全自动联体提升货柜的研制及其应用

2010-03-28彭香玲刘茂生郭志钢

装备制造技术 2010年9期

彭香玲，刘茂生，郭志钢

（中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原 030024）

目前国内物流仓储行业发展较快，自动货柜作为仓储设备的一种，经过多年的发展，现已广泛应用在航空航天、机械、电子、烟草、医药等领域，用来存放机械零备件、电子元器件、刀具、模具、医疗药品器具等物品。凭借其全自动化的控制模式、小占地面积上的大存储空间，以及可对库存实现现代化管理等独特优势，自动货柜正逐步扩大着市场占有额，成为越来越多的企业在采购仓储设备时的首选。

传统的自动货柜分为垂直循环货柜和垂直提升货柜两类。循环柜产品问世较早，原理也比较简单，储物料斗悬挂在循环转动的链条上，平衡曲柄沿设计的导轨运动，使料斗在运行中保持水平；链条转动通过电机驱动，自动将目标料斗移送到取货口。该设备控制简单，运行稳定，价格相对偏低，但由于运行时柜内全部料斗同步转动，当设备高度达到6m时，存取效率会显得过低，同时，整机载重能力不大；物品规格、形状多变时，灵活性不足。

自动货柜的另一个类型——垂直提升货柜，在很大程度上解决了这些问题。提升柜柜体分为前、中、后三部分，前、后两部分为立柱片构成的货架，中间为供提取小车升降的通道。小车采用四点链条悬挂，由电机驱动上下运行；小车上的水平链条挂取机构将提升柜的储物单元——托盘在货架、小车以及工作台之间移动。在程序的控制下，小车的升降运动和托盘的水平移动，共同完成托盘在不同货位上的存取操作。由于其机械结构的特点，提升柜可存放尺寸差异较大和形状不规则的物品，物品高度只受取货口高度的限制；此外，提升柜高度可随厂房高度变化，并可穿越楼层，整机载重可达60 t。

全自动联体提升货柜即是在成熟的提升柜制造技术基础上，由中国电子科技集团公司第二研究所率先在国内研发而成。该设备不仅具有提升柜的所有优特点，而且可在小空间内实现密集型存储，容量大大提高；相对于同为密集型存储系统的自动化立体仓库，联体柜的占地面积又极小。因此，联体提升货柜可看作是一种介于垂直提升柜和立体仓库之间的产品，在空间有限而又需要高密度存储的场合，联体柜可作为立体仓库的替代品，进行物料的存放与管理。

1 全自动联体提升货柜简介

1.1 设备主要结构

全自动联体提升货柜，主要由骨架、内部结构、配重、外壳和电气五大部分组成。其中，骨架包括底座、货架片、顶梁等；内部结构主要由提取架、横移小车和托盘组成；柜体两侧设有配重装置，用来部分抵消提取车的自重；外壳包括前板、侧板、后板、顶板以及电动门；电气部分主要由PLC、触摸屏、变频器、测高光幕、安全光栅和一些辅助器件组成，实现设备的运行控制和安全保护（如图1所示）。

图1 联体提升货柜主要机械结构

1.2 基本工作原理

全自动联体提升货柜是由多列货架构成货位，用一台提取车将货物在水平左右、水平前后、垂直上下三个方向上移动，从而实现货物在不同货位上的存取操作。它以托盘为存储单元，用户可直接输入物料代码或输入物料所在的托盘号，提取车根据用户指令在几台提升柜单元间运动，将所需托盘运至存储位或取料口。具体工作过程如下：

（1）提取车垂直升降。垂直升降机构采用与普通提升货柜类似的链条传动，四点悬挂，托盘实现垂直位移（见图2）。

图2 提取车垂直升降机构

（2）横移小车水平移动。采用同步齿形带传动，小车在导轨上滑动，实现托盘在各列货架之间的位移（见图3）。

图3 水平横移机构

（3）货叉纵移。横移小车上安装有货叉，由同步齿形带传动。货叉沿直线导轨滑动，实现托盘在前后货架之间的位移（见图 4）。

图4 货叉纵移机构

（4）货叉开合（见图5）。

图5 货叉的挂取开合动作

1.3 电气控制

设备电气控制以可编程控制器（PLC）为核心，触摸屏为人机输入，同时货柜上装有多种确认电机运转位置和用于安全互锁的传感器（见图6）。它们通过数字I/O口，将信号传递到PLC，PLC通过读取各传感器的信号来控制电机运转，达到可靠定位、安全运行。如果操作过程中发生某些故障，触摸屏将迅速显示出来，同时还可显示其他各种信息，以提示操作者正确操作。

图6 系统控制图

2 研制难点与解决办法

2.1 提取框架的横梁变形问题

联体提升货柜在长度方向上，跨度较大，提取框架的横梁易出现弯曲变形，由此可能造成横移小车运动阻力增大，垂直定位不准。对此，我们设计了两套配重装置，连接在提取框架左右纵梁的中点处。设备两侧留出一定间距，作为配重及其导向的安装空间。配重装置通过钢丝绳绕过顶梁上的滑轮组件后与提取框架相连，提取框架获得向上的提升力，该力部分抵消了横移小车由自重引起的对提取框架的压力，从而使提取框架的横梁保持水平。

此外，提取框架的横梁下面设置了螺杆微调装置，可以在一定范围内调整框架的水平。