垂直提升貨柜的可靠性設(shè)計(jì)

劉茂生，彭香玲

（中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西 太原 030024）

隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品和設(shè)備也日益向高速、高效、精密、輕量化、自動化方向發(fā)展，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度日益加快，對其工作性能的要求也愈來愈高。為了提高垂直提升貨柜在市場中的競爭能力，保證產(chǎn)品的高性能、高質(zhì)量、低成本，降低設(shè)備在工作情況下的非正常故障，保護(hù)操作者的人身安全以及設(shè)備本身，同時(shí)盡量不影響使用單位的工作進(jìn)度，為此，展開產(chǎn)品的機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度由于載荷的影響使之疲勞、斷裂、磨損的引起失效；考慮機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中引起的故障，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可維修性，降低產(chǎn)品的后期維修成本。

可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力，是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，是人們設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品時(shí)的一個(gè)追求目標(biāo)。機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)是常規(guī)設(shè)計(jì)方法的進(jìn)一步發(fā)展和深化，它更為科學(xué)地計(jì)算了各設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系。機(jī)械產(chǎn)品的可靠性技術(shù)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)周期長、耗資大、設(shè)計(jì)安全系數(shù)較大而掩蓋了矛盾，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可參考性較差；因此只有通過依據(jù)客戶的反饋意見和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不斷改進(jìn)，才能達(dá)到設(shè)備的高可靠性。產(chǎn)品的可靠性越高，市場的競爭力就越強(qiáng)。自動貨柜的可靠性設(shè)計(jì)主要是通過可靠性設(shè)計(jì)，延長產(chǎn)品正常工作期的時(shí)間，縮短跑合期和耗損期、降低產(chǎn)品的非人為故障率，從而降低產(chǎn)品的成本，增加市場競爭力。

當(dāng)前，自動化立體倉儲系統(tǒng)在現(xiàn)代化生產(chǎn)管理系統(tǒng)中占有非常重要的地位，是整個(gè)企業(yè)物料管理、組織和協(xié)調(diào)的中心。國內(nèi)外許多采用自動化倉儲系統(tǒng)的廠家的經(jīng)驗(yàn)表明，以自動化立體倉儲為中心的物流管理，在實(shí)現(xiàn)物料的自動化管理、加速資金周轉(zhuǎn)、提高勞動生產(chǎn)率、降低勞動強(qiáng)度、提高廠房、庫房空間利用率、保證生產(chǎn)均衡等諸多方面能帶來巨大的效益。

目前，國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的自動貨柜主要包括垂直循環(huán)貨柜（回轉(zhuǎn)庫）、垂直提升貨柜（升降庫）以及該所新近研發(fā)的聯(lián)體提升貨柜。

垂直提升貨柜是以托盤為存儲單元，通過提取車的升降和水平運(yùn)動，將存放貨物的托盤取出或送到柜內(nèi)合適的貨位。提取車的升降運(yùn)動采用絕對認(rèn)址方式，精度高、認(rèn)址準(zhǔn)確；水平運(yùn)動采用感應(yīng)開關(guān)控制，可達(dá)到機(jī)構(gòu)的動作要求。貨柜運(yùn)行時(shí)自動進(jìn)行路徑優(yōu)化和尋找最佳存儲位置，真正實(shí)現(xiàn)“物到人”和智能化管理。

垂直提升貨柜主要由骨架、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外殼、電氣控制和倉儲管理軟件5部分組成。骨架分為左、右支撐架、頂蓋、底座等組件；內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由提取小車和傳動兩部分組成。外殼由前板、拉伸門、后板和側(cè)板組成。

圖1

該所從垂直提升貨柜的研發(fā)，到規(guī)模化生產(chǎn)，歷經(jīng)10余年的發(fā)展，在自動貨柜領(lǐng)域已經(jīng)占有重要地位。為了進(jìn)一步提高設(shè)備質(zhì)量和市場占有率，我們只有通過不斷學(xué)習(xí)，吸取經(jīng)驗(yàn)和客戶的反饋意見，改進(jìn)設(shè)計(jì)方法、引入可靠性設(shè)計(jì)方法。垂直提升貨柜的可靠性設(shè)計(jì)主要是通過以下幾個(gè)方面來完成的。

1 對一定范圍內(nèi)的產(chǎn)品或系統(tǒng)進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上劃分并設(shè)計(jì)

為了保證不同功能模塊的組合和相同功能模塊的互換，模塊應(yīng)具有可靠性與互換性兩個(gè)特征。為了保證這兩個(gè)特征，主要還是通過設(shè)計(jì)中提高模塊的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和規(guī)格化，生產(chǎn)中，主要靠模具的大量使用來完成。將模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用到自動貨柜的生產(chǎn)中，對縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、降低成本、提高設(shè)備精度、可靠性、穩(wěn)定性等有著非常顯著的效果。

