個(gè)性化立庫的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

郝隆譽(yù)

摘要：特殊行業(yè)的自動(dòng)化立體倉庫如冷凍冷藏立體倉庫、防爆型有軌巷道堆垛機(jī)、橡膠輪胎庫等具有各自顯著的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)與制造中必須滿足其各自的特殊性。

關(guān)鍵詞：低溫庫、防爆、輪胎、特殊環(huán)境

低溫庫設(shè)計(jì)

要確保低溫食品在制造、儲(chǔ)存、輸送及銷售等流通過程中保持低溫狀態(tài)，以維持食品品質(zhì)，需要有完善的冷凍、冷藏設(shè)施、物流裝備以及快速運(yùn)作的冷鏈物流體系。物流發(fā)達(dá)國家普遍采用以移動(dòng)式貨架為主導(dǎo)的冷凍、冷藏自動(dòng)化立體倉庫。在我國，目前還沒有一座真正意義上的自動(dòng)化冷凍、冷藏立體倉庫，可以說，在低溫環(huán)境下，采用自動(dòng)化控制，運(yùn)用機(jī)械設(shè)備自動(dòng)存取的立體倉庫至今仍是空白。

冷凍、冷藏立體倉庫是低溫環(huán)境下的恒溫庫，要保持低溫與恒溫，需要各方面設(shè)施和技術(shù)的支持。要實(shí)現(xiàn)低溫狀態(tài)下的自動(dòng)化控制，實(shí)施無人化存取，需要配備適應(yīng)低溫環(huán)境的設(shè)施和設(shè)備。

1總體要求

(1)整體設(shè)施要求

低溫庫的土建工程與常溫庫不同，尤其是配備有軌巷道堆垛機(jī)、高層貨架的自動(dòng)化立體倉庫，庫面地基不僅要防濕、防凍、地面要設(shè)保溫層外，地基還需具備足夠的承載能力，同時(shí)必須考慮由于低溫庫在除霜、除水時(shí)產(chǎn)生水流的排放，因此庫內(nèi)要有排水通道，排水通道要根據(jù)庫內(nèi)設(shè)施位置確定。

不同溫域?qū)υO(shè)施有不同的要求，涉及到執(zhí)行設(shè)備材料的選用，組合結(jié)構(gòu)的形式，安裝工藝，電氣控制件的選擇、安裝方式等。

庫房要保持低溫環(huán)境，需高效制冷與保溫。與普通低溫庫相比，還需考慮執(zhí)行設(shè)備表面結(jié)霜、結(jié)冰的預(yù)防與清除。

庫內(nèi)設(shè)施的結(jié)構(gòu)與普通庫也有差別，如構(gòu)件溫度應(yīng)力的預(yù)防與消除，以防止設(shè)施結(jié)構(gòu)的冷橋效應(yīng)；穿堂的合理配置等。

對于常溫庫，由于季節(jié)交替帶來溫度變化，因而材料產(chǎn)生熱脹冷縮，形成交變應(yīng)力，導(dǎo)致材料與結(jié)構(gòu)間的疲勞損傷。低溫庫則無需考慮溫度變化應(yīng)力影響。

(2)執(zhí)行設(shè)備要求

與普通自動(dòng)化立體倉庫相比，低溫庫的執(zhí)行設(shè)備如堆垛機(jī)、輸送機(jī)從設(shè)計(jì)到制造都相對復(fù)雜，設(shè)備結(jié)構(gòu)必須適應(yīng)特殊要求，特別是環(huán)境達(dá)到冷凍溫度時(shí)，首先要考慮設(shè)備在低溫狀態(tài)下如何保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在材料的選擇上必須避免采用低溫冷脆性材料。從金屬材料應(yīng)用規(guī)范來講，一般溫域劃分以-30℃為界，低于-30℃要選用低溫性能好的材料。在制造過程中，各種構(gòu)件需采用適應(yīng)低溫條件的加工工藝。構(gòu)件的連接方式、構(gòu)件的組裝方式也必須適應(yīng)低溫條件。同時(shí)，電氣控制的可靠性對自動(dòng)化立體倉庫的正常運(yùn)作也是至關(guān)重要。此外，運(yùn)行車輪與導(dǎo)軌打滑的消除、低溫潤滑油的選用也不可忽略。

