基于排隊(duì)論的立體車庫堆垛機(jī)效率分析

宋云洲 羊凱

摘要：本文通過排隊(duì)論的一些指標(biāo)指導(dǎo)車庫配備堆垛機(jī)的數(shù)量和服務(wù)速度。在車庫車輛到達(dá)率處于欠平峰時(shí)段和過平峰時(shí)段，通過提速堆垛機(jī)運(yùn)行速度;在存車或取車高峰時(shí)期，增加堆垛機(jī)數(shù)量服務(wù)效果更明顯。

關(guān)鍵詞：排隊(duì)論;立體車庫;堆垛機(jī);效率

導(dǎo)言：

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和控制技術(shù)的不斷更新，立體車庫在我國的應(yīng)用越來越廣泛，作為靜態(tài)交通核心的一部分，立體車庫堆垛機(jī)效率不僅涉及到其自身設(shè)備，還涉及到交通、環(huán)境、規(guī)劃等不同的學(xué)科領(lǐng)域，因此，對(duì)立體車庫技術(shù)進(jìn)行研究不僅具有經(jīng)濟(jì)意義，還具有一定的社會(huì)意義.

1 堆垛機(jī)簡介

自動(dòng)化立體倉庫的出現(xiàn)是物流技術(shù)的一個(gè)劃時(shí)代的革新。它不僅徹底改變了倉儲(chǔ)行業(yè)勞動(dòng)密集、效率低下的落后面貌，而且大大拓展了倉儲(chǔ)的管理概念，并使倉儲(chǔ)管理由簡單的保管型向綜合的流通型方向發(fā)展。堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉庫的主要搬運(yùn)設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)立體倉庫高效、安全、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)之一。它在高層貨架的巷道內(nèi)來回穿梭運(yùn)行，負(fù)責(zé)貨物在立體倉庫貨位的存放和取出。玉溪紅塔集團(tuán)生產(chǎn)二部的物流系統(tǒng)共有八臺(tái)堆垛機(jī)，其中三臺(tái)輔料堆垛機(jī)、五臺(tái)成品堆垛機(jī)。由于輔料的堆碼比較緊密，重量也比較輕，工作效率較高。下面主要對(duì)成品堆垛機(jī)進(jìn)行分析研究。

2 堆垛機(jī)存取成品的不可靠因素分析及改造方案

在自動(dòng)物流的正常作業(yè)過程中，堆垛機(jī)在存取整托盤卷煙成品時(shí)，常常會(huì)發(fā)生整托盤成品歪斜的故障，甚至?xí)l(fā)生整盤成品從高架上翻倒下來，究其原因主要有幾個(gè)方面：一是堆垛機(jī)的提升控制方法落后，在水平和縱向的定位不準(zhǔn)，造成倒塌。二是堆垛機(jī)超尺寸檢測系統(tǒng)不完善造成成品翻倒。三是由于其他各種因素造成成品翻倒，第三種情況由于所占比例非常小，故不在文章分析之列。

2.1堆垛機(jī)提升控制方法落后造成成品倒塌現(xiàn)象分析

原來設(shè)計(jì)堆垛機(jī)的載貨平臺(tái)提升控制是由提升電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，由于是直接驅(qū)動(dòng)，載平臺(tái)臺(tái)與成品卷煙在堆垛機(jī)運(yùn)行起步時(shí)有一個(gè)速度突變，即從0m/min到最高速的60m/min。根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，相鄰的兩個(gè)物體在速度突變時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移，在此主要是成品與成品之間會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，造成倒塌。二是在減速階段，在即將到達(dá)預(yù)存取貨位時(shí)，堆垛機(jī)的速度又從60m/min到0m/min，由于又是突變，煙箱之間又會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。同時(shí)，堆垛機(jī)在水平和垂直方向上也造成定位誤差。堆垛機(jī)的伸叉伸出時(shí)會(huì)頂在貨架上，也造成倒塌。在實(shí)際使用中，盡管發(fā)生這種現(xiàn)象的頻率不太高，但每次倒塌卻造成很大的損失，一方面損壞了卷煙成品，另一方面給庫區(qū)設(shè)備及工作人員的人身安全帶來極大威脅。所以，降低煙箱倒塌事故率，提高堆垛機(jī)的運(yùn)行效率，是我們的技改方向。

