巷道堆垛機(jī)常見故障分析及設(shè)備運(yùn)行保障

巷道堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉庫的主機(jī)設(shè)備，用于高層自動(dòng)化倉庫中完成存取托盤的功能，具有節(jié)約場(chǎng)地和人力、作業(yè)迅速準(zhǔn)確、提高存取效率以及降低儲(chǔ)運(yùn)費(fèi)用的優(yōu)點(diǎn)。巷道堆垛機(jī)的頂部和底架分別裝有一組及兩組導(dǎo)行輪，分別導(dǎo)持著天軌和地軌。走行伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)地軌上的行走輪使堆垛機(jī)沿天地軌水平行走。升降臺(tái)在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下由鋼絲繩拉動(dòng)使其沿兩側(cè)立柱導(dǎo)軌完成升降運(yùn)動(dòng)。升降臺(tái)上安裝有貨叉，平移電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使叉體完成左右平移動(dòng)作。堆垛機(jī)的行走、升降和貨叉伸縮運(yùn)動(dòng)，分別在電控系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制下完成本巷道對(duì)站臺(tái)的托盤出入庫工作。

隨著使用時(shí)間的不斷增加，堆垛機(jī)各零部件老化，堆垛機(jī)故障停機(jī)頻次增多。由于堆垛機(jī)停機(jī)后需要維修人員前往堆垛機(jī)排除故障后才能再次運(yùn)行，頻繁地停機(jī)一方面加大了維修人員的工作量，增加設(shè)備損耗，同時(shí)也影響物流效率。正確有效地處理故障有利于降低堆垛機(jī)故障停機(jī)頻次，延長(zhǎng)使用壽命，提高物流效率。

一、常見故障的分析及問題匯總

某工廠堆垛機(jī)設(shè)備使用已有十余年，故障停機(jī)頻次已經(jīng)明顯增多，工廠內(nèi)部所有的堆垛機(jī)故障停機(jī)頻次統(tǒng)計(jì)表和繪制柏拉圖，如表1、圖1。

表1 堆垛機(jī)故障停機(jī)頻次統(tǒng)計(jì)表

由圖1可看出，超極限、貨姿、叉超、行差和測(cè)距是堆垛機(jī)最容易發(fā)生的故障類型。

貨叉機(jī)構(gòu)是由減速機(jī)驅(qū)動(dòng)的一個(gè)鏈齒條機(jī)構(gòu)，使得中叉體和上叉體左右伸縮，叉取或存放托盤。貨叉超極限的原因是貨叉在運(yùn)動(dòng)時(shí)超出了限位開關(guān)而報(bào)警，通過對(duì)堆垛機(jī)貨叉運(yùn)行情況的反復(fù)觀察，發(fā)現(xiàn)部分堆垛機(jī)貨叉的減速電機(jī)老化，貨叉在減速運(yùn)動(dòng)時(shí)制動(dòng)力不夠，較大的慣性讓貨叉沖出極限位置。減速電機(jī)老化但依然可以使用，考慮在不更換減速電機(jī)的前提下，通過改變貨叉加速度來減小貨叉慣性，達(dá)到解決貨叉超極限故障的目的。貨叉超時(shí)是貨叉沒有在規(guī)定時(shí)間內(nèi)運(yùn)行到目標(biāo)地點(diǎn)，主要原因與貨叉本身的機(jī)械故障有關(guān)，例如貨叉磨損、卡頓嚴(yán)重。

堆垛機(jī)設(shè)有貨格虛實(shí)探測(cè)、臺(tái)內(nèi)檢測(cè)、貨物超長(zhǎng)檢測(cè)、貨物外型檢測(cè)裝置等檢測(cè)器，來檢測(cè)貨物是否在貨架的中心。貨姿異常故障是指托盤貨物在堆垛機(jī)貨架內(nèi)出現(xiàn)超長(zhǎng)、超寬或超高的現(xiàn)象遮擋住貨位傳感器，產(chǎn)生的原因主要有三個(gè)方面：一是托盤貨物本身的垛型不整齊，二是堆垛機(jī)貨架松動(dòng)，三是堆垛機(jī)貨位傳感器故障。

