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关于自动仓储系统(AS/RS)技术与装备非常详细的介绍

日期:2018-06-19 09:21:31

    

  1自动仓储系统(AS/RS)概述
  
  自动仓储系统即AS/RS(Automated Storage and Retrieval System)是指不用人工直接处理、能自动存储和取出物料的系统。自动化仓库技术是现代物流技术的核心,它集高架仓库及规划、管理、机械、电气于一体,是一门综合性的技术。
  
  自动仓储系统即AS/RS是采用高层货架储存货物,用起重、装卸、运输机械设备进行货物出库和入库作业的系统,AS/RS主要通过高层货架充分利用空间进行存取货物,所以称为“自动化高架仓库系统”,也有的称为“自动化立体仓库系统”,高架仓库的最大高度已达40多米,最大库存量可达数万甚至10多万个货物单元,可以做到无人操纵按计划入库和出库的全自动化控制,并且对于仓库的管理可以实现计算机网络管理。
  
  高层货架一般用钢材制作,也可用钢筋混凝土货架。常用的物料搬运设备有巷道式堆垛机、桥式堆垛机、高架叉车、辊子输送机、链式输送机、升降机、自动导向车等。
 
海格里斯巷道式堆垛机-海格里斯
  
  自动仓储系统AS/RS的出现和发展是第二次世界大战以后生产和技术发展的结果。50年代初,美国出现了采用桥式堆垛起重机的仓库,50年代末60年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机,1963年美国首先在仓库业务中采用计算机控制,建立了第一座计算机控制的高架仓库。此后,AS/RS在美国和欧洲得到迅速发展。60年代中期以后,日本开始兴建高架仓库,而且发展速度越来越快,成为当今世界上拥有高架仓库数量最多的国家。
  
  我国对高架仓库及其专用的物流搬运设备的研究开发开始得并不晚,早在1963年就开发试制成功了第一台桥式堆垛起重机。70年代中期,我国开始开发研究采用巷道式堆垛起重机和高架叉车的高架仓库。1980年,我国第1座自行研制完成的自动化高架仓库投产。以后,高架仓库在我国得到了迅速的发展。目前我国已建成的立体仓库约有300余座,分布在汽车、化工、电子、机械、烟草、军队后勤等各行业和部门。目前国内对高架仓库的需要不断增加,高架仓库的建设在我国方兴未艾。
  
  1.1 自动仓储系统(AS/RS)发展趋势
  
  (1) 自动化程度不断提高。近年来,采用可编程序控制器(PLC)和微机控制搬运设备的仓库和采用计算机管理与PLC联网控制的全自动化仓库在全部高架仓库中的比重不断增加。日本1991年投产的1628座自动化仓库中,64%是计算机管理和控制的全自动化仓库。在生产企业,自动化仓库作为全厂计算机集成制造系统(CIMS)的一部分与全厂计算机系统联网的应用也日渐增多,成为今后的趋势。
  
  (2) 与工艺流程结合更为紧密。AS/RS高架仓库与生产企业的工艺流程密切结合,成为生产物流的一个组成部分,例如,柔性加工系统中的自动化仓库就是一个典型例子。在配送中心,自动化仓库与物品的拣选、配送相结合成为分配中心的一个组成部分。
  
  (3) 储存货物品种多样化。大到长6m以上、重4~10t的钢板、钢管等长大件,小到电子元器件,还有专门用作汽车储存的高架仓库等均已出现。
  
  (4) 提高仓库出入库周转率。除管理因素外,技术上主要是提高物料搬运设备的工作速度。巷道堆垛起重机的起升速度已达90m/min,运行速度240m/min,货叉伸缩速度达30m/min,在有的高度较大的高架仓库中,采用上、下2层分别用巷道堆垛机进行搬运作业的方法提高出入库能力。
  
  (5) 提高仓库运转的可靠性与安全性,降低噪声。在自动控制与信息传输中采用高可靠性的硬、软件,增强抗干扰能力;采用自动消防系统,货架涂刷耐火涂层;开发新的更可靠的检测与认址器件;采用低噪声车轮和传动元件等等。
  
  (6) 开发可供实用的拣选自动化设备和系统。在拣选作业自动化方面正加紧研究开发,但尚未真正达到能可靠地实用的阶段。目前,提高拣选作业自动化程度的途径主要仍限于计算机指导拣选,包括优选作业路线、自动认址、提示拣选品种和数量等等,而拣选动作大多仍由人工完成。
  
  当前,如何合理规划和设计自动化立体仓库,如何实现仓库与生产系统或配送系统的高效联接,已经成为21世纪的重要研究课题。
  
  1.2 高架仓库概述
  
  (1)高架仓库的分类
  
  a.按高层货架仓库的建筑形式分:整体式,分离式,见图4.1-1
  
  ·整体式。货架既是储存货物的构件,又是建筑承重构件,它上部支承屋盖,四面围上保温墙板就形成了仓库建筑物。这种结构无论在材料消耗、施工量还是仓库空间利用方面,都是比较经济合理的。这种结构重量轻、整体性好、对抗震也特别有利。
  
  ·分离式。在仓库建筑物内独立地建起货架,货架与建筑物是分开的。这种形式适用于利用原有建筑物作库房,当仓库高度在12米以下和地面荷载不大时,采用这种形式还是比较方便的。由于这种仓库可以先建库房后立货架,所以施工安装比较灵活方便。
  
  b.按库房高层分。可分高层、中层和低层三种。一般5米以下为低层5~12米为中层,12米以上为高层。
  
  整体式                分离式
  
  图4.1-1     高层货架仓库的建筑形式
  
  在立体库高度上,国外一般认为10m~20m较佳。最高可达40~45m。美国绝大多数仓库高度为13.7~18.3m。18.3m以上的只占10%。30m以上的为数更少。瑞士的推荐高度为15~16m。为了减少建库投资,瑞典各公司在1975年后,倾向于建造8m高的高架库。日本由于多地震的原因,立体库一般比较矮,规模也较小。1972年后简易立体库得到发展。日本单层建筑高7~8m,改建成生产工序型自动化仓库,价格便宜,工作可靠,容易操作,便于中小企业采用。近年来它的数量有较大增加。
  
  我国现行建筑设计防火规范将货架高度超过7m的机械化或自动化控制的高架库定义为高架仓库(即立体仓库)。
  
  c.按库房容量分。高层货架仓库的库容量一般以所能储存货物的单元托盘数表示。一般库容量在2000托盘以下为小型库;库容量在2000~5000托盘的为中型库;库容量在5000托盘以上的为大型库。目前高层货架仓库的最大库容量已达十多万个托盘。
  
  d.按仓库作业的控制方式分。可分为手动控制、远距离控制和电子计算机控制。手动控制包括手动和半自动两种,远距离控制包括单机自动和远距离集中控制两种,电子计算机控制包括离线控制、在线控制和计算机在线实时控制三种。
  
  e.按仓库存取方式分类
  
  ·以货物单元存取的仓库
  
  在这种仓库里,货物存放标准容器中或托盘上储存。出库和入库都以整个单元进行。所用的物料搬运机械是适用于整个单元搬运的,例如带伸缩货叉的巷道式堆垛机等。
  
  ·拣选式仓库
  
  这种仓库里,货物虽以单元化方式入库和储存,但出库时并非整个单元一起出,而是根据出库提货单的要求从货物单元中拣选一部分出库。这种拣选又可分为二种。一种是仓库工人乘坐拣选式堆垛起重机或叉车到需要取货的货格前,从货物单元中拣选必要数量的货出库。这种方式叫做“人到货前拣选”。另一种方式恰好相反,是用一般的巷道式堆垛机或其它搬运机械将所需货物单元整个搬运出巷道到拣选区,由工人选取必要的数量,然后将带有剩余货物的单元重新送回原址。这种方式叫做“货到人处拣选”。用哪一种合适,需视仓库作业需要决定。如果对于整个仓库来讲,只有拣选作业,而不需要整个单元出库,那么,多采用“人到货前拣选”的方式。但如果仓库作业中仍有相当一部分货物需要整个单元出库,或者拣选出来的各种货物往往还需要按用户的要求进行组合选配,那么也可以采用“货到人处拣选”的方式。
  
  f.按仓库在生产和流通中的作用分类
  
  ·单纯储存的仓库
  
  货物以单元化形式入库之后,在货架上储存一定的时间。需要时,出库供使用。绝大多数高层货架仓库都是这样的。
  
  ·配送中心式仓库
  
  在这种仓库里,各种货物先是各自以货物单元的形式储存在货架上。出库时,往往需要根据订单的要求将不同货物以不同的数量进行选配,组成新的货物单元,送往需要的地方供使用。典型例子是“配送中心”。这类仓库除了有高货架以外,一般都有比较大的选配作业面积。那里配有许多输送机和拣选作业站以及一系列的配套设备,供进行商品选配之用。
  
