引言

堆垛機作為自動化倉庫物流系統(tǒng)中的核心設(shè)備,為無人化搬運的實現(xiàn)提供了支持。堆垛機的水平運行速度及其加速度、載貨臺升降速度及其加速度、貨叉伸縮速度及其加速度這幾項重要參數(shù),直接影響物料的出入庫效率[1]。本文通過對堆垛機核心部件的優(yōu)化設(shè)計,優(yōu)化了其各項參數(shù),制造出了高性能堆垛機,提高了中藥材的周轉(zhuǎn)效率,可以有效滿足企業(yè)高速發(fā)展的需求。

1高速堆垛機機構(gòu)

1.1高速堆垛機結(jié)構(gòu)設(shè)計

普通雙立柱堆垛機走行速度為160m/min,加速度為0.5m/s2:升降速度為45m/min,加速度為0.5m/s2。走行機構(gòu)由天軌、地軌、底架、鐵質(zhì)走行輪、天地軌導(dǎo)向輪（金屬材料）、地軌走行伺服電機等組成,驅(qū)動方式為地軌伺服電機直接驅(qū)動鐵質(zhì)走行輪在地軌上運行,兩種鐵質(zhì)材料通過摩擦力推動幾十米高的設(shè)備前進很難實現(xiàn)高速運行且運行噪聲較大:升降機構(gòu)由立柱、頂梁、載貨臺、卷揚機、導(dǎo)向輪、一臺伺服驅(qū)動電機等裝置組成,驅(qū)動方式為伺服電機驅(qū)動卷揚機旋轉(zhuǎn),卷揚機帶動鋼絲繩實現(xiàn)載貨臺上升、下降,若高速上升、下降,會發(fā)生鋼絲繩松繩故障,此機構(gòu)限制了高速運行。

針對普通堆垛機進行優(yōu)化,重新設(shè)計出高速堆垛機。高速堆垛機走行機構(gòu)由天軌、地軌、底架、同步輪、同步帶、橡膠走行輪、地軌驅(qū)動伺服電機、天軌伺服驅(qū)動電機、天地軌導(dǎo)向輪(橡膠材料）組成,選用同步帶輪傳動方式來替代傳統(tǒng)的直接驅(qū)動走行輪模式可實現(xiàn)較大幅度提速,通過底架上的走行伺服電機驅(qū)動同步輪高速運轉(zhuǎn),在同步帶輪的作用下實現(xiàn)整個堆垛機沿天地軌做水平方向的走行運動。由于堆垛機高數(shù)十米,在高速運行的狀態(tài)下,存在天地軌道走行不同步的情況,相對于普通堆垛機,高速堆垛機在天軌上增加了一套走行機構(gòu),和地軌走行電機同步驅(qū)動運行,確保穩(wěn)定高效運行。高速堆垛機升降機構(gòu)由立柱、頂梁、載貨臺、兩套同步帶輪、兩臺升降伺服電機、導(dǎo)向輪等裝置組成,通過升降驅(qū)動裝置上的兩臺驅(qū)動電機同步驅(qū)動其帶輪旋轉(zhuǎn),然后通過升降驅(qū)動裝置上的同步帶帶動載貨

臺,實現(xiàn)其沿立柱的上下運動。高速堆垛機升降機構(gòu)較普通堆垛機升降機構(gòu)多出一套驅(qū)動及檢測裝置。普通堆垛機載貨臺為整體式框架結(jié)構(gòu),由于速度慢可實現(xiàn)整體上升、下降,高速堆垛機載貨臺兩側(cè)使用軸承連接,自由度較高,在兩套伺服動力驅(qū)動下難免發(fā)生載貨臺不水平的情況,通過激光測距系統(tǒng),實時檢測,實時將數(shù)據(jù)反饋給伺服電機進行閉環(huán)控制,確保載貨臺在高速運行的情況下也能保持水平狀態(tài)。

通過上述設(shè)計優(yōu)化,高速堆垛機走行速度可達到300m/min,加速度可達到2m/s2:升降速度可達到100m/min,加速度可達到2m/s2。核心參數(shù)方面有了重大提升。

1.2走行位置檢測

(1）走行原點/反原點檢測裝置:巷道兩端分別為堆垛機的走行原點和反原點,它們分別是堆垛機在走行原點端(反原點端）的正常停止位置,通過底架上的一個叉式光電開關(guān)和地面上的原點檢測片(反原點檢測片）來檢測(圖1）。

(2）走行位置檢測裝置:在堆垛機運行過程中,需用走行位置檢測裝置來檢測堆垛機走行方向的位置。堆垛機走行檢測采用條碼測距,通過條碼測距器閱讀條碼帶上的條碼來確定堆垛機位置。

1.3安全裝置

(1）速度檢測:出于安全考慮,堆垛機的運行速度必須被實時監(jiān)控。堆垛機的走行速度由走行驅(qū)動電機上自帶的編碼器來反饋。

(2）強制減速:出于安全考慮,堆垛機在運行到巷道兩端之前必須減速。該功能通過堆垛機底架上的舌簧開關(guān)和地面上的磁鐵(圖1）來共同完成。當(dāng)堆垛機向巷道端頭運行時,機上的舌簧開關(guān)被地面的磁鐵觸發(fā),然后向控制系統(tǒng)發(fā)出指令,堆垛機開始減速。堆垛機向巷道端頭運行時,機上的舌簧開關(guān)被地面的第一個磁鐵觸發(fā)后,堆垛機將正常減速:被第二個磁鐵觸發(fā)后,若堆垛機的速度未降至規(guī)定速度,則堆垛機將被強制減速。