堆垛機(jī)走行系統(tǒng)設(shè)有極限限位裝置，以限制堆垛機(jī)的正常工作范圍，在沿天地軌進(jìn)行走行運(yùn)動(dòng)的運(yùn)行速度為200m/min。當(dāng)堆垛機(jī)停止時(shí)制動(dòng)力不夠、制動(dòng)距離過短、激光測(cè)距不準(zhǔn)確時(shí)，堆垛機(jī)停止后當(dāng)前值與目標(biāo)值差10mm以上，堆垛機(jī)報(bào)走行超差故障。該故障出現(xiàn)時(shí)，主要需排查堆垛機(jī)走行傳感器、制動(dòng)電機(jī)、限位減速片、減速軌道和激光測(cè)距的故障。

堆垛機(jī)激光測(cè)距的目的是對(duì)堆垛機(jī)在天地軌方向進(jìn)行定位，能夠準(zhǔn)確找到取貨和放貨的位置。激光測(cè)距故障一般與激光測(cè)距儀老化或者反射板面積過小有關(guān)。堆垛機(jī)走行傳感器，如圖2。

由此總結(jié)出常見故障原因，如表2。

圖1 A堆垛機(jī)故障停機(jī)頻次柏拉圖

二、問題解決思路

1.貨叉加速度過大

由于過大的加速度賦予了貨叉較大的慣性，因此可嘗試適當(dāng)降低貨叉加速度。以某一臺(tái)堆垛機(jī)為例。貨叉運(yùn)行速度為83cm/s，貨叉運(yùn)行距離約為120cm，目前貨叉進(jìn)行一次工作的時(shí)間為2秒，加速過程0.2m秒，勻速過程0.8秒，減速過程1秒，貨叉的加速減速近似于勻加速、勻減速，因此計(jì)算過程以恒定的加速度來考慮。

其中，S=120cm-83cm=37cm

由于貨叉運(yùn)動(dòng)距離120cm是固定的，貨叉最大速度也是固定的。因此調(diào)整貨叉運(yùn)行時(shí)間，我們將最終時(shí)間多增加0.2秒，繪制出變化圖，如圖4。

貨叉運(yùn)行時(shí)間增加將降低堆垛機(jī)的物流效率，而較短的運(yùn)行時(shí)間則會(huì)讓堆垛機(jī)因?yàn)樨洸鏄O限故障而頻繁停機(jī)，因此針對(duì)該堆垛機(jī)做了多次試驗(yàn)，研究極限故障率與貨叉運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系，如圖5。

假設(shè)堆垛機(jī)出現(xiàn)故障，維修人員處理一次故障的維修時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于貨叉運(yùn)行時(shí)間，因此把故障率降低為0才能最大程度提高效率。從圖像上可以得出，2.15秒是該堆垛機(jī)的最佳貨叉運(yùn)行時(shí)間。

圖2 堆垛機(jī)走行傳感器

表2 堆垛機(jī)常見故障原因匯總表

表3 堆垛機(jī)常見故障原因匯總表

圖3 改進(jìn)前貨叉速度變化圖

圖4 改進(jìn)后貨叉速度變化圖

同理可以對(duì)其余堆垛機(jī)進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)，通過優(yōu)化它們的最佳貨叉運(yùn)行時(shí)間來降低貨叉加速度，減小貨叉慣性，達(dá)到降低貨叉超極限故障率的目的。

2.貨叉卡頓、磨損嚴(yán)重

貨叉的卡頓和磨損大多是由于貨叉缺乏保養(yǎng)造成的，貨叉需要進(jìn)行維護(hù)和潤(rùn)滑保養(yǎng)/等，如表3。

3.貨物垛型不整齊、堆垛機(jī)貨架松動(dòng)

