冷库环境下货架的设计与应用

上海史必诺物流设备有限公司 / 孙昌翰

冷库环境下货架的设计与应用

上海史必诺物流设备有限公司 / 孙昌翰

冷库较高的建设和维护成本，是当前制约冷链物流发展的重要因素。强化货架系统在冷库中的规划、设计及应用，为企业提高冷库作业效率及冷库利用率提供了切实可行的解决方案。本文列出设计冷库货架时需考虑的主要因素，并结合上海史必诺物流设备有限公司在危地马拉实施项目中库架合一的实际案例，对相关问题进行了具体分析。

冷库、货架、设计、应用

近年来，中国冷链物流呈快速增长的势头，逐渐成为物流行业中发展最快、最具活力的领域之一。然而，冷库较高的建设和维护成本，是当前制约冷链物流发展的重要因素。在此情况下，强化货架系统在冷库中的规划、设计及应用，为企业提高冷库作业效率及冷库利用率提供了切实可行的解决方案。

表1　普通碳素结构钢的微量元素含量

一、设计冷库货架需考虑的因素

设计冷库货架时，首先需要区分冷库。高温冷库，需要将产品温度控制在0℃至4℃或6℃之间，储存类型较多的产品为：蔬菜、水果、新鲜牛奶、冷鲜肉等；低温冷库，需要将产品温度控制在-18℃或-20℃，储存类型较多的产品为：冷冻肉类；速冻食品，如速冻水饺、速冻面点；冰激凌等。实际案例中，常见的为-18℃的冷库。

和常温库相比，货架应用在冷库中时，通常需要从以下几个方面考虑设计环节：

1.选择合适的货架钢材材质

低温环境对钢材应用有具体要求，应具有良好的低温韧性和延展性，以避免发生脆性破坏。货架中常用的普通碳素结构钢Q235，有Q235A、Q235B、Q235C、Q235D、 Q235E不同等级之分，主要是因为冲击的温度有所不同。A指不做冲击，B是在20℃以上，C是在0℃以上，D是在-20℃以上、E是在-40℃以上，A到E所不同的，是它们各自性能中冲击温度的不同。

其次，普通碳素结构钢A/B/C D 也代表着微量元素的含量不同，参见表1。

A/B/C/D由于微量元素的含量成分不同，质量等级越来越高，在低温中的性能表现也越来越好。一般情况下，会使用Q235D作为冷库货架的主要材质。

紧固件的制作，在低温环境下通常采用高镍铬（如Cr18Ni9型）合金钢或者有色金属（如铜、铝）材料，它们几乎不表现出低温脆性。钢质材热膨胀系数为1.2×10－5/℃ ；混凝土热膨胀系数约为0.7×10－5/℃，两者比较接近，在温差40℃以内时均可有效连接。

2.选择合适的货架系统

冷库可以毫不夸张的用“寸土寸金”来形容，选择合适的货架系统，为客户用足每一立方米，达到最大的仓库利用率，是货架供应企业需要着重考虑的因素。以下为几种常见的冷库货架类型：

库架合一：库架合一是理想的高位存储系统，把仓库屋顶和侧墙直接固定在货架上，免去了仓库的建造工作。仓库利用率最高，长期投资回报率也最高。同时，对货架的技术要求也很高。

穿梭式货架系统：是由穿梭式托盘货架、穿梭车以及叉车组成的完整的高密度存储系统。这种高效率的存储方式，为提高仓库空间利用率带来全新的选择。穿梭式货架系统是目前非常流行的半自动化系统，可以实现较低投资下的冷库半自动化。同时也可以结合子母车、堆垛机、仓库管理软件变身为中小型的穿梭式立体仓库系统。

驶入式货架系统：是传统的高密度存储系统，叉车驶入货架以存取托盘，这些托盘被置于悬臂导轨上，可以在货架系统内移动。这种系统相对来说投资最小，但是对叉车工的要求相对较高，对于流量比较大的冷库，可能需要较多的叉车工进行操作。

当然，还有其他的货架类型，如双深度托盘式货架、后推式货架系统、重力式货架系统，主要根据客户的不同要求来选择。总体来说，没有最好，只有最适合。

3.选择合适的货架表面处理方式

喷涂（环氧聚酯静电粉末喷涂）是最常见的货架表面处理方式。对于防腐防锈要求不是很严苛的冷库，适用性非常好，经济实用。

相对于喷涂，热镀锌（热浸锌和热浸镀锌）成本更高，造价高出40%左右。热镀锌是将除锈后的钢件浸入500℃左右融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，从而起到防腐的目的。如果客户对防腐防锈要求比较高而且对成本不太敏感，可以采用热镀锌的表面处理方式。