(3)熱流控制要求

當(dāng)物體內(nèi)部溫度不均勻時(shí)，熱量會(huì)自動(dòng)從高溫處傳遞到低溫處，熱交換的方式有傳導(dǎo)、對流、幅射三種，冷藏、冷凍庫內(nèi)熱交換以傳導(dǎo)、對流為主。適當(dāng)?shù)臏囟燃皾穸取⒕鶆虻目諝饬魉偌胺植?、良好的衛(wèi)生控制有利于庫內(nèi)溫度的均勻，而溫度系數(shù)的高低不會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)作。

熱流干擾有多種形式，如貨物的輸入造成熱量的入侵，貨物的呼吸、庫內(nèi)照明、庫門的開閉、出入通道形成熱量的對流，作業(yè)熱(如庫內(nèi)電器運(yùn)轉(zhuǎn)熱、工作人員散熱等)的散發(fā)，都會(huì)帶來庫內(nèi)溫度變化。為保持良好的低溫環(huán)境，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)布局、物流路徑確定時(shí)必須考慮有效避免、降低熱流干擾。同時(shí)，迅速降低物品入庫溫度是重要措施，其中制品預(yù)冷是重要的環(huán)節(jié)，可有效減少入庫后對庫內(nèi)溫度的干擾，所以預(yù)冷設(shè)施的合理配備必不可少。

對流是形成溫度干擾最顯著的形式，溫差越大，對流越強(qiáng)，因此阻斷熱流是控制溫度的關(guān)鍵。阻擋氣體的流動(dòng)有多種形式，有些看似簡單的措施卻起著不可忽略的作用，如在通道口掛簾，避免開通時(shí)的瞬時(shí)對流，是阻斷空氣對流極為經(jīng)濟(jì)有效的方式。

2電氣控制要求

電氣元件在低溫狀態(tài)下的安全性、實(shí)用性和耐久性是自動(dòng)化控制的關(guān)鍵，因此，電氣元件必須有高可靠度指標(biāo)。同時(shí)，安裝的工藝也直接影響控制質(zhì)量，必須有較高的可靠度要求。配電柜保溫、防霜、電氣獨(dú)立元件的保溫、防凍措施，滑導(dǎo)線運(yùn)行機(jī)構(gòu)的保溫防霜方式、電刷加熱溫度等均需適宜。

有些電氣元件無低溫性環(huán)境工作性能，需要個(gè)體保溫。有些電氣元件出現(xiàn)故障后會(huì)產(chǎn)生凍結(jié)，必須考慮如何解凍，以及實(shí)施快速維修以恢復(fù)其功能，這些問題直接影響著自動(dòng)化立體倉庫的正常運(yùn)行和工作效率，必須完善解決。

3弱化“冷橋”效應(yīng)

在庫內(nèi)構(gòu)件與庫體連接部位、電纜的出入通道，應(yīng)連續(xù)而均勻地覆蓋保溫材料，如果在實(shí)際設(shè)計(jì)和施工中造成“短路”，形成“冷橋”，將導(dǎo)致該部位形成熱交換源，使建筑物的整體保溫性能下降?！袄錁颉钡拇嬖跁?huì)造成冷凝現(xiàn)象，構(gòu)件表面凝結(jié)的水滴會(huì)影響設(shè)備及產(chǎn)品的安全，并導(dǎo)致金屬表面腐蝕，影響建筑物的正常使用。

4設(shè)備的維護(hù)要求

在常溫庫，設(shè)備維修可以正常進(jìn)行。但在-30℃甚至-60℃的倉庫中，即使配備防寒服，維修人員也只能堅(jiān)持半小時(shí)至1小時(shí)。因此，維修的快捷是必須考慮的因素，這就要求機(jī)械結(jié)構(gòu)要合理，具備快速更換、快速拆卸性能。同時(shí)，要考慮配備方便維修的輔助設(shè)施、工位器具。必要時(shí)，要具備實(shí)施快速出庫的方式與泊位。