  4.1.3 自动仓储系统(AS/RS)的优点及其在物流系统中的作用
  
  AS/RS出现以后,获得了迅速的发展,这主要是因为这种仓库具有一系列突出的优点,在整个企业的物流系统中具有重要的作用。
  
  (1)能大幅度地增加仓库高度,减少占地面积。用人工存取货物的仓库,货架高2m左右。用叉车的仓库可达3~4m,但所需通道要3m多宽。用这种仓库储存机电零件,单位面积储存量一般为0.3~0.5t/m2。而高层货架仓库目前最高的已经达到40多米。它的单位面积储存量比普通的仓库高得多。一座货架15m高的高架仓库,储存机、电零件和外协件,其单位面积储存量可达2~15t/m2,是普通货架仓库的4~7倍。对于一座拥有6000个货位的仓库,如果托盘尺寸为800×1200mm,则普通的货架仓库高5.5m,占地3609m2,而30m高的高架仓库,占地面积仅399m2。
  
  (2)提高仓库出入库频率。自动化仓库采用机械化、自动化作业,出、入库频率高并能方便地纳入整个企业的物流系统,成为它的一环,使企业物流更为合理。
  
  (3)提高仓库管理水平。借助于计算机管理能有效地利用仓库储存能力,便于清点盘库,合理减少库存,节约流动资金。对用于生产流程中的半成品仓库,还能对半成品进行跟踪,成为企业物流的一个组成部分。
  
  (4)由于采用了货架储存,并结合计算机管理可以很容易地实现先入先出,防止货物自然老化、变质、生锈。高架仓库也便于防止货物的丢失、减少货损。
  
  (5)采用自动化技术后,能较好地适应黑暗、有毒、低温等特殊场合的需要。例如:胶片厂储存胶片卷轴的自动化仓库,在完全黑暗的条件下,通过计算机控制自动实现胶片卷轴的入库和出库。
  
  总之,自动仓储系统由于AS/RS这一新技术的出现,使有关仓储的传统观念发生了根本性的改变。原来那种固定货位、人工搬运和码放、人工管理、以储存为主的仓储作业已改变为优化选择货位,按需要实现先入先出的机械化、自动化仓库作业。在这种仓库里,在储存的同时可以对货物进行跟踪以及必要的拣选和组配,并根据整个企业生产的需要,有计划地将库存货物按指定的数量和时间要求送到恰当地点,以满足均衡生产的需求。从整个企业物流的宏观角度看,货物在仓库中短时间的逗留只是物流中的一个环节,在完成拣选、组配以后,将继续流动,高架仓库本身是整个企业物流的一部分,是它的一个子系统。用形象化一些的比喻说法,可以说,使“静态仓库”变成了“动态仓库”。
  
  2 货架技术
  
  2.1 概述
  
  (1)货架作用及功能
  
  a.货架的概念。就一般字面而言,货架泛指存放货物的架子。在仓库设备中,货架是指专门用于存放成件物品的保管设备,货架在物流及仓库中占有非常重要的地位,随着现代工业的迅猛发展,物流量的大幅度增加,为实现仓库的现代化管理,改善仓库的功能,不仅要求货架数量多,而且要求具有多功能,并能实现机械化,自动化要求。
  
  b.货架的作用及功能。货架在现代物流活动中,起着相当重要的作用,仓库管理实现现代化,与货架的种类、功能有直接的关系。
  
  货架的作用及功能有如下几方面:
  
  ·货架是一种架式结构物,可充分利用仓库空间,提高库容利用率,扩大仓库储存能力。
  
  ·存入货架中的货物,互不挤压,物资损耗小,可完整保证物资本身的功能。
  
  ·货架中的货物,存取方便,便于清点及计量,可做到先进先出。
  
  ·保证存储货物的质量,可以采取防潮,防尘、防盗、防破坏等措施,以提高物资存储质量。
  
  ·很多新型货架的结构及功能有利于实现仓库的机械化及自动化管理。
  
  (2)货架的种类
  
  按货架形式的不同分:
  
  a.通道式货架。这种形式的货架需按人工作业或机械作业方式,根据所使用不同的机械类型预留一定宽度的通道。其中有货柜式货架、托盘货架和悬臂式货架贯通式货架等。
  
  b.密集型货架,这种形式的货架可大大节省通道面积。其中常见的有移动式货架和重力式货架。
  
  c.回转式货架。这种形式的货架,便于对储存货物的选检。其中常见的有水平回转货架和垂直回转货架,
  
  2.2 几种典型货架
  
  (1)通道式货架
  
  a.货柜式货架。一般用于储存小件、零星货物,根据需要可有各种不同格式,其中又可分货格式及抽屉式等等。这种货架一般每格都有底板,货物可直接搁置在底板上,这种货架的作业方式一般都是人工操作。常见的有:
  
  b.托盘货架
  
  托盘货架是存放装有货物托盘的货架。托盘货架所用材质多为钢材结构,也可用钢筋混凝土结构。可做单排型连接,也可做双排型连接。图4.2-3示出托盘货架。
  
  采用托盘货架,每一个托盘占一个货位,较高的托盘货架使用堆垛起重机存取货物,较低的托盘货架可用叉车存取货物。托盘货架可实现机械化装卸作业,便于单元化存取,库容利用率高,可提高劳动生产率,实现高效率的存取作业,便于实现计算机的管理和控制。
  
  图4.2-3  托盘货架
  
  c.悬臂式长形料架
  
  悬臂式长形料架又称悬臂架。
  
  它是由3-4个塔形悬臂和纵梁相连而连成。如图4.2-4所示,分单面和双面两种,悬臂架用金属材料制造,为防止材料碰伤或产生刻痕,在金属悬臂上垫上木质衬垫,也可用橡胶带保护悬臂架的尺寸不定,一般根据所放长形材料的尺寸大小而定其尺寸
  
  悬臂架为边开式货架的一种。其特点是可在架子两边存放货物,但不太便于机械化作业,存取货物作业强度大,一般适于轻质的长条形材料存放,可用人力存取操作,重型悬架用于存放长条形金属材料。
  
  图4.2-4    悬臂式长形料架
  
  d.驶入式货架
  
  驶入式货架。结构如图4.2-5所示。
  
  图4.2-5   驶入式货架
  
  这种货架采用钢质结构。钢柱上一定位置有向外伸出的水平突出构件,当托盘送入时,突出的构件将托盘底部的两个边托住,使托盘本身起架子横梁作用,当架上没有放托盘货物时,货架正面便成了无横梁状态,这时就形成了若干通道,可方便的出入叉车等作业车辆。
  
