基于排队论的立体车库堆垛机效率分析

宋云洲 羊凯

摘要：本文通过排队论的一些指标指导车库配备堆垛机的数量和服务速度。在车库车辆到达率处于欠平峰时段和过平峰时段，通過提速堆垛机运行速度;在存车或取车高峰时期，增加堆垛机数量服务效果更明显。

关键词：排队论;立体车库;堆垛机;效率

导言：

随着我国经济的发展和控制技术的不断更新，立体车库在我国的应用越来越广泛，作为静态交通核心的一部分，立体车库堆垛机效率不仅涉及到其自身设备，还涉及到交通、环境、规划等不同的学科领域，因此，对立体车库技术进行研究不仅具有经济意义，还具有一定的社会意义.

1 堆垛机简介

自动化立体仓库的出现是物流技术的一个划时代的革新。它不仅彻底改变了仓储行业劳动密集、效率低下的落后面貌，而且大大拓展了仓储的管理概念，并使仓储管理由简单的保管型向综合的流通型方向发展。堆垛机是自动化立体仓库的主要搬运设备，是实现立体仓库高效、安全、可靠运行的关键机构之一。它在高层货架的巷道内来回穿梭运行，负责货物在立体仓库货位的存放和取出。玉溪红塔集团生产二部的物流系统共有八台堆垛机，其中三台辅料堆垛机、五台成品堆垛机。由于辅料的堆码比较紧密，重量也比较轻，工作效率较高。下面主要对成品堆垛机进行分析研究。

2 堆垛机存取成品的不可靠因素分析及改造方案

在自动物流的正常作业过程中，堆垛机在存取整托盘卷烟成品时，常常会发生整托盘成品歪斜的故障，甚至会发生整盘成品从高架上翻倒下来，究其原因主要有几个方面：一是堆垛机的提升控制方法落后，在水平和纵向的定位不准，造成倒塌。二是堆垛机超尺寸检测系统不完善造成成品翻倒。三是由于其他各种因素造成成品翻倒，第三种情况由于所占比例非常小，故不在文章分析之列。

2.1堆垛机提升控制方法落后造成成品倒塌现象分析

原来设计堆垛机的载货平台提升控制是由提升电机直接驱动，由于是直接驱动，载平台台与成品卷烟在堆垛机运行起步时有一个速度突变，即从0m/min到最高速的60m/min。根据物体运动的规律，相邻的两个物体在速度突变时，会产生相对位移，在此主要是成品与成品之间会产生滑动，造成倒塌。二是在减速阶段，在即将到达预存取货位时，堆垛机的速度又从60m/min到0m/min，由于又是突变，烟箱之间又会产生相对滑动。同时，堆垛机在水平和垂直方向上也造成定位误差。堆垛机的伸叉伸出时会顶在货架上，也造成倒塌。在实际使用中，尽管发生这种现象的频率不太高，但每次倒塌却造成很大的损失，一方面损坏了卷烟成品，另一方面给库区设备及工作人员的人身安全带来极大威胁。所以，降低烟箱倒塌事故率，提高堆垛机的运行效率，是我们的技改方向。

2.2堆垛机提升控制方法落后改造

从上面的分析可以看出，堆垛机提升系统控制的主要问题是没有速度过度。为了解决这个问题，我们制定了一套改进方案，为堆垛机进行变频器改造。经过方案论证和查阅相关资料，决定选定罗克韦尔（rockwell）公司的1336FORCE为备选变频器。

变频器的工作原理：1336FORCE变频器由主电路和控制电路构成，主电路包括整流电路和逆变电路，主电路把工频电流（50Hz或60Hz）变换成工作所需频率的交流电流，以实现电机的变速运行。变频器输入输出波形是由其工作原理决定的，变频器的工作原理与电机的选择、周围设备的配置及其电流、电压的测量等有紧密的关系。

经过改造后，堆垛机的提升速度控制过程从原来的一个变成三个，即低频启动阶段、正常提升阶段、低频停止阶段。从而避免了速度突变，保障了设备和成品的安全。加装变频器改造后堆垛机具有以下优点：避免了电压和频率的突变，减少了工频电压对电机的冲击;提高了堆垛机提升时的平稳性;增加了系统的安全性。