5總體規(guī)劃階段

在方案規(guī)劃階段，設(shè)計(jì)方要與客戶進(jìn)行全面的溝通，深入了解不同商品的特性，對制品公司的企業(yè)管理系統(tǒng)要有充分的了解，也應(yīng)讓制品公司對所做的每一步都理解認(rèn)可。冷庫建設(shè)是不允許失敗的，因?yàn)槔鋷煲坏┦【褪菑U庫，無法挽救。

結(jié)合我國國情，適應(yīng)國內(nèi)市場需求，在規(guī)劃和設(shè)計(jì)低溫物流系統(tǒng)時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)規(guī)劃準(zhǔn)備，分析上游供應(yīng)商、下游顧客的特性，確定中間節(jié)點(diǎn)的設(shè)施配備。

(2)系統(tǒng)規(guī)劃，包括物流路線、流動(dòng)頻率、設(shè)施規(guī)模等，要形成快捷合理的儲(chǔ)存物流供應(yīng)鏈。

(3)不同制品、不同企業(yè)具有不同特點(diǎn)，方案設(shè)計(jì)要滿足個(gè)性化要求。

(4)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)方面，要結(jié)合企業(yè)經(jīng)濟(jì)實(shí)力、物流水平要求，選擇相應(yīng)的規(guī)模與自動(dòng)化程度。

防爆型有軌巷道堆垛機(jī)設(shè)計(jì)

BDX防爆有軌巷道堆垛機(jī)是在特殊環(huán)境下運(yùn)行的設(shè)備，它的機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)行控制必須滿足以下要求：

(1)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件不得有爆源隱患，絕對避免磨擦火花的發(fā)生；

(2)金屬結(jié)構(gòu)除滿足強(qiáng)度要求外，還必需有足夠的剛度，外形圓滑無銳角；

(3)運(yùn)行狀態(tài)下要求小振動(dòng)低噪音，運(yùn)行無沖擊，停車平穩(wěn)準(zhǔn)確；

(4)過載、斷繩、超速保護(hù)裝置避免；中擊振動(dòng)、啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)磨擦火花；

(5)外表防護(hù)使用的油漆、

涂料不得含有輕金屬粉末。

與普通堆垛機(jī)相比，BDX防爆巷道堆垛機(jī)采取了特殊減振與降噪措施，加工過程采用特殊工藝以消除爆源。在正常工作狀態(tài)下可能發(fā)生摩擦碰撞的部位或同外物發(fā)生碰撞的地方都采用了銅基材料或不銹鋼材料，以確保磨擦?xí)r無火花產(chǎn)生。

1BDX防爆堆垛機(jī)設(shè)計(jì)改進(jìn)與創(chuàng)新

(1)機(jī)械設(shè)計(jì)改進(jìn)與創(chuàng)新

為適應(yīng)防爆要求，結(jié)構(gòu)部件采取以下改進(jìn)措施：

①金屬結(jié)構(gòu)

金屬結(jié)構(gòu)是堆垛機(jī)的主體結(jié)構(gòu)，立柱、上橫粱和下橫梁必須有足夠的剛度，BDX防爆巷道堆垛機(jī)立柱、載貨臺(tái)吊架均采用型材，體積顯著減小，整個(gè)結(jié)構(gòu)布局緊湊，強(qiáng)度高，剛性好，外形美觀圓滑無銳角。

②起升機(jī)構(gòu)

起升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)型式為同軸式，起動(dòng)及制動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊減少機(jī)械沖擊，便于載貨臺(tái)的準(zhǔn)確定位。

③運(yùn)行機(jī)構(gòu)

運(yùn)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置全部采用結(jié)構(gòu)先進(jìn)的總成，并采用變頻器控制實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，以確保停準(zhǔn)精度和運(yùn)行平穩(wěn)。接觸碰撞部位均采用橡膠緩沖器避免剛性沖擊。

