彭香玲，劉茂生，郭志鋼

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西 太原 030024）

目前國(guó)內(nèi)物流倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)發(fā)展較快，自動(dòng)貨柜作為倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備的一種，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在航空航天、機(jī)械、電子、煙草、醫(yī)藥等領(lǐng)域，用來(lái)存放機(jī)械零備件、電子元器件、刀具、模具、醫(yī)療藥品器具等物品。憑借其全自動(dòng)化的控制模式、小占地面積上的大存儲(chǔ)空間，以及可對(duì)庫(kù)存實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，自動(dòng)貨柜正逐步擴(kuò)大著市場(chǎng)占有額，成為越來(lái)越多的企業(yè)在采購(gòu)倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備時(shí)的首選。

傳統(tǒng)的自動(dòng)貨柜分為垂直循環(huán)貨柜和垂直提升貨柜兩類(lèi)。循環(huán)柜產(chǎn)品問(wèn)世較早，原理也比較簡(jiǎn)單，儲(chǔ)物料斗懸掛在循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的鏈條上，平衡曲柄沿設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，使料斗在運(yùn)行中保持水平；鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)將目標(biāo)料斗移送到取貨口。該設(shè)備控制簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，價(jià)格相對(duì)偏低，但由于運(yùn)行時(shí)柜內(nèi)全部料斗同步轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)設(shè)備高度達(dá)到6m時(shí)，存取效率會(huì)顯得過(guò)低，同時(shí)，整機(jī)載重能力不大；物品規(guī)格、形狀多變時(shí)，靈活性不足。

自動(dòng)貨柜的另一個(gè)類(lèi)型——垂直提升貨柜，在很大程度上解決了這些問(wèn)題。提升柜柜體分為前、中、后三部分，前、后兩部分為立柱片構(gòu)成的貨架，中間為供提取小車(chē)升降的通道。小車(chē)采用四點(diǎn)鏈條懸掛，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)上下運(yùn)行；小車(chē)上的水平鏈條掛取機(jī)構(gòu)將提升柜的儲(chǔ)物單元——托盤(pán)在貨架、小車(chē)以及工作臺(tái)之間移動(dòng)。在程序的控制下，小車(chē)的升降運(yùn)動(dòng)和托盤(pán)的水平移動(dòng)，共同完成托盤(pán)在不同貨位上的存取操作。由于其機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，提升柜可存放尺寸差異較大和形狀不規(guī)則的物品，物品高度只受取貨口高度的限制；此外，提升柜高度可隨廠房高度變化，并可穿越樓層，整機(jī)載重可達(dá)60 t。

全自動(dòng)聯(lián)體提升貨柜即是在成熟的提升柜制造技術(shù)基礎(chǔ)上，由中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所率先在國(guó)內(nèi)研發(fā)而成。該設(shè)備不僅具有提升柜的所有優(yōu)特點(diǎn)，而且可在小空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)密集型存儲(chǔ)，容量大大提高；相對(duì)于同為密集型存儲(chǔ)系統(tǒng)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，聯(lián)體柜的占地面積又極小。因此，聯(lián)體提升貨柜可看作是一種介于垂直提升柜和立體倉(cāng)庫(kù)之間的產(chǎn)品，在空間有限而又需要高密度存儲(chǔ)的場(chǎng)合，聯(lián)體柜可作為立體倉(cāng)庫(kù)的替代品，進(jìn)行物料的存放與管理。

1 全自動(dòng)聯(lián)體提升貨柜簡(jiǎn)介

1.1 設(shè)備主要結(jié)構(gòu)

全自動(dòng)聯(lián)體提升貨柜，主要由骨架、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、配重、外殼和電氣五大部分組成。其中，骨架包括底座、貨架片、頂梁等；內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由提取架、橫移小車(chē)和托盤(pán)組成；柜體兩側(cè)設(shè)有配重裝置，用來(lái)部分抵消提取車(chē)的自重；外殼包括前板、側(cè)板、后板、頂板以及電動(dòng)門(mén)；電氣部分主要由PLC、觸摸屏、變頻器、測(cè)高光幕、安全光柵和一些輔助器件組成，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行控制和安全保護(hù)（如圖1所示）。

圖1 聯(lián)體提升貨柜主要機(jī)械結(jié)構(gòu)

1.2 基本工作原理

全自動(dòng)聯(lián)體提升貨柜是由多列貨架構(gòu)成貨位，用一臺(tái)提取車(chē)將貨物在水平左右、水平前后、垂直上下三個(gè)方向上移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)貨物在不同貨位上的存取操作。它以托盤(pán)為存儲(chǔ)單元，用戶可直接輸入物料代碼或輸入物料所在的托盤(pán)號(hào)，提取車(chē)根據(jù)用戶指令在幾臺(tái)提升柜單元間運(yùn)動(dòng)，將所需托盤(pán)運(yùn)至存儲(chǔ)位或取料口。具體工作過(guò)程如下：

（1）提取車(chē)垂直升降。垂直升降機(jī)構(gòu)采用與普通提升貨柜類(lèi)似的鏈條傳動(dòng)，四點(diǎn)懸掛，托盤(pán)實(shí)現(xiàn)垂直位移（見(jiàn)圖2）。

圖2 提取車(chē)垂直升降機(jī)構(gòu)

（2）橫移小車(chē)水平移動(dòng)。采用同步齒形帶傳動(dòng)，小車(chē)在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)托盤(pán)在各列貨架之間的位移（見(jiàn)圖3）。

圖3 水平橫移機(jī)構(gòu)

