自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)用堆垛機(jī)的幾種換軌方式及應(yīng)用案例

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)用堆垛機(jī)的幾種換軌方式及應(yīng)用案例饒金海;洪騰;李森;方慶貴;武名虎【摘要】介紹了幾種應(yīng)用于自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的幾種主流的堆垛機(jī)換軌方式，闡述了各種換軌方式的原理、使用方法、優(yōu)缺點(diǎn)、使用的場(chǎng)合和注意事項(xiàng)，并結(jié)合塔里木某油田公司新建巖心庫(kù)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的案例，介紹了換軌方式在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用和效果.【期刊名稱(chēng)】《制造業(yè)自動(dòng)化》【年(卷)，期】2018(040)010【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P119-121,127)【關(guān)鍵詞】倉(cāng)儲(chǔ)物流;自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù);堆垛機(jī);換軌【作者】饒金海;洪騰;李森;方慶貴;武名虎【作者單位】北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京100120;北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京100120;北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京100120;北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京100120;北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京100120【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類(lèi)】TP290引言隨著土地和人力成本的提高，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)日益廣泛地應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、機(jī)械、石油、化工和航空航天等行業(yè)。堆垛機(jī)具有自動(dòng)化程度高，可靠性高等優(yōu)勢(shì)，是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的核心設(shè)備，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整座自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的處理能力。一般來(lái)說(shuō)，在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中是每一個(gè)巷道配置一臺(tái)堆垛機(jī)。但是在一些對(duì)效率要求不高的場(chǎng)合，如油田巖心巖屑庫(kù)等，可以通過(guò)堆垛機(jī)換軌的方式，應(yīng)用少量堆垛機(jī)完成多個(gè)巷道的入出庫(kù)作業(yè)，減少堆垛機(jī)數(shù)量，從而降低投資成本。堆垛機(jī)換軌的過(guò)程是根據(jù)設(shè)備調(diào)度系統(tǒng)的指令，通過(guò)換軌的裝置或者設(shè)施，實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)在不同巷道之間的自動(dòng)切換的過(guò)程。根據(jù)換軌的形式和方法不同，目前主流的幾種堆垛機(jī)換軌方式包括：轉(zhuǎn)軌車(chē)式換軌，道岔式換軌，U型/蛇形換軌。1轉(zhuǎn)軌車(chē)式換軌轉(zhuǎn)軌車(chē)式換軌是指堆垛機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)軌車(chē)實(shí)現(xiàn)換軌的方式。這種方式下，在N個(gè)巷道中配置M臺(tái)堆垛機(jī)（N大于M）和1臺(tái)轉(zhuǎn)軌車(chē)，具體布局形式如圖1所示。圖1轉(zhuǎn)軌車(chē)式換軌方案圖堆垛機(jī)需要轉(zhuǎn)軌時(shí)，在設(shè)備調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)配下，轉(zhuǎn)軌車(chē)配合堆垛機(jī)，實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)在不同巷道之間的切換作業(yè)。