圖5 極限故障率與貨叉運(yùn)行時(shí)間關(guān)系圖

貨物垛型不整齊與貨物的碼垛以及運(yùn)輸有關(guān)。由于人為因素有較多的不確定性，人工碼垛的貨物需要多次檢查貨物是否碼垛到要求的位置，對(duì)于機(jī)器人碼垛的貨物，我們需要檢查碼垛機(jī)器人各零部件是否有損壞、碼垛程序是否正常、機(jī)器人零點(diǎn)是否校正等。除此之外，要檢查鏈條、輥筒等輸送設(shè)備是否有翹邊、磨損。

堆垛機(jī)貨架松動(dòng)會(huì)導(dǎo)致堆垛機(jī)沿天地軌做走行運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生顛簸，貨物抖動(dòng)造成貨姿故障，出現(xiàn)貨架松動(dòng)時(shí)需要對(duì)貨架進(jìn)行全方面檢查。檢查立柱：外觀、螺母螺栓、電纜及固定條，檢查載貨臺(tái)電機(jī)有無松動(dòng)、裂紋、過熱或異常響聲，檢查保養(yǎng)載貨臺(tái)滾輪、軸承，緊固伸叉軸承，手動(dòng)檢查伸叉，保證其動(dòng)作的準(zhǔn)確性與平衡性。檢查提升繩斷繩檢測(cè)裝置及抱死裝置，調(diào)整正常，檢查提升鋼絲繩、鏈輪及軸承，保證升降安全可靠。

4.傳感器故障

堆垛機(jī)各個(gè)部位均分布負(fù)責(zé)檢測(cè)各種功能的傳感器，以保障堆垛機(jī)、升降臺(tái)、貨叉等的運(yùn)動(dòng)能在安全范圍內(nèi)進(jìn)行，因此傳感器導(dǎo)致的故障在大部分堆垛機(jī)故障類型中均有涉及。傳感器常見故障可以分為三類，分別是傳感器位置偏移、傳感器元部件損壞和PLC輸入模塊故障。如果PLC輸入模塊信號(hào)燈正常顯示說明傳感器和PLC輸入模塊正常，這時(shí)可能是傳感器位置發(fā)生偏移，需手動(dòng)調(diào)整傳感器位置并固定好。若輸入模塊信號(hào)燈熄滅，則可能是輸入模塊或傳感器異常，此時(shí)看信號(hào)燈是全部熄滅還是只有連接傳感器的部分熄滅，全部熄滅則說明PLC輸入模塊故障，需更換PLC輸入模塊，若只是連接傳感器部分熄滅則一般是傳感器元部件損壞，更換傳感器即可排除故障。

圖6 堆垛機(jī)設(shè)備運(yùn)行保障體系圖

5.走行制動(dòng)系統(tǒng)故障

堆垛機(jī)出現(xiàn)走行超差故障是由走行制動(dòng)系統(tǒng)異常造成的，出現(xiàn)故障后要檢查限位減速片功能是否正常，限位減速片通過檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)進(jìn)入作業(yè)危險(xiǎn)區(qū)的速度狀態(tài)，若狀態(tài)不是遞減狀態(tài)將報(bào)警停機(jī)。其次檢查減速電機(jī)的電機(jī)軸、減速機(jī)構(gòu)以及齒輪是否有損壞，減速輸出的扭力矩是否足夠，對(duì)損耗較為嚴(yán)重的零部件進(jìn)行換新。最后檢查地面上的減速軌道是否正常，由于使用時(shí)間較長(zhǎng)，部分減速條可能磨損嚴(yán)重，減速效果大幅度降低，此時(shí)應(yīng)對(duì)減速軌道的減速條進(jìn)行修復(fù)。

6.激光測(cè)距儀故障

過去使用的老式激光測(cè)距儀校對(duì)復(fù)雜，容易死機(jī)，再加上使用年限較長(zhǎng)，激光測(cè)距儀精度不夠，由于堆垛機(jī)行駛路徑較長(zhǎng)，測(cè)距儀射出激光稍有偏移反射回來就會(huì)有一定誤差，反射板過小時(shí)甚至都無法射到反射板上。因此如果激光測(cè)距故障頻繁，建議更換新型號(hào)的激光測(cè)距設(shè)備，選用保障遠(yuǎn)距離激光測(cè)距精度并且反射板足夠大的激光測(cè)距儀。

