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行業(yè)新聞

超高堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)分析
發(fā)布時(shí)間:2022-03-24

我國物流行業(yè)迅猛發(fā)展,超高型自動(dòng)化立體倉庫和超高堆垛機(jī)的需求越來越大。為了實(shí)現(xiàn)超高堆垛機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行,文中應(yīng)用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和模態(tài)分析理論對超高雙立柱堆垛機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論分析,詳細(xì)介紹了新技術(shù)在超高堆垛機(jī)上的應(yīng)用。提出并論證了正對稱結(jié)構(gòu)對超高堆垛機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行的必要性,為超高堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

現(xiàn)代物流業(yè)屬于生產(chǎn)性服務(wù)業(yè),是重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的行業(yè)。有分析認(rèn)為我國的物流業(yè)仍將快速增長。擴(kuò)大的物流需求以及我國可利用土地價(jià)值的提升,對自動(dòng)化立體倉庫的性能提出了更高的要求。自動(dòng)化立體倉庫對于消費(fèi)者,是產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)钠瘘c(diǎn);對于制造商,是生產(chǎn)制造過程的終點(diǎn)。自動(dòng)化立體倉庫的存儲(chǔ)能力和調(diào)度能力,將直接影響整個(gè)物流過程。我國自動(dòng)化立體倉庫廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)、煙草行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、食品冷鏈行業(yè)、郵政快遞業(yè)以及家用電器行業(yè)。

1堆垛機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用

自動(dòng)化立體倉庫的核心設(shè)備為自動(dòng)化立體倉庫堆垛起重機(jī),簡稱堆垛機(jī),其以快速、高效、準(zhǔn)確、安全的特點(diǎn),成為國內(nèi)外爭相研發(fā)的對象。

堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉庫的標(biāo)志,其作用是在巷道內(nèi)進(jìn)行水平往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)、垂直升降、貨叉左右伸縮叉取等一系列協(xié)調(diào)動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)單元貨物從巷道端口輸送機(jī)到指定貨位的入庫作業(yè),或者從指定貨位到巷道端口輸送機(jī)的出庫作業(yè),從而與巷道端口入出庫輸送機(jī)系統(tǒng)一起實(shí)現(xiàn)貨物的自動(dòng)入出庫。堆垛機(jī)具備以下特點(diǎn):

1) 工作效率高。堆垛機(jī)是立體倉庫的專用設(shè)備,具有較高的搬運(yùn)速度和貨物存取速度,可在短時(shí)間內(nèi)完成出入庫作業(yè)。堆垛機(jī)平穩(wěn)工作的更高水平運(yùn)行速度可以達(dá)到300 m/min,更高垂直升降速度可以達(dá)到180 m/min,更高左右伸叉速度可以達(dá)到40 m/min。

2) 倉庫的利用率高。相對于立體倉庫的總體尺寸,堆垛機(jī)自身的尺寸較小,可以在較窄的巷道內(nèi)運(yùn)行,同時(shí)可以進(jìn)行高層貨架作業(yè)。

3) 自動(dòng)化程度高。以“產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”為特征的新工業(yè)革命,包括堆垛機(jī)在內(nèi)的倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)與設(shè)備日益呈現(xiàn)出一體化和智能化的發(fā)展趨勢。

4) 設(shè)備穩(wěn)定性高。堆垛機(jī)具有很高的可靠性,可以確保7×24 h 連續(xù)運(yùn)行。

2 超高堆垛機(jī)的研發(fā)

近幾年隨著商家開展網(wǎng)上線下一體化,產(chǎn)品搶占市場份額需求擴(kuò)大,備貨量劇增使得超高、超大型自動(dòng)化立體倉庫、配送中心規(guī)模呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。國內(nèi)外物流集成廠商都投入了巨大的研發(fā)精力,帶來眾多新的設(shè)計(jì)理念和深入的技術(shù)研究成果。

2超高堆垛機(jī)立柱結(jié)構(gòu)的模型分析

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目前國內(nèi)設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)的高度可達(dá)30 m 以上。在庫容量不變的情況下,倉庫的高度增加一倍,占地面積能減少35%到45%[2]。擴(kuò)大的物流需求以及我國可利用土地價(jià)值的提升,須提高堆垛機(jī)的高度來滿足存儲(chǔ)空間的要求。開展了45 m 超高堆垛機(jī)研發(fā)工作,已完成超高堆垛機(jī)的建模及分析。超高堆垛機(jī)需要滿足的要求:

