傅友賓, 紀(jì)然, 陳仕彬

（沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司，沈陽110168）

0 引 言

作為立體倉庫中的重要運(yùn)輸設(shè)備，在堆垛機(jī)設(shè)計(jì)過程中能否合理地選擇其各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)將直接影響到整座立體倉庫的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。

與世界先進(jìn)水平相比，我國現(xiàn)有立體倉庫中堆垛機(jī)技術(shù)參數(shù)的選用仍然存在著很大的提升空間[3]。水平運(yùn)行速度及加速度、起升速度及加速度和貨叉伸縮速度及加速度，是與堆垛機(jī)運(yùn)行速度相關(guān)的幾項(xiàng)重要參數(shù)，直接關(guān)系到出入庫頻率的高低。這幾項(xiàng)參數(shù)的合理選擇是設(shè)計(jì)過程中普遍存在的難題，這也是目前我國堆垛機(jī)的運(yùn)行速度落后于國際先進(jìn)水平的主要原因[4-5]。

本項(xiàng)目在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，推出具有更高性能的堆垛機(jī)，特別在堆垛機(jī)主要速度參數(shù)的選擇上，接近國際先進(jìn)水平。在確保更高定位精度的同時(shí)提高運(yùn)行速度，獲得了更短的操作周期，提高了生產(chǎn)力，為客戶提供了一種更加穩(wěn)定、效率更高的自動(dòng)化存儲(chǔ)系統(tǒng)解決方案。

1 輕型高速料箱堆垛機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

輕型高速料箱堆垛機(jī)主要構(gòu)成如圖1所示。下橫梁采取夾輪式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；伸縮貨叉采取勾取式貨叉。

1.1 下橫梁夾輪式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

下橫梁中的運(yùn)行機(jī)構(gòu)為堆垛機(jī)提供動(dòng)力。為了獲得堆垛機(jī)運(yùn)行的高加速度，運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用夾輪式驅(qū)動(dòng)，通過增大夾輪對(duì)軌道的夾緊力避免高加速度時(shí)驅(qū)動(dòng)輪打滑。另外，優(yōu)化了下橫梁結(jié)構(gòu)形式，使得最低取貨位置大幅度下降，可更加合理地利用有效空間，增加庫容量。夾輪式下橫梁設(shè)計(jì)如圖2所示。

1.1.1 下橫梁夾緊力計(jì)算

堆垛機(jī)自重估算：總質(zhì)量=下橫梁質(zhì)量+立柱質(zhì)量+上橫梁質(zhì)量+載貨臺(tái)質(zhì)量+貨叉質(zhì)量+電控柜質(zhì)量+其他質(zhì)量+貨物質(zhì)量=1000 kg。

下橫梁夾輪采用聚氨酯輪，地軌采用特制的鋁合金地軌，根據(jù)表1選取摩擦因數(shù)。

表1 聚氨酯對(duì)鋁合金摩擦因數(shù)

牽引力F小于最大靜摩擦力fmax時(shí)，不打滑。加速時(shí)：F-f=ma，F(xiàn)=f+ma= 2μ2F夾+μ2mg+ma＜fmax=2μ1F夾，F(xiàn)夾＞m(μ2g+a)/[2(μ1-μ2)]。其中a為堆垛機(jī)加速度，選取為2.5 m/s2。F夾＞4027 N，調(diào)整夾輪機(jī)構(gòu)中的蝶形彈簧將夾緊力控制在5000 N，以使堆垛機(jī)獲取相應(yīng)的加速度。

