一種穿梭車換層聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

根據(jù)是否可換層作業(yè)，穿梭車系統(tǒng)可分為單層作業(yè)和跨層作業(yè)兩種模式。在單層作業(yè)模式下，穿梭車可在水平方向上換列；跨層作業(yè)模式下，穿梭車可在垂直方向換層。兩種方式均可提高穿梭車的設(shè)備利用率、系統(tǒng)柔性。

目前件箱密集倉儲(chǔ)系統(tǒng)中采用的穿梭車，主要有普通穿梭車、自動(dòng)換層穿梭車、子母穿梭車、四向穿梭車等。通常為單層作業(yè)，穿梭車可在水平方向換道，適用于存在多列巷道的場合。普通穿梭車通過提升機(jī)輔助換層、自動(dòng)換層穿梭車沿貨架立柱爬升。兩種方式均可實(shí)現(xiàn)穿梭車跨層作業(yè)，適用于貨架層數(shù)較多的場合；自動(dòng)換層穿梭車沿貨架立柱自動(dòng)爬升方式，貨架的制造、安裝精度要求較高。

托盤庫，往往存儲(chǔ)貨物及穿梭車較重、體積較大，提升機(jī)通常設(shè)計(jì)為四立柱框架式；件箱庫，存儲(chǔ)貨物及穿梭車較輕、體積較小，提升機(jī)通常設(shè)計(jì)為單立柱懸臂式。

本文僅討論采用提升機(jī)換層作業(yè)的件箱密集倉儲(chǔ)系統(tǒng)，穿梭車通過單立柱懸臂式提升機(jī)實(shí)現(xiàn)跨層作業(yè)。

一、提升機(jī)換層面臨的問題

采用提升機(jī)換層的多層穿梭車系統(tǒng)（如圖1），在一條巷道內(nèi)，n層貨架配置m臺(tái)穿梭車（m＜n）；同時(shí)，配置一臺(tái)換層提升機(jī)用于穿梭車的換層。

圖1 采用提升機(jī)換層的多層穿梭車系統(tǒng)立面圖

為防止穿梭車沖出軌道，在軌道端頭設(shè)有安全限位裝置。

穿梭車的平穩(wěn)換層，需要具備兩個(gè)基本條件：

一是限位裝置能自動(dòng)開合。

二是升降臺(tái)與走行軌道的準(zhǔn)確對(duì)接。換層提升機(jī)升降臺(tái)與走行軌道的準(zhǔn)確對(duì)接，對(duì)穿梭車在貨架側(cè)軌道和換層提升機(jī)升降臺(tái)之間能否平穩(wěn)過渡起決定性作用。

1.限位裝置的自動(dòng)開合

單層作業(yè)模式下，穿梭車軌道端頭的限位裝置為死擋?？鐚幼鳂I(yè)模式下，走行軌道靠換層提升機(jī)一側(cè)需設(shè)置能自動(dòng)開合的活動(dòng)限位裝置。不需要換層時(shí)，限位裝置能起到防止小車沖出軌道的作用；需要換層時(shí)，限位裝置能準(zhǔn)確開啟到位，保證穿梭車在走行軌道到換層提升機(jī)之間順暢過渡；換層完畢時(shí)，限位裝置能自動(dòng)復(fù)位，繼續(xù)起到穿梭車運(yùn)行限位作用。

2.升降臺(tái)與走行軌道的準(zhǔn)確對(duì)接

換層提升機(jī)升降臺(tái)停位后，與穿梭車走行軌道一般都有一定的高度錯(cuò)位和轉(zhuǎn)角錯(cuò)位，導(dǎo)致穿梭車過渡時(shí)存在不同程度的卡滯、跳臺(tái)現(xiàn)象；對(duì)于采用滑觸線供電模式的穿梭車，還存在集電臂在軌道對(duì)接處過渡不暢的情況，甚至出現(xiàn)集電臂錯(cuò)槽、脫槽現(xiàn)象。換層技術(shù)的關(guān)鍵在于升降臺(tái)與走行軌道的準(zhǔn)確對(duì)接，盡量減少高度錯(cuò)位和轉(zhuǎn)角錯(cuò)位，使得穿梭車能平穩(wěn)過渡，從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，延長設(shè)備使用壽命。

二、技術(shù)思路

1.限位裝置的自動(dòng)開合

根據(jù)開合動(dòng)力的配置情況，活動(dòng)限位裝置可分為共用動(dòng)力和自帶動(dòng)力兩種形式。

（1）共用動(dòng)力形式。多層貨架上的限位裝置統(tǒng)一由一組動(dòng)力分別開啟。限位裝置通過提升機(jī)升降臺(tái)上的附屬動(dòng)力進(jìn)行開啟，撤銷動(dòng)力后限位裝置自動(dòng)復(fù)位。

（2）自帶動(dòng)力形式。每個(gè)限位裝置均自帶一個(gè)開啟動(dòng)力。根據(jù)動(dòng)力不同，又分為氣動(dòng)限位裝置和電動(dòng)限位裝置。

