自動(dòng)化立體倉庫中堆垛機(jī)分類與結(jié)構(gòu)研究

（山東阿特拉斯智能科技有限公司，上海 200335）

1 自動(dòng)化立體倉庫的定義及發(fā)展現(xiàn)狀

自動(dòng)化立體倉庫實(shí)質(zhì)上是集合了倉儲(chǔ)、輸送、管理的一門科學(xué)應(yīng)用工程，自動(dòng)化強(qiáng)調(diào)了控制在自動(dòng)化立體倉庫中的核心地位。自動(dòng)化立體倉庫通過先進(jìn)的搬運(yùn)設(shè)備、實(shí)現(xiàn)整個(gè)入庫、輸送、存儲(chǔ)、出庫過程的高度機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化。自動(dòng)化立體倉庫具備占地面積小、倉儲(chǔ)速度快、可靠性高、儲(chǔ)存量大等特征。

高層貨架倉庫的出現(xiàn)伴隨著二戰(zhàn)以后快速的經(jīng)濟(jì)繁榮所帶來的生產(chǎn)力發(fā)展，起初這種倉儲(chǔ)倉庫只是普通的貨物倉儲(chǔ)倉庫，但伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大以及貿(mào)易量的擴(kuò)張，社會(huì)對(duì)物流倉儲(chǔ)的需求也不斷擴(kuò)大，同時(shí)，計(jì)算機(jī)信息時(shí)代的到來給高層貨架倉庫帶來了新的活力。通過計(jì)算機(jī)控制，借助機(jī)電一體化實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化立體倉庫的誕生。

自動(dòng)化立體倉庫在人工的基礎(chǔ)上、逐漸加入了機(jī)械作業(yè)設(shè)備、AGV運(yùn)輸小車，融合了RFID射頻技術(shù)，集成了自動(dòng)化控制系統(tǒng)，再加入人工智能，在實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)運(yùn)輸?shù)母叨茸詣?dòng)化基礎(chǔ)上，減少對(duì)于人工的依賴，并有一定的預(yù)測能力，自動(dòng)對(duì)倉庫路徑進(jìn)行分析檢測，完成優(yōu)化，在存儲(chǔ)速度和存儲(chǔ)效率上實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提升。

2 自動(dòng)化立體倉庫的優(yōu)越性

2．1 較高的空間利用率

立體倉庫相較于傳統(tǒng)倉庫在空間的利用率上作用較為突出，在同樣的倉儲(chǔ)占地面積上提高貨架的高度，存放更多的貨物。高度的空間利用有利于資源的節(jié)約，經(jīng)濟(jì)成本的控制。自動(dòng)化立體倉庫的空間利用率較普通倉儲(chǔ)可以實(shí)現(xiàn)倍數(shù)增長。

2．2 有利于先進(jìn)物流系統(tǒng)的形成與發(fā)展

傳統(tǒng)的倉儲(chǔ)倉庫只是貨物儲(chǔ)存的一個(gè)固定地點(diǎn)，無法對(duì)貨物信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的統(tǒng)計(jì)和查詢，只能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)的貨物存儲(chǔ)。自動(dòng)化立體倉庫則基于大數(shù)據(jù)時(shí)代的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，和現(xiàn)代化的自動(dòng)化機(jī)械運(yùn)輸設(shè)備，按照商品需求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化立體倉庫內(nèi)貨物的自動(dòng)化運(yùn)輸和存儲(chǔ)。自動(dòng)化立體倉庫對(duì)于物流業(yè)則是兩大核心之一，制造業(yè)中倉儲(chǔ)也是連接生產(chǎn)制造的必要環(huán)節(jié)，高效智能的物流倉儲(chǔ)可以提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低貨物的倉儲(chǔ)成本，最終形成自動(dòng)化、智能化的物流系統(tǒng)。

2．3 快節(jié)奏的貨物存取

自動(dòng)化立體倉庫的貨物存取能力十分高，堆垛機(jī)可以快速準(zhǔn)確地將貨物送到對(duì)應(yīng)的貨架上，也可以根據(jù)人的需求將貨物從貨架中取出并送到指定位置。

