自動化立體倉庫用堆垛機(jī)的幾種換軌方式及應(yīng)用案例

自動化立體倉庫用堆垛機(jī)的幾種換軌方式及應(yīng)用案例饒金海;洪騰;李森;方慶貴;武名虎【摘要】介紹了幾種應(yīng)用于自動化立體倉庫的幾種主流的堆垛機(jī)換軌方式，闡述了各種換軌方式的原理、使用方法、優(yōu)缺點(diǎn)、使用的場合和注意事項(xiàng)，并結(jié)合塔里木某油田公司新建巖心庫自動化立體倉庫的案例，介紹了換軌方式在自動化立體倉庫中的應(yīng)用和效果.【期刊名稱】《制造業(yè)自動化》【年(卷)，期】2018(040)010【總頁數(shù)】4頁(P119-121,127)【關(guān)鍵詞】倉儲物流;自動化立體倉庫;堆垛機(jī);換軌【作者】饒金海;洪騰;李森;方慶貴;武名虎【作者單位】北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京100120;北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京100120;北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京100120;北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京100120;北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京100120【正文語種】中文【中圖分類】TP290引言隨著土地和人力成本的提高，自動化立體倉庫日益廣泛地應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、機(jī)械、石油、化工和航空航天等行業(yè)。堆垛機(jī)具有自動化程度高，可靠性高等優(yōu)勢，是自動化立體倉庫的核心設(shè)備，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整座自動化立體倉庫的處理能力。一般來說，在自動化立體倉庫中是每一個巷道配置一臺堆垛機(jī)。但是在一些對效率要求不高的場合，如油田巖心巖屑庫等，可以通過堆垛機(jī)換軌的方式，應(yīng)用少量堆垛機(jī)完成多個巷道的入出庫作業(yè)，減少堆垛機(jī)數(shù)量，從而降低投資成本。堆垛機(jī)換軌的過程是根據(jù)設(shè)備調(diào)度系統(tǒng)的指令，通過換軌的裝置或者設(shè)施，實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)在不同巷道之間的自動切換的過程。根據(jù)換軌的形式和方法不同，目前主流的幾種堆垛機(jī)換軌方式包括：轉(zhuǎn)軌車式換軌，道岔式換軌，U型/蛇形換軌。1轉(zhuǎn)軌車式換軌轉(zhuǎn)軌車式換軌是指堆垛機(jī)通過轉(zhuǎn)軌車實(shí)現(xiàn)換軌的方式。這種方式下，在N個巷道中配置M臺堆垛機(jī)（N大于M）和1臺轉(zhuǎn)軌車，具體布局形式如圖1所示。圖1轉(zhuǎn)軌車式換軌方案圖堆垛機(jī)需要轉(zhuǎn)軌時，在設(shè)備調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)配下，轉(zhuǎn)軌車配合堆垛機(jī)，實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)在不同巷道之間的切換作業(yè)。這個過程中，轉(zhuǎn)軌車把堆垛機(jī)視為貨物來搬運(yùn)。具體流程如表1所示。