這個(gè)過(guò)程中，轉(zhuǎn)軌車(chē)把堆垛機(jī)視為貨物來(lái)搬運(yùn)。具體流程如表1所示。相比常規(guī)堆垛機(jī)，轉(zhuǎn)軌車(chē)式的換軌在方案設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中需要考慮的注意事項(xiàng)比較多：1）堆垛機(jī)在換軌過(guò)程中要通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)保證堆垛機(jī)能夠順利從巷道內(nèi)移動(dòng)到轉(zhuǎn)軌車(chē)上，也能夠從轉(zhuǎn)軌車(chē)移動(dòng)到巷道內(nèi)，保證設(shè)備的安全；表1轉(zhuǎn)軌車(chē)式換軌的主要階段序號(hào)階段堆垛機(jī)轉(zhuǎn)軌車(chē)1轉(zhuǎn)軌任務(wù)下達(dá)，堆垛機(jī)呼叫轉(zhuǎn)軌車(chē)堆垛機(jī)移動(dòng)到轉(zhuǎn)軌側(cè)附近轉(zhuǎn)軌車(chē)移動(dòng)到堆垛機(jī)當(dāng)前所在巷道對(duì)應(yīng)位置，進(jìn)入鎖緊狀態(tài)2堆垛機(jī)移動(dòng)到轉(zhuǎn)軌車(chē)上堆垛機(jī)移動(dòng)到轉(zhuǎn)軌車(chē)上轉(zhuǎn)軌車(chē)保持不動(dòng)，保持對(duì)堆垛機(jī)狀態(tài)的檢測(cè)，待堆垛機(jī)在轉(zhuǎn)軌車(chē)上就位后，轉(zhuǎn)軌車(chē)解除鎖緊狀態(tài)3轉(zhuǎn)軌車(chē)移動(dòng)至目標(biāo)巷道堆垛機(jī)保持不動(dòng)轉(zhuǎn)軌車(chē)移動(dòng)至目標(biāo)巷道對(duì)應(yīng)位置，進(jìn)入鎖緊狀態(tài)4堆垛機(jī)移出轉(zhuǎn)軌車(chē)堆垛機(jī)下轉(zhuǎn)軌車(chē)，進(jìn)入目標(biāo)巷道轉(zhuǎn)軌車(chē)保持不動(dòng)，待堆垛機(jī)進(jìn)入目標(biāo)巷道就位后，轉(zhuǎn)軌車(chē)解除鎖緊狀態(tài)5釋放轉(zhuǎn)軌車(chē)堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)至目標(biāo)貨位轉(zhuǎn)軌車(chē)保持不動(dòng)，處于待命狀態(tài)2）堆垛機(jī)在轉(zhuǎn)軌車(chē)上的支撐方式特殊設(shè)計(jì)。常規(guī)堆垛機(jī)是靠上下水平導(dǎo)輪和天地軌作用保持堆垛機(jī)處于豎直狀態(tài)，轉(zhuǎn)軌車(chē)上沒(méi)有天軌，需要做一套支撐裝置替代上水平導(dǎo)輪來(lái)維持堆垛機(jī)的豎直狀態(tài)；3）在換軌過(guò)程，要有一套機(jī)構(gòu)來(lái)固定轉(zhuǎn)軌車(chē)，避免堆垛機(jī)的移動(dòng)使轉(zhuǎn)軌車(chē)出線偏移，造成不安全因素；4）換軌過(guò)程中，電氣控制方面采取相應(yīng)的措施來(lái)保證堆垛機(jī)和轉(zhuǎn)軌車(chē)的相互校驗(yàn)和對(duì)接；5）每臺(tái)堆垛機(jī)都能夠在任意巷道內(nèi)正常工作，完成出入庫(kù)作業(yè)?？偠灾?，轉(zhuǎn)軌車(chē)式換軌的形式，需要通過(guò)機(jī)械和電氣的方式同時(shí)保證堆垛機(jī)在換軌的過(guò)程中保持穩(wěn)定可控的狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)換軌的順利和可控。同時(shí)，由于每臺(tái)堆垛機(jī)都有可能在任意巷道內(nèi)作業(yè)，要求堆垛機(jī)之間的互換性高，一致性好。2道岔式換軌道岔式換軌是指堆垛機(jī)通過(guò)道岔機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)換軌，這種方式類(lèi)似于火車(chē)換軌。這種方式下，在N個(gè)巷道中配置N-2個(gè)道岔裝置和M臺(tái)堆垛機(jī)（N大于M），如圖2所示。圖2道岔式換軌方案圖堆垛機(jī)切換巷道時(shí)，需要配合道岔機(jī)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn)換軌。如圖3所示，道岔機(jī)構(gòu)由直段軌道、彎段軌道和一套切換裝置構(gòu)成。堆垛機(jī)需要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能時(shí)，道岔機(jī)構(gòu)彎段軌道與對(duì)應(yīng)主軌道對(duì)接；堆垛機(jī)需要直行通過(guò)時(shí)，道岔機(jī)構(gòu)直段軌道與對(duì)應(yīng)主軌道對(duì)接。