  这种货架特点是叉车直接驶入货架进行作业,叉车与架子的正面成垂直方向驶入,在最内部设有托盘的位置卸放托盘货载直至装满,取货时再从外向内顺序取货。驶入式货架能起到保管场所及叉车通道的双重作用,但叉车只能从架子的正面驶入。这样,从一个方面看可提高库容率及空间利用率,从另一方面看,很难实现先进先出。因此,每一巷道只宜保管同一品种货物,此种货架只适用于保管少品种,大批量以及不受保管时间限制的货物。进车式货架是高密度存放货物的重要货架,库容利用率可达90%以上。
  
  (2)密集型货架
  
  a.移动式货架
  
  有移动式普通商品货架和移动式托盘货架两种。这种货架底部装有轮子,可在地面敷设的轨道上移动,固定式货架一般每两排货架需有一个通道,而移动式货架可在较多排架中只留出一条通道。通过货架移动,选择所需通道的位置,让出通道,由叉车装卸。移动货架的方式一般是电动的,但轻型移动式普通商品货架也可手动。控制货架移动有两种方法:一是操纵设在货架上的按钮开关;二是声音控制,叉车司机可在车上用声音遥控。货架上装有自动防碰的安全设备。这种货架移动速度较慢,设备结构也较复杂,只适用于进出库不太频繁的保管系统。(见图4.2-6)
  
  图4.2-6  移动式货架
  
  b.重力式货架
  
  重力式货架有两类:一类是储存整批纸箱包装商品;另一类是储存托盘商品。储存纸箱包装商品的重力式货架比较简单,由多层并列的辊道传送带所组成,商品上架及取出使用人力。储存托盘商品的重力式货架一般为2~4层,每格货架内设置重力滚道两条。滚道由左右两组辊轮,导轨和缓冲装置组成。其坡度一般为1.5~3.5%,滚道长度一般可存放5~12只托盘,每个托盘载重量为500~1500kg。商品进库存放时,用叉车从货架后面将托盘送入货格,托盘依靠本身重力沿滚道向前滑行,也有采用电磁阀控制托盘定位。取货时,则用叉车从货架前面将托盘取出。(见图4.2-7)
  
  重力式货架的优点是:
  
  ·能保证货物的先进先出。
  
  ·它是一种高密集型的货架储存系统,空间利用率极高,比普通通道托盘货架的通道面积大大节省。
  
  ·进出货时叉车或巷堆垛机行程最短。
  
  ·使货架的货位“空缺”减至最少。
  
  ·能最大限度地防止货物的失窃,因为这种型式的货架,外人仅能接触到滑道端部的第一个托盘货物,因而使失窃率大大降低。
  
  ·重力式货架适用于零进整出或整进整出,尤其适用于大批量进出、储存,进出系统如与自动传送带衔接,吞吐能力可达280板/时。
  
  它的缺点是:
  
  ·投资成本高,一般重力式货架的成本约为普通托盘货架成本的5~7倍。
  
  ·对托盘及货架的制造加工要求高,否则易造成滑道阻塞,同时对这种货架的日常维护、保养要求也高。
  
  图4.2-7    重力式货架
  
  (3)旋转式货架
  
  旋转式货架设有电力驱动装置(驱动部分可设于货架上部,也可设于货架底座内)。货架沿着由两个直线段和两个曲线段组成的环形轨道运行。由开关或用小型电子计算机操纵。存取货物时,把货物所在货格编号由控制盘按钮输入,该货格则以最近的距离自动旋转至拣货点停止。拣货路线短,拣货效率则可以提高(见图4.2-8)。
  
  旋转式货架的货格样式很多,一般有提篮状、盆状、盘状等,可根据所存货物的种类、形态、大小、规格等不同要求选择。货格可以由硬纸板,塑料板制成,也可以是金属架子。透明塑料密封盒则适于贮存电子元件等防尘要求的货物。
  
  旋转式货架适于小物品的存存,尤其对于多品种的货物更为方便,它贮存密度大,货架间不设通道,易管理、投资少,由于操作人员位置固定,故可采用局部通风和照明来改善工作条件,并且节约了大量能源。
  
  图4.2-8   旋转式货架
  
  如果仓库的空间利用不作为主要问题,而以便于拣货和库存管理的目的出发,那么就显出旋转式货架的优越性了。
  
  旋转式货架分为整体旋转式(整个货架是一个旋转整体)和分层旋转式(各层分设驱动装置,形成各自独立的旋转体系),其中整体旋转式又分为水平旋转式(货架的旋转轨迹平行于地面、即旋转轴垂直于地面)和垂直旋转式(货架的旋转轨迹垂直于地面,即其旋轴与地面平行),可根据具体要求而选定。
  
  4.3 自动仓储系统(AS/RS)存取工艺与设备
  
  4.3.1 巷道式堆垛起重机
  
  (1)巷道式堆垛起重机的特点
  
  巷道式堆垛起重机的主要用途是在高层货架的巷道内来回穿梭运行,将位于巷道口的货物存入货格,或者相反,取出货格内的货物运送到巷道口。
  
  a.整机结构高而窄
  
  采用巷道式堆垛起重机的高架仓库很高,而货架巷道又非常狭窄,起重机宽度一般和所搬运的单元货物的宽度相等。
  
  b.起重机金属结构设计除需满足强度要求外,还应有足够的刚性和精度。制动时机架顶端水平位移一般要求不超过20mm。而且振动衰减时间要短。机架立柱上升降导轨的垂直度应严格控制,一般在全长上不应超过3~5mm。
  
  c.起重机配备有特殊的取货装置,常用的有伸缩货叉或者伸缩平板,能向两侧货格伸出存取货物。
  
  d.起重机的电力拖动系统要同时满足快速、平稳和准确三方面要求:
  
  ·快速性,工作速度高;起、制动快;尽量缩短搬运时间;
  
  ·平稳性,起、制动要平稳,以防止货物单元在货台上发生滑移或者装在托盘上的货物发生倒塌,减少金属结构的动载荷;保证司机舒适和起重机上的电子元件免受冲击振动;
  
