一種自動堆垛式碼垛機構的設計

叢蘭強，辛紅

一種自動堆垛式碼垛機構的設計

叢蘭強1，辛紅2

（1.山東信息職業技術學院，山東 濰坊 261061；2.濰坊職業學院，山東 濰坊 262737）

設計了一種堆垛式碼垛機構，碼垛作業是倉儲貨物出入庫都要面臨的問題，如何合理、高效地實現出入庫貨物的碼垛作業也關系著貨架倉儲的出入庫效率。堆垛式碼垛機構很好地契合了貨架倉儲的特點，與倉儲貨架完美的結合在一起，將之前貨物先出入庫后單獨碼垛的兩步作業合二為一，降低了貨架倉儲成本，提高了貨物出入庫效率，為貨架倉儲系統提供了完美的出入庫碼垛方案。

貨架倉儲；堆垛；碼垛機構；密集倉儲

1 前言

貨架式倉儲系統進入中國發展多年，從之前的簡易式貨架倉儲系統到自動化立庫，到目前比較流行的密集式倉儲系統，其自動化程度、空間利用率、占地面積、倉儲效率等都有了很大的提高。應貨架式倉儲系統的快速發展，使其相關的產品也得到了快速的升級換代，如叉車、AGV小車、堆垛機、機器人、穿梭板等相關出入庫設備也迅速形成了自己的產業鏈，在物流裝備行業迅速發展成為專業化的產品[1]。不同的貨架倉儲系統選擇搭配的出入庫設備也不一樣，一般駛入式貨架主要搭配叉車或者高架叉車來滿足出入庫要求，但叉車需要人工操作，不僅出入庫效率低而且高層貨架叉車取貨的事故時有發生。AGV小車作為貨物出入庫的流動設備，其靈活性使其受到了更多的青睞，但其造價較高且只是實現了貨物的搬運，適用范圍并不廣。堆垛機也可以實現貨物的出入庫操作，堆垛機只能實現一次出入庫一件托盤貨物或者箱式貨物，對于出入庫效率要求比較高的倉儲系統來說不能滿足其出入庫條件。很多有條件的企業也購買了機器人來進行出庫碼垛，機器人碼垛購買成本、后期維護成本較高，一般的企業只能望而卻步。密集式穿梭板倉儲系統從單向發展到雙向、穿梭板的使用數量下降、成本降低、存儲密度增加是一種存儲密集較高的倉儲系統。但穿梭板倉儲系統中穿梭板在貨架層之間的移動以及貨物的出入庫都要依靠堆垛機的升降來完成，出入庫過度依賴堆垛機的數量，限制了密集式穿梭板倉儲系統的市場應用。

本文研究設計了一種自動化的堆垛式碼垛機構，其具有結構簡單、成本低、效率高等出入庫特點，自動堆垛式碼垛機構可以搭配相應的貨架倉儲系統，實現貨物的快速碼垛出入庫作業[2]。

2 堆垛式碼垛機構

堆垛式碼垛機構碼垛好的四件貨物準備出庫如圖1所示。

1—氣缸推板機構；2—傳送帶機構；3—齒輪齒條傳動機構；4—碼垛平臺機構；5—固定輥子機構；6—出庫碼垛貨物。

傳統出庫方式一般都是單件托盤貨物出庫，出庫后由專業人員、叉車、機器人進行碼垛作業，不是效率低就是成本高，已不能滿足日益增長的物流倉儲貨架的需求。自動堆垛式碼垛機構主要由氣缸推板機構、傳送帶機構、齒輪齒條傳動機構、碼垛平臺機構、固定輥子機構5部分組成。氣缸推板機構是由固定于天軌上的直線氣缸帶動固定板進行直線往復運動，固定板上轉動副固定一塊可順時針旋轉的推板，因逆時針旋轉時固定板阻礙其運動，固其只能順時針旋轉，貨物由傳送帶輸送推動推板順時針旋轉，貨物遠離推板時，由于重力作用推板自然下垂，在氣缸的帶動下推貨物至碼垛平臺機構活動輥子處。傳送帶機構可根據實際情況設計其尺寸，也可用輥子組代替。齒輪齒條傳動機構是將齒條固定于豎直導軌之中，碼垛平臺的前后各有4個齒輪與豎直軌道中的齒條嚙合，通過控制中心可以實現碼垛平臺的精確定位，齒輪齒條機構嚙合使得此傳動機構更加穩固。碼垛平臺機構由齒輪帶動在控制中心的指令下上下移動，下部的電機可帶動輥子轉動實現碼垛貨物的傳輸，電機隨著碼垛平臺上下移動。自動堆垛式碼垛機構設立于自動化貨架倉儲系統的出入庫端，主要實現貨物碼垛出庫的作業。堆垛式碼垛機構可高效地進行出庫作業，貨物經過傳輸至出庫口，進入堆垛式碼垛機構的傳送帶，傳送帶在電機的帶動下將貨物送至碼垛平臺機構，在運送第一件貨物時，傳送帶接到指令，電機驅動傳送帶將貨物送至碼垛平臺，碼垛平臺上的輥子由電機帶動將貨物傳輸至平臺之上。第二件貨物傳輸至傳送帶時，碼垛平臺機構接到指令帶動貨物通過齒輪齒條傳動機構下降一個貨物的高度，傳送帶將第二件貨物輸送至第一件貨物附近，此時傳送帶電機停止轉動，傳送帶處于靜止狀態，氣缸推板機構推板在直線氣缸的推動下將第二件貨物推到第一件貨物的正上方，接著傳送帶繼續傳輸貨物，碼垛平臺在控制中心的指令下繼續下降一個貨物的高度，之后的碼垛貨物以此類推，從而實現貨物的自動碼垛作業。貨物碼垛完畢之后，碼垛平臺收到指令帶動碼垛貨物降至堆垛式碼垛機構的最低端，堆垛式碼垛機構上的輥子組在電機的帶動下，將碼垛好的貨物輸送至固定輥子機構，實現貨物的碼垛出庫。

