□ 劉占宇 □ 李柏林 □ 張宗鑠 □ 王洪卓 □ 徐伍剛 □ 黃晶晶

遼寧忠旺集團(tuán)有限公司 遼寧遼陽 111003

1 閣樓式貨架概述

隨著電商行業(yè)在國內(nèi)快速崛起,倉庫建設(shè)的需求越來越多。由于電商行業(yè)業(yè)務(wù)模式與傳統(tǒng)企業(yè)不同,因此所需要的物流解決方案也不相同。貨架是現(xiàn)代物流的重要組成部分之一,種類眾多,貨架已由單純的鋼鐵加工領(lǐng)域轉(zhuǎn)變?yōu)榧W(xué)仿真計算、倉儲自動化運(yùn)行技術(shù)、倉儲管理信息化于一體的多學(xué)科多專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。閣樓式貨架由于具有空間利用率高、存儲量大、適用面廣、性價比高等優(yōu)點,已在電商平臺、汽車零部件、輕工、電子等領(lǐng)域廣泛使用,可以進(jìn)一步提高倉庫利用率,以及貨物存取、分揀、周轉(zhuǎn)效率等。

閣樓式貨架主要由立柱、貨架、平臺、橫梁、樓梯、護(hù)欄等零部件通過螺栓連接組成,根據(jù)承載能力不同可以分為輕型、中型、重型,根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可以分為通廊閣樓式貨架和平臺閣樓式貨架。閣樓式貨架是倉庫存儲貨物的重要基礎(chǔ)設(shè)施,要求應(yīng)具有良好的承載性、抗振能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。筆者結(jié)合鋁合金材料的優(yōu)勢,對一種鋁合金通廊閣樓式貨架進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計,并通過力學(xué)分析進(jìn)一步驗證設(shè)計方案的可行性,為面向市場推廣使用打下基礎(chǔ)。

2 設(shè)計參數(shù)

鋁合金閣樓式貨架由儲物單元和人行通道兩部分組成。

儲物單元共有6行4列12層,共288個。每個儲物單元放置4個轉(zhuǎn)運(yùn)箱,每個轉(zhuǎn)運(yùn)箱最大承載質(zhì)量為75 kg。

人行通道為2層3列結(jié)構(gòu),用于保證人員通行無阻。人行通道額定載荷為500 kg/m2。貨架部分設(shè)計參數(shù)如圖1所示。

圖1 貨架部分設(shè)計參數(shù)

3 材料

結(jié)合閣樓式貨架的使用工況,根據(jù)前期設(shè)計經(jīng)驗,最終確定鋁合金閣樓式貨架的主要結(jié)構(gòu)材料為6061擠壓鋁合金,部分板材選用5083軋制鋁合金,時效狀態(tài)分別為T6和H321。6061鋁合金和5083鋁合金均具有強(qiáng)度高、耐蝕性和焊接性好的優(yōu)點,已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。兩種鋁合金在室溫下的力學(xué)性能見表1。

表1 鋁合金室溫力學(xué)性能

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計

鋁合金閣樓式貨架的主要受力部件包括立柱、橫梁、貨架層板、平臺樓面板等。為保證鋁合金閣樓式貨架在使用工況下強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性符合相關(guān)要求,結(jié)合整體結(jié)構(gòu)特點和鋁合金材料特性,設(shè)計主要受力部分截面,如圖2所示。立柱截面呈開口凸字形,上端凸出內(nèi)腔用于斜撐連接,左右兩面連接橫梁,下表面連接平臺樓面板。橫梁呈P字形,凹槽部位用于放置貨架層板,方便貨架層板裝拆、更換。貨架層板兩端呈口字形,可以有效增大高度。平臺樓面板截面獨(dú)特,左端與右端可以連續(xù)連接。

圖2 主要受力部件截面

鋁合金閣樓式貨架整體結(jié)構(gòu)由立柱、貨架層極、平臺樓面板、橫梁、樓梯、護(hù)欄等部件通過螺栓連接固定而成,現(xiàn)場安裝過程中無焊接工藝,不僅可以有效保證鋁合金閣樓式貨架整體安全性,而且能夠降低鋁合金閣樓式貨架的生產(chǎn)制造成本。貨架層板和平臺樓面板分別安裝在相應(yīng)的橫梁上方,用于存儲貨物,便于工人通過。最后安裝樓梯和護(hù)欄。