2.2堆垛機(jī)提升控制方法落后改造

從上面的分析可以看出，堆垛機(jī)提升系統(tǒng)控制的主要問題是沒有速度過度。為了解決這個(gè)問題，我們制定了一套改進(jìn)方案，為堆垛機(jī)進(jìn)行變頻器改造。經(jīng)過方案論證和查閱相關(guān)資料，決定選定羅克韋爾（rockwell）公司的1336FORCE為備選變頻器。

變頻器的工作原理：1336FORCE變頻器由主電路和控制電路構(gòu)成，主電路包括整流電路和逆變電路，主電路把工頻電流（50Hz或60Hz）變換成工作所需頻率的交流電流，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行。變頻器輸入輸出波形是由其工作原理決定的，變頻器的工作原理與電機(jī)的選擇、周圍設(shè)備的配置及其電流、電壓的測量等有緊密的關(guān)系。

經(jīng)過改造后，堆垛機(jī)的提升速度控制過程從原來的一個(gè)變成三個(gè)，即低頻啟動(dòng)階段、正常提升階段、低頻停止階段。從而避免了速度突變，保障了設(shè)備和成品的安全。加裝變頻器改造后堆垛機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：避免了電壓和頻率的突變，減少了工頻電壓對(duì)電機(jī)的沖擊;提高了堆垛機(jī)提升時(shí)的平穩(wěn)性;增加了系統(tǒng)的安全性。

2.3 堆垛機(jī)的超尺寸檢測系統(tǒng)不完善造成的成品翻倒現(xiàn)象分析

為了保障在卷煙成品在出入庫過程中的安全，堆垛機(jī)原來設(shè)計(jì)有超尺寸安全檢測。堆垛機(jī)的超尺寸檢測系統(tǒng)由10組對(duì)射式傳感器組成。10組傳感器分布于卷煙成品的兩側(cè)的外形支架上，其中在每側(cè)面相應(yīng)的位置安裝有5組，S4-S4′用于檢測成品煙或空托盤是否超高;S1-S1′，S2-S2′，S3-S3′三對(duì)檢測器用于檢測垂直側(cè)面是否超出預(yù)定尺寸。

3 堆垛機(jī)存取成品的不可靠因素分析及改造方案

3.1 堆垛機(jī)提升控制方法落后造成成品倒塌現(xiàn)象分析

原來設(shè)計(jì)堆垛機(jī)的載貨臺(tái)提升控制是由提升電機(jī)直 接驅(qū)動(dòng)，由于是直接驅(qū)動(dòng)，載貨臺(tái)與成品卷煙在堆垛機(jī)運(yùn) 行起步時(shí)有一個(gè)速度突變，即從0 m/min到最高速的 60m/min。根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，相鄰的兩個(gè)物體在速度 突變時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移，在此主要是成品與成品之間會(huì) 產(chǎn)生滑動(dòng)，造成倒塌。二是在減速階段，在即將到達(dá)預(yù)存 取貨位時(shí)，堆垛機(jī)的速度又從60 m/min到0 m/min，由于 又是突變，煙箱之間又會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。同時(shí)，堆垛機(jī)在 水平和垂直方向上也造成定位誤差。堆垛機(jī)的伸叉伸出時(shí)會(huì)頂在貨架上，也造成倒塌。在實(shí)際使用中，盡管發(fā)生 這種現(xiàn)象的頻率不太高，但每次倒塌卻造成很大的損失， 一方面損壞了卷煙成品，另一方面給庫區(qū)設(shè)備及工作人 員的人身安全帶來極大威脅。所以.、降低煙箱倒塌事故 率，提高堆垛機(jī)的運(yùn)行效率，是我們的技改方向。