2.升降臺(tái)與走行軌道的準(zhǔn)確對(duì)接

換層提升機(jī)升降臺(tái)與穿梭車走行軌道之間的錯(cuò)位，通常是由多個(gè)因素綜合導(dǎo)致的。提高升降臺(tái)停位精度的措施通常有以下幾種：

（1）提高制造、安裝精度；

（2）增加升降臺(tái)剛度；

（3）合理選用提升機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)。在提高停位精度方面，四立柱框架結(jié)構(gòu)優(yōu)于雙立柱結(jié)構(gòu)，雙立柱結(jié)構(gòu)優(yōu)于單立柱；

（4）換層提升機(jī)升降臺(tái)采用同步帶傳動(dòng)。在提高停位精度方面，同步帶傳動(dòng)優(yōu)于鏈傳動(dòng)；

（5）升降臺(tái)二次停位修正停位誤差。

3.小結(jié)

自身帶開啟動(dòng)力的限位裝置，與靠換層提升機(jī)升降臺(tái)輔助動(dòng)力開合的限位裝置相比，動(dòng)力源過多，前者是后者的n+1倍（n為貨架層數(shù)）。

氣動(dòng)限位裝置與電動(dòng)限位裝置相比，需要用戶配置氣源系統(tǒng)，存在一定的局限性。

盡管我們通過各種機(jī)械、電控的措施努力提高升降臺(tái)停位精度，但由于設(shè)備運(yùn)行磨損，或受制造水平、經(jīng)濟(jì)性、場地限制等因素制約，終究都存在升降臺(tái)停位誤差較大，甚至超差的情況。

三、技術(shù)方案

1.基本構(gòu)成

多層穿梭車換層聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖2。由貨架側(cè)限位組件（1）、提升機(jī)側(cè)限位組件（2）、擺臂裝置（3）三部分組成。貨架側(cè)限位組件安裝于每層走行軌道端頭，提升機(jī)側(cè)限位組件和擺臂裝置均安裝于提升機(jī)升降臺(tái)軌道端頭，隨升降臺(tái)一起升降。

活動(dòng)限位裝置，即貨架側(cè)限位組件（1）和提升機(jī)側(cè)限位組件（2），采用自身不帶開啟動(dòng)力的形式。擺臂裝置（3），用于提供活動(dòng)限位裝置的開啟動(dòng)力，同時(shí)用于軌道對(duì)接時(shí)，對(duì)停位誤差進(jìn)行一定程度的矯正，在軌道接縫處形成臨時(shí)剛性連接。限位裝置和軌道對(duì)接輔助裝置設(shè)計(jì)時(shí)統(tǒng)籌考慮，共用動(dòng)力。

圖2 穿梭車換層裝置示意圖

圖3 貨架側(cè)限位組件示意圖

圖4 提升機(jī)側(cè)限位組件示意圖

圖5 擺臂裝置示意圖

（1）貨架側(cè)限位組件

貨架側(cè)限位組件，如圖3，由緩沖器（1）、緩沖器安裝板（2）、固定板一（3）、固定板二（4）、限位板（5）、銷軸（6）、配重（7）、銅套（8）、銷軸緊固件（9）組成。

固定板一（3）設(shè)計(jì)有一截高出軌道走行面，作為剛體硬抗穿梭車因意外過沖產(chǎn)生的較大沖擊力。較小的穿梭車撞擊力由緩沖器變形吸收。

（2）提升機(jī)側(cè)限位組件

提升機(jī)側(cè)限位組件，如圖4，由緩沖器（1）、緩沖器安裝板（2）、固定板一（3）、固定板二（4）、限位板（5）、銷軸（6）、配重（7）、銅套（8）、銷軸緊固件（9）組成。

提升機(jī)側(cè)限位組件與貨架側(cè)限位組件的固定板一的開口導(dǎo)槽不一致，提升機(jī)側(cè)限位組件的為圓弧形導(dǎo)槽，貨架側(cè)限位組件的為喇叭口導(dǎo)槽，喇叭口導(dǎo)槽收尾段與圓弧形導(dǎo)槽形狀完全一致。

（3）擺臂裝置

擺臂裝置由電機(jī)（1）、角鋼（2）、安裝座（3）、擺臂組件（4）、接近開關(guān)一（5）、接近開關(guān)二（6）組成。如圖5。

擺臂上有兩個(gè)滾動(dòng)軸承，用以減少擺臂與限位裝置導(dǎo)槽之間的摩擦。

2.工作原理

（1）初始位置

擺臂裝置不工作或升降臺(tái)升降過程中，擺臂處于初始位置，擺桿收于軌道內(nèi)側(cè)（定義兩根軌道之間的空間為內(nèi)側(cè)，反之為外側(cè)），避免發(fā)生擺桿碰撞。擺臂初始位置通過接近開關(guān)一（5）進(jìn)行檢測(cè)，并通過限位角鋼對(duì)擺臂進(jìn)行機(jī)械限位。