1) 堆垛機(jī)具有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在高度大幅提升至45 m 的情況下,保證設(shè)備在巷道運(yùn)行速度達(dá)到200 m/min 以上,貨物的提升速度達(dá)到70 m/min以上,貨叉伸叉的速度達(dá)到40 m/min。

2) 堆垛機(jī)具備精準(zhǔn)快速定位能力,堆垛機(jī)在鋼軌上平穩(wěn)運(yùn)行。在以較大加速度運(yùn)行工況下能快速制動(dòng)和啟動(dòng)。

3) 設(shè)備能有效防搖擺,貨叉精準(zhǔn)快速獲取和放置貨物,載貨臺(tái)在高位和低位具有良好的一致性。堆垛機(jī)承受載荷的金屬結(jié)構(gòu)主要由上橫梁、立柱和下橫梁組成,堆垛機(jī)通常分為單立柱堆垛機(jī)和雙立柱堆垛機(jī)。超高堆垛機(jī)采用雙立柱金屬結(jié)構(gòu),雙立柱金屬結(jié)構(gòu)屬于門架結(jié)構(gòu),具有更好的剛度屬性。

雙立柱堆垛機(jī)的受力情況分析:金屬結(jié)構(gòu)受到地軌在Y 軸方向的支持力和Z 軸方向的約束力,同時(shí)受到天軌Z 軸方向的約束力。雙立柱金屬結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型屬于一次超靜定門架,在靜定的框架中附加約束,為金屬結(jié)構(gòu)帶來一個(gè)多余未知廣義力。雙立柱堆垛機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)能夠利用這個(gè)多余的廣義力抵消一部分立柱的彎曲變形,從而具有更好的剛度。

對稱結(jié)構(gòu)的定義是結(jié)構(gòu)的幾何形狀、尺寸、構(gòu)件材料以及約束條件均對稱于某一軸。當(dāng)對稱結(jié)構(gòu)承受對稱載荷時(shí),其約束力、內(nèi)力分量以及位移都是對稱的,那么對稱結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生正對稱變形。

由于堆垛機(jī)在巷道內(nèi)運(yùn)行,設(shè)備會(huì)向兩個(gè)方向加速運(yùn)行,因此堆垛機(jī)會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)方向的慣性力。金屬框架有向右傾斜的趨勢,當(dāng)存在向右的加速度時(shí)可以產(chǎn)生向左的慣性力抵消金屬結(jié)構(gòu)的彎曲變形;但是當(dāng)存在向左的加速度時(shí),產(chǎn)生向右的慣性力會(huì)加劇金屬結(jié)構(gòu)向右傾斜的趨勢,對設(shè)備產(chǎn)生不利的影響。因此超高堆垛機(jī)上更適合采用正對稱金屬結(jié)構(gòu),以提升結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性。正對稱變形具有以下特點(diǎn):

1) 正對稱變形在靜態(tài)下能夠有效降低框架頂端的偏移量。

2) 兩個(gè)立柱的變形量以及變形形式基本相同,可以大幅提高堆垛機(jī)性。

3) 雙立柱均勻變形有利于載荷以及重力的均布,從而大幅減少發(fā)生應(yīng)力集中的部位,提高設(shè)備的安全性。

4) 正對稱結(jié)構(gòu)相對于反對稱結(jié)構(gòu),靜剛度更強(qiáng);由自振頻率ω=(k/m)^(1/2) 可知,當(dāng)質(zhì)量相同時(shí),剛度越強(qiáng)則結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率越高,有利于提升金屬結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度,從而提升設(shè)備的穩(wěn)定性。

5) 在動(dòng)態(tài)加速運(yùn)動(dòng)工況下,當(dāng)反對稱結(jié)構(gòu)的變形與反對稱載荷方向相反,可以抵消部分金屬結(jié)構(gòu)的變形時(shí),反對稱結(jié)構(gòu)有利于設(shè)備的穩(wěn)定。但是堆垛機(jī)是雙向加速度運(yùn)動(dòng)的設(shè)備,因此正對稱結(jié)構(gòu)更有利于提升堆垛機(jī)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。

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