很多情况下也可以灵活处理，根据具体情况采取不同的表面处理方式以达到最优解，比如驶入式系统，主体货架采用喷涂方式，放于地面的地导轨可以用热镀锌，从而达到最好的成本优势和使用效果。

4.其他方面的考虑

冷库货架设计还需考虑其他因素，如：

冷库中焊缝焊条的选择，需对应焊接母材材质与焊接工艺要求，并确保焊缝焊接质量。

应考虑冷库中结霜的特性，计算货架选型时应适当考虑其增重，并考虑客户制冷、除霜工艺对结构喷涂层的抗腐蚀要求。

货架立柱柱脚处地脚锚栓的冷桥（房屋外墙转角、内外墙交角、楼屋面与外墙搭接角处，会产生水雾吸附于墙面的现象，这时会出现外墙的墙体内露水凝结“流泪”、“冒汗”、“发霉”、房屋潮湿、霉变的现象）作用需要考虑与避免。

具体到每个工程，以上因素是否全部考虑或考虑得是否经济合理，需要根据具体情况具体分析。结合工程实际，了解并响应客户的实际需求，竭诚为客户创造经济效益，是工程设计的根本宗旨。

二、具体实施案例

下面以史必诺在危地马拉实施项目中库架合一冷库为例，结合实际，整体展示史必诺冷库货架的设计过程。

此项目位于中美洲危地马拉，一期库架合一由双深度托盘货架组成，占地1200平方米，二期由双深度托盘货架和驶入式货架组成，占地2000平方米，货架总高14米，是一个典型的中型冷库库架合一方案。

此项目的主要目的，是为客户打造一个中型实用型的库架合一型冷库。在此方案规划前期，由于库架合一的特殊性，我们需要考虑地震、风灾、雪灾等因素都会影响到货架的立柱选型。在满足客户储位条件下，合理的通道方向和布局也是我们需要考虑的。通过有限元分析，我们选用Q345D材质制作货架。和传统的Q235相比，相同立柱截面下Q345钢材有更高的屈服强度，其中D表示质量等级更高、在冷库中的表现更好。

在货架类型选择中，考虑到客户要求的经济适用性，选用双深度托盘货架和驶入式货架来搭建主体，达到了比较好的投资回报和较高的仓库空间利用率。双深度托盘货架叉车每边可以取两托货物，比传统的单深度托盘货物效率高很多，平均货位利用率为90%，随时存储率50%，地面使用率45%。驶入式货架非常适合于大批量的货物存储，一般情况下遵循先进后出的取货顺序（除非是贯通式），平均货位利用率70%，随时存储率25%，地面使用率65%。上述两种货架系统都比较适合在冷库环境中使用。当然，在一个库架合一仓库中同时出现两种不同的货架系统，会给设计带来较大难度。这种情况下需要特别注意两个系统之间顶拉门片的连接，特别是连接件的力学性能及稳定性，适当的地方需要进行现场焊接。

由于集装箱长度的限制，一根14米长的立柱需要由两根立柱拼接，需要注意低温环境对拼接的影响。拼接的节点，需使用适合冷库环境下的高强螺栓。

安装过程中，底座需预装，门片也应预先拼装好以后整体起吊，也可以一个单元挂好横梁以后整体起吊，这对吊装提出了更高的要求，吊装吊点基本控制在货架长度的1/3处，这样整体稳定性最好。冷库中风机需安装在货架横梁上，置于货架最顶层。在工作现场，项目经理需要强化规范管理，以保证项目安全、整体进度和实施质量，以满足客户的要求。

此案例一期于2013年5月至2014年2月完成设计，制造及安装得到了客户高度评价。目前二期仓库货架正在生产制造中。

三、未来发展趋势

目前，随着人们对高品质生活的追求不断提高，冷库需求增加，也对冷库货架的设计水平提出了更高的要求。发展趋势上，冷库货架呈现出了向更密集、半自动化/自动化的方向靠拢。如，穿梭车货架系统逐步替代传统的驶入式货架系统，越来越被企业所接受。同时，随着人工成本的增加，旧冷库原有货架系统的改造也出现越来越多的案例，值得关注。

而对于库架合一系统，目前国外技术比较成熟，但是在国内还存在较大瓶颈。因为国内目前缺乏相关的规范，库架合一属于建筑范畴还是货架范畴还没有定论。所以，希望相关行业规范越来越明晰，使更多优质的存储系统得到更广泛推广应用，进而更好地服务各行各业的广大客户。