相比常規(guī)堆垛機(jī)，轉(zhuǎn)軌車式的換軌在方案設(shè)計和實(shí)施過程中需要考慮的注意事項(xiàng)比較多：1）堆垛機(jī)在換軌過程中要通過機(jī)械結(jié)構(gòu)保證堆垛機(jī)能夠順利從巷道內(nèi)移動到轉(zhuǎn)軌車上，也能夠從轉(zhuǎn)軌車移動到巷道內(nèi)，保證設(shè)備的安全；表1轉(zhuǎn)軌車式換軌的主要階段序號階段堆垛機(jī)轉(zhuǎn)軌車1轉(zhuǎn)軌任務(wù)下達(dá)，堆垛機(jī)呼叫轉(zhuǎn)軌車堆垛機(jī)移動到轉(zhuǎn)軌側(cè)附近轉(zhuǎn)軌車移動到堆垛機(jī)當(dāng)前所在巷道對應(yīng)位置，進(jìn)入鎖緊狀態(tài)2堆垛機(jī)移動到轉(zhuǎn)軌車上堆垛機(jī)移動到轉(zhuǎn)軌車上轉(zhuǎn)軌車保持不動，保持對堆垛機(jī)狀態(tài)的檢測，待堆垛機(jī)在轉(zhuǎn)軌車上就位后，轉(zhuǎn)軌車解除鎖緊狀態(tài)3轉(zhuǎn)軌車移動至目標(biāo)巷道堆垛機(jī)保持不動轉(zhuǎn)軌車移動至目標(biāo)巷道對應(yīng)位置，進(jìn)入鎖緊狀態(tài)4堆垛機(jī)移出轉(zhuǎn)軌車堆垛機(jī)下轉(zhuǎn)軌車，進(jìn)入目標(biāo)巷道轉(zhuǎn)軌車保持不動，待堆垛機(jī)進(jìn)入目標(biāo)巷道就位后，轉(zhuǎn)軌車解除鎖緊狀態(tài)5釋放轉(zhuǎn)軌車堆垛機(jī)運(yùn)動至目標(biāo)貨位轉(zhuǎn)軌車保持不動，處于待命狀態(tài)2）堆垛機(jī)在轉(zhuǎn)軌車上的支撐方式特殊設(shè)計。常規(guī)堆垛機(jī)是靠上下水平導(dǎo)輪和天地軌作用保持堆垛機(jī)處于豎直狀態(tài)，轉(zhuǎn)軌車上沒有天軌，需要做一套支撐裝置替代上水平導(dǎo)輪來維持堆垛機(jī)的豎直狀態(tài)；3）在換軌過程，要有一套機(jī)構(gòu)來固定轉(zhuǎn)軌車，避免堆垛機(jī)的移動使轉(zhuǎn)軌車出線偏移，造成不安全因素；4）換軌過程中，電氣控制方面采取相應(yīng)的措施來保證堆垛機(jī)和轉(zhuǎn)軌車的相互校驗(yàn)和對接；5）每臺堆垛機(jī)都能夠在任意巷道內(nèi)正常工作，完成出入庫作業(yè)。總而言之，轉(zhuǎn)軌車式換軌的形式，需要通過機(jī)械和電氣的方式同時保證堆垛機(jī)在換軌的過程中保持穩(wěn)定可控的狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)換軌的順利和可控。同時，由于每臺堆垛機(jī)都有可能在任意巷道內(nèi)作業(yè)，要求堆垛機(jī)之間的互換性高，一致性好。2道岔式換軌道岔式換軌是指堆垛機(jī)通過道岔機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)換軌，這種方式類似于火車換軌。這種方式下，在N個巷道中配置N-2個道岔裝置和M臺堆垛機(jī)（N大于M），如圖2所示。圖2道岔式換軌方案圖堆垛機(jī)切換巷道時，需要配合道岔機(jī)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn)換軌。如圖3所示，道岔機(jī)構(gòu)由直段軌道、彎段軌道和一套切換裝置構(gòu)成。堆垛機(jī)需要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能時，道岔機(jī)構(gòu)彎段軌道與對應(yīng)主軌道對接；堆垛機(jī)需要直行通過時，道岔機(jī)構(gòu)直段軌道與對應(yīng)主軌道對接。圖3道岔機(jī)構(gòu)以圖2所示方案為例，當(dāng)堆垛機(jī)需要從2巷道轉(zhuǎn)到4巷道時，需要配合道岔機(jī)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn)換軌。具體流程如表2所示。堆垛機(jī)在其他巷道之間的切換與之類似。涉及到1巷道和6巷道的換軌過程會相對簡單。