圖3道岔機(jī)構(gòu)以圖2所示方案為例，當(dāng)堆垛機(jī)需要從2巷道轉(zhuǎn)到4巷道時(shí)，需要配合道岔機(jī)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn)換軌。具體流程如表2所示。堆垛機(jī)在其他巷道之間的切換與之類(lèi)似。涉及到1巷道和6巷道的換軌過(guò)程會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單。相比常規(guī)堆垛機(jī)，岔道式換軌的方式在方案設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中需要注意：1）換軌處的天軌沒(méi)有貨架支撐，需要單獨(dú)設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)；2）換軌處天地軌的彎道部分做處理，要保證天地軌在彎道部分的平行度；3）換軌處天軌和地軌道岔機(jī)構(gòu)的同步性，確保換軌過(guò)程的安全可控；4）堆垛機(jī)的上下水平導(dǎo)向輪要做成可以轉(zhuǎn)彎的機(jī)構(gòu)，保證堆垛機(jī)能順利通過(guò)彎道。5）堆垛機(jī)在換軌處取電的問(wèn)題。傳統(tǒng)的堆垛機(jī)是在每個(gè)巷道配置一個(gè)獨(dú)立的滑導(dǎo)線供電，而岔道式換軌需要在換軌的直線段（垂直于巷道方向）增加一根滑觸線供電，堆垛機(jī)上的取電裝置設(shè)置成2個(gè)，保證在換軌過(guò)程堆垛機(jī)不斷電。表2道岔式換軌的主要階段序號(hào)階段堆垛機(jī)道岔機(jī)構(gòu)1調(diào)度系統(tǒng)下達(dá)換軌任務(wù)堆垛機(jī)移動(dòng)到換軌側(cè)道岔機(jī)構(gòu)1彎段軌道與對(duì)應(yīng)主軌道對(duì)接；道岔機(jī)構(gòu)2直段軌道與對(duì)應(yīng)主軌道對(duì)接；道岔機(jī)構(gòu)3直段軌道與對(duì)應(yīng)主軌道對(duì)接；2堆垛機(jī)移動(dòng)堆垛機(jī)轉(zhuǎn)彎，從位置1移動(dòng)到位置2；堆垛機(jī)繼續(xù)前進(jìn)，移動(dòng)到位置3道岔機(jī)構(gòu)保持不動(dòng)3道岔機(jī)構(gòu)調(diào)整堆垛機(jī)保持不動(dòng)道岔機(jī)構(gòu)3彎段軌道與對(duì)應(yīng)主軌道對(duì)接；其余道岔機(jī)構(gòu)不動(dòng)。4堆垛機(jī)轉(zhuǎn)彎堆垛機(jī)轉(zhuǎn)彎，從位置3移動(dòng)到位置4道岔機(jī)構(gòu)保持不動(dòng)5堆垛機(jī)移動(dòng)至目標(biāo)貨位堆垛機(jī)在巷道4內(nèi)移動(dòng)，至目標(biāo)貨位道岔機(jī)構(gòu)保持不動(dòng)3U型/蛇形換軌U型換軌是指相鄰兩個(gè)巷道端部連接，1臺(tái)堆垛機(jī)可以在兩個(gè)巷道中自由運(yùn)行，通過(guò)U型彎道實(shí)現(xiàn)巷道的切換。1臺(tái)堆垛機(jī)負(fù)責(zé)2個(gè)巷道的存取貨作業(yè)任務(wù)。圖4U型換軌方案圖這種方式不需要配置特殊的換軌裝置，需要對(duì)天地軌的彎道部分做處理，特別注意要保證天地軌在彎道部分的平行度。另夕卜堆垛機(jī)的上下水平導(dǎo)向輪要做成可以轉(zhuǎn)彎的機(jī)構(gòu)，保證堆垛機(jī)順利通過(guò)彎道。蛇形換軌是U型換軌的一種延伸，把堆垛機(jī)運(yùn)行軌道布置成蛇形，這樣1臺(tái)堆垛機(jī)就可以負(fù)責(zé)多個(gè)相鄰巷道內(nèi)的出入庫(kù)作業(yè)。圖5蛇形換軌方案圖4各種方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較對(duì)幾種換軌方式做比較，主要的優(yōu)缺點(diǎn)和注意事項(xiàng)如表3所示。表3各種換軌方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較轉(zhuǎn)軌車(chē)式換軌道岔式換軌U型/蛇形換軌堆垛機(jī)臺(tái)數(shù)/巷道數(shù)M:N（N大于M,常見(jiàn)的比例為1:3）M:N（N大于M）1:N（N>2）換軌作業(yè)耗時(shí)換軌作業(yè)耗時(shí)長(zhǎng)換軌作業(yè)耗時(shí)較短換軌作業(yè)耗時(shí)較短換軌占用空間較小較大較大堆垛機(jī)取電保證堆垛機(jī)在轉(zhuǎn)軌車(chē)上的取電，且與堆垛機(jī)在巷道內(nèi)取電的裝置保持同步保證堆垛機(jī)在道岔裝置上的取電，且與堆垛機(jī)在巷道內(nèi)取電的裝置保持同步保證堆垛機(jī)在彎道處的取電需要對(duì)天地軌的彎道部分做處理，特別注意要保證天地軌在彎道部分的平行度堆垛機(jī)上下導(dǎo)輪與常規(guī)堆垛機(jī)一致堆垛機(jī)的上下水平導(dǎo)向輪要做成可以轉(zhuǎn)彎的機(jī)構(gòu)，保證堆垛機(jī)順利通過(guò)彎道。