自動化立體倉庫系統整體貨架的模塊化生產工藝

摘 要：一般來說自動化立體倉庫的高度及自動化程度越高，其對貨架結構的精度、可靠性和穩定性要求越來越高，其高性能高要求的實現必須通過采用的各種先進科學的工藝來保證，為此我們在自動化立體倉庫系統特別是貨架制作中根據其具體的結構形式設計了專門的胎具確保了上述要求的實現，確保了最終貨架結構的安裝符合設計要求。本篇主要說明貨架制作模塊化生產工藝的先進及可操作性，以供讀者參考。

關鍵詞：自動化立體倉庫；貨架；鞍座；胎具

1 前 言

自動化立體倉庫是現代物流系統的重要組成部分，是一種多層存放貨物的高架倉庫系統，由自動控制與管理系統、高位貨架、巷道堆垛機、自動入庫、自動出庫等部分組成。通過出入輸送系統將貨物送至倉庫貨架前，由巷道堆垛機實現自動出庫和入庫存，整個過程通過計算機網絡化管理和自動控制系統完成。

高位貨架結構是自動化立體倉庫系統的重要組成部分，它與堆垛機、貨叉、各種AGV/CTC運輸系統及輔助設備共同構成了一個整體，由于堆垛機和貨叉要在高架倉庫各層貨架之間穿梭，完成存貨取貨等相關工作，考慮到空間的利用率高架倉庫設計一般都比較緊湊，要在狹小、緊湊的空間內保證堆垛機及貨叉的穿梭運行，這就對高位貨架結構的設計、制作及安裝提出了非常嚴格的精度控制要求。

一般來說自動化立體倉庫的高度和自動化程度越高﹐其對整體貨架精度要求越高﹐貨架結構的制造難度也越大，這就要求在貨架結構的制作過程中采取必要且行之有效的加工工藝以保證其高精度要求。

本文主要結合作者在廈門廈順、河南中孚及青海魯豐自動化立體倉庫系統等項目中對高位貨架結構的加工制造過程中采用的模塊化生產工藝的應用及實踐進行闡述。

2 模塊化生產工藝的背景需求

自動化立體倉庫高位貨架結構一般設計成多層框架柱，結構形式為類桁架結構。為保證堆垛機運行的高穩定性和可靠性其設計對于高位貨架結構提出更加嚴格的精度要求。結合國內行業標準JB/T5323-91《立體倉庫焊接式鋼結構貨架技術條件》并以歐盟物料運輸系統高架倉庫標準FEM9.831class 200，control typeD為依據，高位貨架結構尺寸控制精度要求為：①平面度：框架柱沿長度方向的每10m范圍內誤差±2mm、多層框架柱沿長方向總誤差±3mm。②定位尺寸：框架柱沿長度方向的每10m范圍內誤差±1mm、總誤差±2mm，寬度方向的誤差±2mm。③單片鋼柱里鞍座（儲卷座）定位基準高度誤差為±1mm，④框架柱頂板接觸面不平度0.3mm接觸面80%以上。

鋁加工行業自動化立體倉庫一般為單巷道雙貨架或雙巷道三貨架，其它行業根據存儲貨物的不同貨架的布置形式可能不同。高位貨架結構設計高度一般在15～40m不等，由三層框架柱組成，每層框架柱上沿縱向方向設置不等的鞍座（儲卷座）。由于儲存貨物的一致性，高位貨架框架柱的外形尺寸及鞍座除局部有差異外主定位尺寸基本完全一致。

河南中孚自動化立體倉庫項目是生產性倉庫，為雙巷道三貨架結構，結構形式為整體式焊接高位貨架，貨架斷面分為上中下三段框架柱，主結構采用HW300x300H型鋼，全高32.37m。

基于框架柱的外形尺寸完全一致為前提，為保證整體式貨架如此嚴格的質量控制要求，模塊化生產工藝被提出，即采用胎架為模具批量化生產框架柱和鞍座。貨架及鞍座的拼裝、焊接、組裝必須在胎架上進行，且胎架要經過驗證。

只要控制好胎架的定位尺寸，就能以胎架為模具加工制造出誤差一致且滿足設計要求的貨架和鞍座。

3 高位貨架的模塊化生產工藝

3.1 高位貨架的加工制作保證工藝

3.1.1 框架柱工藝流程（見圖1）

3.1.2 框架柱的加工保證工藝

（1）主要結構型式

自動化倉庫系統高位貨架主要由上、中、下三層組合柱及相互間的橫梁、斜撐等構成（見圖2）；

（2）滿足控制要求采取的保證工藝

為保證高位貨架的批量化生產并滿足工期要求，工廠可以根據貨架的各種規格尺寸制造一個或多個胎架，同時必須保證同一貨架的上中下三段框架柱在同一胎架內裝配制造完成。

（3）胎架的搭設及驗證（見圖3）

如圖3所示整個胎架主要由底部H型鋼胎架、上部輔助胎架及端部靠胎組成。首先選定一基準平面并在其上設置底部H型鋼胎架及端部靠胎，底部H型鋼的設置其高度尺寸要根據貨架框架柱底板尺寸大小而定，數量和間距的確定依據是：每個胎架上有3段框架柱每段鋼柱下必須設置2根，間距適當調整滿足每段鋼柱能穩定放置就行，在底部每根H型鋼上設置兩大兩小的靠胎（鋼板）用于控制框架柱寬度尺寸。上部輔助胎架兩側H型鋼上面都設置有8個控制點其編號為1～8，其中1～7是支撐鞍座梁的梁頂部標高控制點、8號是框架柱柱整體高度的控制點，在底部用端部靠胎作為框架柱柱底部基準面，上部輔助胎架H型鋼選用鋼柱H型鋼同一規格的型鋼這樣最后胎架的H型鋼可以利用來制作鋼柱，從而減少材料浪費。