相比常規(guī)堆垛機(jī)，岔道式換軌的方式在方案設(shè)計和實(shí)施過程中需要注意：1）換軌處的天軌沒有貨架支撐，需要單獨(dú)設(shè)計支撐結(jié)構(gòu)；2）換軌處天地軌的彎道部分做處理，要保證天地軌在彎道部分的平行度；3）換軌處天軌和地軌道岔機(jī)構(gòu)的同步性，確保換軌過程的安全可控；4）堆垛機(jī)的上下水平導(dǎo)向輪要做成可以轉(zhuǎn)彎的機(jī)構(gòu)，保證堆垛機(jī)能順利通過彎道。5）堆垛機(jī)在換軌處取電的問題。傳統(tǒng)的堆垛機(jī)是在每個巷道配置一個獨(dú)立的滑導(dǎo)線供電，而岔道式換軌需要在換軌的直線段（垂直于巷道方向）增加一根滑觸線供電，堆垛機(jī)上的取電裝置設(shè)置成2個，保證在換軌過程堆垛機(jī)不斷電。表2道岔式換軌的主要階段序號階段堆垛機(jī)道岔機(jī)構(gòu)1調(diào)度系統(tǒng)下達(dá)換軌任務(wù)堆垛機(jī)移動到換軌側(cè)道岔機(jī)構(gòu)1彎段軌道與對應(yīng)主軌道對接；道岔機(jī)構(gòu)2直段軌道與對應(yīng)主軌道對接；道岔機(jī)構(gòu)3直段軌道與對應(yīng)主軌道對接；2堆垛機(jī)移動堆垛機(jī)轉(zhuǎn)彎，從位置1移動到位置2；堆垛機(jī)繼續(xù)前進(jìn)，移動到位置3道岔機(jī)構(gòu)保持不動3道岔機(jī)構(gòu)調(diào)整堆垛機(jī)保持不動道岔機(jī)構(gòu)3彎段軌道與對應(yīng)主軌道對接；其余道岔機(jī)構(gòu)不動。4堆垛機(jī)轉(zhuǎn)彎堆垛機(jī)轉(zhuǎn)彎，從位置3移動到位置4道岔機(jī)構(gòu)保持不動5堆垛機(jī)移動至目標(biāo)貨位堆垛機(jī)在巷道4內(nèi)移動，至目標(biāo)貨位道岔機(jī)構(gòu)保持不動3U型/蛇形換軌U型換軌是指相鄰兩個巷道端部連接，1臺堆垛機(jī)可以在兩個巷道中自由運(yùn)行，通過U型彎道實(shí)現(xiàn)巷道的切換。1臺堆垛機(jī)負(fù)責(zé)2個巷道的存取貨作業(yè)任務(wù)。圖4U型換軌方案圖這種方式不需要配置特殊的換軌裝置，需要對天地軌的彎道部分做處理，特別注意要保證天地軌在彎道部分的平行度。另夕卜堆垛機(jī)的上下水平導(dǎo)向輪要做成可以轉(zhuǎn)彎的機(jī)構(gòu)，保證堆垛機(jī)順利通過彎道。蛇形換軌是U型換軌的一種延伸，把堆垛機(jī)運(yùn)行軌道布置成蛇形，這樣1臺堆垛機(jī)就可以負(fù)責(zé)多個相鄰巷道內(nèi)的出入庫作業(yè)。圖5蛇形換軌方案圖4各種方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較對幾種換軌方式做比較，主要的優(yōu)缺點(diǎn)和注意事項(xiàng)如表3所示。表3各種換軌方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較轉(zhuǎn)軌車式換軌道岔式換軌U型/蛇形換軌堆垛機(jī)臺數(shù)/巷道數(shù)M:N（N大于M,常見的比例為1:3）M:N（N大于M）1:N（N>2）換軌作業(yè)耗時換軌作業(yè)耗時長換軌作業(yè)耗時較短換軌作業(yè)耗時較短換軌占用空間較小較大較大堆垛機(jī)取電保證堆垛機(jī)在轉(zhuǎn)軌車上的取電，且與堆垛機(jī)在巷道內(nèi)取電的裝置保持同步保證堆垛機(jī)在道岔裝置上的取電，且與堆垛機(jī)在巷道內(nèi)取電的裝置保持同步保證堆垛機(jī)在彎道處的取電需要對天地軌的彎道部分做處理，特別注意要保證天地軌在彎道部分的平行度堆垛機(jī)上下導(dǎo)輪與常規(guī)堆垛機(jī)一致堆垛機(jī)的上下水平導(dǎo)向輪要做成可以轉(zhuǎn)彎的機(jī)構(gòu)，保證堆垛機(jī)順利通過彎道。