小型環(huán)形自動(dòng)化立體庫(kù)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

趙靜靜+莊績(jī)宏+冉建平

[摘 要]隨著現(xiàn)在電子商務(wù)及快遞物流的飛速發(fā)展，社會(huì)對(duì)于自動(dòng)化物流設(shè)備的數(shù)量需求越來(lái)越大，針對(duì)自動(dòng)化立體庫(kù)可實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)高層合理化、存取自動(dòng)化、操作簡(jiǎn)便化的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)其需求量越來(lái)越多，針對(duì)一些小型物流公司，現(xiàn)有的直線(xiàn)型貨架結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，占地面積大，極大地增加了公司運(yùn)營(yíng)成本等問(wèn)題，提出機(jī)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、占地面積小、更加靈活的小型環(huán)形自動(dòng)化立體庫(kù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，運(yùn)用proE建立了3D模型，并用Keyshot對(duì)模型進(jìn)行了渲染，給出了各部分及總體結(jié)構(gòu)的渲染效果圖。

[關(guān)鍵詞]小型環(huán)形立體庫(kù)；創(chuàng)新設(shè)計(jì)；渲染

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2017.15.174

1 引 言

隨著現(xiàn)代人們生活節(jié)奏的加快以及在電子商務(wù)及快遞物流的飛速發(fā)展，社會(huì)對(duì)于物流設(shè)備的數(shù)量需求越來(lái)越大，種類(lèi)需求也越來(lái)越多。在當(dāng)前自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中，不論是大型還是小型的物流公司，貨架的布局大多以直線(xiàn)型為主。直線(xiàn)型貨架包位多，單個(gè)包位載重量大，對(duì)于大型公司來(lái)說(shuō)較為適用。但對(duì)于一些小型物流公司來(lái)說(shuō)，直線(xiàn)型貨架結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，占地面積大，極大地增加了公司運(yùn)營(yíng)成本，大型直線(xiàn)型貨架已不再能夠滿(mǎn)足小型公司客戶(hù)要求。所以該行業(yè)需要研發(fā)更加小型、機(jī)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、占地面積小、更加靈活的小型自動(dòng)化立體庫(kù)。

2 環(huán)形貨架的設(shè)計(jì)

2.1 環(huán)形貨架的分析

環(huán)形貨架：環(huán)形貨架主要由方形管立柱、上橫梁、下橫梁、面板、豎直板、橫板以及上下拉索組成。堆垛機(jī)中的主要承載部件為貨架，所以貨架的結(jié)構(gòu)需要設(shè)計(jì)得比較穩(wěn)定，不僅僅是能夠承載貨物，而且貨架的結(jié)構(gòu)不能因?yàn)槌休d貨物而發(fā)生形變。所以立柱的選擇顯得比較重要。鑒于此，立柱選擇方形管比較合適。堆垛機(jī)的行走機(jī)構(gòu)沿軌道運(yùn)行，為防止行走機(jī)構(gòu)傾倒，在環(huán)形貨架上裝上導(dǎo)向軌道。軌道一般由角鋼、槽鋼或熱軋H型鋼制成。

（1）貨架立柱設(shè)計(jì)。貨架作為堆垛機(jī)的承重結(jié)構(gòu)部分，必須具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，在正常工作的情況下，要非常穩(wěn)定。立柱是整個(gè)貨架的骨架，支撐整個(gè)貨架，所以對(duì)立柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就顯得十分重要，立柱首先要有足夠的強(qiáng)度支撐整個(gè)貨架，其次從減低成本和節(jié)約資源的方面考慮，參考現(xiàn)有自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)里的立柱結(jié)構(gòu)，故選用50mm×50mm×3mm的方形鋼管。

（2）貨架橫板設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)針對(duì)的是一些小型電商，所以支撐的貨物質(zhì)量不大。設(shè)計(jì)的容器承載的最大質(zhì)量為25kg，因此橫板所受壓力不太大，為了節(jié)約材料，減少成本，降低整個(gè)貨架的重量，故選用40mm×40mm×2mm的方形鋼管。貨板支架兩端焊有帶孔的板，通過(guò)螺栓連接到立柱上，使立柱和貨板支架成為一個(gè)牢固的桁架結(jié)構(gòu)。

（3）貨架面板設(shè)計(jì)。貨架面板用來(lái)存放容器和貨物，參考現(xiàn)有自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)里面板的結(jié)構(gòu)，由于本設(shè)計(jì)的包件質(zhì)量為20kg，受力不大，故面板的厚度選用1.6mm鋼板。面板可直接裝卸，方便拆裝，且貨架內(nèi)橫板上有微型定位切口，方便面板在貨架上的定位。

（4）貨架上下拉索設(shè)計(jì)。拉索是連接回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和貨架的橋梁，它使得多個(gè)分離的機(jī)構(gòu)連為一體，拉桿的主要結(jié)構(gòu)就是拉桿兩個(gè)桿的螺紋旋向不同，一個(gè)為左旋，一個(gè)為右旋，兩根桿通過(guò)之間的螺母相連接，調(diào)節(jié)中間的螺母可實(shí)現(xiàn)拉桿的收縮，從而把回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和貨架緊固相連。

（5）支撐腳的設(shè)計(jì)。支撐腳為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)件，利用立柱底部的帶有螺紋的螺栓，安裝在立柱底部，可以調(diào)節(jié)支撐腳上的可調(diào)螺母來(lái)調(diào)節(jié)支撐腳的高度，來(lái)保持貨架的水平放置。