④貨叉機(jī)構(gòu)

貨叉伸縮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用專利技術(shù)——密閉防爆專用鏈輪徑向離合器，簡化了結(jié)構(gòu)，能有效避免磨擦火花發(fā)生。

⑤載貨臺(tái)

載貨臺(tái)采用獨(dú)立滾輪斜面的失重同步制動(dòng)器專利技術(shù)，取消了所有連桿與彈簧構(gòu)件，簡化了結(jié)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)采用滾輪式制動(dòng)，有效避免了鉗口式平面磨擦，大大降低了發(fā)生磨擦火花的幾率。

(2)控制設(shè)計(jì)改進(jìn)與創(chuàng)新

①采用了西門子Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)，使信息傳輸更加可靠。

②采用最新技術(shù)成果“激光測距儀＋變頻器閉環(huán)調(diào)速控制”，實(shí)現(xiàn)了堆垛機(jī)的絕對認(rèn)識(shí)和無級(jí)調(diào)速控制，堆垛機(jī)起步加速和減速停車更加平穩(wěn)準(zhǔn)確。

③全部采用無火花型防爆光電開關(guān)，內(nèi)部電路為無火花發(fā)生的電子電路，電氣線路全部經(jīng)2000V、1min、50Hz交流耐壓實(shí)驗(yàn)無擊穿、閃絡(luò)現(xiàn)象。電氣線路設(shè)有防機(jī)械損傷的可靠保護(hù)。

④全部電氣設(shè)備的地面軌道必須可靠接地，接地電阻不大于4Ω。主回路與控制回路對地絕緣電阻應(yīng)不小于0.5MΩ。

2振動(dòng)和噪音的控制

振動(dòng)是磨擦撞擊源，必須加以嚴(yán)格控制。要實(shí)現(xiàn)對振動(dòng)的有效控制以避免磨擦火花，對各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和性能提出了更嚴(yán)格的要求，需要對相互關(guān)聯(lián)的諸多因素進(jìn)行綜合控制協(xié)調(diào)治理。通過對堆垛機(jī)振動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)分析研究，明確各因素因果關(guān)系及內(nèi)在聯(lián)系，針對各因素特性采取不同措施，對振動(dòng)取得有效控制，具體措施如下：

(1)堆垛機(jī)、貨架、運(yùn)行道軌是一個(gè)有機(jī)整體，如果三者固有頻率接近，必然產(chǎn)生共振。為避免共振，運(yùn)行道軌與貨架、導(dǎo)軌與貨架采取不同方式的特殊隔振措施，實(shí)現(xiàn)了良好的減振效果。

(2)堆垛機(jī)整體構(gòu)件均采用型材，提高了剛度，減輕了自重。

(3)合理設(shè)計(jì)軸系結(jié)構(gòu)，避開共振的臨界轉(zhuǎn)速。

(4)立柱箱體內(nèi)設(shè)置阻斷結(jié)構(gòu)，降低共鳴效應(yīng)。

(5)在構(gòu)件連接處采用彈性阻尼隔振技術(shù)。

(6)采用振源負(fù)荷減振專利技術(shù)。

(7)運(yùn)行道軌采用特殊加工工藝措施，提高平穩(wěn)性，并采取特殊隔振結(jié)構(gòu)，避免與貨架的共振。

(8)導(dǎo)向輪運(yùn)行系統(tǒng)采用復(fù)合材料滾輪，收到良好的減振降噪效果。

3結(jié)論

太原剛玉物流工程有限公司為廣東華潤涂料有限公司制造的BDX防爆堆垛機(jī)，通過南洋防爆研究所全面檢測，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)過三年的實(shí)際運(yùn)行，全部功能正常實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，從未發(fā)生任何故障，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國際先進(jìn)水平，在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，是國內(nèi)首創(chuàng)。