三、堆垛機(jī)的運(yùn)行保障體系

以往我們對(duì)于堆垛機(jī)的管理模式可能主要停留在設(shè)備層面，即當(dāng)堆垛機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)就針對(duì)故障本身排除故障，并沒有深究故障的根源。例如，出現(xiàn)貨姿故障，就將物料整理好后復(fù)位；出現(xiàn)貨叉超時(shí)、貨叉超極限故障，就調(diào)整貨叉位置復(fù)位；出現(xiàn)行差、測(cè)距故障，就返回原點(diǎn)重新測(cè)量。這些解決方式能暫時(shí)消除堆垛機(jī)故障，但問題的“水分”、“泡沫”都還在，即產(chǎn)生故障最根本的問題還在，這也是最容易被忽略的問題。這樣的管理模式存在不少的隱患，當(dāng)前堆垛機(jī)停機(jī)頻率還在可控范圍內(nèi)，但如果不解決背后的問題，隨著設(shè)備、系統(tǒng)等的老化，停機(jī)頻率在未來有可能大幅增加。

“凈管理”是目前興起的一種新型管理模式，以問題為導(dǎo)向，以目標(biāo)精準(zhǔn)、過程簡(jiǎn)潔、結(jié)果真實(shí)為管理要素，通過擠出“水分泡沫”來實(shí)現(xiàn)高效精確的管理目標(biāo)。我們依托“凈管理”模式，對(duì)當(dāng)前存在的各類故障的“水分泡沫”進(jìn)行剖析，總結(jié)出上述列舉出的6個(gè)根源問題，之后針對(duì)這些問題提出對(duì)策各個(gè)擊破，確保能夠從根本上解決堆垛機(jī)故障。在使用該模式解決堆垛機(jī)故障時(shí)取得了較為明顯的效果，經(jīng)過調(diào)查改進(jìn)后堆垛機(jī)故障停機(jī)頻次降低了63%，因此用 “凈管理”模式的思維來建立堆垛機(jī)設(shè)備運(yùn)行保障體系，如圖6。

四、結(jié)論與展望

堆垛機(jī)老化是目前大多數(shù)自動(dòng)化倉庫都遇到的問題，由于設(shè)備老化，故障率上升，堆垛機(jī)每次停機(jī)都需要修理工去現(xiàn)場(chǎng)排除故障，增加修理負(fù)擔(dān)的同時(shí)更是影響了整個(gè)物流系統(tǒng)的工作效率。對(duì)于使用年限較長(zhǎng)的堆垛機(jī)來說，其本身很多零部件老化，各種故障層出不窮，表面排除故障已經(jīng)無法降低故障頻次，因此解決問題的關(guān)鍵在于深入挖掘故障產(chǎn)生的根本原因，針對(duì)這些原因提出對(duì)策措施解決問題，并結(jié)合平時(shí)設(shè)備的巡檢、維護(hù)、保養(yǎng)、潤(rùn)滑、檢修機(jī)制作為后續(xù)處理的鞏固措施。本案例通過對(duì)堆垛機(jī)故障問題的分析解決，建立一套堆垛機(jī)設(shè)備運(yùn)行保障體系后，堆垛機(jī)的故障頻次顯著降低。通過運(yùn)用PDCA的精益管理模式來解決問題，快速提高了顧客滿意度、降低了維修成本、提升了物流質(zhì)量，加快了流程速度，改善了資本投入，提高了精益管理水平。

目前，使用年限較長(zhǎng)的大多為老式堆垛機(jī)，缺少一套零部件耐久的檢測(cè)系統(tǒng)，所以對(duì)于故障的原因分析比較繁瑣，如果未來能基于堆垛機(jī)的故障原因分析報(bào)告研制出一套零部件耐久度檢測(cè)系統(tǒng)裝入堆垛機(jī)內(nèi)，就能在故障頻發(fā)前知道各零部件的耐久情況，及時(shí)更換零部件從而進(jìn)一步保障堆垛機(jī)的正常運(yùn)行。