【动态】自动化立体仓库物流设备——堆垛机的应用解析

　　目前国内多数立体仓库采用的是单立柱巷道堆垛机，其优点是结构简单，横向尺寸紧凑，巷道占宽小，而且围绕立柱可以选用多种载货台，比较容易地进行模块化设计和组装。其立柱金属结构一般采用焊接箱型梁结构，具有截面大、结构整体刚性好、不易失稳、载货台承载能力大等特点，比较适合应用在20m以上的单元托盘式堆垛机上。

　　德马泰克RapidStore UL 1500系列堆垛机主要用于高度在30m以上的自动化立体仓库，在欧洲市场有众多的实施项目。为适应中国和东南亚市场对超高堆垛机的需求，徳马泰克物流系统（苏州）有限公司引进RapidStore UL 1500的技术，成功实现了本地化生产，并补了国内超高堆垛机设计和制造的技术空白。

　　下面对高40m的单立柱巷道堆垛机在产品设计、装配搬运及应用规划等方面的特点和应用案例进行介绍。

　　一、产品设计

　　1.高强度与高刚性的金属机构

　　金属结构是堆垛机的骨干，直接决定了堆垛机的动态性能和安全性能。高40m堆垛机的金属结构应具有足够的强度和刚性，以满足堆垛机在静止、加减速、运行和急停过程中的操作要求。金属结构为型钢和钢板拼焊成的箱型梁组成。以载货台带载并处于立柱顶部时为研究对象，对其进行力学分析计算，该金属结构的各项技术性能的计算结果如下。

　　金属结构处于静态时，各结构变形的允许值满足《FEM9.831 Calculation principles of storage and retrial machines Tolerance, deformations and clearances in the high-bay warehouse》的要求。

 

　　金属结构在正常加减速运行过程中，立柱底部和下横梁的结构受到交变应力的作用，其应力满足《GB/T3811-2008起重机设计规范》中关于疲劳应力的要求，达到15年的使用寿命要求。

　　金属结构在巷道端部全速碰撞液压缓冲器时，立柱底部和下横梁的结构受到的最大应力满足《GB/T3811-2008起重机设计规范》中关于钢材基本许用应力的要求，不致引起结构的损坏。

　　堆垛机金属结构的动态刚性目前没有标准要求，当固有频率较低时，应采取对速度的无级控制和平稳过渡等措施。参照《GB/T30561-2014 起重机刚性桥式和门式起重机》中的要求，起重机主要作业运动引起的水平振动固有频率不应小于0.5Hz，堆垛机金属结构的水平振动固有频率可以参照该要求。高40m单立柱堆垛机的第一阶水平振动固有频率经有限元计算分析，约为0.97Hz。如图1所示，金属结构具有较大的刚性特征，使堆垛机具有卓越的动态运行特性，满足高速运行的要求。

　　2.模块化部件

　　模块化部件是一种标准系列部件，堆垛机的各种功能由一个或几个模块组合实现，模块部件之间具有相同或成系列的机械和电气接口，因此模块化部件通过组合，比较容易构成堆垛机的产品系列，可以快速实现产品的多样化。如图2所示。

 

　　
　　高40m单立柱巷道堆垛机的模块部件分为标准模块部件和系列化模块部件。标准化模块部件在全系列中使用，具有唯一的机械和电气安装接口，例如，底部水平运行导轮，顶部水平运行导轮，起升运行导轮，运行走轮部件，起升滑轮部件，机电结合部件，电控柜等。系列化模块部件可以满足堆垛机系列化功能参数要求，如表1所示，主要包括下横梁结构、立柱结构，载货台水平框架和垂直框架、运行驱动单元、起升驱动单元和货叉部件。

　　实践证明，堆垛机采用模块化部件，可以选择不同的模块部件组合，满足客户的多种使用需求，同时缩短产品的设计和制造周期，降低采购成本，提高产品质量和可靠性，使堆垛机的维护保养更加方便。

　　二、装配搬运

　　1.运输

　　堆垛机产品一般在工厂完成部件的制造和组装，再运输到客户现场，完成最后的总装和调试。高40m的单立柱巷道堆垛机的一个显著特点是其长度超过30m。按照《道路大型物件运输管理办法》的规定，如果立柱整体运输，属于三级大型物件。大型物件的运输需要有资质的企业承运，需要详细的运输规划和相关部门的审批，并受到道路运输条件的限制。另外，超过30m的大型物件在工厂制造搬运，进入客户现场安装等方面也存在很大的困难。如果堆垛机出口到海外市场，受到集装箱运输条件的限制，立柱的长度不能超过12m。因此需要对30m~40m的立柱结构进行分段设计和组装。

　　针对国内和海外市场，立柱分段可以分为两个方案，即国内每段立柱结构的长度不超过20m，出口海外的立柱结构的长度不超过12m。这样，将非常方便制造、运输和装配。分段的堆垛机立柱在客户现场进行组装，如图3所示。

　　2.厂内装配和调试

　　为节省堆垛机在现场的安装和调试时间，提高安装质量，堆垛机的大部分模块会在制造工厂内进行组装测试。如图4所示，下横梁部件、载货台部件、立柱底部组件和控制系统等会预先在厂内安装好。实践证明，该方法能够大幅度缩短现场安装时间，保证产品的交付质量。

　　三、应用规划

　　根据《FEM 9.851 Performance Data of S/R Machines Cycle Times》的要求，堆垛机的水平和起升运行速度应该与立体仓库的长度和高度相匹配，以获得最佳的性价比。这个匹配关系由公式a=H/L*v_x/v_y  来确定，其值的范围为 0.5<a<2，当a=1时，具有最好的配合度。根据这个要求，按照表1所示的功能参数，v_x/v_y 的数值范围为1.8~5.33，堆垛机的高度从30m~40m，因此巷道的长度范围在54m~213m之间时，都能匹配到最好的水平运行速度和起升速度，获得最佳的经济效益。

　　四、应用案例

　　新加坡某日用品零售企业的仓储中心，拥有11个巷道，堆垛机高度37.1m，项目的功能设计参数如表2所示。堆垛机水平和起升运行速度与立体仓库的长度和高度的关系值a=0.97， 接近最好的配合度，具有最佳的性价比，能满足客户对仓库的出入库效率的要求。

　　根据该项目功能参数的要求，在表2中的快速选取系列化的模块部件，和标准化模块部件一起组成堆垛机的模块化物料清单，在ERP系统中选取这些模块化部件清单，导入到项目的设计需求，实现堆垛机产品的快速设计和制造。

　　按照出口项目的运输条件，堆垛机的分段立柱长度最长为11.8m，每台堆垛机的立柱分成4段，全部使用集装箱运输。其中比较短的一段立柱与下横梁结构组合在一起，与载货台结构、货叉结构、水平运行驱动和控制柜在厂内进行组装和测试，保证了产品的质量，如图4所示，该部件整体包装后放在集装箱中进行运输，能有效防止运输过程中对设备的损坏。设备到达现场后，再快速组装立柱组件，使整机设备较快达到了试运行条件，满足了客户的需求。

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