3 堆垛機(jī)的分類以及特征

堆垛機(jī)作為自動(dòng)化立體倉庫的絕對(duì)關(guān)鍵部分，肩負(fù)著貨物運(yùn)輸?shù)拇蟛糠秩蝿?wù)。堆垛機(jī)的發(fā)展掌握著自動(dòng)化立體倉庫的命脈。堆垛機(jī)依據(jù)有無導(dǎo)軌、貨物最大抬起高度、驅(qū)動(dòng)部位、自動(dòng)化程度以及移動(dòng)方式有不同的劃分方式，但主要的劃分方式還是根據(jù)堆垛機(jī)有無導(dǎo)軌和移動(dòng)方式，將堆垛機(jī)劃分為橋式堆垛起重機(jī)和巷道堆垛起重機(jī)。

早期的存儲(chǔ)倉庫主要使用橋式堆垛機(jī)（如圖1），類似于車間內(nèi)的行車。橋式堆垛機(jī)依靠衡量懸吊在門架上，利用門架的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)貨物的運(yùn)輸。巷道堆垛機(jī)的工作依靠固定在地面上的滑軌進(jìn)行移動(dòng)，從而具有較高的穩(wěn)定性，因此，巷道式堆垛機(jī)逐漸占了更大的比重。相較于橋式起重機(jī)，巷道式堆垛機(jī)具備如下特點(diǎn)：

無須堅(jiān)固的門架，只需要在地面上鋪設(shè)導(dǎo)軌，便于倉庫的建設(shè)。

（1）巷道式堆垛機(jī)可以節(jié)省空間，無須在上部留下橋式堆垛機(jī)所需的大空間，提高空間利用率。

（2）巷道式堆垛機(jī)的通道寬度較小，無須受到橋式堆垛機(jī)大梁的跨度限制。

（3）橋式堆垛機(jī)不便于自動(dòng)化控制，更偏向于人手動(dòng)控制或半自動(dòng)化控制。

但是橋式堆垛機(jī)也有其優(yōu)勢，橋式堆垛機(jī)比較適合于搬運(yùn)較長較重的貨物，比如需要人工控制的金屬物料倉庫等，橋式堆垛機(jī)可以搬運(yùn)長幾十米重幾十噸的貨物。

圖1 橋式堆垛機(jī)

堆垛機(jī)還可以依照承重的立柱數(shù)量劃分為單立柱式堆垛機(jī)和雙立柱式堆垛機(jī)。如圖2、3所示：

圖2 單立柱堆垛機(jī)

圖3 雙立柱堆垛機(jī)

圖4 無導(dǎo)軌堆垛機(jī)

圖5 有導(dǎo)軌堆垛機(jī)

這兩種堆垛機(jī)的橫向長度較小，可以適應(yīng)在較窄的巷道內(nèi)進(jìn)行運(yùn)輸作業(yè)，單立柱式堆垛機(jī)適合受力適中的中低高度自動(dòng)化立體倉庫，雙立柱式堆垛機(jī)適用于中高高度的自動(dòng)化立體倉庫，較重貨物的倉庫運(yùn)輸以及對(duì)巷道內(nèi)運(yùn)行速度要求更高的倉庫。

堆垛機(jī)還可以根據(jù)工作時(shí)有無固定軌道劃分，如圖4、5所示。

依據(jù)堆垛機(jī)的高度可以將堆垛機(jī)分為：運(yùn)行高度超過18米的堆垛機(jī)成為高層堆垛機(jī)；運(yùn)行范圍在6～18米的稱為中層堆垛機(jī)；運(yùn)行范圍在6米以下的稱為低層堆垛機(jī)。依據(jù)堆垛機(jī)的驅(qū)動(dòng)部位也可以將堆垛機(jī)分為：依靠下部電機(jī)驅(qū)動(dòng)的下部驅(qū)動(dòng)式；動(dòng)力在設(shè)備上端的上部驅(qū)動(dòng)式以及上下結(jié)合的驅(qū)動(dòng)方式。

