個性化立庫的設計要點

郝隆譽

摘要：特殊行業的自動化立體倉庫如冷凍冷藏立體倉庫、防爆型有軌巷道堆垛機、橡膠輪胎庫等具有各自顯著的特點，在設計與制造中必須滿足其各自的特殊性。

關鍵詞：低溫庫、防爆、輪胎、特殊環境

低溫庫設計

要確保低溫食品在制造、儲存、輸送及銷售等流通過程中保持低溫狀態，以維持食品品質，需要有完善的冷凍、冷藏設施、物流裝備以及快速運作的冷鏈物流體系。物流發達國家普遍采用以移動式貨架為主導的冷凍、冷藏自動化立體倉庫。在我國，目前還沒有一座真正意義上的自動化冷凍、冷藏立體倉庫，可以說，在低溫環境下，采用自動化控制，運用機械設備自動存取的立體倉庫至今仍是空白。

冷凍、冷藏立體倉庫是低溫環境下的恒溫庫，要保持低溫與恒溫，需要各方面設施和技術的支持。要實現低溫狀態下的自動化控制，實施無人化存取，需要配備適應低溫環境的設施和設備。

1總體要求

(1)整體設施要求

低溫庫的土建工程與常溫庫不同，尤其是配備有軌巷道堆垛機、高層貨架的自動化立體倉庫，庫面地基不僅要防濕、防凍、地面要設保溫層外，地基還需具備足夠的承載能力，同時必須考慮由于低溫庫在除霜、除水時產生水流的排放，因此庫內要有排水通道，排水通道要根據庫內設施位置確定。

不同溫域對設施有不同的要求，涉及到執行設備材料的選用，組合結構的形式，安裝工藝，電氣控制件的選擇、安裝方式等。

庫房要保持低溫環境，需高效制冷與保溫。與普通低溫庫相比，還需考慮執行設備表面結霜、結冰的預防與清除。

庫內設施的結構與普通庫也有差別，如構件溫度應力的預防與消除，以防止設施結構的冷橋效應；穿堂的合理配置等。

對于常溫庫，由于季節交替帶來溫度變化，因而材料產生熱脹冷縮，形成交變應力，導致材料與結構間的疲勞損傷。低溫庫則無需考慮溫度變化應力影響。

(2)執行設備要求

與普通自動化立體倉庫相比，低溫庫的執行設備如堆垛機、輸送機從設計到制造都相對復雜，設備結構必須適應特殊要求，特別是環境達到冷凍溫度時，首先要考慮設備在低溫狀態下如何保持正常運轉。在材料的選擇上必須避免采用低溫冷脆性材料。從金屬材料應用規范來講，一般溫域劃分以-30℃為界，低于-30℃要選用低溫性能好的材料。在制造過程中，各種構件需采用適應低溫條件的加工工藝。構件的連接方式、構件的組裝方式也必須適應低溫條件。同時，電氣控制的可靠性對自動化立體倉庫的正常運作也是至關重要。此外，運行車輪與導軌打滑的消除、低溫潤滑油的選用也不可忽略。

(3)熱流控制要求

當物體內部溫度不均勻時，熱量會自動從高溫處傳遞到低溫處，熱交換的方式有傳導、對流、幅射三種，冷藏、冷凍庫內熱交換以傳導、對流為主。適當的溫度及濕度、均勻的空氣流速及分布、良好的衛生控制有利于庫內溫度的均勻，而溫度系數的高低不會影響設備的正常運作。

熱流干擾有多種形式，如貨物的輸入造成熱量的入侵，貨物的呼吸、庫內照明、庫門的開閉、出入通道形成熱量的對流，作業熱(如庫內電器運轉熱、工作人員散熱等)的散發，都會帶來庫內溫度變化。為保持良好的低溫環境，在設計結構布局、物流路徑確定時必須考慮有效避免、降低熱流干擾。同時，迅速降低物品入庫溫度是重要措施，其中制品預冷是重要的環節，可有效減少入庫后對庫內溫度的干擾，所以預冷設施的合理配備必不可少。

對流是形成溫度干擾最顯著的形式，溫差越大，對流越強，因此阻斷熱流是控制溫度的關鍵。阻擋氣體的流動有多種形式，有些看似簡單的措施卻起著不可忽略的作用，如在通道口掛簾，避免開通時的瞬時對流，是阻斷空氣對流極為經濟有效的方式。

2電氣控制要求

電氣元件在低溫狀態下的安全性、實用性和耐久性是自動化控制的關鍵，因此，電氣元件必須有高可靠度指標。同時，安裝的工藝也直接影響控制質量，必須有較高的可靠度要求。配電柜保溫、防霜、電氣獨立元件的保溫、防凍措施，滑導線運行機構的保溫防霜方式、電刷加熱溫度等均需適宜。

