巷道堆垛机式立体车库在汽车制造企业中的应用

文/李成友 陈光坤 卢会超 胡建法

随着国内经济的发展，消费水平的提高，机动车拥有量的高速增长，对于车辆泊车位的需求显得越来越旺盛。而土地使用成本的上升，城市可用于泊车位的地面面积不足，无疑将给旺盛的泊车位需求带来双重压力。目前自动化立体仓库已在各行各业得到了广泛应用，采用巷道堆垛机作业方式的自动化立体车库与其他类型的自动化立体车库相比，技术相对成熟，性能较为可靠，作业效率较高。现阶段巷道堆垛机存取物料规格及重量也符合最大车型要求，因此使用巷道堆垛式自动化立体车库应用于车辆存储具有较高的可行性，有效地缓解车辆生产企业库容和城市泊车位缺口，提高了土地利用率，具有较高的经济性。

一、建设需求

1.项目简述

由于该汽车整车物流服务商现有的车辆仓储面积已经无法满足业务量增长的需要，临时租借的仓库在运作条件和质量安全方面又很难满足现阶段的要求。而绝大多数泊车位属于平面停车场，土地利用率和运作效率相对较低。为解决库容缺口提高仓库土地利用率，释放土地资源用于其他增值服务，提出了使用巷道堆垛机式自动化立体车库的规划设计方案。

图1 车辆外形尺寸参数

图2 夹抱轮胎搬运原理图

2.车辆参数

通过对存储车型的外形尺寸的数据分析，整车重量2.5吨以上车型较少，且大部分车辆尺寸维持在长5245mm，宽2008mm，高1927mm的范围内（如图1）。因此立体车库采用基于该尺寸范围的最大包容原则设计。

二、规划设计

根据自动化立体车库建设需求和车辆存储不超过300辆的防火分区设计规范，综合库存策略、存取效率和建设施工成本因素，出入库作业方式为人工驾驶辅助简单的机械定位，存取车辆主机设备为巷道堆垛机，车辆停放货架为高层货架。

1.巷道堆垛机的搬运方式

由于车辆价值较高，且各车型之间轴距、轮距变化较大，车辆定位宽度方向采用中心定位，长度方向采用前轮中心定位。巷道堆垛机的货叉采用伸缩式结构，对应货叉结构设计了三种搬运方式。

（1）夹抱轮胎的搬运

车辆外缘离地间隙最小为100mm，车辆轴距最大尺寸差为628mm，车轮尺寸偏差较小。使用货叉夹抱轮胎的作业方式可直接从地面将车辆叉取搬运，作业站台和货架结构设计较为简单，从而可降低建设成本。夹抱轮胎的搬运方式共计采用4副货叉，两两配合使用。作业时通过条码信息识别车辆型号，根据对应的数据库参数识别车辆轴距来调整两对货叉的间距，货叉向车轮外缘伸出，到达预定伸缩长度后，货叉再向中间靠拢，夹紧轮胎后完成车辆搬运（如图2）。

（2）梳齿货叉的搬运

梳齿货叉的搬运方式，使用货叉为4副，采用1副货叉支撑前轮，3副货叉在车辆轴距偏差内分布，用于支撑后轮。车辆入库时，地面升降台上升以弥补梳齿间隙，人工驾驶车辆通过梳齿，将车辆停放至预定位置；升降台下降由支撑件对车轮进行停位支撑，巷道堆垛机货叉沿梳齿空间伸出，然后抬升车辆即可实现对车辆的搬运（如图3）。

（3）普通货叉配合托盘的搬运

普通货叉配合托盘的搬运作业方式，根据物料长度采用4副货叉。托盘采用钢制平托盘，表面铺设花纹钢板。由车辆的极限轮距及轴距可得出托盘尺寸设定在长4m，宽2m范围内，即可完成对车辆的承载。作业时，巷道堆垛机通过叉取托盘的方式，实现对承载车辆的搬运（如图4）。