（2）錯(cuò)位矯正及限位裝置開門

當(dāng)需要對(duì)穿梭車進(jìn)行換層操作時(shí)，系統(tǒng)控制升降臺(tái)進(jìn)行停位，停位完成后，擺臂裝置由下方向軌道外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，擺桿上的軸承先進(jìn)入提升機(jī)側(cè)限位組件圓弧形導(dǎo)槽，再在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，順著貨架側(cè)限位組件喇叭口導(dǎo)槽對(duì)兩側(cè)導(dǎo)軌錯(cuò)位進(jìn)行矯正，擺臂轉(zhuǎn)到導(dǎo)槽收尾段，錯(cuò)位矯正完畢。擺臂卡入限位裝置的導(dǎo)槽中，充當(dāng)臨時(shí)剛性連接體，使兩側(cè)導(dǎo)軌如同連為一體，確保穿梭車平穩(wěn)過渡。

擺臂在擺動(dòng)過程中，撥動(dòng)緩沖器安裝板，將限位裝置打開，讓出穿梭車走行通道。緩沖器安裝板尾巴段設(shè)計(jì)為圓弧形，弧度與擺臂旋轉(zhuǎn)軌跡一致，使得限位裝置打開后，不致因?yàn)閿[臂繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)而開度繼續(xù)增大或提早自動(dòng)復(fù)位。限位裝置的最大開度通過限位板予以限制，防止緩沖器向軌道外側(cè)倒頭而不能自動(dòng)復(fù)位或與相鄰設(shè)備、物料發(fā)生干涉。

錯(cuò)位矯正完畢及限位裝置開門狀態(tài)由接近開關(guān)二（6）檢測(cè)。

（3）復(fù)位

穿梭車過渡完畢，擺臂裝置經(jīng)軌道外側(cè)向內(nèi)側(cè)擺動(dòng)，回到初始位置。復(fù)位狀態(tài)通過接近開光一進(jìn)行檢測(cè)，并通過限位角鋼對(duì)擺臂進(jìn)行機(jī)械限位。

擺臂復(fù)位過程中，限位裝置由于中心偏置而自動(dòng)復(fù)位，配重用以加速限位裝置復(fù)位。

擺臂裝置及限位裝置均復(fù)位后，系統(tǒng)控制升降臺(tái)到達(dá)目標(biāo)層。穿梭車從提升機(jī)側(cè)到貨架側(cè)的過程與穿梭車從貨架側(cè)到提升機(jī)側(cè)的過程一致。

四、技術(shù)特點(diǎn)

1.平穩(wěn)順暢

換層提升機(jī)升降臺(tái)停位后，與穿梭車走行軌道一般都有一定的高度錯(cuò)位和轉(zhuǎn)角錯(cuò)位；穿梭車進(jìn)出換層提升機(jī)升降臺(tái)的過程，是軌道端頭的撓度隨負(fù)載大小及負(fù)載作用點(diǎn)的變化逐步變化的過程，貨架側(cè)與提升機(jī)側(cè)軌道之間的對(duì)接錯(cuò)位是一個(gè)變量，穿梭車在過渡過程中存在下沉及回彈現(xiàn)象。

本文所述換層聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，當(dāng)擺桿進(jìn)入卡槽后，擺桿充當(dāng)了兩側(cè)軌道的臨時(shí)剛性連接，并在擺動(dòng)過程中逐步矯正了兩側(cè)軌道的高度錯(cuò)位量及角度錯(cuò)位量，使兩側(cè)軌道對(duì)接更加準(zhǔn)確可靠，穿梭車過渡更加平穩(wěn)順暢。

2.結(jié)構(gòu)緊湊

實(shí)際應(yīng)用中，換層提升機(jī)旁通常為出入庫提升機(jī)或出入庫輸送設(shè)備，空間受到極大的限制，往往要求限位裝置在水平方向盡量壓縮尺寸，以免與換層提升機(jī)旁的設(shè)備或物料發(fā)生干涉。

本文所述換層聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置安裝于升降臺(tái)軌道端頭下方，相比于驅(qū)動(dòng)裝置安裝于軌道外立面的方案，在水平方向上更省空間。

3.低成本

本文所述換層聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用的限位裝置本身不帶開啟動(dòng)力，軌道對(duì)接輔助裝置安裝于換層提升機(jī)升降臺(tái)上，一條巷道只需配置一組動(dòng)力。相比于采用限位裝置自帶動(dòng)力的方案，成本大大降低；相比于其它限位裝置采用共用動(dòng)力的方案，具有更好的軌道對(duì)接可靠性。

本文所述換層聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，降低了穿梭車換層對(duì)提升機(jī)升降臺(tái)停位精度的要求，從而降低其制造成本減低系統(tǒng)調(diào)試難度、縮短穿梭車系統(tǒng)調(diào)試周期。

采用本文所述換層聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將使多層穿梭車換層操作變得更加安全、可靠、平穩(wěn)，有利于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低設(shè)備故障率。