胎架主要控制要點：

①按框架柱設計尺寸（1：1）在胎架上放樣，幾個重要控制尺寸L1～L8（±1）、L（±2）及底板H型鋼胎架的平面度控制，重要尺寸用洋沖及基準塊標識在輔助胎架上。

②底部裝W靠胎與平臺面成90度。

③胎具制作完后應連接在一起，墊好并與地面固定；

④第一件構件做完后，檢查所有尺寸，所有尺寸超差可適當調整胎架。

（4）框架柱具體實施工藝流程

①框架柱放樣、切割下料、編號。

②組合桿件裝配：將框架柱H型鋼與柱底板電焊固定，其余組合桿件根據焊接要求處理。

③將裝配好的兩根H型鋼立柱（上中下三段）放入胎架中，底端與胎架端部靠胎靠緊，左右兩柱利用鍥子與靠胎貼緊定位，控制直角度及間距尺寸滿足設計要求。（見圖3）

④將輔助胎架上1～7檔控制尺寸顯示到框架柱H型鋼上。

⑤根據1～7檔控制尺寸安裝鞍座支撐橫梁并點焊固定，并控制平行尺寸。

⑥安裝框架柱內部十字支撐及垂直支撐，使其形成整體框架。

⑦利用輔助胎架8檔尺寸控制整體框架尺寸。

⑧吊出胎架焊接并加筋板，為保證直線度，在框架柱H型鋼內勁板焊接完后必須進行調直處理。

圖3框架柱組裝胎具搭設及應用

3.2 鞍座的加工保證工藝

3.2.1 鞍座模塊化生產工藝前提

在鋁加工行業，自動化立體倉庫系統中的鞍座主要用來支撐存放鋁卷，鞍座一般分為套筒支撐和外圓支撐，為避免鋁卷外表面及其確保其存放的穩定性，對于鞍座的加工制作精度要求非常高。為了滿足其高精度的要求，必須對生產出的每個構件尺寸進行嚴格控制。但是現在直接制造出的鞍座尺寸精度難以控制，誤差大，且浪費勞動力，給工人們的施工帶來了不便。

為了克服上述技術缺陷，更大的節約資源，我們結合鞍座存儲鋁卷的空間結構形式（見圖4），提出了一種適合于組裝鞍座的胎具，一方面解決了制造精度的難題，另一面便于批量化生產。

根據鞍座的空間外形尺寸1：1在平臺上放樣及設置組裝胎具模型，所有鞍座的裝配焊接都在同一胎具內完成（見圖5）。

3.2.2 胎架的主要構成

一種用于制作自動化立體倉庫鞍座的胎架，它包括兩根水平設置的H型型鋼1，所述兩根H型型鋼平行放置，它們之間通過連接桿連接，在每根H型型鋼上部的中心位置豎直連接一個T字型胎架鋼板2，該胎架鋼板的兩側開有凹口；在所述連接桿之間設有一根H型型鋼，其上部豎直連接一T字型胎架鋼板（見圖5）。

3.2.3 鞍座制作具體工藝流程（見圖5）

（1）制作鞍座：鞍座兩個為一組，每個鞍座分為上下兩部分，鞍座下部為兩塊鋼板，兩塊鋼板之間通過連接桿連接，鞍座上部為一整塊可以套設在下部兩塊鋼板上的蓋板，整個鞍座的內側形狀與T字型胎架鋼板一側的弧度形狀匹配。

（2）安裝鞍座：將鞍座上部套設在鞍座下部上，然后將兩個鞍座置于T字型胎架鋼板的兩側，每個鞍座的下部通過螺栓將兩塊鋼板分別與兩根H型型鋼連接，兩個鞍座的內側分別緊貼T字型胎架鋼板的兩側；

（3）調整鞍座：調整鞍座上部位置，使其頂部與T字型胎架鋼板的兩側下部緊貼，符合要求后進行點焊，最后取出鞍座進行焊接。

為了保證鞍座制作精度減少焊接變形帶來的誤差，所有鞍座的制作都分為上下兩部分完成，當兩部份都制作完成并且都校正以后就可以到胎架里進行組裝了。調整鞍座在胎架里的位置，兩個鞍座的內側分別緊貼T字型胎架鋼板的兩側，使鞍座頂部與T字型胎架鋼板的兩側下部緊貼復查尺寸是否符合要求，當符合要求點焊牢固。把鞍座從胎架里取出進焊接。

4 模塊化工藝的不足及其產生的原因

（1）貨架結構形式根據具體項目的不同而不同，需要根據不同結構形式設計不同的胎架；

（2）胎架內焊接可能存在部分構件焊接應力得不到釋放，需要吊出在胎架外焊接，且部分需要調直處理。

5 結 論

通過在加工制造過程中采取必要的加工保證工藝，特別是胎具技術的大量應用保證了最終的設計精度要求及工期要求，特別是對于結構形式基本相同的貨架結構實現了模塊化、批量化生產。證實了胎具技術在高精度要求自動化立體倉庫的重要性并形成了初步的加工工藝流程，對今后的高精度要求的高位貨架制造工藝及類似的構件施工提供了借鑒和參考的依據。

參考文獻

[1]JB/T5323-91《立體倉庫焊接式鋼結構貨架技術條件》.

[2]JB/T9018-91《有軌巷道式高層貨架倉庫設計規范》.

[3]FEM9.831.

[4]GB50205-2001《鋼結構工程施工質量驗收規范》.

作者簡介：呂記東（1979-），男，河北清苑人，工程師，主要從事鋼鐵行業、鋁加工行業及工業建筑的工程施工、項目管理工作。