（4）小结

对比上述三种搬运方式，夹抱轮胎和梳齿货叉搬运方式无需承载托盘；普通货叉配合托盘搬运方式需要使用托盘承载。夹抱轮胎搬运方式受车辆离地间隙影响且货叉设计较为复杂，货架货格设计需采用平板支撑方式，在车辆轮胎出现漏气的极端情况下无法实现对车辆的搬运。梳齿货叉搬运方式，由于搬运重量较大，梳齿无法实现密集分布，对车辆后轮的支撑具有不稳定性因素。普通货叉配合托盘搬运方式，使用托盘对车辆承载，稳定性较好，可在设计尺寸范围内兼容不同类型的车辆。虽然托盘的引用会增加一定的建设成本，但是货架结构相对简单，技术也较为成熟，可行性较高，因此最终选择普通货叉配合托盘的搬运方式作为该自动化立体仓库的解决方案。

图3 梳齿货叉搬运原理图

图4 普通货叉配合托盘搬运原理图

图5 车辆定位示意图

图6 托盘定位示意图

图7 自动化立体车库存储单元平面图

2.地面定位方式

为实现自动化立体车库的低成本建设，充分利用车辆可自主行走的特性。车辆在托盘上的定位通过人工驾驶的方式完成。托盘在地面的定位方式是托盘通过将托盘嵌入地面地坑的方式实现。

（1）地面停车定位

车辆在宽度方向的定位依靠的是车辆宽度中心，车辆进入入库站台时，由驾驶员将车辆调整到车辆宽度中心与托盘宽度中心对齐。车辆的长度方向定位为前轮中心，为减少定位偏差，根据车辆前悬尺寸在前轮中心位置设置光电检测装置，并在前端安装摄像监控辅助停车系统；在车辆正前方实时显示前轮行走位置，以帮助驾驶员完成车辆在托盘长度方向的定位(如图5)。

（2）托盘定位

由于托盘为统一尺寸，托盘在堆垛机取放货站台的定位采用地坑嵌套托盘的方式。必要时可在地坑内边缘加装橡胶条封边，通过提高巷道堆垛机定位精度和缩小托盘与地坑之间的间隙，以实现对托盘的精确定位(如图6)。

3.货架设计

货架采用横梁式单深单货位结构，货格高度根据车辆最大高度设计，长5.9m，宽2.5m。堆垛机取放货站台及货架底层均设置在地面，以减少高度差，方便车辆行走。货架根据设计标准采用单巷道为一个存储单元，可停放车辆：2(排)×16(列)×9(层)+9=297辆，中间层高度2.45m，顶层高度3.1m。共计9层，货架总高约23m。

4.平面布局

作业布局采用一端入库、一端出库的方式设计(如图7)。按照一个存储单元停放297辆的设计方案，立体车库初步规划建筑尺寸：长112m，宽9.7m，净空高度24m，总的建筑面积1087m²。可根据场地或者库存需要对存储单元数量进行扩展，也可采用多存储单元使用同一管理系统的方式，降低建设成本。

5.工艺流程

当车辆需要入库时，系统自动分配货位地址，巷道堆垛机从对应的目标货位上取出空托盘，搬运至入库站台的地坑内。系统提示入库信息，人工驾驶车辆行驶至托盘上，完成车辆定位停放。仓库管理人员使用无线手持终端对物料信息与托盘信息进行绑定，信息确认后对物料进行申请入库，再由巷道堆垛机搬运至预定的货位存储。

车辆出库时，管理人员根据出库计划或出库单下达出库指令，系统接收出库信息后按照预定的出库策略，调度堆垛机将需出库的车辆实托盘搬运至出库站台。系统提示出库信息。人工确认后驾驶车辆离开出库站台，巷道堆垛机将出库站台上的空托盘返库存储。

三、结束语

巷道堆垛式自动化立体车库的规划设计方案，需要对巷道堆垛机运行轨道下沉，增加了土建施工难度。且车辆定位主要依靠人工识别，操作人员在作业过程中需具备一定的专业技能，业务的熟练程度也影响着出入库作业效率。甚至车辆在进入托盘或者离开托盘的行驶过程中，会对托盘造成冲击使托盘定位产生偏差。但是该规划设计方案设备种类较少，系统简单，有助于提升企业信息化管理水平。由于使用托盘承载，搬运较为平稳，可使车辆在存储过程中得到较好的保护。而随着行业的发展，巷道堆垛式自动化立体车库的优势也将会日益明显，成为一种低成本立体车库的建设趋势。