  ·准确性,起重机的电力拖动系统应能保证起重机与货台准确地停靠的指定的位置。停准偏差一般不超过5~10mm。这就要求起起重机具有良好的低速特性。
  
  ·安全要求高,必须配备齐全的安全装置,并在电气控制上采取一系列联锁和保护措施。对于自动控制的巷道式堆垛起重机尤其要这样。
  
  (2)巷道式堆垛起重机的分类
  
  巷道式堆垛起重机通常按其金属结构型式、起重机运行支承方式和取货作业方式进行分类;如表4.3-1所示。
  
  表4.3-1               巷道式堆垛起重机分类与用途
  
  分   类
  
  特    点
  
  用    途
  
  按结构型式分类
  
  单立柱型
  
  1. 金属结构由一根立柱和上、下横梁组成(或仅有下横梁)。
  
  2. 自重较轻,但刚性较差。
  
  一般用于起重量2t以下,起升高度不大于16m的仓库。
  
  双立柱型
  
  1. 金属结构由两根立柱和上、下横梁组成一个刚性框架。
  
  2. 刚性好,自重较单立柱大。
  
  1. 能适用于各种起升高度的仓库。
  
  2. 起重量可达5t或更大。
  
  3. 适用于高速运行,快速起、制动。
  
  按支承方式分类
  
  地面支承型
  
  1. 支承在地面轨道上,用下部车轮支承和驱动。
  
  2. 上部设水平导向轮。
  
  3. 运行机构布置在下部。
  
  1. 适用于各种起重量和起升高度的仓库。
  
  2. 用途最广。
  
  悬挂型
  
  1. 仓库屋架下装设轨道,起重机悬挂于轨道下翼缘上运行。
  
  2. 仓库货架下部装设导轨,起重机下部设水平导向轮靠在导轨上防止摆动过大。
  
  3. 运行机构设在上部。
  
  1. 适用于起重量较小、起升高度较低(不大于15m)的仓库。
  
  2. 便于转移巷道。
  
  3. 使用较少。
  
  货架支承型
  
  1. 巷道两侧货格顶部敷设轨道,起重机支承在两侧轨道上运行。
  
  2. 仓库货架下部设导轨,起重机下部设水平导向轮靠在导轨上防止摆动过大。
  
  3. 运行机构设在起重机上部。
  
  1.适用于起重量和起升高度均较小的仓库。
  
  2.使用很少。
  
  按作业方式分类
  
  单元型
  
  1.以整个货物单元出、入库。
  
  2.起重机载货台须备有叉取货物的装置。
  
  3.自动控制时,机上无司机。
  
  1.适于整个货物单元出入库的作业,或者“货到人”的拣选作业。
  
  2.使用最广泛。
  
  拣选型
  
  1.堆垛机上设司机室,由司机从货物单元中拣选一部分货物出库。
  
  2.载货台上可以不设叉取装置,直接由司机手工操作取货。
  
  3.全自动拣选式堆垛机用自动取货装置拣选。
  
  1.适用于“人到货”的拣选作业。
  
  2.大多为手动与半自动控制。
  
  3.全自动拣选机使用极少。
  
  (3)巷道式堆垛起重机结构组成
  
  巷道式堆垛起重机由升降机构、运行机构、货叉、伸缩机构、机架以及电气部分等组成。如图4..3-1所示。
  
  a.起升机构
  
  起升机构由电动机、制动器、减速机、滚筒或链轮以及柔性件组成。常用的柔性件有钢丝绳和起重链两种。除了一般的齿轮减速机外,由于需要比较大的速比,因而蜗轮蜗杆减机和行星减速机的使用也不少。起重链传动装置多数装在上部,而常配有平衡重块,以减小提升功率。为了使起升机构结构紧凑,常常使用带制动器的电机。起升机构的工作速度一般经常用15~25m/min,最高可达45m/min。但不管选多大的工作速度,都应备有一慢速档,一般3~5m/min,主要使运动机构能平稳准确地停在规定位置,以便存取货取。
  
  b.运行机构
  
  运行机构由电机,联轴节,制动器,减速箱和行走轮组成。按运行机构所在位置的不同可以分为地面运行式、上部运行式、中间运式等,其中地面运行式使用最广泛。这种方式一般用两个或四个车轮,沿敷设在地面上的单轨运行。在起重机的顶部有两组水平轮沿着固定在屋架下弦上的轨道导向。如果起重机车轮与金属结构通过垂直小轴铰接,起重机就可以走弯道,从一个巷道转移到另一个巷道工作。上部运行式起重机又可分为支撑式和悬挂式两种,前者支承在货架顶部敷设的两条轨道上运行,起重机下部有两组水平轮导向。悬挂式的起重机则是悬挂在位于巷道上方的工字钢下翼缘上运行,下部同样有水平轨导向。
  
  起重机运行机构的工作速度视仓库长度和需要的出、入库频率而选定。一般为80m/min以下,较高为120m/min,最高可达180m/min。除工作速度外,还需要一档慢速,如4m/min,这是为了便于存取货物,保证需要的停止精度。对于自动控制的起重机,为了在近距离运行(例如小于6个货格的距离)时缩短起重机慢速爬行时间,在工作速度和慢速之间还需加一档中速,如20m/min。
  
  c.载货台及取货装置
  
  载货台是货物单元承接装置,通过钢丝绳或链条与起升机构联接。载货台可沿立柱导轨上下升降。取货装置安装在载货台上,有司机室的堆垛机,司机室也一般装在载货台上,随载货台的升降。对只需要拣选一部分货物的拣选式堆垛机,则载货台上不设取货装置,只有平台供放置盛货容器之用。
  
  取货装置一般是货叉伸缩机构,货叉可以横向伸缩,以便向从两侧货格送入(取出)货物。货叉结构常用三节伸缩式。由前叉、中间叉、固定叉以及导向滚轮等组成,货叉的传动方式主要有齿轮—齿条和齿轮—链条两种。货叉伸缩速度一般为15m/min以下,高的可达30m/min,在超过10m/min时需配备慢速挡,在起动和制动时用。
  
  图4.3-1  巷道堆垛机
  
  d.机架
  
  机架由立柱和上、下横梁联接而成,是堆垛机的承载构件。机架有单立柱和双立柱两大类。单立柱结构的机架只有一根立柱和一根下横梁。这种结构重量比较轻,制造工时和消耗材料少,起重机运行时,司机的视野比双立柱好得多,但刚度较差,一般适应于高度不到10m,轻载荷的堆垛机。双立柱的机架由两根立柱和上、下横梁组成一个长方形框架。这种结构强度和刚性都比较好,适用于起重量较大或起升高度较高的起重机。
  
  e.电力拖动
  
  巷道式堆垛起重机的电力拖动除极个别外,都采用变速的电力拖动系统,常用的有以下几种:可控硅供电直流调速系统;交流变极电机换速;交流双电机变速;可控硅交流定子调压调速;涡流制动器调速;变频调速等。
  
  f.控制方式
  
  ·手动控制方式
  
  手动控制是堆垛机最基本的控制方式。这种方式是由操作人员在司机室内,用手柄或按钮来操作纵运行,起升,货叉伸缩等运作。认址、变速、对准等全部靠司机来完成。该方式控制设备简单、经济,司机劳动强度较大,作业效率较低,适用于出入库频率不高,规模不大的仓库。
  
  ·半自动控制方式
  
  这种控制方式是手动控制方式的改进,半自动控制巷道堆垛机自动化程度各不相同,基本功能是:当司机用手柄或按钮发出运行(升降)机构的换速信号后,堆垛机的运行(升降)机构所配置的检测装置自动发出该机构停车信号。能否自动停准,这是半自动控制方式与手动控制方式的主要区别。自动停准功能可显著提高堆垛机的作业效率,减轻司机的劳动强度,除自动停准功能外,有的堆垛机还有自动换速、自动认址、自动完成货叉伸缩存取货物的动作。这种控制方式,其控制设备除手动操纵盘外,一般还设有简单的继电器逻辑控制装置。它具有经济实用,便于维修等优点,适用于出入库比较频繁,规模不大的仓库。
  
  ·全自动控制方式
  
  这种方式的主要特点是堆垛机上不需要司机。在机上便于地面操作的部位装有设定器,操作人员站在巷道口的地面,通过机上设定器,设定出入库作业方式和地址等数据。机上装有自动放址装置和物理逻辑控制装置,在操作人员设定完了,并按下起动按钮后,堆垛机开始自动运行、升降、认址、停准及存取货物等运作,实现堆垛机的自动操作。
  
  机上控制装置可以是电子式或继电器式的、专用或通用顺序控制装置,也可使用单板微型计算机。
  
  设定器可以采用数字按钮、选择开关、拨码开关及读卡器等。读卡器可使用专用的,在专用卡片上穿有相应于货格的地址的信息孔,通过专用读卡器进行地址设定。自动控制方式具有操作简单、作业效率高等优点,适用于出、入频率高,起重机台数不多且未配置输送机的中小规模(货位一般不超过2000个)仓库。
  
  ·远距离集中控制方式
  
  入出库作业的控制装置和地址设定器安装在地面集中控制室内。操作者通过设定器设定出入库地址和作业方式,并输入到地面或机上的控制装置(包括计算机)中,经过计算和判断,发出堆垛机运行的控制命令,实现堆垛机的远距离集中控制。由于地面控制装置远离巷道和堆垛机,需要配备堆垛机和地面控制室内的信息传送系统,传输方法常用有电缆传输和感应传输两种。适用于出入库频繁,规模比较大,有多台起重机和输送机有较大容量(货格数在2000个以上)的仓库,特别是低温,黑暗、有害等特殊环境的仓库。可以节省人力,改善劳动条件,提高仓库作业效率,但初投资和维护费用较高。
  
  g.安全保护装置。由于巷道式堆垛起重机是在又高又窄的巷道内快速运行的设备,对它的安全必须特别重视。除一般起重机常备的安全装置与措施(如各机构的终端限位保护和缓冲器、电动机过热和过电流保护、控制电路的零位保护等等)外,还应结合实际需要增加下列各种保护:
  