3.2 堆垛機(jī)提升控制方法落后改造

從上面的分析可以看出，堆垛機(jī)提升系統(tǒng)控制的主要問題是沒有速度過度。為了解決這個(gè)問題，我們制定了一套改進(jìn)方案，為堆垛機(jī)進(jìn)行變頻器改造。經(jīng)過方案論證和查閱相關(guān)資料，決定選定羅克韋爾（rockwelll公司的1336FORCE為備選變頻器。變頻器的工作原理：1336FORCE變頻器由主電路和控制電路構(gòu)成，主電路包括整流電路和逆變電路，主電路把工頻電流（50Hz或60Hz）變換成工作所需頻率的交流電流，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行。變頻器輸入輸出波形是由其丁作原理決定的，變頻器的工作原理與電機(jī)的選擇、周圍設(shè)備的配置及其電流、電壓的測量等有緊密的關(guān)系。圖1為加裝變頻器后的工作原理圖，經(jīng)過改造后，堆垛機(jī)的提升速度控制過程從原來的一個(gè)變成三個(gè)，即低頻啟動(dòng)階段、正常提升階段、低頻停止階段。從而避免了速度突變，保障了設(shè)備和成品的安全。加裝變頻器改造后堆垛機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：避免了電壓和頻率的突變，減少了工頻電壓對(duì)電機(jī)的沖擊;提高了堆垛機(jī)提升時(shí)的平穩(wěn)性;增加了系統(tǒng)的安全性。

2.3 堆垛機(jī)的超尺寸檢測系統(tǒng)不完善造成的成品翻倒現(xiàn)象分析

為了保障在卷煙成品在出入庫過程中的安全，堆垛機(jī)原來設(shè)計(jì)有超尺寸安全檢測。堆垛機(jī)的超尺寸檢測系統(tǒng)由10組對(duì)射式傳感器組成。10組傳感器分布于卷煙成品的兩側(cè)的外形支架上，其中在每側(cè)面相應(yīng)的位置安裝有5組，如圖2所示。圖2是左側(cè)面上傳感器的分布情況。圖中，s4一s4用于檢測成品煙或空托盤是否超高;S1-SI，S2一S2，S3一S3三對(duì)檢測器用于檢測垂直側(cè)面第28卷曹玲芝，等：提高堆垛機(jī)工作效率的技術(shù)研究、技術(shù)開發(fā)j是否超出預(yù)定尺寸。由于垂直面檢測是在卷煙成品的裝卸過程中完成，超尺寸檢測準(zhǔn)確，沒有盲區(qū)。s5一s5檢測器用于檢測斜面超尺寸，可見，圖中所示區(qū)域l，2，3，4即為檢測“盲區(qū)”，在這些“盲區(qū)”內(nèi)，超尺寸的卷煙成品不能被堆垛機(jī)的超尺寸檢測網(wǎng)檢測到，如圖2所示。

3 結(jié)論

綜上所述，隨著控制技術(shù)的不斷更新，立體車庫逐漸向智能化、規(guī)模化的方向發(fā)展，這使得在設(shè)計(jì)制造立體車庫堆垛機(jī)效率時(shí)要考慮的因素越來越復(fù)雜。因此，對(duì)車庫設(shè)計(jì)規(guī)劃中的各種特征因素進(jìn)行研究分析以期降低成本、提高效率是非常必要的。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱德橋， 李建國， 郭佑民，等. 基于排隊(duì)論的立體車庫堆垛機(jī)效率分析[J]. 蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào)， 2009（03）：68-70.

[2]劉日， 李建國， 梁英. 基于排隊(duì)論的單車廳立體車庫運(yùn)行效率分析[J]. 物流科技， 2016（39）：19.

[3]呂雙. 基于排隊(duì)論的立體車庫泊位規(guī)模和車輛存取速度計(jì)算方法研究[D]. 2017.

[4]張偉中， 姜曉強(qiáng)， 張偉社. 基于排隊(duì)論的立體車庫設(shè)計(jì)方案參數(shù)優(yōu)化[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械， 2011， 000（007）：38-41.