浅谈自动化立体仓库机械结构设计

浅谈自动化立体仓库机械结构设计

何文峰

（广东昭信智能装备有限公司）

摘要：在我国经济不断发展的环境下，机械加工的需求量在不断地增加。同时，在各行各业的发展趋势下，非标设备的应用越来越广泛。非标设备的设计要求也不断地提高，对设计人员的要求较高，不仅需要具备广泛的专业知识，还需要根据国家行业标准与规格对其进行合理的设计。同时，还需要根据非标设备的用途需求自行设计符合要求的非标设备。在机械加工行业中，非标设备的使用情况比较普遍，因此，需要对其设计与加工进行深入的研究。故本文从技术难点及解决方案、工艺流程和主要机械结构与设计参数进行了深入的探讨。

前言

自动化立体仓库产生于二十世纪五十年代，是用自动化物料搬运设备进行货物出库和入库作业操作的仓库。设计了自动化立体仓库机械结构。对其系统工艺的流程分析，确定了设计方案以及设计参数，它主要由暂存架、堆栈轨道车、承载架、输送系统以及其它辅助设备构成，它主要传动方式为链条传动。自动化立体仓库已投入使用，效果良好。

一、技术难点及解决方案

（1）有效降低噪音的措施

采用运行平稳性高、传动噪音低的功能部件。比如：在输送区间的所有范围内，安装有非金属导向装置，输送辊采用非金属材料，这样，托盘的金属导轮在运输过程中，既避免了与金属材料接触而产生噪音，又保证了运行平稳、可靠。此外，链轮、传动轮和导向辊轮等运动部件，均采用非金属材料制作，为降低噪音提供了有力保障。

（2）对环境污染物的有效防护

由于生产工艺对厂房有较高的洁净度要求。因此设备设计中，采取技术措施，尽可能减少生产中对环境的附加污染。在动力传动部位下方，安装异物接收装置，对粉尘、油污等异物进行收集；采用集中的供气和排气方式，避免对环境造成二次污染。

（3）减少冲击震动的措施

选用导向平衡装置，采用伺服电机，安装直线运动导轨或导轮，配置缓冲器件，在地基与地面之间，安装防震垫等。所有这些措施，均会有效地降低设备运行中所产生的冲击震动。

（4）堆栈车停位精度和重复精度

在重量、高速、长距离运行条件、堆叠停车精度和可重复性的要求高、堆场车辆重量超过10吨，高于10米，停止精度在40米停止错误不超过2毫米长长的铁轨，同时根据生产的要求，必须达到最大速度在运行过程120米/分钟，必须保持稳定，光滑的，而且是可行的。在关键设备中，采用伺服电机驱动，直线导轨和导向轮导向结构，并对堆栈轨道车的位置进行精确控制。选用高精度元器件，确保设备停位快速、准确。

二、工艺流程

立体仓库系统的主要工艺是：将前一级平面物流中承载产品的托盘存入到库中的承载架上，经过一段固定时间的工艺处理后将其取出，并放入到后面一级平面物流当中。立体仓库系统中主要对象为一个6层堆栈车，是一个可以完成在直线轨道上行使和升降动作，并且能够一次性对6个托盘完成存入和取出动作的物流移送设备。在自动运行时，平面物流通过提升机将承载产品的托盘送入6层入库暂存架，存满后向堆栈车发出取托盘请求信号，堆栈车接到请求信号后取暂存架托盘，然后将托盘存入某一列承载架上。当某一列承载架的托盘完成工艺处理后，堆栈车将其送入到6层出库暂存架当中，完成动作后会向后一级平面物流发出托盘准备好信号，这时平面物流就会通过出库提升机将出库暂存架上的托盘取走。立体仓库系统要求能够自动、快速、可靠和高效地完成所有的存取动作，对机械结构的设计以及精度都有较高的要求。因此，为了达到设计目的，一个可靠、稳定和灵巧的机械结构设计是必不可少的。

三、主要机械结构与设计参数

（1）入库/出库

6层提升机设备由进料机构、垂直提升机构和机架3部分组成。进料机构包含长辊输送和动力传动部分。主要功能是将最多为6组的屏托组合，根据生产工艺要求，逐一将其输送到“入库6层堆栈机”或从“出库6层堆栈机”中取出。

1、设计参数。长辊输送：长辊85mm；最大输送速度：20m/min，变频调速；传动方式：链传动；长辊输送面平面度：±1.0mm；最大提升速度：40m/min；提升方式：链传动，设置导向装置和配平装置；停位点：6个；停位精度：±2.0mm。

2、安全防护措施。链传动处安装护板；提升区域的顶端和底端，安装安全单元；外部有透明防护板；上部安装检查及维修用的梯子、安全栏杆和平台。

3、架体结构。架体由铝型材联接和矩形管焊接组合而成，既轻巧、美观和平直，又保证架体的强度和刚度。

（2）堆栈轨道车

设备由地面轨道、行走机构、垂直提升机构、6层搬运系统、定位升降机构、换向机构和机架组成，主要实现屏托组合在“平面物流线”与“承载架”之间的存取功能，保证精确、通畅、稳定、快速和可靠；并完成与相关设备的信息交换任务。每次最多可同时存取6层屏托组合。

1、设计参数。行走输送：包胶轮300mm；输送动力：11.0kW，减速比：1/11，伺服电机；行走导向：铝型材导轨，导轮；提升动力：7.0kW，减速比：1/25，伺服电机；最大提升速度：15.7m/min；提升方式：链传动，设置导向装置和配平装置；停位点：2个；停位精度：±2.0mm；搬运动力：0.4kW，减速比：1/14，伺服电机；最大输送速度：45.4m/min；传动方式：齿轮齿条，直线导轨；定位升降动力：0.9kW，减速比：1/10；传动方式：蜗轮蜗杆，导杆，直线轴承。

2、架体结构。架体由铝型材联接和矩形管焊接组合而成，既轻巧、美观和平直，又保证架体的强度和刚度。提升区域的顶端和底端，安装安全单元；行走车体设置操作维修平台和安全护栏。

（3）承载架

承载架由底架和上下两段支架组成，每段支架包含6层承载架，每两列承载架设计为一套。承载架包含进出输送和导向装置。承载架的每列可同时放置12层屏托组合进行工艺处理。

1、设计参数。进出输送：采用万向滚珠作为输送面；输送面平面度：±1.0mm；承载：150kg/一个承载架。

2、进出导向。将每个承载架进出口位置，设计为有坡度的开口结构，并安装耐磨板，利于屏托组合的输送，同时降低运行噪音。

3、架体结构。底架和上下两段支架均由矩形管焊接而成，架体之间用高强度螺栓连接。承载架外侧，设置操作维修平台。

所设计的自动化立体仓库机械结构已在国内著名电子企业成功投入使用，较好实现了系统的稳定、可靠、低噪和精确的运行。实际运行效果表明，立体仓库机械结构系统安全、稳定，很好地适应了现场生产环境，满足了各项生产需要，大大节约了人力和物力。

结束语

随着我国经济的快速发展，对非标设备的需求也随之增加，尤其是在机械加工业中，非标设备的需求与要求较高，为了确保非标设备能够充分发挥出应有的作用，需要对非标设备进行优化设计，并根据客户的需求来设计，充分了解非标设备的零部件，从而达到设计效果。

参考文献：

[1]张素辉.非标准机械设计实例详解机械工业出版社2016.3

[2]岑军健.非标准机械设计手册国防工业出版社2017.29.

[3]郭江红.机械加工非标设备设计及加工研究科技创新与应用2014.29