一种自动堆垛式码垛机构的设计

丛兰强，辛红

一种自动堆垛式码垛机构的设计

丛兰强1，辛红2

（1.山东信息职业技术学院，山东 潍坊 261061；2.潍坊职业学院，山东 潍坊 262737）

设计了一种堆垛式码垛机构，码垛作业是仓储货物出入库都要面临的问题，如何合理、高效地实现出入库货物的码垛作业也关系着货架仓储的出入库效率。堆垛式码垛机构很好地契合了货架仓储的特点，与仓储货架完美的结合在一起，将之前货物先出入库后单独码垛的两步作业合二为一，降低了货架仓储成本，提高了货物出入库效率，为货架仓储系统提供了完美的出入库码垛方案。

货架仓储；堆垛；码垛机构；密集仓储

1 前言

货架式仓储系统进入中国发展多年，从之前的简易式货架仓储系统到自动化立库，到目前比较流行的密集式仓储系统，其自动化程度、空间利用率、占地面积、仓储效率等都有了很大的提高。应货架式仓储系统的快速发展，使其相关的产品也得到了快速的升级换代，如叉车、AGV小车、堆垛机、机器人、穿梭板等相关出入库设备也迅速形成了自己的产业链，在物流装备行业迅速发展成为专业化的产品[1]。不同的货架仓储系统选择搭配的出入库设备也不一样，一般驶入式货架主要搭配叉车或者高架叉车来满足出入库要求，但叉车需要人工操作，不仅出入库效率低而且高层货架叉车取货的事故时有发生。AGV小车作为货物出入库的流动设备，其灵活性使其受到了更多的青睐，但其造价较高且只是实现了货物的搬运，适用范围并不广。堆垛机也可以实现货物的出入库操作，堆垛机只能实现一次出入库一件托盘货物或者箱式货物，对于出入库效率要求比较高的仓储系统来说不能满足其出入库条件。很多有条件的企业也购买了机器人来进行出库码垛，机器人码垛购买成本、后期维护成本较高，一般的企业只能望而却步。密集式穿梭板仓储系统从单向发展到双向、穿梭板的使用数量下降、成本降低、存储密度增加是一种存储密集较高的仓储系统。但穿梭板仓储系统中穿梭板在货架层之间的移动以及货物的出入库都要依靠堆垛机的升降来完成，出入库过度依赖堆垛机的数量，限制了密集式穿梭板仓储系统的市场应用。

本文研究设计了一种自动化的堆垛式码垛机构，其具有结构简单、成本低、效率高等出入库特点，自动堆垛式码垛机构可以搭配相应的货架仓储系统，实现货物的快速码垛出入库作业[2]。

2 堆垛式码垛机构

堆垛式码垛机构码垛好的四件货物准备出库如图1所示。

1—气缸推板机构；2—传送带机构；3—齿轮齿条传动机构；4—码垛平台机构；5—固定辊子机构；6—出库码垛货物。

传统出库方式一般都是单件托盘货物出库，出库后由专业人员、叉车、机器人进行码垛作业，不是效率低就是成本高，已不能满足日益增长的物流仓储货架的需求。自动堆垛式码垛机构主要由气缸推板机构、传送带机构、齿轮齿条传动机构、码垛平台机构、固定辊子机构5部分组成。气缸推板机构是由固定于天轨上的直线气缸带动固定板进行直线往复运动，固定板上转动副固定一块可顺时针旋转的推板，因逆时针旋转时固定板阻碍其运动，固其只能顺时针旋转，货物由传送带输送推动推板顺时针旋转，货物远离推板时，由于重力作用推板自然下垂，在气缸的带动下推货物至码垛平台机构活动辊子处。传送带机构可根据实际情况设计其尺寸，也可用辊子组代替。齿轮齿条传动机构是将齿条固定于竖直导轨之中，码垛平台的前后各有4个齿轮与竖直轨道中的齿条啮合，通过控制中心可以实现码垛平台的精确定位，齿轮齿条机构啮合使得此传动机构更加稳固。码垛平台机构由齿轮带动在控制中心的指令下上下移动，下部的电机可带动辊子转动实现码垛货物的传输，电机随着码垛平台上下移动。自动堆垛式码垛机构设立于自动化货架仓储系统的出入库端，主要实现货物码垛出库的作业。堆垛式码垛机构可高效地进行出库作业，货物经过传输至出库口，进入堆垛式码垛机构的传送带，传送带在电机的带动下将货物送至码垛平台机构，在运送第一件货物时，传送带接到指令，电机驱动传送带将货物送至码垛平台，码垛平台上的辊子由电机带动将货物传输至平台之上。第二件货物传输至传送带时，码垛平台机构接到指令带动货物通过齿轮齿条传动机构下降一个货物的高度，传送带将第二件货物输送至第一件货物附近，此时传送带电机停止转动，传送带处于静止状态，气缸推板机构推板在直线气缸的推动下将第二件货物推到第一件货物的正上方，接着传送带继续传输货物，码垛平台在控制中心的指令下继续下降一个货物的高度，之后的码垛货物以此类推，从而实现货物的自动码垛作业。货物码垛完毕之后，码垛平台收到指令带动码垛货物降至堆垛式码垛机构的最低端，堆垛式码垛机构上的辊子组在电机的带动下，将码垛好的货物输送至固定辊子机构，实现货物的码垛出库。

