自动化立体仓库中堆垛机的原理与应用

● 国网湖南供电服务中心（计量中心） 解玉满 严向前 邹 宇

自动化立体仓库利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化、存取自动化、操作简便化，完全区别于耗费大量人力、物力、精力的传统搬运货物方式，大大提高了空间利用率、生产效率和管理成本，是当前仓储技术水平较高的表现形式。其中，堆垛机是整个自动化立体仓库的核心设备，通过手动操作、半自动操作或全自动操作实现把货物从一处搬运到另一处。因此，它的设计研究和创新变革直接影响了物流行业的发展趋势、企业生产效率和经济效益。

1 巷道式堆垛机

巷道式堆垛机大多属于有轨巷道堆垛起重机，通过运行机构、起升机构和货叉机构的协调工作，完成货物在货架范围内的纵向和横向移动，实现货物的三维立体存取。

1.1 工作原理

堆垛机的工作原理是由行走电机通过驱动轴带动车轮在下导轨上做水平运动，由提升电机带动载货台做垂直升降运动，载货台上的货叉做伸缩运动。通过上述三维运动可将指定货位上的货物取出或将货物送到指定的货位。通过认址器、光电识别，以及光通讯信号的转化，实现计算机控制，也可实现触摸屏的手动和半自动控制。堆垛机通过认址器获取实际运行位置，货叉下面的行程开关控制货叉伸出的距离，货叉下面的接近开关控制货叉的回中定位。

1.2 结构组成

堆垛机由主体结构（上横梁、下横梁、立柱）、水平运行机构、提升机构、载货台、货叉、电气控制系统和各种安全保护装置等组成，如图1所示。

（1）水平运行机构。采用了变频调速技术以及三合一电机减速器、可调式车轮、水平轮组等装置。下横梁两端下部设置有水平轮组及安全夹钩，可通过水平轮偏心轴调整水平轮与运行轨道的间隙，同时安全夹钩可保证堆垛机不倾翻；在下横梁两端头部还设有清轨器和聚氨脂缓冲器，以保证堆垛机运行时不致卡轨和减少碰撞时的冲击。

图1 堆垛机结构组成

（2）提升机构。用于驱动载货台做升降运动。起升电机减速机安装在支架上，再通过螺栓固定在立柱下端。减速机输出轴上装有悬臂式钢质卷筒。钢丝绳由卷筒引出，经过上横梁上的定滑轮改变方向后，再穿过载货台上的动滑轮，最后与固定在上横梁上的过载松绳保护装置连接。

（3）载货台。主要由上导轮架、下导轮架、垂直框架、水平框架等部分组成，其上装有货叉伸缩机构、滑轮装置、超速保护装置或断绳保护装置（制动夹紧器）、起升导向轮装置、升降认址装置、货物位置异常检测装置以及双重入库检测装置等。它由提升机构通过台上安装的滑轮装置带动，依靠起升导向轮装置沿着立柱起升导轨升降，并与货叉伸缩机构配合进行存取货物作业。

（4）货叉机构。堆垛机存取货物的执行机构，装设在载货台上。为缩小巷道宽度并能保证足够的伸缩行程，货叉机构采用三级直线差动式伸缩货叉，由伸缩货叉（上）、伸缩货叉（中）、固定货叉及导向轮等组成，采用齿轮齿条传动。

（5）电气控制系统。按电气控制方式，可分为联机自动方式、半自动操作方式、手动操作方式。联机自动方式是仓储系统正常运行时堆垛机的主要作业方式，控制计算机按照业务流程规划出入库路径，实时向堆垛机下达作业指令，堆垛机自动连续执行取送货动作，并将运行状态、作业过程和完成情况实时反馈给控制计算机；半自动操作方式是将联机自动方式进行过程分解，可以单步完成如取货、放货、堆垛机运行至巷道内某一货位等作业指令，堆垛机单机运行、发生异常或安装调试时可以使用这种控制方式；手动操作方式一般在堆垛机安装调试阶段或在管理调度系统发生故障的情况下使用，可以操作堆垛机完成走行、升降、伸缩货叉等单轴运动。

（6）过载松绳保护装置。用来控制载货台的承载，其原理是当载货台的承载超过最大允许值时，起升钢丝绳拉伸过载松绳保护装置中的拉伸弹簧，产生不同行程，从而切断起升电机回路电源或总电源，使起升机构及时停止运转。

（7）起升导向轮装置。由钢质滚轮、特制轴承和偏心轮轴等零件组成，是将载货台上的载荷传递给立柱，并沿立柱上下运行的导向受力机构。滚轮能承受较大的挤压接触应力，可通过偏心轮轴调整滚轮与起升导轨之间的间隙，以保证载货台沿着起升导轨正常运行。

（8）超速保护装置。堆垛机的安全保护装置之一，当堆垛机的载货台升降时，由异常状况（如钢丝绳或链条断裂、起升电机或减速机断轴等）引起载货台超速下坠，当达到超速保护装置限定的速度时，该装置能不依赖其它动力驱动机构或电气系统，迅速将载货台可靠地夹持在起升导轨上，起到防坠保护的作用。

2 堆垛机的优点

（1）自动预警。在出现意外的时候或者是有一些紧急事件发生，需要停止作业运行时，堆垛机会自行发出警报声响。

（2）进程可控。堆垛机存取货物的速度和高度都是可以进行调控的，通过计算机可以根据需求直接调控堆垛机的作业数据。

（3）自动寻址。无论货物在哪一个角落，堆垛机能够进行自由查找，进行最为精准的位置设定，提高存取货物的效率。

（4）载重防护。如果堆垛机所承受的货物量比较大，超出堆垛机的使用载重范围时，堆垛机的钢丝绳会起到保护作用。

（5）灯光信号。在开始工作或者停止工作的时候，堆垛机都会发出相应的灯光提醒信号。

3 结束语

自动化立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点，已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术。堆垛机作为整个自动化立体仓库的核心设备，其作用和地位自然举足轻重。因此，对堆垛机的设计研究和创新变革有着重大意义，直接关系到仓库的利用率和周转率以及企业的经济效益。