（3）極限檢測:在巷道正常運行范圍外的兩端,地面上各有一個極限觸板,它們與堆垛機底架上的行程開關(guān)（圖1）一起,用于檢測堆垛機是否超出正常的運行范圍。若超出,則堆垛機將立即啟動應(yīng)急停車程序,驅(qū)動電機抱閘。

（4）緩沖器:堆垛機巷道兩端設(shè)有油壓緩沖器,緩沖器是保證堆垛機安全的最后一道防線,當(dāng)堆垛機超出極限運行位置后,可通過油壓緩沖器實現(xiàn)緩沖和機械限位。

（5）超速保護裝置:堆垛機升降機構(gòu)在運行過程中,若提升同步帶出現(xiàn)松弛的意外情況,會使升降機構(gòu)做短暫的自由落體運動,從而使載貨臺超速,這會對堆垛機造成嚴(yán)重的傷害,甚至導(dǎo)致人員傷亡,因此堆垛機需要設(shè)置提升同步帶松弛檢測裝置和升降機構(gòu)超速保護裝置。其中,松弛檢測裝置是在提升同步帶連接末端各設(shè)置一個行程開關(guān),當(dāng)出現(xiàn)松弛時,該同步帶連接末端處的自張緊裝置彈起,觸發(fā)該行程開關(guān),從而檢測出同步帶松弛。超速保護裝置（圖2）有兩個功能:一是檢測載貨臺是否超速,二是超速后需使其停止運動,對其實施保護,即超速制動。

（6）貨物狀態(tài)檢測機構(gòu):載貨臺上設(shè)有貨物狀態(tài)檢測機構(gòu),用于檢測進出載貨臺的貨物外形尺寸是否超出限值、載貨臺內(nèi)是否有貨物、貨架上是否有貨物。

2高速堆垛機在中藥倉儲物流自動化中的應(yīng)用

（1）堆垛機與上位調(diào)度系統(tǒng)的通信:高速堆垛機自動運行時需要上位調(diào)度系統(tǒng)對其下指令,然后堆垛機按該指令執(zhí)行相應(yīng)的操作,通過在地面上地軌末端和堆垛機機身上分別安裝一個紅外通信器來實現(xiàn)通信（圖3）。

（2）堆垛機與站臺的通信:當(dāng)堆垛機與站臺需要進行貨物信息傳輸時,通過堆垛機上的站臺互鎖與地面上的對應(yīng)站臺互鎖來實現(xiàn)（圖3）。

（3）堆垛機的存取貨功能:走行電機驅(qū)動帶輪使堆垛機沿天地軌做水平運動:在升降驅(qū)動裝置的驅(qū)動下,同步帶拉動載貨臺使其沿立柱上的升降導(dǎo)軌完成升降運動:載貨臺上裝有貨叉,貨叉電機驅(qū)動鏈輪鏈條傳動機構(gòu),使叉體完成左右伸縮運動。通過這3個方向的運動,完成貨物從站臺到貨架之間的存取任務(wù)。

（4）入庫:前處理車間生產(chǎn)人員在wMs系統(tǒng)人工創(chuàng)建入庫單據(jù),創(chuàng)建完成后,將已經(jīng)加工好的凈藥材飲片裝入周轉(zhuǎn)箱內(nèi),通過在線稱重將藥材相關(guān)信息同步至wMs系統(tǒng),周轉(zhuǎn)箱再輸送至高速堆垛機取貨站臺,滿足取貨條件后由wCs系統(tǒng)對高速堆垛機下達指令,堆垛機從取貨站臺取走周轉(zhuǎn)箱并放入相應(yīng)的貨格中,完成該箱入庫任務(wù)。當(dāng)所有周轉(zhuǎn)箱全部入庫后,wMs系統(tǒng)自動完成入庫任務(wù),并自動生成入庫報表,wMs系統(tǒng)同步將藥材信息自動傳輸至sAP系統(tǒng)。

（5）出庫:提取車間生產(chǎn)人員在sAP系統(tǒng)上開具調(diào)撥單,sAP系統(tǒng)同步將憑證號傳送至wMs系統(tǒng),wCs系統(tǒng)對堆垛機下達任務(wù),使堆垛機從相應(yīng)貨格中取出所需要的周轉(zhuǎn)箱,然后輸送至出庫站臺,自動輸送至提取罐投料。投料完成后wMs系統(tǒng)自動扣除相應(yīng)庫存,并將庫存信息自動同步至sAP系統(tǒng)。

3結(jié)語

高速堆垛機可用于搬運100kg以下的箱式或輕型貨物,具有重量輕、噪聲小、速度快的優(yōu)點,每臺堆垛機流量可達到120箱/h,能夠滿足中藥飲片自動化投料的需求。