自動化軌道式倉庫搬運系統(tǒng)構(gòu)建

蘇棟梁

摘 要：【目的】探討如何將軌道、升降機、自動擺放物品等自動化裝置運用至倉庫，提升倉庫中物品的運輸效率和物品存放的便捷性?！痉椒ā坷密壍赖奶攸c將裝有物品的傳輸裝置運輸至升降機之上，再由升降機運輸至存儲裝置后由自動擺放裝置將物品擺放?！窘Y(jié)果】軌道化倉庫便捷、高效的物品運輸和存儲方式，能更好地滿足現(xiàn)代小型倉庫的應(yīng)用需求。【結(jié)論】軌道化倉庫有更明顯的優(yōu)勢和市場需求。

關(guān)鍵詞：軌道；滾筒傳送帶；存儲裝置；釣爪式牽引裝置

中圖分類號：TH692.3? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1003-5168（2024）05-0028-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.05.006

Construction of Automatic Track Warehouse Handling System

SU Dongliang

（ Henan Institute of Technology， Xinxiang 453000， China）

Abstract： [Purposes] This paper discusses how to apply automatic devices such as rails， lifts and automatic placement of goods to the warehouse to improve the transportation efficiency and convenience of goods storage in the warehouse. [Methods] Using the characteristics of the track， the transmission device containing the items is transported to the elevator， and then the items are placed by the automatic placing device after the elevator is transported to the storage device. [Findings] The convenient and efficient way of goods transportation and storage in the orbital warehouse can better meet the application needs of modern small warehouses. [Conclusions] Orbital warehouse has more obvious advantages and market demand.

Keywords：track， drum conveyor； storage device； fishing claw traction device

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)力水平不斷提高，倉庫的管理需要規(guī)范化與自動化的方法，但如今的倉庫管理系統(tǒng)在管理效率和成本等方面均存在不足。隨著物聯(lián)網(wǎng)與機械自動化的不斷發(fā)展應(yīng)用，軌道化倉庫的構(gòu)建將兩者結(jié)合起來，可以在一定程度上提高倉庫的運行效率。

1 軌道化倉庫的概述及優(yōu)勢

1.1 軌道化倉庫的概述

軌道化倉庫主要是通過在倉庫地面、升降機上鋪設(shè)軌道，利用軌道的運輸特性實現(xiàn)物品在倉庫中移動。當(dāng)傳輸裝置到達(dá)升降機與軌道的接軌處時，利用對接裝置實現(xiàn)地面軌道與升降機軌道的對接，確保傳輸裝置的順利通行，再由傳輸裝置通過升降機到達(dá)存儲裝置，利用存儲裝置的自動擺放功能，實現(xiàn)物品的擺放。

1.2 軌道化倉庫的優(yōu)勢

1.2.1 投資少，成本低。目前，大型倉庫所使用的倉庫管理設(shè)備主要為堆垛機與立體化自動倉庫。堆垛機通常需要較大的初始投資，包括設(shè)備本身、系統(tǒng)集成以及安裝等方面的費用，但軌道化倉庫并不需要較大的投資，主要費用為軌道的安裝，以及存儲設(shè)備的制作。對于預(yù)算有限的小微型企業(yè)來說，倉庫的管理仍然以人力為主，機械化水平低，并且若使用堆垛機等設(shè)備，一旦發(fā)生故障，機械維修所需的費用也十分昂貴。一些生產(chǎn)數(shù)量較為龐大的小型物品企業(yè)，其運輸和存儲的管理相對較為雜亂，使用軌道化倉庫可以提高倉庫的工作效率，造價成本也相對較低。

1.2.2 保存規(guī)范，利用率高。以書庫為例，其存儲的物品數(shù)量相對較大，管理和存放也相對雜亂。使用軌道化倉庫，可以將書本分類存放至存儲設(shè)備中，再將同一類的書本存儲設(shè)備放至同一個軌道上進(jìn)行分類保存，一定程度上可以提高倉庫的管理規(guī)范化。同時使用多層存儲設(shè)備也提高了倉庫的利用率，可以將不常用的物品通過升降裝置放置最上層，多層存儲設(shè)備安裝有自動搬移裝置，實現(xiàn)機械化存放物品。升降裝置采用雙軌通道，提高物品的傳輸效率。

1.2.3 抗風(fēng)險能力強。面對各類災(zāi)害，軌道化倉庫都具有相應(yīng)的應(yīng)對措施。對于火災(zāi)，由于軌道化倉庫使用互不相連的傳輸設(shè)備且均使用防火材料，即使其中一個發(fā)生火災(zāi)也不會影響其他地方；對于水災(zāi)，軌道化倉庫可以提前將物品通過傳輸設(shè)備運輸?shù)礁咛幍拇鎯υO(shè)備當(dāng)中，一定程度上可以減少損失；對于地震，軌道化倉庫是由鐵軌固定的地面設(shè)施，更加牢固，一定程度上具有防震作用。