3 堆垛式碼垛機構倉儲系統

堆垛式碼垛機構倉儲系統如圖2所示。

1—倉儲系統貨架；2—堆垛式碼垛機構。

堆垛式碼垛機構配合密集式貨架倉儲系統可實現倉儲貨物的快速碼垛出庫，根據客戶對出庫的需求，按實際情況可設置堆垛式碼垛機構的組數，當要求出庫效率較高時可配合多組堆垛式碼垛機構，也可在倉庫的前后端各配備數組堆垛式碼垛機構，這樣可以大大提高貨物碼垛出庫的效率。比如冷庫中的箱式貨物不方便人工搬運，如果出庫時間過長冷凍貨物就會降溫，質量很難保證，此時可根據實際情況需要，配備多組堆垛式碼垛機構進行貨物的出庫作業。此外，電商倉儲、食品、藥品等箱式貨物都可以采用堆垛式碼垛機構進行碼垛出庫[3]。堆垛式碼垛機構可以根據貨架的高度、貨物箱體的尺寸、出庫面積進行設計，在滿足出庫要求的情況下，盡可能地降低其成本。堆垛式碼垛機構不僅可以搭配貨架倉儲系統進行碼垛出庫，還可以對入庫的箱式貨物進行碼垛入庫。可在堆垛式碼垛機構低部配置轉輪，可移動式的堆垛式碼垛機構降低了貨架倉儲系統的成本，提高了出入庫碼垛的靈活性，使得出入庫碼垛不再單單依靠出入庫碼垛設備。可移動式碼垛機構可以實現堆垛式碼垛機構對箱體貨物卸貨的同時對貨物進行碼垛，實現貨物的碼垛入庫、碼垛存儲。堆垛式碼垛機構的各組成部分基本都是標準件，采購方便、價格較低、操作簡單等特點使其應用更加廣泛[4]。堆垛式碼垛機構倉儲系統與堆垛機自動化立庫倉儲系統最大的不同，就是貨物出庫的方式不同。堆垛式碼垛機構倉儲系統將貨物出庫與碼垛結合在一起，不僅精簡了作業步驟而且還提高了作業效率，降低了倉儲系統的成本。堆垛機自動化立庫倉儲系統中的堆垛機僅僅將一件托盤貨物進行出入庫作業，并不能將其碼垛打包，這就勢必需要后續的作業對貨物進行碼垛打包，這樣勢必會提高倉儲成本、增加占地面積、降低空間利用率[5]。堆垛式碼垛機構倉儲系統與密集式穿梭板倉儲系統相比，密集式穿梭板倉儲系統貨物出庫時也要借助堆垛機或者升降平臺對貨物進行出入庫作業，不能對貨物進行碼垛打包處理。密集式穿梭板倉儲系統出入庫可以搭配自動堆垛式碼垛機構實現貨物碼垛打包出入庫，取密集式穿梭板倉儲貨架的高存儲率的優點，結合自動堆垛式碼垛機構可以實現貨物的密集存儲，同時實現貨物快速的碼垛出入庫作業，滿足客戶在占地面積小的廠房要求高存儲率和高出入庫效率的要求[6]。綜上所述，堆垛式碼垛機構具有其結構優越性及靈活性，可搭配多種密集式貨架倉儲系統實現貨物的快速碼垛出入庫。堆垛式碼垛機構尺寸可以根據實際需要進行尺寸設計，使堆垛式碼垛機構在貨架倉儲系統中的應用更廣、實用性更強。堆垛式碼垛機構倉儲系統的適用范圍更廣，可滿足多種不同貨物的快速出入庫存儲。

4 結論

自動堆垛式碼垛機構可配合多種貨架倉儲系統進行出入庫碼垛作業，與人工、機器人出入庫碼垛作業相比具有降低成本、提高效率、提高空間使用率等優點。自動堆垛式碼垛機構將貨物的出入庫和碼垛作業合二為一，減少了倉庫用地的使用面積，提升了倉庫空間使用率，降低了倉儲系統的成本，為貨架倉儲系統碼垛打包出入庫作業提供了很好的解決方案。移動式碼垛機構應用更加靈活，就像叉車一樣可靈活變換位置，但其碼垛效率、造價成本、使用成本與叉車相比大大降低。自動堆垛式碼垛機構的這些優點可使其在貨架倉儲系統中應用更加貼合實際，在電商、物流、冷庫等密集貨架倉儲中有更廣泛的用途，推動了貨架倉儲系統在生產生活中的應用。

［1］牛旭東.哈博實自動包裝碼垛機的常見故障淺析［J］.石河子科技，2014（2）：10-11，16.

［2］李立榮.成品小袋產品實現自動碼垛［J］.純堿工業，2011（4）：37-38.

［3］胡玉順，趙峰.倉儲輸送系統拆盤機創新設計［J］.起重運輸機械，2012（12）：39-41.

［4］袁建欣，李曉霞.新型穿梭板式密集存儲技術在卷煙成品庫改造設計中的應用［J］.科技創新與應用，2015（34）：58.

［5］李成偉，贠超.碼垛機器人機構設計與運動學研究［J］.機械設計與制造，2009（6）：181-183.

［6］劉濤.層碼垛機器人結構設計及動態性能分析［D］.蘭州：蘭州理工大學，2010.

2095－6835（2020）20－0091－02

TH246

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.20.039

叢蘭強（1987—），碩士研究生，講師，研究方向為物流裝備。

〔編輯：張思楠〕