2.3 堆垛机的超尺寸检测系统不完善造成的成品翻倒现象分析

为了保障在卷烟成品在出入库过程中的安全，堆垛机原来设计有超尺寸安全检测。堆垛机的超尺寸检测系统由10组对射式传感器组成。10组传感器分布于卷烟成品的两侧的外形支架上，其中在每侧面相应的位置安装有5组，S4-S4′用于检测成品烟或空托盘是否超高;S1-S1′，S2-S2′，S3-S3′三对检测器用于检测垂直侧面是否超出预定尺寸。

3 堆垛机存取成品的不可靠因素分析及改造方案

3.1 堆垛机提升控制方法落后造成成品倒塌现象分析

原来设计堆垛机的载货台提升控制是由提升电机直 接驱动，由于是直接驱动，载货台与成品卷烟在堆垛机运 行起步时有一个速度突变，即从0 m/min到最高速的 60m/min。根据物体运动的规律，相邻的两个物体在速度 突变时，会产生相对位移，在此主要是成品与成品之间会 产生滑动，造成倒塌。二是在减速阶段，在即将到达预存 取货位时，堆垛机的速度又从60 m/min到0 m/min，由于 又是突变，烟箱之间又会产生相对滑动。同时，堆垛机在 水平和垂直方向上也造成定位误差。堆垛机的伸叉伸出时会顶在货架上，也造成倒塌。在实际使用中，尽管发生 这种现象的频率不太高，但每次倒塌却造成很大的损失， 一方面损坏了卷烟成品，另一方面给库区设备及工作人 员的人身安全带来极大威胁。所以.、降低烟箱倒塌事故 率，提高堆垛机的运行效率，是我们的技改方向。

3.2 堆垛机提升控制方法落后改造

从上面的分析可以看出，堆垛机提升系统控制的主要问题是没有速度过度。为了解决这个问题，我们制定了一套改进方案，为堆垛机进行变频器改造。经过方案论证和查阅相关资料，决定选定罗克韦尔（rockwelll公司的1336FORCE为备选变频器。变频器的工作原理：1336FORCE变频器由主电路和控制电路构成，主电路包括整流电路和逆变电路，主电路把工频电流（50Hz或60Hz）变换成工作所需频率的交流电流，以实现电机的变速运行。变频器输入输出波形是由其丁作原理决定的，变频器的工作原理与电机的选择、周围设备的配置及其电流、电压的测量等有紧密的关系。图1为加装变频器后的工作原理图，经过改造后，堆垛机的提升速度控制过程从原来的一个变成三个，即低频启动阶段、正常提升阶段、低频停止阶段。从而避免了速度突变，保障了设备和成品的安全。加装变频器改造后堆垛机具有以下优点：避免了电压和频率的突变，减少了工频电压对电机的冲击;提高了堆垛机提升时的平稳性;增加了系统的安全性。

2.3 堆垛机的超尺寸检测系统不完善造成的成品翻倒现象分析

为了保障在卷烟成品在出入库过程中的安全，堆垛机原来设计有超尺寸安全检测。堆垛机的超尺寸检测系统由10组对射式传感器组成。10组传感器分布于卷烟成品的两侧的外形支架上，其中在每侧面相应的位置安装有5组，如图2所示。图2是左侧面上传感器的分布情况。图中，s4一s4用于检测成品烟或空托盘是否超高;S1-SI，S2一S2，S3一S3三对检测器用于检测垂直侧面第28卷曹玲芝，等：提高堆垛机工作效率的技术研究、技术开发j是否超出预定尺寸。由于垂直面检测是在卷烟成品的装卸过程中完成，超尺寸检测准确，没有盲区。s5一s5检测器用于检测斜面超尺寸，可见，图中所示区域l，2，3，4即为检测“盲区”，在这些“盲区”内，超尺寸的卷烟成品不能被堆垛机的超尺寸检测网检测到，如图2所示。

3 结论

综上所述，随着控制技术的不断更新，立体车库逐渐向智能化、规模化的方向发展，这使得在设计制造立体车库堆垛机效率时要考虑的因素越来越复杂。因此，对车库设计规划中的各种特征因素进行研究分析以期降低成本、提高效率是非常必要的。

参考文献：

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[3]吕双. 基于排队论的立体车库泊位规模和车辆存取速度计算方法研究[D]. 2017.

[4]张伟中， 姜晓强， 张伟社. 基于排队论的立体车库设计方案参数优化[J]. 起重运输机械， 2011， 000（007）：38-41.