沒有采用模塊化設(shè)計(jì)以前，每個(gè)零部件都屬于單獨(dú)的個(gè)體，在設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造過程中都是單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)加工的，對于垂直提升貨柜型號規(guī)格眾多的（32個(gè)型號），會造成設(shè)計(jì)人員工作量加大，機(jī)械加工中工藝設(shè)計(jì)量增大，制造周期漫長，且互換性很差（基本上一對一），對設(shè)備的制造工期帶來很大的不確定性。而在設(shè)備的運(yùn)輸過程中，由于零件種類繁多，給包裝運(yùn)輸帶來很多繁瑣的工作，安裝時(shí)，由于零件眾多，同時(shí)設(shè)備要求具有較高的安裝精度及運(yùn)行穩(wěn)定性，對安裝工人的技術(shù)要求較高，且工作量大。而采用模塊化設(shè)計(jì)后，整個(gè)傳動系統(tǒng)被分為頂鏈輪箱組件、底鏈輪箱組件、提取車，每個(gè)組件與貨柜整體都有嚴(yán)格的安裝尺寸，且各種型號貨柜之間具有很強(qiáng)的互換性。

1.1 底（頂）鏈輪箱組件

圖2

改進(jìn)前，整體強(qiáng)度低、零件種類繁多、加工周期長、現(xiàn)場安裝工作量大，安裝精度無法保證。

改進(jìn)后，底鏈輪箱和頂鏈輪箱作為整體，采用模塊化設(shè)計(jì)，在生產(chǎn)中采用模具定位加工，零件一致性得以保證，從而整個(gè)部件的精度得到滿足，而且增加了互換性，可以批量生產(chǎn)，適量庫存，縮短加工周期，降低加工成本。在現(xiàn)場安裝過程中，只要控制好安裝基面的尺寸，就可以保證安裝精度，工作量大幅降低。

1.2 托盤掛塊

圖3 托盤掛塊

掛塊作為托盤的關(guān)鍵零件，是托盤與提取小車之間水平運(yùn)動的掛接點(diǎn)，掛塊是否合格，直接決定了提取小車水平運(yùn)動是否穩(wěn)定可靠，因此在加工過程中，其一致性具有嚴(yán)格的要求。經(jīng)過最初采用線切割直接切割而成，成本高；用5#槽鋼直接切割而成，一致性不好，最后采用Q235冷板模具沖壓而成，成本降低70%以上，一致性好，品質(zhì)優(yōu)異。

2 垂直提升貨柜的控制系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)整個(gè)存取運(yùn)動的平穩(wěn)、安全、快速的完成。

2.1 安全系統(tǒng)

在垂直提升貨柜的存取貨口，實(shí)現(xiàn)全程光幕安全保護(hù)，當(dāng)有異物進(jìn)入存取貨口，光幕會自動報(bào)警，提醒操作人員。在垂直提升貨柜左右兩邊的維修門旁裝有自動斷電傳感器，當(dāng)設(shè)備維修門打開時(shí)，設(shè)備自動斷電，確保維修人員的人身安全。

2.2 超重報(bào)警功能

垂直提升貨柜在進(jìn)出貨平臺（出貨口）處增加稱重傳感器，可以檢測出每個(gè)托盤的載重，如果托盤載重量超出設(shè)備額定載荷時(shí)會自動報(bào)警，并退出托盤，這樣既可以保證每個(gè)托盤的載重量，又可以使整機(jī)載重量不超過設(shè)備的額定值。提高設(shè)備的安全性，使設(shè)備不會因?yàn)槌?fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，而增加零部件的耗損，從而延長設(shè)備的正常工作周期。

2.3 防傾倒功能

設(shè)備底部與頂部裝有上下對應(yīng)的激光安全光柵，檢測提取小車在升降運(yùn)動中托盤是否到位及是否有貨物傾斜出托盤，并報(bào)警停止運(yùn)動，以保護(hù)提取小車運(yùn)動過程的安全。降低因?yàn)椴僮魅藛T粗心使托盤中所放貨物超出托盤邊緣，或者由于設(shè)備水平鏈條同步性出現(xiàn)偏差，而造成設(shè)備在垂直運(yùn)動中發(fā)生提取小車與托盤相撞。

2.4 防振動功能

設(shè)備提取小車在高速升降運(yùn)動中，4根懸掛鏈條可能會出現(xiàn)一些擺動，從而引起提取車及提取車上的托盤震動，而且鏈條震動會引起頂部及底部鏈輪和軸承的耗損，長時(shí)間不解決，會給設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來很大隱患；通過采用在鏈條固定末端增加一個(gè)減震彈簧，以及鏈條導(dǎo)向套，有效降低鏈條的振動，從而降低鏈條上下運(yùn)動帶給提取車的振動、小車上托盤的抖動及鏈輪和軸承的耗損。

3 結(jié)束語

綜上所述，可以看出通過對垂直提升貨柜的可靠性設(shè)計(jì)，不僅完善了產(chǎn)品的功能，而且提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性、安全性，降低了產(chǎn)品的非人為故障，節(jié)約了售后費(fèi)用，從而降低設(shè)備的總成本，增加市場競爭力。

[1]楊瑞剛.《機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)與應(yīng)用》.冶金工業(yè)出版社，2008.

[2]《機(jī)械工程手冊》.機(jī)械工業(yè)出版社.

[3]《物流技術(shù)與應(yīng)用》.2010.