一種穿梭車換層聯動機構設計與分析

根據是否可換層作業，穿梭車系統可分為單層作業和跨層作業兩種模式。在單層作業模式下，穿梭車可在水平方向上換列；跨層作業模式下，穿梭車可在垂直方向換層。兩種方式均可提高穿梭車的設備利用率、系統柔性。

目前件箱密集倉儲系統中采用的穿梭車，主要有普通穿梭車、自動換層穿梭車、子母穿梭車、四向穿梭車等。通常為單層作業，穿梭車可在水平方向換道，適用于存在多列巷道的場合。普通穿梭車通過提升機輔助換層、自動換層穿梭車沿貨架立柱爬升。兩種方式均可實現穿梭車跨層作業，適用于貨架層數較多的場合；自動換層穿梭車沿貨架立柱自動爬升方式，貨架的制造、安裝精度要求較高。

托盤庫，往往存儲貨物及穿梭車較重、體積較大，提升機通常設計為四立柱框架式；件箱庫，存儲貨物及穿梭車較輕、體積較小，提升機通常設計為單立柱懸臂式。

本文僅討論采用提升機換層作業的件箱密集倉儲系統，穿梭車通過單立柱懸臂式提升機實現跨層作業。

一、提升機換層面臨的問題

采用提升機換層的多層穿梭車系統（如圖1），在一條巷道內，n層貨架配置m臺穿梭車（m＜n）；同時，配置一臺換層提升機用于穿梭車的換層。

圖1 采用提升機換層的多層穿梭車系統立面圖

為防止穿梭車沖出軌道，在軌道端頭設有安全限位裝置。

穿梭車的平穩換層，需要具備兩個基本條件：

一是限位裝置能自動開合。

二是升降臺與走行軌道的準確對接。換層提升機升降臺與走行軌道的準確對接，對穿梭車在貨架側軌道和換層提升機升降臺之間能否平穩過渡起決定性作用。

1.限位裝置的自動開合

單層作業模式下，穿梭車軌道端頭的限位裝置為死擋?？鐚幼鳂I模式下，走行軌道靠換層提升機一側需設置能自動開合的活動限位裝置。不需要換層時，限位裝置能起到防止小車沖出軌道的作用；需要換層時，限位裝置能準確開啟到位，保證穿梭車在走行軌道到換層提升機之間順暢過渡；換層完畢時，限位裝置能自動復位，繼續起到穿梭車運行限位作用。

2.升降臺與走行軌道的準確對接

換層提升機升降臺停位后，與穿梭車走行軌道一般都有一定的高度錯位和轉角錯位，導致穿梭車過渡時存在不同程度的卡滯、跳臺現象；對于采用滑觸線供電模式的穿梭車，還存在集電臂在軌道對接處過渡不暢的情況，甚至出現集電臂錯槽、脫槽現象。換層技術的關鍵在于升降臺與走行軌道的準確對接，盡量減少高度錯位和轉角錯位，使得穿梭車能平穩過渡，從而提高系統穩定性，延長設備使用壽命。

二、技術思路

1.限位裝置的自動開合

根據開合動力的配置情況，活動限位裝置可分為共用動力和自帶動力兩種形式。

（1）共用動力形式。多層貨架上的限位裝置統一由一組動力分別開啟。限位裝置通過提升機升降臺上的附屬動力進行開啟，撤銷動力后限位裝置自動復位。

（2）自帶動力形式。每個限位裝置均自帶一個開啟動力。根據動力不同，又分為氣動限位裝置和電動限位裝置。

2.升降臺與走行軌道的準確對接

換層提升機升降臺與穿梭車走行軌道之間的錯位，通常是由多個因素綜合導致的。提高升降臺停位精度的措施通常有以下幾種：

（1）提高制造、安裝精度；

（2）增加升降臺剛度；

（3）合理選用提升機的支撐結構。在提高停位精度方面，四立柱框架結構優于雙立柱結構，雙立柱結構優于單立柱；

（4）換層提升機升降臺采用同步帶傳動。在提高停位精度方面，同步帶傳動優于鏈傳動；

（5）升降臺二次停位修正停位誤差。

3.小結

自身帶開啟動力的限位裝置，與靠換層提升機升降臺輔助動力開合的限位裝置相比，動力源過多，前者是后者的n+1倍（n為貨架層數）。

氣動限位裝置與電動限位裝置相比，需要用戶配置氣源系統，存在一定的局限性。

盡管我們通過各種機械、電控的措施努力提高升降臺停位精度，但由于設備運行磨損，或受制造水平、經濟性、場地限制等因素制約，終究都存在升降臺停位誤差較大，甚至超差的情況。

三、技術方案

1.基本構成

多層穿梭車換層聯動機構，如圖2。由貨架側限位組件（1）、提升機側限位組件（2）、擺臂裝置（3）三部分組成。貨架側限位組件安裝于每層走行軌道端頭，提升機側限位組件和擺臂裝置均安裝于提升機升降臺軌道端頭，隨升降臺一起升降。

活動限位裝置，即貨架側限位組件（1）和提升機側限位組件（2），采用自身不帶開啟動力的形式。擺臂裝置（3），用于提供活動限位裝置的開啟動力，同時用于軌道對接時，對停位誤差進行一定程度的矯正，在軌道接縫處形成臨時剛性連接。限位裝置和軌道對接輔助裝置設計時統籌考慮，共用動力。