  ·在运行和起升方向,距终端开关一定距离远处设强迫减速开关,以确保及时减速。
  
  ·货叉伸缩机构只有在起重机运行机构不工作和起升机构亦不工作时,才能起动,反过来,如果货叉已离开中央位置,起重机运行机构便不能起动,而起升机构只能以慢速工作。
  
  ·起升机构钢丝绳过载和松驰保护。
  
  ·断绳捕捉器。对于司机室随载货台升降的起重机,必须装设断绳捕捉器。
  
  ·下降超速保护。不论什么原因,一旦载货台下降发生超速现象时,此保护装置立刻将货台夹住。
  
  对于自动控制的起重机,除上述各种以外,还需增设下列安全装置:
  
  ·货格虚实探测装置。在入库作业中,货叉将货物单元送入货格之前,先用一个机械的或者光电的探测装置检查一下该货格内有无货物。如果无货,则伸出货叉将货物存入货格,如果已有货,则报警停止进行后续的运作。
  
  ·空出库检测。在在出库作业中,货叉伸主货格完成取货动作之后,如果在货台上检测不到有货物存在,则报警。
  
  ·伸叉受堵保护。货叉伸出受堵时,伸缩机构传动系统中装设的安全离合器打滑进行保护。如果延续一定时间后,货叉尚未伸到头,即报警。
  
  ·货物位置和外形检测。如果货物单元在载货台上位置偏差超过一定限度,或者倒塌失形,检测装置便报警,起重机不能继续工作。
  
  ·堆垛机停准后才能伸货叉。
  
  ·货叉在货格内作微升降时,用检测开关限制微升降行程或限制其动作时间,以防止货叉微升降过度,损坏货物、机构或货架。
  
  ·对系统中的关键检测器件,如货位探测开关、货叉原位开关等等采用软件自检措施,以及时发现并更换失灵器件。
  
  ·堆垛机开动前发出声光警告。
  
  4.3.2 高架叉车
  
  高架叉车又称作无轨巷道堆垛机或三向堆垛叉车。它是一种变型叉车,主要适用于高度不太大,作业不太频繁并要求出库搬运的仓库。(见图4.3-2)
  
  (1)高架叉车的结构特点
  
  从结构上看,高架叉车与一般叉车相比主要有下列特点:
  
  图4.3-2   高架三向叉车
  
  ·采用多节门架。高架叉车为了提高起升高度,采用了3节或4节门架,使起升高度可达到12m。
  
  ·备有特殊的货叉机构。高架叉车的货叉机构能够在水平面内左、右各转90°,又能够向左或向右作侧移。这样,巷道的宽度就可以显著减小,只比货物或叉车宽400mm左右即可。
  
  ·设导向装置。车体下部两侧各有两个水平导向轮,货架下部设导轨进行导向。为了便利叉车从巷道外进入巷道起见,在巷道端口上,水平导轨呈弧形段,形成一个“喇叭口”,能引导高架叉车进入巷道。
  
  ·其它特点。司机室可随门架一起上升,以便看清楚货叉在高处的作业。也可采用货叉自动平层机构,准确停在所需货格层上。有的高架叉车驱动轮能旋转90°,使叉车能够方便地作横向移动,提高了叉车运行的灵活性和便于转移巷道。
  
  (2)高架叉车的控制
  
  高架叉车的控制方式有三种。
  
  ·手动控制
  
  绝大多数高架叉车采用这种控制方式。其起升机构常常带有预选层数的自动控制。层数预选可以采用计数法,也可以采用模拟法。检测高度的传感器一般装在门架上。随货叉升降,传感器发出不同的脉冲数,或者发出相应的电压信号,反映高度。当货叉到达预选高度时就停止。
  
  ·半自动控制
  
  采用半自动控制时,司机也在叉车上。但只是在高架叉车离开货架巷道以后,由司机进行操作。而在巷道内时,叉车的运行、货叉的升降回转和侧移、取货、卸货等全部动作均自动完成。
  
  ·全自动控制
  
  采用全自动控制的高架叉车不但在巷道内作业时是自动的,而且在巷道外的作业,包括转移巷道等,也可以按命令自动完成。这种叉车无人驾驶,它按预选的作业方式和作业地址自动导向进行、自动认址并自动完成一切要求的动作。
  
  高架叉车与巷道式堆垛起重机在结构上有很大不同。后者用钢轮在钢轨上运行,而前者则采用轮胎,在不同轮压时会有不同的变形量。高架叉车采用多级门架。当门架伸出时,叉尖会有水平和垂直位移,而且这种位移随门架升降而变化。又如货叉侧移时,载荷偏一边,叉车会有一定的侧向倾斜,货叉位置也会有一定的变化,门架倾斜时货叉位置也会在垂直和水平方向发生位移。凡此种种因素都对货叉在垂直和水平方向上的定位精度产生影响。这些不利因素必须在考虑高架叉车的定位精度时充分估计到。正因为有这些影响,一般讲,高架叉车的定位精度比巷道式堆垛起重机低得多。
  
  (3)高架叉车的优缺点及适应范围
  
  综上所述,高架叉车有以下特点:
  
  ·高架叉车的起升高比一般叉车高,可以达到12m,但比巷道式堆垛起重机所能达到的高度低得多。
  
  ·所需巷道宽度比一般叉车所需的窄得多,但不如巷道式堆垛起重机窄。
  
  ·高架叉车机动性比巷道式堆垛起重机高,它可以在巷道外作业,可以方便地转移到其它巷道工作,甚至可以开出仓库外作业。
  
  ·仓库巷道必须有平整的地面。
  
  ·由于采用蓄电池作动力,充电时间长,自重大。
  
  ·工作速度比巷道式堆垛起重机和一般叉车均低,因而作业效率低。
  
  所以高架叉车比较适用于高度12m以下,出、入库不频繁的仓库。特别在旧库技术改造,或者需要用同一台叉车完成库内和库外作业的场合,高架叉车尤为适用。
  
  4.4 出、入库运输系统
  
  高架仓库还必须利用各种输送机、叉车、自动搬运小车、升降机或其它机械将高货架区和各作业区联成一体。从这个意义上讲,只有通过上述各种搬运机械构成的出、入库运输系统才能最终形成高架仓库的物流。出、入库运输系统协调地工作是保证高架仓库有效运转必不可少的条件。
  
  4.4.1 输送机
  
  出、入库输送机主要分以下几类:
  
  无动力式    辊筒式
  
  滚轮式
  
  输送机                    辊子输送机
  
  动 力 式     链条输送机
  
  皮带输送机
  
  (1)无动力式输送机
  
  无动力式输送机不需要动力,货物的输送可以由人力推动,也可以让输送机呈一定坡度,使货物靠自身的重量从高端移动到低端,因此,这种输送机也叫做重力式输送机。无动力式输送机的滚动转子有辊筒、滚轮等几种型式。类型的选择主要根据输送单元货物的底部特征、空间位置及系统规划的要求来确定。
  
  无动力式输送机最大的优点是结构简单、机动灵活、拆装方便且不需要动力,因此被广泛应用于物流中心或配送中心,作为输送线终端积存输送机或者作为理货区的分拣设备。
  
  a.辊筒式输送机。适用于输送托盘或纸箱商品,是应用最普遍的一种输送机。辊筒输送机是利用物品重力在倾斜的输送机上移动。一般输送托盘的倾斜度为2.5~3.5%;输送纸箱重量10~20kg为3~5%,重量0/5~1kg为10~13%。倾斜度为0时,依靠人力推动。 (见图4.4-1)
  
  b.滚轮式输送机。其轮子有钢质或塑料制品两种,轴上装有轴承,依靠轮子转动输送物品。由于轮子可以交错排列,比辊筒输送机紧密,可以输送体积较小和形状不规则的物品。一般适用于小于50kg、底面平坦的物品。重量小于20kg的物品可采用塑料轮。滚轮式输送机也可以输送托盘或重物,它采用边轮结构,即在输送机相当于托盘的两边位置上各装一、两排轮子,便于托盘移动。在重力式货架上也采用这种装置移动储存在货架上的托盘或重物。滚轮式输送机见图4.4-2。
  
