梁川.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計方法的發(fā)展綜述及分析［J］.鋼結(jié)構(gòu)，2008，23（7）：1-6.

［23］賈爭現(xiàn)，曹西京，劉昌祺. AS/RS貨架的強度計算及設(shè)計［J］.物流技術(shù)，2003（3）：72-75.

［24］謝云舫，黃亞宇.基于ANSYS的重型貨架的有限元分析［J］.機械研究與應(yīng)用，2005（5）：85-86.

［25］ARLENE M S F，F(xiàn)LAVIO T S，MARCILIO S R F. Analysis and behavior of steel storage drive-in racks［J］. Thin-Walled Structures，2009，48（2）：110-117.

［26］翁迅，程國全，高青風(fēng).特種結(jié)構(gòu)貨架有限元分析［J］.起重運輸機械，2004（6）：36-38.

［27］王拓，趙憲忠，陳以一.組裝式鋼貨架結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀［J］.建筑鋼結(jié)構(gòu)進展，2010，12（6）：1-10.

［28］趙皎云.倉儲貨架新技術(shù)及其應(yīng)用［J］.物流技術(shù)與應(yīng)用，2012，17（2）：64.

［29］RMI. Specification for the design，testing and utilization of industrial steel storage racks［S］.Charlotte：Rack Manufacturers Institute，2008.

［30］STANDARDSAUSTRALIA.AS4084 Steelstorageracking［S］. Sydney：Standards Australia，1993.

［31］European Committee for Standardization. EN15512 steel static storage systems-Adjustable pallet racking system-Principles for structural design［S］. Brussels：European Committee for Standardization（CEN），2009.

［32］佚名.倉儲貨架市場需求與企業(yè)發(fā)展模式探索［J］.物流技術(shù)與應(yīng)用，2012，17（2）：84-85.

［33］BENOIT P G，KIM J R. Impact tests and parametric impact studies on drive-in steel storage racks［J］. Engineering Structures，2011，33（5）：1410-1422.

［34］馬笑.貨架的困惑與對策［J］.物流技術(shù)：裝備版，2011（6）：39-41.

［35］金躍躍.中國貨架行業(yè)的發(fā)展［J］.物流技術(shù)：裝備版，2011 （18）：94-97.

Analysis of the status quo for storage heavy drive-in rack

GAO Hai-zhen，ZHANG Bo-jun，YU Hai-qing
（School of Mechanical Engineering，Tianjin University of Technology and Education，Tianjin 300222，China）

Abstract：The development history of the racks at home and abroad，classification，the structure design and experimental verification methods of heavy drive-in rack are analyzed in this paper. Through the research on the rack market，the problems in the industry are pointed out and the countermeasures are put forward.

Key words：storage rack；structure；heavy drive-in rack；development trend

作者簡介：高海珍（1989—），女，碩士研究生；張伯?。?956—），男，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向為車輛動力學(xué)仿真.

基金項目：天津市科技特派員項目（14JCTPJC00519）.

收稿日期：2015-05-26

中圖分類號：F254.3

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：2095－0926（2015）03－0053－04