（3）貨叉縱移。橫移小車(chē)上安裝有貨叉，由同步齒形帶傳動(dòng)。貨叉沿直線導(dǎo)軌滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)托盤(pán)在前后貨架之間的位移（見(jiàn)圖 4）。

圖4 貨叉縱移機(jī)構(gòu)

（4）貨叉開(kāi)合（見(jiàn)圖5）。

圖5 貨叉的掛取開(kāi)合動(dòng)作

1.3 電氣控制

設(shè)備電氣控制以可編程控制器（PLC）為核心，觸摸屏為人機(jī)輸入，同時(shí)貨柜上裝有多種確認(rèn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)位置和用于安全互鎖的傳感器（見(jiàn)圖6）。它們通過(guò)數(shù)字I/O口，將信號(hào)傳遞到PLC，PLC通過(guò)讀取各傳感器的信號(hào)來(lái)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到可靠定位、安全運(yùn)行。如果操作過(guò)程中發(fā)生某些故障，觸摸屏將迅速顯示出來(lái)，同時(shí)還可顯示其他各種信息，以提示操作者正確操作。

圖6 系統(tǒng)控制圖

2 研制難點(diǎn)與解決辦法

2.1 提取框架的橫梁變形問(wèn)題

聯(lián)體提升貨柜在長(zhǎng)度方向上，跨度較大，提取框架的橫梁易出現(xiàn)彎曲變形，由此可能造成橫移小車(chē)運(yùn)動(dòng)阻力增大，垂直定位不準(zhǔn)。對(duì)此，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩套配重裝置，連接在提取框架左右縱梁的中點(diǎn)處。設(shè)備兩側(cè)留出一定間距，作為配重及其導(dǎo)向的安裝空間。配重裝置通過(guò)鋼絲繩繞過(guò)頂梁上的滑輪組件后與提取框架相連，提取框架獲得向上的提升力，該力部分抵消了橫移小車(chē)由自重引起的對(duì)提取框架的壓力，從而使提取框架的橫梁保持水平。

此外，提取框架的橫梁下面設(shè)置了螺桿微調(diào)裝置，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整框架的水平。

2.2 橫移小車(chē)水平移動(dòng)的高速與平穩(wěn)性問(wèn)題

橫移小車(chē)高速、平穩(wěn)運(yùn)行，是實(shí)現(xiàn)托盤(pán)高效率存取的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)此，我們采用同步齒形帶拖動(dòng)橫移小車(chē)，在直線導(dǎo)軌上運(yùn)行的方式，減小了運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力，提高了運(yùn)行精度，確保橫移小車(chē)水平運(yùn)動(dòng)的高速與平穩(wěn)。

2.3 貨叉縱移的良好重復(fù)性

為保證托盤(pán)每次掛取均能準(zhǔn)確無(wú)誤，必須確保貨叉重復(fù)縱移的精度。對(duì)此，我們采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滿足了貨叉換位、前后移動(dòng)等各種復(fù)雜的動(dòng)作要求，同時(shí)定位準(zhǔn)確，重復(fù)性好。

貨叉縱移采用同步齒形帶傳動(dòng)，貨叉沿直線導(dǎo)軌運(yùn)行，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，作業(yè)效率高。

3 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)與優(yōu)點(diǎn)

3.1 主要技術(shù)參數(shù)

單托盤(pán)最大載質(zhì)量：500 kg

提取車(chē)垂直速度：0～48m/min

橫移小車(chē)水平橫移速度：0～50m/min

橫移小車(chē)水平縱移速度：0～12m/min

定位精度：±1mm

額定功率：4.5 kW

3.2 設(shè)備優(yōu)點(diǎn)

（1）在功能上實(shí)現(xiàn)了提取車(chē)的三軸聯(lián)動(dòng)；

（2）只用一個(gè)載貨平臺(tái)和一套控制系統(tǒng)，對(duì)相鄰的多個(gè)儲(chǔ)位點(diǎn)展開(kāi)作業(yè)，大幅度降低生產(chǎn)成本；

（3）設(shè)備存儲(chǔ)量相當(dāng)于同等數(shù)量的多臺(tái)垂直提升貨柜，但造價(jià)遠(yuǎn)低于多臺(tái)提升柜造價(jià)的總額，性?xún)r(jià)比大大提高；

（4）可采用兩個(gè)以上的多個(gè)存取口，滿足用戶對(duì)入庫(kù)口和出庫(kù)口需要分別設(shè)置的需求；

（5）技術(shù)先進(jìn)，可靠性高，尤其適用于存儲(chǔ)物品種類(lèi)多、批量小、重量輕的場(chǎng)合。

4 結(jié)束語(yǔ)

全自動(dòng)聯(lián)體提升貨柜是所自主研發(fā)出的國(guó)內(nèi)第一臺(tái)此類(lèi)設(shè)備，它的問(wèn)世填補(bǔ)了貨柜在該領(lǐng)域的空白，打破了傳統(tǒng)兩類(lèi)柜型占領(lǐng)市場(chǎng)的舊格局。隨著用戶對(duì)空間利用率、存儲(chǔ)密集度的要求越來(lái)越高，聯(lián)體提升貨柜以其低成本、多儲(chǔ)位、高性?xún)r(jià)比、高技術(shù)含量等突出優(yōu)勢(shì)，必將獲得巨大的市場(chǎng)份額，為自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)開(kāi)啟新的局面。

[1]王之泰.現(xiàn)代物流管理[M].北京：工人出版社，2000.

[2]（英）沃爾特斯.庫(kù)存控制與管理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3]王洪欣，等.機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2001.