  图4.4-1  辊筒式输送机          图4.4-2  滚轮式输送机
  
  (2)动力式输送机
  
  在AS/RS输送系统中,应用最广的还是动力式输送机,动力式输送机一般均由电动机驱动。根据输送介质的不同可以分为辊子输送机、链条输送机和皮带输送机。
  
  a.辊子输送机是一种使用最为广泛的输送机械。它由一系列以一定间隔排列的辊子组成,用于输送成件货物或托盘货。一般要求货物或托盘的底面必须有沿输送方向的连续支承面。为保证货物在辊子上移动时的平稳性,应保证至少有3-4个辊子同时支承一件货物,即辊子的间距应小于货物支承面长的1/4~1/3。由电动机通过链条或胶带驱动辊筒,辊子输送机一般可用于输送、积存、分岔、合流等场合,也可应用于油污、潮湿及高、低温的环境。
  
  辊子输送机的传动方案有许多种,常见有的皮带传运、链条传动和电动滚筒传动等。皮带传动辊子输送机是用辊子床作为承载面,传动整作为驱动构件的输送机。在辊子底部布置一条皮带,皮带下面设有托辊,皮带可在驱动机构的带整动下前后运动。当托辊顶起皮带时,皮带与辊子接触,并靠磨擦力带动辊子转动。当把托辊放下时,皮带脱开辊子,辊子就失去了驱动力。因此通过有选择地控制托辊的顶起和放下,即可使一部分辊子转动,而另一部分辊子不转,从而实现货物在辊道上的积存,起到缓冲的作用。
  
  链条传动辊子输送机是用辊子床作为承载面,成件货物直接放在辊道表面上,辊子由链条和链轮驱动。它适宜在环境恶劣的场合下工作,尤其适合输送重型或大块的货物。常有的有两种传动方式,尤其适合输送重型或大块的货物。常用的有两种传动方式:辊子对辊子型和连续链型。
  
  ·辊子对辊子型,每个辊子轴上装有两个链轮,单条链环交错地沿输送机长充方向连接一对对辊子。首先由电机、减速器和链条传动装置驱动第一个辊子,然后再由第一个辊子通过单环链驱动第二个辊子,这样依次传递,使全部辊子成为驱动辊子。(见图4.4-3)
  
  图4.4-3 辊子对辊子型链条传动辊子输送机
  
  ·连续链型是由一条连续的环链驱动的链传动辊子输送机,如图4.4-5所示。每个辊子车上装有一个链轮,用一根链条通过张紧轮或压紧轮驱动所有的辊子。这种结构形式适合输送中等重量的载荷。
  
  (a) 张紧轮式            (b)压紧轮式
  
  图4.4-4   连续链型链条传动辊子输送机
  
  ·电动滚筒式辊子输送机。电动滚筒式辊子输送机的每一个辊子就是一个电动滚筒,每个电动滚筒内都配备有一套驱动系统,各自单独驱动。由于价格较贵,实际使用时,一般每隔几个无动力的辊子,才安装一个电动滚筒。该种输送机简捷、安全、更换维修方便且容易实现货物的积存,一般用于频繁启动和制动的场合。
  
  c.链条式输送机
  
  链条式输送机使用极为广泛的一种输送机械。它包括许多类型。
  
  ·普通链条输送机由两根套筒辊子链条组成。链条由驱动链轮牵引,链条下面的导轨,支承着链节上的套筒辊子。货物直接压在链条上,随着链条的运动向前移动。
  
  链条输送机在AS/RS出入库输送系统中的应用非常广泛,经常与辊子输送机配合使用,并通过辊子升降台实现货物的转向、分叉或合流。
  
  ·链板输送机。它以链条连续传动,藉木板或钢板装在连续传动的链条上,来支承和输送货物。由于木材摩擦力较好,易能制成各种不同形状,损坏后可以调换,故使用木板较为普遍。这种输送机可输送各种轻重物品,使用灵活可靠,缺点是噪音大、速度低、耗能高、货物汇集困难(图4.4-5)。
  
  链板输送机的运行速度和载重能力如表4.4-1所示。
  
  图4.4-5  链板输送机
  
  ·高架输送机。又称高架链条小车输送机。在屋梁上装有铁轨,车身倒悬,藉链条驱动牵引各小车的车轮在轨道上运行。这种输送机不占地面,不影响地面上车辆和人员的往来,布置自由、简单、便宜。但受到屋梁承载能力和房屋高度限制,也对高架叉车操作有所影响。这种输送机每辆小车载重为25~100kg,运行速度一般为10~20m/min(高速可达60m/min);小车载重1500kg的运行速度为10~15m/min。(见图4.4-6)
  
  ·胶带输送机。以一个环形胶整套装在两只滚动的辊筒上,形成一个连续的移动面来支承输送物品。这种输送机只限于动力式。胶整的材料有橡胶、塑料。甚至用铁丝网等制成,但最普遍的是橡胶。这种输送机由于物品在橡胶带上的摩擦力,一般可在15°~20°倾斜的状况下,以高速度、低噪音输送各类物品。但橡胶束带不耐热、易划伤破损,对货物汇集也有困难,机械布局配置较为复杂。
  
  图4.4-6    高架输送机
  
  表4.4-1  链板输送机的运行速度和载重能力
  
  类别
  
  输送货物
  
  运行速度m/min
  
  载重量kg/m
  
  轻型木板链板输送机
  
  各种轻量货物
  
  8~10
  
  12~1000
  
  中型木板链板输送机
  
  托盘
  
  8
  
  1000
  
  重型钢板链板输送机
  
  托盘
  
  5~10
  
  1000~3000
  
  4.4.2 升降机
  
  (1)液压升降平台。液压升降平台结构较为简单,但适用面较广。平台面积大小有从0.1m2到20m2,载重量有从100kg到50,000kg,提升高度从数十厘米到数米(指单剪叉式)。其结构是顶部为一载货平台,下面为升降机械。升降机械的主要型式为剪叉式,采用液压系统升降载货平台。这种结构的优点是在较小油缸行程下,获得载货平台较大的升降行程。升降平台动力源有手动、蓄电池或交流电源。剪叉式液压升降平台有单剪叉、双剪叉(水平双剪叉和垂直双剪叉和多剪叉,其中以单剪叉的应用最为广泛。水平双剪叉式样可以加长升降平台的长度,适用于装载长型物料、汽车等。垂直双剪叉式可以增加升降平台的提升高度。多剪叉式由3~6个剪叉结构垂直连结,一般用于高空作业。(见图4.4-7, 图4.4-8)
  
  液压升降平台在国外工厂、仓库、机场、车站、码头等均被广泛应用。现将在仓库应用情况分述如下:式
  
  a.代替普通货梯,用于将载货卡车从地面提升到楼层仓库。它提升速度较慢,只适用于使用不频繁的场合。还有些仓库利用液压升降平台将叉车或车辆从地面提升到站台上。
  
  b.用于装卸车上的货物。卡车车厢高度一般为735-1460mm,通过升降平台能使空载或满载的搬运机械(手推车、托盘车、叉车等)从地面提升到和卡车车厢齐平的高度,
  
  直接驶入车厢内装卸货物。由于卡车车厢的高度一般在1.5m以下,因此装卸升降平台的提升高度一般为1.5m。升降平台的大小和载重量,需根据所使用的搬运机械而定。一般讲,使用手推车、手动托盘车等搬运的平台尺寸为2×2.5m,载重量为3000kg以下;使用叉车搬运的平台尺寸为2×4m,载重量为6000~10000kg。升降平台的提升速度多数为3~4.5m/min,但有些仓库其商品进出库较繁忙,要求加快速度,故也有10m/min提升速度的升降平台。
  