3 堆垛式码垛机构仓储系统

堆垛式码垛机构仓储系统如图2所示。

1—仓储系统货架；2—堆垛式码垛机构。

堆垛式码垛机构配合密集式货架仓储系统可实现仓储货物的快速码垛出库，根据客户对出库的需求，按实际情况可设置堆垛式码垛机构的组数，当要求出库效率较高时可配合多组堆垛式码垛机构，也可在仓库的前后端各配备数组堆垛式码垛机构，这样可以大大提高货物码垛出库的效率。比如冷库中的箱式货物不方便人工搬运，如果出库时间过长冷冻货物就会降温，质量很难保证，此时可根据实际情况需要，配备多组堆垛式码垛机构进行货物的出库作业。此外，电商仓储、食品、药品等箱式货物都可以采用堆垛式码垛机构进行码垛出库[3]。堆垛式码垛机构可以根据货架的高度、货物箱体的尺寸、出库面积进行设计，在满足出库要求的情况下，尽可能地降低其成本。堆垛式码垛机构不仅可以搭配货架仓储系统进行码垛出库，还可以对入库的箱式货物进行码垛入库。可在堆垛式码垛机构低部配置转轮，可移动式的堆垛式码垛机构降低了货架仓储系统的成本，提高了出入库码垛的灵活性，使得出入库码垛不再单单依靠出入库码垛设备。可移动式码垛机构可以实现堆垛式码垛机构对箱体货物卸货的同时对货物进行码垛，实现货物的码垛入库、码垛存储。堆垛式码垛机构的各组成部分基本都是标准件，采购方便、价格较低、操作简单等特点使其应用更加广泛[4]。堆垛式码垛机构仓储系统与堆垛机自动化立库仓储系统最大的不同，就是货物出库的方式不同。堆垛式码垛机构仓储系统将货物出库与码垛结合在一起，不仅精简了作业步骤而且还提高了作业效率，降低了仓储系统的成本。堆垛机自动化立库仓储系统中的堆垛机仅仅将一件托盘货物进行出入库作业，并不能将其码垛打包，这就势必需要后续的作业对货物进行码垛打包，这样势必会提高仓储成本、增加占地面积、降低空间利用率[5]。堆垛式码垛机构仓储系统与密集式穿梭板仓储系统相比，密集式穿梭板仓储系统货物出库时也要借助堆垛机或者升降平台对货物进行出入库作业，不能对货物进行码垛打包处理。密集式穿梭板仓储系统出入库可以搭配自动堆垛式码垛机构实现货物码垛打包出入库，取密集式穿梭板仓储货架的高存储率的优点，结合自动堆垛式码垛机构可以实现货物的密集存储，同时实现货物快速的码垛出入库作业，满足客户在占地面积小的厂房要求高存储率和高出入库效率的要求[6]。综上所述，堆垛式码垛机构具有其结构优越性及灵活性，可搭配多种密集式货架仓储系统实现货物的快速码垛出入库。堆垛式码垛机构尺寸可以根据实际需要进行尺寸设计，使堆垛式码垛机构在货架仓储系统中的应用更广、实用性更强。堆垛式码垛机构仓储系统的适用范围更广，可满足多种不同货物的快速出入库存储。

4 结论

自动堆垛式码垛机构可配合多种货架仓储系统进行出入库码垛作业，与人工、机器人出入库码垛作业相比具有降低成本、提高效率、提高空间使用率等优点。自动堆垛式码垛机构将货物的出入库和码垛作业合二为一，减少了仓库用地的使用面积，提升了仓库空间使用率，降低了仓储系统的成本，为货架仓储系统码垛打包出入库作业提供了很好的解决方案。移动式码垛机构应用更加灵活，就像叉车一样可灵活变换位置，但其码垛效率、造价成本、使用成本与叉车相比大大降低。自动堆垛式码垛机构的这些优点可使其在货架仓储系统中应用更加贴合实际，在电商、物流、冷库等密集货架仓储中有更广泛的用途，推动了货架仓储系统在生产生活中的应用。

［1］牛旭东.哈博实自动包装码垛机的常见故障浅析［J］.石河子科技，2014（2）：10-11，16.

［2］李立荣.成品小袋产品实现自动码垛［J］.纯碱工业，2011（4）：37-38.

［3］胡玉顺，赵峰.仓储输送系统拆盘机创新设计［J］.起重运输机械，2012（12）：39-41.

［4］袁建欣，李晓霞.新型穿梭板式密集存储技术在卷烟成品库改造设计中的应用［J］.科技创新与应用，2015（34）：58.

［5］李成伟，贠超.码垛机器人机构设计与运动学研究［J］.机械设计与制造，2009（6）：181-183.

［6］刘涛.层码垛机器人结构设计及动态性能分析［D］.兰州：兰州理工大学，2010.

2095－6835（2020）20－0091－02

TH246

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.20.039

丛兰强（1987—），硕士研究生，讲师，研究方向为物流装备。

〔编辑：张思楠〕