圖2 穿梭車換層裝置示意圖

圖3 貨架側限位組件示意圖

圖4 提升機側限位組件示意圖

圖5 擺臂裝置示意圖

（1）貨架側限位組件

貨架側限位組件，如圖3，由緩沖器（1）、緩沖器安裝板（2）、固定板一（3）、固定板二（4）、限位板（5）、銷軸（6）、配重（7）、銅套（8）、銷軸緊固件（9）組成。

固定板一（3）設計有一截高出軌道走行面，作為剛體硬抗穿梭車因意外過沖產生的較大沖擊力。較小的穿梭車撞擊力由緩沖器變形吸收。

（2）提升機側限位組件

提升機側限位組件，如圖4，由緩沖器（1）、緩沖器安裝板（2）、固定板一（3）、固定板二（4）、限位板（5）、銷軸（6）、配重（7）、銅套（8）、銷軸緊固件（9）組成。

提升機側限位組件與貨架側限位組件的固定板一的開口導槽不一致，提升機側限位組件的為圓弧形導槽，貨架側限位組件的為喇叭口導槽，喇叭口導槽收尾段與圓弧形導槽形狀完全一致。

（3）擺臂裝置

擺臂裝置由電機（1）、角鋼（2）、安裝座（3）、擺臂組件（4）、接近開關一（5）、接近開關二（6）組成。如圖5。

擺臂上有兩個滾動軸承，用以減少擺臂與限位裝置導槽之間的摩擦。

2.工作原理

（1）初始位置

擺臂裝置不工作或升降臺升降過程中，擺臂處于初始位置，擺桿收于軌道內側（定義兩根軌道之間的空間為內側，反之為外側），避免發生擺桿碰撞。擺臂初始位置通過接近開關一（5）進行檢測，并通過限位角鋼對擺臂進行機械限位。

（2）錯位矯正及限位裝置開門

當需要對穿梭車進行換層操作時，系統控制升降臺進行停位，停位完成后，擺臂裝置由下方向軌道外側轉動，擺桿上的軸承先進入提升機側限位組件圓弧形導槽，再在轉動過程中，順著貨架側限位組件喇叭口導槽對兩側導軌錯位進行矯正，擺臂轉到導槽收尾段，錯位矯正完畢。擺臂卡入限位裝置的導槽中，充當臨時剛性連接體，使兩側導軌如同連為一體，確保穿梭車平穩過渡。

擺臂在擺動過程中，撥動緩沖器安裝板，將限位裝置打開，讓出穿梭車走行通道。緩沖器安裝板尾巴段設計為圓弧形，弧度與擺臂旋轉軌跡一致，使得限位裝置打開后，不致因為擺臂繼續轉動而開度繼續增大或提早自動復位。限位裝置的最大開度通過限位板予以限制，防止緩沖器向軌道外側倒頭而不能自動復位或與相鄰設備、物料發生干涉。

錯位矯正完畢及限位裝置開門狀態由接近開關二（6）檢測。

（3）復位

穿梭車過渡完畢，擺臂裝置經軌道外側向內側擺動，回到初始位置。復位狀態通過接近開光一進行檢測，并通過限位角鋼對擺臂進行機械限位。

擺臂復位過程中，限位裝置由于中心偏置而自動復位，配重用以加速限位裝置復位。

擺臂裝置及限位裝置均復位后，系統控制升降臺到達目標層。穿梭車從提升機側到貨架側的過程與穿梭車從貨架側到提升機側的過程一致。

四、技術特點

1.平穩順暢

換層提升機升降臺停位后，與穿梭車走行軌道一般都有一定的高度錯位和轉角錯位；穿梭車進出換層提升機升降臺的過程，是軌道端頭的撓度隨負載大小及負載作用點的變化逐步變化的過程，貨架側與提升機側軌道之間的對接錯位是一個變量，穿梭車在過渡過程中存在下沉及回彈現象。

本文所述換層聯動機構，當擺桿進入卡槽后，擺桿充當了兩側軌道的臨時剛性連接，并在擺動過程中逐步矯正了兩側軌道的高度錯位量及角度錯位量，使兩側軌道對接更加準確可靠，穿梭車過渡更加平穩順暢。

2.結構緊湊

實際應用中，換層提升機旁通常為出入庫提升機或出入庫輸送設備，空間受到極大的限制，往往要求限位裝置在水平方向盡量壓縮尺寸，以免與換層提升機旁的設備或物料發生干涉。

本文所述換層聯動機構的驅動裝置安裝于升降臺軌道端頭下方，相比于驅動裝置安裝于軌道外立面的方案，在水平方向上更省空間。

3.低成本

本文所述換層聯動機構采用的限位裝置本身不帶開啟動力，軌道對接輔助裝置安裝于換層提升機升降臺上，一條巷道只需配置一組動力。相比于采用限位裝置自帶動力的方案，成本大大降低；相比于其它限位裝置采用共用動力的方案，具有更好的軌道對接可靠性。

本文所述換層聯動機構，降低了穿梭車換層對提升機升降臺停位精度的要求，從而降低其制造成本減低系統調試難度、縮短穿梭車系統調試周期。

采用本文所述換層聯動機構，將使多層穿梭車換層操作變得更加安全、可靠、平穩，有利于提高系統穩定性，降低設備故障率。