  图4.4-7  液压汽车升降平台         图4.4-8液压剪叉式高空作平台
  
  升降平台有固定式和移动式两种。固定式也称地坑式装卸升降平台,其优点是升降机构都装在地面以下,平台台面可下降到与地面平齐,故搬运机械能很方便地上下平台;升降平台不使用时,可不占空间、搬运车辆可从上越过,不影响场地交通,但要注意搬运车辆的重量不得超过升降平台所标明的承载重量。地坑式装卸升降平台的缺点是安装时至少挖坑0.2m深,如遇地质上壤松软或地下有管道、敷线等会使施工发生困难。
  
  移动式装卸升降平台,一般都是尺寸较小的规格,供手推车使用。它底座装有两轮或四轮,用牵引车或人力拖动,移至需要操作之处。因此使用比较灵活,安装时也不影响场地建筑物。然而移动式装卸升九平台的机械都在地面以上,即使平台下降到最低位置时,平台离地仍有一定的高度,一般至少有0.1m高度。为便于搬运车辆推上平台,必须装有铰链式的翻板;而在平台的另一端也装有渡板与卡车车厢连接。有些生产厂设计制造了超低位的移动式升降平台,如英国UK升降台公司制造的、型号为Lodek升降台最低离地高度仅46mm。美国空间技术工业公司制造的升降台,将剪叉结构和液压系统都装置在升降台的两侧,升降台中部可供车辆驶入、停靠,其平台可以紧贴地面,故可不设铰链翻板和渡板。
  
  c.将液压升降平台和各种搬运车辆结合成一体的升降搬运车。如有的仓库将升降平台装上驱动机构和轮子,作为拣选、运送长型物品(如地毯、管材、棒料等)之用。
  
  还有将液压升降平台装在手推平板车上,既可作为手推车搬运物品,又能升高或下降来装卸物品,减轻了操作人员弯腰、用力的劳累。
  
  有的升降搬运车的平台上还装辊筒、转盘或倾斜装置,以便易于装卸货物。
  
  (2)垂直输送机。垂直输送机是最近三十年才在国外发展起来的一种物流机械,用于不同楼面和不同高度之间的物料搬运。它不像电梯那样需载人操作,并能以较快的速度搬运,有利于实行装卸搬运自动化。目前国外的垂直输送机可分为往返式垂直输送机和连续垂直输送机。
  
  a.往返式垂直输送机。(见图4.4-9)它是有一个升降台上下往返搬运物品。升降台往返时都保持水平状态,但回程是空载。每一往返周期需要一定的空载时间,故输送能力相对较低,如升降台运行速度虽可达61m/min,而每分钟的搬运次数一般不超过三次。升降台载重量一般为100~3000kg(也有11340kg)。在搬运纸箱等轻物、垂直距离为5m时,每小时可搬运240件;在搬运托盘、垂直距离为10m时,每小时可搬运120只。虽然它和连续垂直输送机比较,搬运能力要差,但和货梯相比要提高2倍。因此,对搬运托盘和平板车等装载的商品较为适宜,对其它如叉车等搬运机械配合使用较为方便。它对仓库条件要求较少,在多层楼库应用较为经济。
  
  往返式垂直输送机的结构,一般是有一个装有导向辊筒的载货平台,用链条或钢丝绳在框架或竖井内吊上、吊下,用转换开关控制加减速的电机为动力,在升降台的另一边则装有平衡重物。另外,在各层楼面的垂直输送机进出口处装有自动送入(出)装置(有驱动辊式、链式、板条输送机等),与载货升降台配合运行。
  
  往返式垂直输送机按照物品送入、由送出的方向不同分为Z型和C型。Z型是送入和送出在升降台呈相反两侧。C型是送入和送出处在升降台的同一侧。但也有在两侧送入,一侧送出,或可以在两侧送入、两侧送出的,以及进入后作90°转向送出的。往返式垂直输送机可以在两个固定楼面间输送,也可以在多层楼库的任意两个楼面之间输送物品。
  
  b.连续垂直输送机(见图4.4-10)。最通用的是链板式垂直输送机,它的特点是能按一定的时隔时间,将搬运物保持水平状态作垂直的连续输送,特别适宜于输送量多的轻量物品。它占地面积小,且安装地点也很灵活。
  
  连续垂直输送机的结构是在四组循环转动的链条上,按一定的节距安装柔性的、由
  
  链板组成的载货升降台。在载货时,升降台保持水平状态升降,到达送出楼层;而空载返回时,升降台从输送机的背面呈垂直状态返回原送入楼层。连续输送机和胶带、驱动辊式、链工输送机等的平面送入(出)装置构成一个输送系统。
  
  图4.4-9   往返式垂直输送机
  
  连续垂直输送机也可按照物品送入、送出的方向分为Z型和C型,它可以在两上固定楼面之间输送物品。在多层楼库的任意两上楼面之间,以同一面送入、送出输送物品,并可逆向运转,则称为E型。E型的垂直输送机的物品送入、送出方向与C型相同,但不能采用Z型。在多层楼库的任意两小车;上面的小车定位在进出货物的上面楼层,下面的小车则定位在进出货物的下面楼层。在使用时,先操纵上、下小车,分别定位在输送物品的楼层,然后开动输送机运送物品。
  
  连续垂直输送机升降台载重量为30~1500kg,可输送箱、袋或托盘装的商品,其运载能力如表4.4-2所示。
  
  图4.4-10  连续垂直输送机
  
  表4.4-2
  
  型式
  
  每小时运送箱数
  
  每小时运送托盘数
  
  备  注
  
  Z型
  
  1000~1200
  
  200~360
  
  超Z型,每小时运送箱数为2000~2500
  
  C型
  
  500~600
  
  100~200
  
  E型
  
  500~600
  
  100~180
  
  4.5 自动搬运车(AGV)
  
  4.5.1 自动搬运车概述
  
  自动搬运车在英、美各国称作为自动导向车(Automatic Guided Vehicle,简称AGV),在日本称为无人搬运车,我们参照国内的一般称法,称为自动搬运车。
  
  AGV是一种现代化的先进物料搬运技术装备,并逐步趋于功能完善,AGV能自动地和不受机械约束地从一地点把载荷移送到一个指定地点,这个系统采用先进电子控制系统或计算机进行系统管理并形成一个功能网络,具有一定的柔性程度。目前已进入广泛的产业领域,引起了工业界和其它行业的兴趣。自动搬运车外型图4.5-1,图4.5-2。
  
  自动搬运车根据日本工业标准JISD-6801-1990,将其分为无人搬运车、无人牵引车和无人叉车三类,这里所述的无搬运车实际上是指能装载、运输货物的自动化台车,它也是目前使用最多的一类自动搬运车。据日本通产省的调查,在现在使用的自动搬运车中,无人搬运车占84%,无人牵引车和无人叉车则分别为10%和6%。因此,通常在述及自动搬动车时,一般也是以自动化的台车为主。
  
  自动搬运车的载重量在50kg~20t,但以中小型占多数。如根据日本通产省的调查,目前使用的自动搬运车载重量在100kg以下的占19%,100~300kg载重量占22%, 300~500kg占9%,500~1000kg占18%,1000~2000kg占21%,2000~5000kg占8%,而5000kg以上的为数较少。
  