現(xiàn)代自動(dòng)化立體倉庫對(duì)倉儲(chǔ)工作的智能化提出了更高的要求。依靠貨架支撐的橋式堆垛機(jī)逐漸被淘汰，巷道式堆垛機(jī)占了絕大多數(shù)。單立柱巷道堆垛機(jī)也因?yàn)椴牧?、控制等方面的發(fā)展逐漸體現(xiàn)出優(yōu)越性。

4 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

不同堆垛機(jī)的特點(diǎn)決定了自動(dòng)化立體倉庫的倉儲(chǔ)、運(yùn)輸特征。但不同類型的堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)均由固定的組成部分構(gòu)成：機(jī)架、貨叉、軌道、以及控制系統(tǒng)等。

4．1 機(jī)架

堆垛機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)主要由一根立柱、上下橫梁組成的框架結(jié)構(gòu)。機(jī)架結(jié)構(gòu)決定了整個(gè)堆垛機(jī)的力學(xué)性能。一般來說，單立柱堆垛機(jī)可以運(yùn)輸?shù)闹亓繛閮蓢嵰韵?，貨架高度?～18米范圍內(nèi)的自動(dòng)化立倉庫。為了增加機(jī)架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)剛度和穩(wěn)定性，可以將立柱加工成圓柱管結(jié)構(gòu)。

4．2 行走機(jī)構(gòu)

單立柱堆垛機(jī)主要包括電機(jī)、行走輪、導(dǎo)向輪以及上、下橫梁組成。伺服電機(jī)可以驅(qū)動(dòng)堆垛機(jī)沿導(dǎo)軌前后水平運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向輪和行走輪除了控制運(yùn)動(dòng)方向，還可以起到一定的固定作用，防止堆垛機(jī)由于貨物重量過大傾倒。

4．3 提升機(jī)構(gòu)

堆垛機(jī)的起升結(jié)構(gòu)主要包括伺服電機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、鋼絲鎖鏈和滑輪等，可以穩(wěn)定快速地實(shí)現(xiàn)貨物的抬起、落下動(dòng)作，滿足貨物的豎直方向移動(dòng)。

4．4 伸縮貨叉

伸縮貨叉是堆垛機(jī)將貨物放進(jìn)貨架以及從貨架取出貨物的主要機(jī)構(gòu)。伸縮貨叉主要依靠伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪、主軸，通過齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)力矩的傳遞，從而實(shí)現(xiàn)貨叉的伸縮。

4．5 機(jī)電一體化設(shè)備

主要包括電力拖動(dòng)單元、控制檢測單元，控制方面采用PLC進(jìn)行可編程控制。貨物信息的采集、處理也要通過掃描單元進(jìn)行信息采集以及處理，進(jìn)而傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

4．6 安全保護(hù)裝置

堆垛機(jī)為了滿足貨物運(yùn)輸需求需要在巷道內(nèi)快速運(yùn)行，為了保障操作人員以及設(shè)備安全，堆垛機(jī)加入了終端限位保護(hù)裝置；聯(lián)鎖保護(hù)裝置，可以在堆垛機(jī)異常操作時(shí)及時(shí)切斷電路；貨物檢測裝置，在堆垛機(jī)貨叉將貨物送入對(duì)應(yīng)貨架內(nèi)之前，需要檢測裝置對(duì)貨架內(nèi)有無貨物進(jìn)行檢測，若有貨物應(yīng)及時(shí)停止堆垛機(jī)操作。

5 結(jié)語

伴隨著科技的進(jìn)步和市場需求的擴(kuò)張，自動(dòng)化立體倉庫也在不斷融合新興技術(shù)，加大倉儲(chǔ)運(yùn)輸能力的提升。為了更好地滿足物流需求，現(xiàn)代化立體倉庫在不斷融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在自動(dòng)化的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)智能化，從而在更短的操作周期內(nèi)提供更高的運(yùn)輸能力，同時(shí)對(duì)倉儲(chǔ)物流工作可以實(shí)現(xiàn)一定程度的預(yù)測、智能管理功能。