堆垛機(jī)的上下水平導(dǎo)向輪要做成可以轉(zhuǎn)彎的機(jī)構(gòu)，保證堆垛機(jī)順利通過(guò)彎道。出入庫(kù)站臺(tái)只能在立體庫(kù)的一端布置出入庫(kù)站臺(tái)只能在立體庫(kù)的一端布置出入庫(kù)站臺(tái)只能在軌道的兩個(gè)末端布置出入庫(kù)站臺(tái)堆垛機(jī)互換性高高中可擴(kuò)充性后期可以根據(jù)實(shí)際需要增加，無(wú)需再對(duì)原有堆垛機(jī)做改造后期可以根據(jù)實(shí)際需要增加，無(wú)需再對(duì)原有堆垛機(jī)做改造后期可以根據(jù)實(shí)際需要增加，但是需再對(duì)原有堆垛機(jī)做放撞檢測(cè)天地軌與常規(guī)堆垛機(jī)基本一致需要對(duì)天地軌的彎道部分做處理，特別注意要保證天地軌在彎道部分的平行度5應(yīng)用案例塔里木某油田公司2013年新建的巖心庫(kù)就是一個(gè)典型的應(yīng)用堆垛機(jī)換軌方案降低投資成本的案例。該巖心庫(kù)采用的是組合橫梁式貨架，配置6個(gè)巷道，約8000個(gè)貨位，要存儲(chǔ)近20萬(wàn)米的巖心。由于該巖心庫(kù)主要用于給地質(zhì)相關(guān)的科研人員觀察巖心使用，對(duì)出入庫(kù)效率要求不高，每天8小時(shí)300個(gè)托盤(pán)的出入庫(kù)作業(yè)量就能夠滿足使用要求。一般來(lái)說(shuō)托盤(pán)堆垛機(jī)的作業(yè)效率大于40托盤(pán)/小時(shí)。每臺(tái)堆垛機(jī)一天的作業(yè)量約為40托盤(pán)/小時(shí)x8小時(shí)=320托盤(pán)＞300托盤(pán)。單臺(tái)堆垛機(jī)能夠滿足立體庫(kù)的出入庫(kù)作業(yè)要求。如果按照常規(guī)布局，每個(gè)巷道配置一臺(tái)堆垛機(jī)，則需要配置6臺(tái)堆垛機(jī)。如果選擇換軌方案，可以用1臺(tái)堆垛機(jī)實(shí)現(xiàn)6個(gè)巷道內(nèi)的作業(yè)任務(wù)。1）轉(zhuǎn)軌車(chē)式換軌轉(zhuǎn)軌車(chē)式換軌方案，需要配置1臺(tái)轉(zhuǎn)軌車(chē)，考慮到堆垛機(jī)在換軌過(guò)程中耗時(shí)較長(zhǎng)，大概5分鐘的換軌作業(yè)時(shí)間，需要增加1臺(tái)堆垛機(jī)，以保證滿足出入庫(kù)要求。同時(shí)，能搞保證其中一臺(tái)堆垛機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)不影響系統(tǒng)的整體運(yùn)行。需要配置：2臺(tái)堆垛機(jī)和1臺(tái)轉(zhuǎn)軌車(chē)。2）道岔式換軌道岔式換軌方案，需要配置1臺(tái)堆垛機(jī)，考慮到系統(tǒng)可靠性，再增加1臺(tái)堆垛機(jī)作為備用堆垛機(jī)。需要配置：2臺(tái)堆垛機(jī)和4套道岔機(jī)構(gòu)。3）U型/蛇形換軌U型布置，需要配置3臺(tái)堆垛機(jī)。蛇形布置，需要配置1~2臺(tái)堆垛機(jī)。綜上，采用換軌方式，在該巖心庫(kù)中可以配置1~3堆垛機(jī)，或者2臺(tái)堆垛機(jī)配合1臺(tái)轉(zhuǎn)軌車(chē)，就可以滿足出入庫(kù)任務(wù)。后期如果效率需求增加的需求，可以根據(jù)實(shí)際情況再增加堆垛機(jī)數(shù)量。相比傳統(tǒng)的每個(gè)巷道一臺(tái)堆垛機(jī)的方案，至少節(jié)省3臺(tái)堆垛機(jī)的購(gòu)置成本。在該巖心庫(kù)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)實(shí)際建設(shè)中，選用了轉(zhuǎn)軌車(chē)式換軌的方案。布置了6個(gè)巷道12排43列16層，共計(jì)8256個(gè)貨位，配置了2臺(tái)堆垛機(jī)和1臺(tái)轉(zhuǎn)軌車(chē)。目前該巖心庫(kù)已經(jīng)投入使用，滿足設(shè)計(jì)要求，使用效果良好。6結(jié)束語(yǔ)堆垛機(jī)的換軌是堆垛機(jī)的一種靈活應(yīng)用，在發(fā)揮自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化程度高，空間利用率高，管理精確，人力成本低等優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用堆垛機(jī)換軌，在滿足自身使用需求的前提下降低了建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)了與用戶實(shí)際需要的緊密結(jié)合。參考文獻(xiàn)：【相關(guān)文獻(xiàn)】劉昌祺，董良.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004:93-122.汪祥余,吳雙,趙劍道，袁碩，武名虎.自動(dòng)化倉(cāng)