經(jīng)驗(yàn)表明，要實(shí)現(xiàn)對振動(dòng)和噪音的有效控制，避免火花，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和性能要嚴(yán)格控制，并且需要對相互關(guān)聯(lián)的諸多因素綜合控制、協(xié)調(diào)治理。只有把堆垛機(jī)作為一個(gè)系統(tǒng)加以分析研究，明確各因素因果關(guān)系及內(nèi)在聯(lián)系，通過對各因素的重組改變，才能保證高速狀態(tài)下堆垛機(jī)的正常運(yùn)行。按照堆垛機(jī)運(yùn)行規(guī)律，當(dāng)運(yùn)行速度超過100m/min時(shí)，噪音曲線將出現(xiàn)拐點(diǎn)，急劇增強(qiáng)。

橡膠輪胎庫設(shè)計(jì)

橡膠輪胎直徑、厚薄、規(guī)格繁多，采取固定尺寸貨位通常難以達(dá)到特殊要求。在實(shí)際使用中，貨位要適應(yīng)多樣性要求，空間大小必須可調(diào)節(jié)，并要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)密集立式存放。目前，國內(nèi)橡膠輪胎庫主要采取平碼堆放或吊掛。

1關(guān)鍵技術(shù)問題分析

橡膠輪胎的儲(chǔ)存狀態(tài)、入出方式具有特殊要求，平碼堆放、固定立放、懸臂吊(托)掛等方式的共同缺陷是無法調(diào)整方位，不僅變形大，而且很難實(shí)現(xiàn)先進(jìn)先出。自動(dòng)化立體輪胎倉庫必須適應(yīng)多品種、多規(guī)格輪胎的密集儲(chǔ)存，并能調(diào)整位置，避免變形，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)先進(jìn)先出要求。

貨位要適應(yīng)多樣性要求，空間大小必須可調(diào)節(jié)，并要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)密集立式存放。要滿足以上條件，貨位應(yīng)采取連續(xù)形式，通過折疊斜面滾道，形成三維立體連續(xù)貨架，不僅可解決輪胎連續(xù)擺放，同時(shí)通過運(yùn)用重力原理，在出庫過程中實(shí)現(xiàn)輪胎的位置調(diào)整；如超期滯留，可采取模擬出入庫循環(huán)，進(jìn)行位置調(diào)整，以最經(jīng)濟(jì)的方式滿足特殊功能。為保證逐件提取的有效控制，在輪胎出口需設(shè)置門擋機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)釋放與阻擋的快速可靠實(shí)現(xiàn)，此機(jī)構(gòu)必須實(shí)現(xiàn)逐一開閉，在釋放前一個(gè)的同時(shí)必須阻擋后一個(gè)下滾，門擋機(jī)構(gòu)運(yùn)用機(jī)床夾具常用的死點(diǎn)自鎖原理，實(shí)現(xiàn)開啟阻擋功能。該機(jī)構(gòu)簡單，緊湊體積小，工藝性良好，成本低廉輪胎存放需從貨架頂部輸入，如采用行車輸入，效率低操作不便。采用結(jié)構(gòu)簡單操作方便的專用提升機(jī)，成功實(shí)現(xiàn)了輪胎的自動(dòng)輸入功能，提升機(jī)由機(jī)架、道軌、提升臺(tái)組成，輪胎通過轉(zhuǎn)運(yùn)小車輸入提升臺(tái)，沿提升臺(tái)機(jī)架將輪胎提升到貨架入口位置，通過重力作用自動(dòng)滾入貨架，完成入庫存放。輪胎立式存放倉儲(chǔ)庫在國內(nèi)為首創(chuàng)，較完善地解決了橡膠輪胎的合理存儲(chǔ)。

2主要特點(diǎn)

輪胎立式存放倉儲(chǔ)庫具有如下特點(diǎn)：自動(dòng)存儲(chǔ)，重力取貨；適應(yīng)各種規(guī)格橡膠輪胎；可實(shí)現(xiàn)先進(jìn)先出；可隨時(shí)調(diào)整方位，防止變形。