1.1.2 行走電動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算

行走電動(dòng)機(jī)參數(shù)具體計(jì)算過程如表2所示。

表2 行走電動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算表

1.2 伸縮貨叉采取勾取式貨叉

貨叉是堆垛機(jī)中最為核心的部件。目前，國內(nèi)外堆垛機(jī)生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的堆垛機(jī)貨叉大多數(shù)采用板式貨叉或指式貨叉。貨叉需伸入至貨物下方取貨，故要求貨架為牛腿式貨架或者橫梁式貨架。牛腿式貨架較橫梁式貨架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，且貨架上貨物的大小、類型受到限制。而采用橫梁式貨架配備托盤，則使儲(chǔ)物空間縮小。另外，這兩種貨叉伸叉行程較長(zhǎng)，為使貨叉撓度降低，對(duì)貨叉結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求增高，加大了貨叉自重。伸叉行程長(zhǎng)及自重加大導(dǎo)致對(duì)載貨臺(tái)轉(zhuǎn)矩增大，故對(duì)載貨臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求也隨之增大[6]。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中堆垛機(jī)貨叉對(duì)貨架與貨物的限制，以及伸叉行程長(zhǎng)導(dǎo)致的撓度和轉(zhuǎn)矩過大的問題，本項(xiàng)目中優(yōu)化了貨叉技術(shù)，采取伸縮式結(jié)構(gòu)，在內(nèi)側(cè)貨叉兩端設(shè)置了貨物抓取器。貨物抓取器上的勾取“手指”可由手指驅(qū)動(dòng)單元折進(jìn)折出，用于協(xié)助推出或者拉入存儲(chǔ)單元。勾取不需要如目前的普通指式貨叉一樣，需要伸入到貨物下方取貨，之后低速抬起、收叉，故省去了堆垛機(jī)微升和微降的時(shí)間，大大提高了堆垛機(jī)存取效率。

標(biāo)準(zhǔn)單深勾取貨叉如圖4所示。外叉、中叉、內(nèi)叉之間由同步皮帶和同步帶輪進(jìn)行傳動(dòng)，內(nèi)叉相對(duì)于中叉以兩倍的速度進(jìn)行伸縮。內(nèi)叉上設(shè)置有貨物抓取器，用于協(xié)助推出或者拉入存儲(chǔ)單元。伸叉電動(dòng)機(jī)通過驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)雙面齒形帶，雙面齒形帶與中叉的中叉板連接，雙面齒形帶將伸叉電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞至中叉以使其進(jìn)行伸縮動(dòng)作。

2 堆垛機(jī)效率計(jì)算

在自動(dòng)化立體倉庫中，可以通過單一作業(yè)和復(fù)合作業(yè)這兩種基本方式進(jìn)行貨物存取。單一作業(yè)方式為：堆垛機(jī)從出入庫臺(tái)取出貨物單元送到選定貨位，然后返回巷道口的出入庫臺(tái)。復(fù)合作業(yè)方式為：堆垛機(jī)從出入庫臺(tái)取出貨物單元送到選定的貨位后直接空載轉(zhuǎn)移到另一個(gè)給定貨位，再次取出其中的貨物單元并回到出入庫臺(tái)出庫的[7]。目前我國的堆垛機(jī)的單一作業(yè)和復(fù)合作業(yè)的出入庫能力均與國外堆垛機(jī)有較大差距。

本項(xiàng)目通過優(yōu)化堆垛機(jī)參數(shù)，以及縮短信號(hào)傳遞、調(diào)整對(duì)位時(shí)間，提高了堆垛機(jī)的出入庫能力。根據(jù)FEM9.851巷道堆垛機(jī)作業(yè)時(shí)間計(jì)算方法，以巷道長(zhǎng)度為50 m，高度為6 m的料箱立體倉庫為例，如圖5所示，取P1(X/5，2Y/3+Ye/3）和P2(2X/3，Y/5+Ye/3)兩點(diǎn)計(jì)算平均單一作業(yè)循環(huán)時(shí)間[8]。其中：X為堆垛機(jī)行走方向坐標(biāo)；Y為堆垛機(jī)提升方向坐標(biāo)；E點(diǎn)為出入庫授貨臺(tái)位置；Ye為授貨臺(tái)在Y方向的坐標(biāo)值。根據(jù)上述公式得出本項(xiàng)目中高速料箱堆垛機(jī)的單一出入庫能力為90 箱/h，非常接近國外先進(jìn)堆垛機(jī)的出入庫能力。

3 結(jié) 語

本項(xiàng)目中開發(fā)的輕型高速料箱堆垛機(jī)已申請(qǐng)多項(xiàng)專利，其創(chuàng)新的夾輪式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及勾取式貨叉已在工程實(shí)際項(xiàng)目中得以應(yīng)用并不斷改良，且已經(jīng)完成部件的標(biāo)準(zhǔn)化及系列化設(shè)計(jì)。輕型高速料箱堆垛機(jī)在工程實(shí)際應(yīng)用中有效地提升了堆垛機(jī)存取效率，為用戶提供了一種更為高效的自動(dòng)化存儲(chǔ)系統(tǒng)解決方案。