2 軌道化倉庫的組成

2.1 簡易型鐵軌

簡易鐵軌是軌道化倉庫的重要構(gòu)成部分，主要作用為引導(dǎo)傳輸設(shè)備的平穩(wěn)運行，它需要具有足夠的穩(wěn)定性和平衡性，以確保傳輸設(shè)備可以正常通行。不同于鐵路使用的鐵軌裝置，簡易型鐵軌在各方面的能力均較弱，相對的造價也較低，在倉庫中使用相對較為合適。簡易軌道由以下裝置組成。

①鋼軌：多段鋼軌組成鐵軌，由鋼材制成（或使用其他合金材料均可），要求具有較高的耐磨、耐壓和耐腐蝕特性，主要作用為承受傳輸裝置運行時產(chǎn)生的力，確保傳輸裝置可以安全平穩(wěn)地運行。鋼軌的斷面形狀采用具有最佳抗彎性能的工字形斷面，包括軌頭（HEAD）、軌腰（WEB）、軌底（FOOT）［1］。為保證其有足夠的強度，頭部和底部應(yīng)該留有足夠的面積和高度，腰部和底部不宜太薄。

②軌枕：通常由木材，混凝土，塑料等材料制成，其作用是分擔(dān)鋼軌所承受的重量和壓力，保持鋼軌的位置和方向不變。

③連接零件：用來連接鋼軌和軌枕的零件，確保車輪能順利滾過鋼軌接頭，保證前后兩個鋼軌協(xié)調(diào)工作，并將鋼軌和軌枕連為一體組成軌道框架，使兩個鋼軌保持正確的相對位置扣件提供足夠的壓力，防止鋼軌傾覆，阻止鋼軌的縱向移動［2］。

④道岔：使傳輸設(shè)備從一個軌道轉(zhuǎn)入另一個軌道的連接設(shè)備。主要作用為傳輸裝置能夠在軌道網(wǎng)中進(jìn)行復(fù)雜的操作，如換道、分支、合并等。

⑤移動驅(qū)動裝置：可以將物品沿著鐵軌自動運送到指定位置，提高作業(yè)效率。移動驅(qū)動裝置主要將滾筒式輸送線與鐵軌相互結(jié)合，首先確定鏈板式輸送線的安裝位置，以及鐵軌的位置與方向，以確保不影響傳輸裝置的正常運行；然后安裝支架，固定導(dǎo)軌和輸送線的運行軌道，其間應(yīng)保證傳輸軌道與地面鐵軌平行，隨后可安裝輸送線，可選擇滾筒式傳輸線，確保其與導(dǎo)軌貼合；最后選擇合適的電源驅(qū)動，并且配置正、反轉(zhuǎn)電路，控制傳輸裝置的運行方向。

⑥滾筒式傳輸線：主要由滾筒、支架、電機和控制系統(tǒng)等組成。工作原理為驅(qū)動裝置將動力傳給滾筒，使其旋轉(zhuǎn)，通過滾筒表面與輸送物品表面間的摩擦力輸送物品，以此實現(xiàn)傳輸裝置在軌道上的運行。需要根據(jù)具體情況計算滾筒式傳輸線與鐵軌之間的距離，避免造成傳輸裝置運行時發(fā)生故障。

2.2 傳輸裝置

2.2.1 內(nèi)部裝置。內(nèi)部由多層組成，以提供更多的存儲空間。具體設(shè)計如下：將各層之間穿透，通過鋼繩將各層進(jìn)行串聯(lián)，并在每一層下面安裝固定裝置，保證各層之間平行且距離保持不變，移動裝置的控制原理如圖1所示。由滑輪控制，一端連接多層設(shè)備，另一端連接電機或手拉裝置，即可實現(xiàn)各層之間同時上下移動。當(dāng)需要存放或者取出物品時，將相應(yīng)的儲物層滑動至合適位置，打開鎖緊裝置進(jìn)行固定，便可順利存取物品。為保證穩(wěn)定性，可以穿透四個小孔確保其重心穩(wěn)定；為保證安全性，應(yīng)該選用質(zhì)量足夠好的鋼繩。