鋁合金閣樓式貨架三維模型如圖3所示。

圖3 鋁合金閣樓式貨架三維模型

5 力學(xué)分析

根據(jù)相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范,對于所設(shè)計的鋁合金閣樓式貨架,需要進(jìn)行三種力學(xué)分析,分別為貨架層板、平臺樓面板、立柱的受力和位移,以驗證主要部件的應(yīng)力和位移是否滿足要求。三種力學(xué)分析要求見表2,L為有效長度,H為樓層間隔高度。

表2 力學(xué)分析要求

對貨架層板均布施加1.5倍額定載荷,即每個儲物單元均布加載450 kg,應(yīng)力分析結(jié)果如圖4所示,位移分析結(jié)果如圖5所示。貨架層極最大應(yīng)力為89.6 MPa,最大位移為3.83 mm。

圖4 貨架層板應(yīng)力分析結(jié)果

圖5 貨架層板位移分析結(jié)果

對平臺樓面板均布施加1.25倍額定載荷,即每平方米均布加載625 kg,應(yīng)力分析結(jié)果如圖6所示,位移分析結(jié)果如圖7所示。平臺樓面板最大應(yīng)力為178.6 MPa,最大位移為6.87 mm。

圖6 平臺樓面板應(yīng)力分析結(jié)果

圖7 平臺樓面板位移分析結(jié)果

對立柱2 500 mm位置施加載荷110 kg,對立柱5 000 mm位置施加載荷88 kg,應(yīng)力分析結(jié)果如圖8所示,位移分析結(jié)果如圖9所示。立柱X向最大應(yīng)力為112.6 MPa,最大位移為14.90 mm,Y向最大應(yīng)力為55.6 MPa,最大位移為4.03 mm。

圖8 立柱應(yīng)力分析結(jié)果

圖9 立柱位移分析結(jié)果

通過上述力學(xué)分析,得出結(jié)論。當(dāng)對貨架層板均布施加1.5倍額定載荷時,貨架層板最大應(yīng)力為89.6 MPa,最大位移為3.83 mm。當(dāng)對平臺樓面板施加1.25倍額定載荷時,平臺樓面板最大應(yīng)力為178.6 MPa,最大位移為6.87 mm。當(dāng)對立柱2 500 mm位置和5 000 mm位置分別施加110 kg和88 kg載荷時,立柱X向最大應(yīng)力為112.6 MPa,最大位移為14.90 mm,Y向最大應(yīng)力為55.6 MPa,最大位移為4.03 mm。上述力學(xué)分析結(jié)果均滿足相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求,說明所設(shè)計的鋁合金閣樓式貨架是安全的,設(shè)計方案可行。

6 應(yīng)用前景

近年來,國內(nèi)電商行業(yè)發(fā)展迅速,同時帶動貨架行業(yè)快速發(fā)展。鋁合金閣樓式貨架具有質(zhì)量輕、使用壽命長、材料環(huán)保等優(yōu)勢,國家為了積極推進(jìn)包括鋁合金在內(nèi)的綠色再生資源進(jìn)一步發(fā)展,出臺多項政策,這些政策促進(jìn)了鋁合金材料在倉儲物流領(lǐng)域的發(fā)展。未來,鋁合金閣樓式貨架的市場份額提升空間很大,應(yīng)用前景可觀。

7 結(jié)束語

筆者對一種鋁合金通廊閣樓式貨架進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計,材料選用6061鋁合金和5083鋁合金,時效狀態(tài)分別為T6和H321。通過力學(xué)分析驗證設(shè)計方案的可行性,貨架層板最大應(yīng)力為89.6 MPa,最大位移為3.83 mm,平臺樓面板最大應(yīng)力為178.6 MPa,最大位移為6.87 mm,立柱X向最大應(yīng)力為112.6 MPa,最大位移為14.90 mm,Y向最大應(yīng)力為55.6 MPa,最大位移為4.03 mm,均符合相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求。

鋁及鋁合金是國家積極推進(jìn)的綠色資源,相信在未來,鋁合金閣樓式貨架憑借自身優(yōu)勢,會在電子商務(wù)、汽車零部件等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,成為倉儲物流中的重要產(chǎn)品。