2.2 環(huán)形貨架的設(shè)計(jì)

環(huán)形自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的環(huán)形貨架選擇

參考貨架參數(shù)如下：

外徑2500mm，內(nèi)徑1500mm，高度為300mm的貨位有六層，400mm的貨位有一層，貨位從離地350mm處開(kāi)始擺放，總高不超過(guò)3000mm。

本設(shè)計(jì)中提出了三種設(shè)計(jì)方案

方案一為圓柱形環(huán)形貨架，見(jiàn)圖1，主要參數(shù)：外圈——長(zhǎng)×寬×高：2.5m×2.5m×3.0m；

內(nèi)圈——長(zhǎng)×寬×高：1.5m×1.5m×3.0m；從離地350mm處開(kāi)始碼放，每層300mm高；頂層為400mm高，共7層；每層9個(gè)貨位，共63個(gè)貨位。

方案二為八邊形環(huán)形貨架，見(jiàn)圖2，主要參數(shù)：外圈——長(zhǎng)×寬×高：2.5m×2.5m×3.0m；內(nèi)圈——長(zhǎng)×寬×高：1.5m×1.5m×3.0m；從離地350mm處開(kāi)始碼放，每層300mm高，頂層為400mm高，共7層；每層8個(gè)貨位，共56個(gè)貨位。

方案三為九邊形環(huán)形貨架，見(jiàn)圖3，其主要參數(shù)如下：外圈——長(zhǎng)×寬×高：2.5m×2.5m×3.0m；內(nèi)圈——長(zhǎng)×寬×高：1.5m×1.5m×3.0m；從離地300mm處開(kāi)始碼放，每層300mm高；頂層為400mm高，共7層；每層9個(gè)貨位，共63個(gè)貨位。

2.3 三種方案對(duì)比

（1）圓柱形貨架包位數(shù)比八邊形貨架包位數(shù)多出7個(gè)，與九邊形貨架包位數(shù)相同。但是圓柱形貨架結(jié)構(gòu)相對(duì)于多邊形貨架較為復(fù)雜，制造困難，并且其元部件多為非標(biāo)準(zhǔn)件，采購(gòu)較為麻煩。

（2）八邊形貨架屬于圓柱形與多邊形貨架的過(guò)渡型貨架。其不僅解決了圓柱形貨架結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題，同時(shí)其元部件均為標(biāo)準(zhǔn)件，制造起來(lái)簡(jiǎn)單，組裝方便。但是相對(duì)于圓柱形貨架包位數(shù)少了7個(gè)。

（3）經(jīng)仔細(xì)分析研究后，在保證包位數(shù)最大并滿(mǎn)足機(jī)械要求的情況下，提出了方案三——九邊形環(huán)形貨架，其具備以上兩類(lèi)貨架的優(yōu)點(diǎn)，即元部件為標(biāo)準(zhǔn)件，制造簡(jiǎn)單，組裝方便，所以這也是環(huán)形自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)貨架的最終方案。

3 環(huán)形堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)

3.1 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

升降機(jī)構(gòu)：升降機(jī)構(gòu)主要由升降主體、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)減速器、驅(qū)動(dòng)鏈輪、驅(qū)動(dòng)鏈條、升降鏈輪以及升降鏈條等組成，升降機(jī)構(gòu)三維圖見(jiàn)圖4。

3.2 行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

行走機(jī)構(gòu)：行走機(jī)構(gòu)主要由行走主體、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)減速器、行走輪、導(dǎo)向輪等組成，具體三維圖見(jiàn)圖5。

3.3 貨臺(tái)及貨叉設(shè)計(jì)

貨叉主要由電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)減速器、上叉、中叉、下叉、齒輪、齒條、鏈輪、鏈條以及軸承等組成。上叉的上層板與兩個(gè)導(dǎo)軌相連，在兩個(gè)導(dǎo)軌上均安裝了CF6螺栓性滾輪滾針軸承。中叉的中層板與“工”字型的導(dǎo)軌相連。下叉的下叉板與兩個(gè)導(dǎo)軌相連，裝有CF6螺栓性滾輪滾針軸承，并固定在貨臺(tái)的貨臺(tái)主體上。貨叉的電動(dòng)機(jī)通過(guò)鏈輪、鏈條帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，從而齒輪帶動(dòng)齒條及中叉運(yùn)動(dòng)，同時(shí)中叉上的鏈輪通過(guò)鏈條又帶動(dòng)上叉沿著中叉的“工”字形導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。具體三維圖見(jiàn)圖6，貨叉伸出效果圖見(jiàn)圖7。

3.4 環(huán)形自動(dòng)化立體庫(kù)總體效果圖

在完成環(huán)形貨架及環(huán)形堆垛機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)的所有三維設(shè)計(jì)后，將各個(gè)機(jī)構(gòu)組裝起來(lái)。環(huán)形自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)總裝的渲染效果圖如圖8所示。

4 結(jié) 論

小型環(huán)形立體庫(kù)的設(shè)計(jì)，提出了三種環(huán)形貨架的設(shè)計(jì)方案，在保證包位數(shù)最大并滿(mǎn)足機(jī)械要求的情況下，最終確定九邊形環(huán)形貨架方案，并給出了配套的環(huán)形堆垛機(jī)方案，利用ProE軟件繪制了三維模型，并用Keyshot軟件給出了機(jī)構(gòu)的渲染效果圖。本設(shè)計(jì)為小型物流公司的自動(dòng)化存儲(chǔ)提供了一種較為可行的設(shè)計(jì)方案。