堆垛機(jī)的上下水平導(dǎo)向輪要做成可以轉(zhuǎn)彎的機(jī)構(gòu)，保證堆垛機(jī)順利通過彎道。出入庫站臺只能在立體庫的一端布置出入庫站臺只能在立體庫的一端布置出入庫站臺只能在軌道的兩個末端布置出入庫站臺堆垛機(jī)互換性高高中可擴(kuò)充性后期可以根據(jù)實(shí)際需要增加，無需再對原有堆垛機(jī)做改造后期可以根據(jù)實(shí)際需要增加，無需再對原有堆垛機(jī)做改造后期可以根據(jù)實(shí)際需要增加，但是需再對原有堆垛機(jī)做放撞檢測天地軌與常規(guī)堆垛機(jī)基本一致需要對天地軌的彎道部分做處理，特別注意要保證天地軌在彎道部分的平行度5應(yīng)用案例塔里木某油田公司2013年新建的巖心庫就是一個典型的應(yīng)用堆垛機(jī)換軌方案降低投資成本的案例。該巖心庫采用的是組合橫梁式貨架，配置6個巷道，約8000個貨位，要存儲近20萬米的巖心。由于該巖心庫主要用于給地質(zhì)相關(guān)的科研人員觀察巖心使用，對出入庫效率要求不高，每天8小時300個托盤的出入庫作業(yè)量就能夠滿足使用要求。一般來說托盤堆垛機(jī)的作業(yè)效率大于40托盤/小時。每臺堆垛機(jī)一天的作業(yè)量約為40托盤/小時x8小時=320托盤＞300托盤。單臺堆垛機(jī)能夠滿足立體庫的出入庫作業(yè)要求。如果按照常規(guī)布局，每個巷道配置一臺堆垛機(jī)，則需要配置6臺堆垛機(jī)。如果選擇換軌方案，可以用1臺堆垛機(jī)實(shí)現(xiàn)6個巷道內(nèi)的作業(yè)任務(wù)。1）轉(zhuǎn)軌車式換軌轉(zhuǎn)軌車式換軌方案，需要配置1臺轉(zhuǎn)軌車，考慮到堆垛機(jī)在換軌過程中耗時較長，大概5分鐘的換軌作業(yè)時間，需要增加1臺堆垛機(jī)，以保證滿足出入庫要求。同時，能搞保證其中一臺堆垛機(jī)出現(xiàn)故障時不影響系統(tǒng)的整體運(yùn)行。需要配置：2臺堆垛機(jī)和1臺轉(zhuǎn)軌車。2）道岔式換軌道岔式換軌方案，需要配置1臺堆垛機(jī)，考慮到系統(tǒng)可靠性，再增加1臺堆垛機(jī)作為備用堆垛機(jī)。需要配置：2臺堆垛機(jī)和4套道岔機(jī)構(gòu)。3）U型/蛇形換軌U型布置，需要配置3臺堆垛機(jī)。蛇形布置，需要配置1~2臺堆垛機(jī)。綜上，采用換軌方式，在該巖心庫中可以配置1~3堆垛機(jī)，或者2臺堆垛機(jī)配合1臺轉(zhuǎn)軌車，就可以滿足出入庫任務(wù)。后期如果效率需求增加的需求，可以根據(jù)實(shí)際情況再增加堆垛機(jī)數(shù)量。相比傳統(tǒng)的每個巷道一臺堆垛機(jī)的方案，至少節(jié)省3臺堆垛機(jī)的購置成本。在該巖心庫自動化立體倉庫實(shí)際建設(shè)中，選用了轉(zhuǎn)軌車式換軌的方案。布置了6個巷道12排43列16層，共計8256個貨位，配置了2臺堆垛機(jī)和1臺轉(zhuǎn)軌車。目前該巖心庫已經(jīng)投入使用，滿足設(shè)計要求，使用效果良好。6結(jié)束語堆垛機(jī)的換軌是堆垛機(jī)的一種靈活應(yīng)用，在發(fā)揮自動化立體倉庫自動化程度高，空間利用率高，管理精確，人力成本低等優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，通過采用堆垛機(jī)換軌，在滿足自身使用需求的前提下降低了建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)了與用戶實(shí)際需要的緊密結(jié)合。參考文獻(xiàn)：【相關(guān)文獻(xiàn)】劉昌祺，董良.自動化立體倉庫設(shè)計[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004:93-122.汪祥余,吳雙,趙劍道，袁碩，武名虎.自動化倉