  4.5.2 AGV技术发展简况
  
  1913年福特汽车公司的底盘装配线上用自动搬运车代替了原来的输送机,使装配时间由12小时28分缩短了1小时33分,体现了采用自动搬运车的优越性。但当时是有轨
  
  道引导的。到了50年代中期,Barret公司设计出无人驾驶卡车,也就是今天我们称之为AGV的最早雏形,后来,美国物料搬运研究所将其定义为AGV,它是可充电的无人驾驶小车,可根据路径和定位情况编程,而且行走的路线可以改变和扩展。据报导,到1960年时,欧洲就安装了各种形式不同水平的AGVS系统,使用了13000多台AGV,1959年AGV用到仓库自动化,和工厂作业上。日本也从这时开始引进AGV技术。日本是使用这种车辆最多的国家,在八十年代末拥有各种类型的自动搬运车超过一万台,其生产厂家达47家,广泛应用于汽车制造、机械、电子、钢铁、化工、医药、印刷、仓储、运输业和商业上。
  
  图4.5-1自动搬运车
  
  图4.5-2自动搬运车
  
  60年人们开始把计算机技术应用到AGV的管理和控制上,60年代,斯坦福大学机械工程系设计并制造了一台机器人拖车,首次用计算机进行控制,从而使摇控月球车成为现实。
  
  70年代AGV作为生产组成部分而进入了生产系统,从而使AGV作为生产组成部分而进入了生产系统,从而使AGV得到了迅速发展。1973年瑞典VOLVO公司在KALMAR轿车厂的装配线上大量采用AGV进行计算机控制装配作业,扩大了AGV的使用范围,随机装置增加了许多功能,如附加工作台、移载装置、物流信息接收和转换以及控制部件等,受到了欢迎。
  
  我国在从1976年的起重机械研究所研制出第一台AGV,建成第一套AGVS(Autormatic Guided Vehicle Systen)滚珠加工演示系统,随后又研制出单向运行载重500公斤的AGV,双向运行载重500公斤、1000公斤、2000公斤的AGV,开发研制了几套较简单的AGV应用系统。1999年3月27日,由昆明船舶设备集团有限公司研制生产的激光引导无人车系统在红河卷烟厂投入试运行,这是在我国投入使用的首套激光导引无人车系统。该无人小车由于体积小、重量轻(仅为进口某型无人小车的1/4)、运转灵活,从而在世界烟草行业首次实现了搬运作业离开走道,进入机群穿梭运行。
  
  我国80年代初,上海石化总厂涤纶长丝作业,从日本大富公司引进第一套AGVS共包括4台单向载重1000公斤牵引式AGV和一台双向载重1000公斤托盘式AGV,运行在一条简单环路上,费用共计57万美元。
  
  我国台湾省曾委托ADLITTLE咨询公司编制“2000年新兴工业规划”,把开发研制AGVS列为第一类出口导向型优先发展的自动化产业,据该公司预测2000年世界自动化产业需求量为565~745亿美元,台湾应达到23~36亿美元,其中要求规划16个AGV生产企业,1995年AGVS与自动化搬运系统达35亿美元,到2000年,包括计算机产品在内要求达到40~70亿美元。
  
  4.5.3 AGV简单工作过程
  
  控制台通过计算机网络接受立体仓库管理系统下达的AGV输送任务,通过无线局域网通讯系统实时采集各AGV、拆箱机器人的状态信息。根据需求情况和当前AGV运行情况,将调度命令传递给选定的AGV。AGV完成一次运输任务,在托盘回收站待命,等待下次任务。
  
  各立体库出货口和拆箱机器人处均有光通讯装置。对运行中的AGV,控制台将通过无线局域网通讯系统与AGV交换信息。实现AGV间的避碰调度,工作状态检测,任务调度。在立体仓库和拆箱机器人处通过光通讯与AGV交换任务和状态,完成移载。
  
  自动导航系统完成AGV的导引。充电系统由充电器和充电控制器组成,完成在线快速自动充电。AGV接受控制台的任务,完成运输。地面移载设备可实现AGV的自动移载、加载、交换空托盘。
  
  4.5.4 AGVS的技术组成
  
  AGVS通常具有4个子系统,即:自动导向系统、动力系统、控制和通讯系统及安全系统。
  
  (1)自动导向系统
  
  目前有9种导向方法,可根据不同的使用环境来选择。
  
  上述这些现代的AGV导向系统已经被采用,并越来越受欢迎,因此它们改变路径方便,其中电磁导向系统被认为可靠的和令人满意的。
  
  (2)动力系统
  
  小车由电机驱动,以工业上常用的铅酸蓄电池作为动力源,小车应有自动电源状况报告装置,通过与主控计算机通讯,使在电源用完以前由主控计算机指定到维修区充电或更换电源。
  
  由于需要实现连续生产方式,AGV充电可以采用在线自动快速充电方式。AGV根据电池容量表的数据,在需要充电时报告控制台;控制台根据AGV系统运行情况,及时调度需要充电的AGV执行充电任务。AGV进入充电站自动完成充电。快速充电电池的充电、放电比一般为1/8~1/10。
  
  (3)控制与通讯系统
  
  a.控制台
  
  由于采用集中控制,控制台将成为这一AGVS系统的核心。它与自动立体仓库管理级计算机通讯,接受调度任务。作为AGV系统的控制中心,控制台采集AGV运行情况,它的计算机满足工业现场环境要求,有足够的运算速度和管理能力。控制台主要包括通讯管理设备和AGV运行状态数据采集系统。控制台计算机在实时调度在线AGV的同时将显示系统工作状态。包括在线AGV的数量、位置、状态。控制台计算机负责AGV运行中的交通管理。AGV运行中清楚地知道所在位置,并及时报告控制台,为控制台进行交通管理和任务调度提供数据。
  
  b.控制台与AGV间的通讯
  
  控制台与AGV间采用定点光通讯和无线局域网通讯两种方式。在无线方式时,控制台和AGV构成无线局域通讯网。控制台和AGV在网络协议支持下交换信息。在出库站和拆箱机器人处移载站都设有红外光通讯系统,其主要工能是完成移载任务的通讯。无线能讯要完成AGV的调度和交通管理。当AGV需要和系统中其它装置接口时,还需配有物料自动装卸与定位机构,其定位精度可达±3mm,定位精度也是由主控计算机控制的。图4.5-3为激光引导控制系统结构框图
  
  表 4.5-1                       AGVS的9种导向方法
  
  导向方法
  
  注           释
  
  ·电磁感应导向
  
  沿预定的运行路线埋设地下电缆,电缆在地下深30~40mm,上面覆盖有环氧树指层,导线通以低频正弦波信号,使导线周转产生交变电磁场,在小车上的一对探头可以感应出与小车运行偏差成比例的误差信号,经放大处理后可驱动导向电机,由此带动小车的转向机构使AGV沿预定的线路运行。
  
  ·惯性导向
  
  使用车载计算机驾驶小车按顾定的程序设定的路径行驶,利用声呐探测障碍物,使用陀螺仪来检查方向变化。
  
  ·红外线导向
  
  发射红外线光源,然后从车间屋顶上的反射器中反射回来,再由象雷达那样的探测器把信号中转给计算机,经计算机和测量以确定行走的位姿。
  
  ·激光导向
  
  激光扫描墙壁上安装的条码反光器,通过已知距离和小车前轮行走距离的测量,AGV可精确地运行和定位。
  
  ·光学导向
  
  光敏器(摄象机)读出并跟踪墙壁或地面上涂刷或粘贴的无色荧光粒子,这是AGV常选择的方法,此处要求环境清洁。
  
  ·示教型导向
  
  当程控小车沿着要求的路径行走一次,即记住行走路线,它实际上可学会新的行走路径,并通知主控计算机它所学到的东西,主控计算机可通知其它的AGV关于这条新的路径的信息。
  
  ·磁性式导向    它是在地面上连续铺设一条金属磁带,而在车辆上装有磁性传感器,检测磁带的磁场,通过磁场偏差测定器到驱动转向电机来调整车辆行驶方向。这种导向方式的自动搬运车,其地面系统较为简单,施工也比较方便,且可靠性好,因此得到了普及。