2.2.2 外部裝置。主要由超聲波傳感器和輪子組成，形狀設(shè)置為貼合傳輸線的形式，呈現(xiàn)凸形，如圖2所示。將輪子放置在鐵軌之上，以確保運行方向的穩(wěn)定性，裝置的底盤貼合于滾筒式傳輸線，以確保傳輸線提供足夠的驅(qū)動力。為避免傳輸裝置運行至交匯處時發(fā)生擁擠，以及前后間距縮小所導(dǎo)致的相碰問題，傳輸裝置采用超聲波傳感器技術(shù)，利用超聲波檢測與周邊物品的距離，以確保各個傳輸裝置互不干擾。超聲波傳感器原理如圖3所示，測距原理為從發(fā)射計時開始，發(fā)射的超聲波在空氣中傳播，由于聲波具有反射特性所以遇到障礙物會反射回來，當(dāng)超聲波接收返回的超聲波時計時停止，根據(jù)介質(zhì)為空氣聲速為340 m/s，計算距離公式為式（1）。

s=[ 340 t2] （1）

式中：s表示物品間距離；t表示與超聲波傳感器發(fā)出與收到數(shù)據(jù)的時間差。

超聲波傳感器對外界光線和電磁場不敏感，抗干擾能力較強，可以在煙霧灰塵較大的環(huán)境當(dāng)中工作，因此利用超聲波傳感器在倉庫當(dāng)中更容易工作［3］。超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)簡單、體積小、費用低、技術(shù)難度小、信息處理簡單可靠、易于小型化和集成化，適用于在倉庫中使用，并且超聲波傳感器數(shù)據(jù)處理速度較快，適用于實時檢測移動中的傳輸裝置。

2.3 升降裝置

升降裝置具體為改裝式、導(dǎo)軌式升降機，在升降裝置上鋪設(shè)鐵軌，確保傳輸裝置從地面導(dǎo)軌到升降器導(dǎo)軌時可正常通行。軌道上可鋪設(shè)雙重軌道，以此提高物品的運輸效率。

導(dǎo)軌式升降機的導(dǎo)軌一般由槽鋼、工字鋼，方管焊接而成，實際操作起來較為簡便，貨品傳輸經(jīng)濟便捷。導(dǎo)軌式升降機主要包括固定裝置、升降裝置、導(dǎo)軌裝置和檢測裝置四部分，其中固定裝置即當(dāng)傳輸裝置由地面鐵軌移至升降機鐵軌時，為保證其穩(wěn)定性，在升降臺安裝固定支架；升降裝置即升降臺面轎廂；導(dǎo)軌裝置主要是起到牽引作用，使設(shè)備按規(guī)定運行；自動檢測裝置是當(dāng)升降臺到達(dá)存儲裝置的某一層時，若系統(tǒng)提示該層已滿，升降機將會自動下降一層。升降裝置的內(nèi)部主要由齒輪機構(gòu)、支架、蝸輪蝸桿、導(dǎo)向機構(gòu)、吊臂、上、下殼、限位裝置等組成。齒輪機構(gòu)主要包括大、小齒輪、纏帶輪、中軸以及由止動扣、扭簧組成的保險裝置［4］。導(dǎo)軌式升降機采用液壓系統(tǒng)，控制良好，損壞率低，能耗少，比較節(jié)能。

導(dǎo)軌式升降機的安裝需要考慮地面鐵軌、滾筒傳輸與升降器鐵軌之間的連接。為確保鐵軌的準(zhǔn)確對接，可以采用機械鎖定裝置（例如鎖銷機械鎖定裝置、拉桿機械鎖定裝置、扣合機械鎖定裝置），采用機械鎖定裝置不僅可以實現(xiàn)兩端不同鐵軌之間的短時連接，還可以實現(xiàn)斷開連接。具體操作為，在連接鐵軌時，需要將機械鎖定裝置放置在兩條鐵軌的接口處，然后通過手動或自動操作將裝置鎖定在鐵軌上。當(dāng)需要斷開連接時，只需按相反的操作，反接電路即可解鎖機械鎖定裝置，實現(xiàn)鐵軌的分離。這種機械鎖定裝置不但能夠確保鐵軌的連接牢固可靠，同時也方便了維護和更換鐵軌的操作。

2.4 存儲裝置層

2.4.1 存儲裝置的材質(zhì)。存儲設(shè)備由堅固材料制成，分為多層，每層之間通過鋼板進(jìn)行分離。為保證其能承受所存儲物品的重量，存儲設(shè)備應(yīng)當(dāng)擁有足夠的穩(wěn)定性和堅固程度，可提前計算每層的受力情況以確保正常使用時無安全隱患［5］。高度與長度設(shè)置應(yīng)當(dāng)考慮倉庫的存儲容量，以及所使用材質(zhì)的最大承重量，計算公式為式（2）。