有些電氣元件無低溫性環境工作性能，需要個體保溫。有些電氣元件出現故障后會產生凍結，必須考慮如何解凍，以及實施快速維修以恢復其功能，這些問題直接影響著自動化立體倉庫的正常運行和工作效率，必須完善解決。

3弱化“冷橋”效應

在庫內構件與庫體連接部位、電纜的出入通道，應連續而均勻地覆蓋保溫材料，如果在實際設計和施工中造成“短路”，形成“冷橋”，將導致該部位形成熱交換源，使建筑物的整體保溫性能下降。“冷橋”的存在會造成冷凝現象，構件表面凝結的水滴會影響設備及產品的安全，并導致金屬表面腐蝕，影響建筑物的正常使用。

4設備的維護要求

在常溫庫，設備維修可以正常進行。但在-30℃甚至-60℃的倉庫中，即使配備防寒服，維修人員也只能堅持半小時至1小時。因此，維修的快捷是必須考慮的因素，這就要求機械結構要合理，具備快速更換、快速拆卸性能。同時，要考慮配備方便維修的輔助設施、工位器具。必要時，要具備實施快速出庫的方式與泊位。

5總體規劃階段

在方案規劃階段，設計方要與客戶進行全面的溝通，深入了解不同商品的特性，對制品公司的企業管理系統要有充分的了解，也應讓制品公司對所做的每一步都理解認可。冷庫建設是不允許失敗的，因為冷庫一旦失敗就是廢庫，無法挽救。

結合我國國情，適應國內市場需求，在規劃和設計低溫物流系統時還應注意以下幾點：

(1)規劃準備，分析上游供應商、下游顧客的特性，確定中間節點的設施配備。

(2)系統規劃，包括物流路線、流動頻率、設施規模等，要形成快捷合理的儲存物流供應鏈。

(3)不同制品、不同企業具有不同特點，方案設計要滿足個性化要求。

(4)技術經濟性指標方面，要結合企業經濟實力、物流水平要求，選擇相應的規模與自動化程度。

防爆型有軌巷道堆垛機設計

BDX防爆有軌巷道堆垛機是在特殊環境下運行的設備，它的機械結構運行控制必須滿足以下要求：

(1)運動構件不得有爆源隱患，絕對避免磨擦火花的發生；

(2)金屬結構除滿足強度要求外，還必需有足夠的剛度，外形圓滑無銳角；

(3)運行狀態下要求小振動低噪音，運行無沖擊，停車平穩準確；

(4)過載、斷繩、超速保護裝置避免；中擊振動、啟動運行時磨擦火花；

(5)外表防護使用的油漆、

涂料不得含有輕金屬粉末。

與普通堆垛機相比，BDX防爆巷道堆垛機采取了特殊減振與降噪措施，加工過程采用特殊工藝以消除爆源。在正常工作狀態下可能發生摩擦碰撞的部位或同外物發生碰撞的地方都采用了銅基材料或不銹鋼材料，以確保磨擦時無火花產生。

1BDX防爆堆垛機設計改進與創新

(1)機械設計改進與創新

為適應防爆要求，結構部件采取以下改進措施：

①金屬結構

金屬結構是堆垛機的主體結構，立柱、上橫粱和下橫梁必須有足夠的剛度，BDX防爆巷道堆垛機立柱、載貨臺吊架均采用型材，體積顯著減小，整個結構布局緊湊，強度高，剛性好，外形美觀圓滑無銳角。

②起升機構

起升機構驅動傳動型式為同軸式，起動及制動平穩，結構緊湊減少機械沖擊，便于載貨臺的準確定位。

③運行機構

運行機構驅動裝置全部采用結構先進的總成，并采用變頻器控制實現無級調速，以確保停準精度和運行平穩。接觸碰撞部位均采用橡膠緩沖器避免剛性沖擊。

④貨叉機構

貨叉伸縮傳動機構采用專利技術——密閉防爆專用鏈輪徑向離合器，簡化了結構，能有效避免磨擦火花發生。

⑤載貨臺

載貨臺采用獨立滾輪斜面的失重同步制動器專利技術，取消了所有連桿與彈簧構件，簡化了結構。該機構采用滾輪式制動，有效避免了鉗口式平面磨擦，大大降低了發生磨擦火花的幾率。

(2)控制設計改進與創新

①采用了西門子Profibus現場總線技術，使信息傳輸更加可靠。

②采用最新技術成果“激光測距儀＋變頻器閉環調速控制”，實現了堆垛機的絕對認識和無級調速控制，堆垛機起步加速和減速停車更加平穩準確。

③全部采用無火花型防爆光電開關，內部電路為無火花發生的電子電路，電氣線路全部經2000V、1min、50Hz交流耐壓實驗無擊穿、閃絡現象。電氣線路設有防機械損傷的可靠保護。