W=F×L×p×1/1 000 （2）

式中：W為最大承重，kg；F為材質(zhì)斷面積，m2，L為材質(zhì)長度，m；p為材質(zhì)密度，g/cm3。

為保證承重結(jié)構(gòu)的承載能力且防止在一定條件下出現(xiàn)脆性破壞，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特征、結(jié)構(gòu)形式、應(yīng)力狀態(tài)、連接方法、鋼材厚度和工作環(huán)境等因素綜合考慮，選用契合的鋼材牌號和材性。

2.4.2 存儲裝置層自動移動裝置。每層頂部安裝由軌道控制方向的鉤爪式牽引裝置，當(dāng)升降機到達(dá)該層時，由鉤爪將傳輸裝置吊起來，通過頂部直行軌道控制方向?qū)⑵溥\輸?shù)教囟ǖ奈恢?。?dāng)需要取出該存儲裝置時，鉤爪將其吊出后，由人工操作將其精準(zhǔn)放置升降器的軌道之上。

2.4.3 鉤爪式牽引裝置工作原理。當(dāng)其不工作時收縮至該層頂部，當(dāng)工作時可自動伸長，吊動存儲裝置，隨后進(jìn)行自動尋路到達(dá)可存儲位，具體操作為，將該層分為不同區(qū)域，存放置電腦中并且設(shè)置每個位置的標(biāo)志位。位置可存放物品時標(biāo)志位置1，不可存放時置0，當(dāng)一個位置已經(jīng)被存儲裝置占據(jù)，電腦控制該軌道路線不可達(dá)置0，當(dāng)該位置的存儲裝置取出后，系統(tǒng)設(shè)置該位置標(biāo)志位置為1，即可實現(xiàn)相關(guān)功能。由于需要吊起重量較大的存儲裝置，所以所選材料應(yīng)當(dāng)足夠堅固，根據(jù)不同倉庫所存儲的物品，以及所設(shè)計的存儲裝置的重量，設(shè)置適合的裝置。

3 安全分析

3.1 保護措施

斷電保護：當(dāng)受到外力阻攔、內(nèi)部問題而導(dǎo)致的機器故障時，通過制動器制動升降器，滾筒式傳輸帶強行停止運行并停止在當(dāng)前運行狀態(tài)。

終端限位保護：在升降器與軌道的運行軌跡上設(shè)置機器限位裝置，以實現(xiàn)對其的自由度限制，保證機器正常運行。

3.2 對接程度保護

為解決當(dāng)軌道的對接不精確時，可能產(chǎn)生傳輸裝置脫離軌道，導(dǎo)致?lián)p壞設(shè)備的問題，需要在其周邊安置超聲波傳感器裝置，當(dāng)檢測到其發(fā)生側(cè)偏，對接時發(fā)生問題時，會發(fā)送警報至控制端由終端檢測是否發(fā)生問題，若發(fā)生問題則打開保護措施，中斷裝置運行，從而中斷機器的運行。

3.3 材質(zhì)選擇

對于主要設(shè)備，例如鉤爪式牽引裝置、軌道的連接等，應(yīng)當(dāng)選擇合適的材料，進(jìn)行精確計算，預(yù)防安全隱患，并進(jìn)行定期檢測，以確保其可以正常工作。

4 結(jié)語

軌道化倉庫在存儲效率、人工成本等方面，與其他的倉庫存儲模式相比具有一定優(yōu)勢，通過建設(shè)軌道化倉庫，可以實現(xiàn)物品的自動運輸和存儲。隨著企業(yè)的不斷發(fā)展以及生產(chǎn)力水平的提高，倉庫建設(shè)的規(guī)劃顯得更加重要，建設(shè)軌道化倉庫不僅可以優(yōu)化倉庫的效率，而且一定程度減少災(zāi)害發(fā)生時的經(jīng)濟損失。

參考文獻(xiàn)：

［1］程杰.無支座連續(xù)剛構(gòu)軌道結(jié)構(gòu)受力分析及溫度跨度研究［D］.北京：北京交通大學(xué)，2015.

［2］田松.基于隨機時間序列的地鐵線路物資消耗研究［D］.北京：北京交通大學(xué)，2014.

［3］楊銀輝.基于超聲波傳感器的割臺高度自動控制系統(tǒng)研究［D］.楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2007.

［4］曹慧俐，張建國，李軍.軌道式升降機的功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.現(xiàn)代制造工程，2010（7）：109-112.

［5］默增祿，賈蔚濤，姚一丁，等. 輸電桿塔常用鋼材低溫特性試驗研究［C］// 第五屆輸配電技術(shù)國際會議. 中國電力企業(yè)聯(lián)合會；國家電網(wǎng)公司，2005：125-127.