④全部電氣設備的地面軌道必須可靠接地，接地電阻不大于4Ω。主回路與控制回路對地絕緣電阻應不小于0.5MΩ。

2振動和噪音的控制

振動是磨擦撞擊源，必須加以嚴格控制。要實現對振動的有效控制以避免磨擦火花，對各項技術指標和性能提出了更嚴格的要求，需要對相互關聯的諸多因素進行綜合控制協調治理。通過對堆垛機振動力學模型系統分析研究，明確各因素因果關系及內在聯系，針對各因素特性采取不同措施，對振動取得有效控制，具體措施如下：

(1)堆垛機、貨架、運行道軌是一個有機整體，如果三者固有頻率接近，必然產生共振。為避免共振，運行道軌與貨架、導軌與貨架采取不同方式的特殊隔振措施，實現了良好的減振效果。

(2)堆垛機整體構件均采用型材，提高了剛度，減輕了自重。

(3)合理設計軸系結構，避開共振的臨界轉速。

(4)立柱箱體內設置阻斷結構，降低共鳴效應。

(5)在構件連接處采用彈性阻尼隔振技術。

(6)采用振源負荷減振專利技術。

(7)運行道軌采用特殊加工工藝措施，提高平穩性，并采取特殊隔振結構，避免與貨架的共振。

(8)導向輪運行系統采用復合材料滾輪，收到良好的減振降噪效果。

3結論

太原剛玉物流工程有限公司為廣東華潤涂料有限公司制造的BDX防爆堆垛機，通過南洋防爆研究所全面檢測，各項技術指標達到標準要求，經過三年的實際運行，全部功能正常實現，運行平穩可靠，從未發生任何故障，各項技術指標已達到國際先進水平，在國內處于領先地位，是國內首創。

經驗表明，要實現對振動和噪音的有效控制，避免火花，各項技術指標和性能要嚴格控制，并且需要對相互關聯的諸多因素綜合控制、協調治理。只有把堆垛機作為一個系統加以分析研究，明確各因素因果關系及內在聯系，通過對各因素的重組改變，才能保證高速狀態下堆垛機的正常運行。按照堆垛機運行規律，當運行速度超過100m/min時，噪音曲線將出現拐點，急劇增強。

橡膠輪胎庫設計

橡膠輪胎直徑、厚薄、規格繁多，采取固定尺寸貨位通常難以達到特殊要求。在實際使用中，貨位要適應多樣性要求，空間大小必須可調節，并要實現動態密集立式存放。目前，國內橡膠輪胎庫主要采取平碼堆放或吊掛。

1關鍵技術問題分析

橡膠輪胎的儲存狀態、入出方式具有特殊要求，平碼堆放、固定立放、懸臂吊(托)掛等方式的共同缺陷是無法調整方位，不僅變形大，而且很難實現先進先出。自動化立體輪胎倉庫必須適應多品種、多規格輪胎的密集儲存，并能調整位置，避免變形，同時要實現先進先出要求。

貨位要適應多樣性要求，空間大小必須可調節，并要實現動態密集立式存放。要滿足以上條件，貨位應采取連續形式，通過折疊斜面滾道，形成三維立體連續貨架，不僅可解決輪胎連續擺放，同時通過運用重力原理，在出庫過程中實現輪胎的位置調整；如超期滯留，可采取模擬出入庫循環，進行位置調整，以最經濟的方式滿足特殊功能。為保證逐件提取的有效控制，在輪胎出口需設置門擋機構，以實現釋放與阻擋的快速可靠實現，此機構必須實現逐一開閉，在釋放前一個的同時必須阻擋后一個下滾，門擋機構運用機床夾具常用的死點自鎖原理，實現開啟阻擋功能。該機構簡單，緊湊體積小，工藝性良好，成本低廉輪胎存放需從貨架頂部輸入，如采用行車輸入，效率低操作不便。采用結構簡單操作方便的專用提升機，成功實現了輪胎的自動輸入功能，提升機由機架、道軌、提升臺組成，輪胎通過轉運小車輸入提升臺，沿提升臺機架將輪胎提升到貨架入口位置，通過重力作用自動滾入貨架，完成入庫存放。輪胎立式存放倉儲庫在國內為首創，較完善地解決了橡膠輪胎的合理存儲。

2主要特點

輪胎立式存放倉儲庫具有如下特點：自動存儲，重力取貨；適應各種規格橡膠輪胎；可實現先進先出；可隨時調整方位，防止變形。