高位堆垛車門架的穩定性分析

文/王澤華 張偉剛 劉 健 宋志偉

巷道堆垛車作為自動化立體物流倉儲系統的重要組成部分，穿梭于狹窄的巷道中，負責將貨格內的貨物取出運送到巷道口，或者將巷道口的貨物運輸到貨格內，需準確、快速、安全平穩地存取貨物。因此，對于其平穩性方面有非常嚴格的要求。巷道堆垛車的整機由于受到使用場合的限制，其結構高而窄，寬度普遍較小，門架等結構件要有較高的平穩性，以保證運行安全可靠。

一、高位堆垛車的基本結構

門架是高位堆垛車的框架，主要由上橫梁、下橫梁和立柱組成，其平穩性至關重要。在高位堆垛車的框架上安裝有行走機構、升降機構和貨叉機構等。

行走機構主要由電機提供動力，通過減速器輸出將動力傳遞給驅動軸，驅動軸帶動車輪前進，在巷道中完成水平運行。升降機構由電機提供動力，經由減速器，帶動卷筒和鋼絲繩完成升降運行，此外，為了保證安全，升降機構還配有防落裝置。貨叉機構負責完成高位堆垛車的存取貨物工作，主要有電機、貨叉伸縮機構等部件。目前，常用的高位堆垛車的3D結構簡圖，如圖 1。

巷道堆垛車是自動化立體物流倉儲系統的重要組成部分

二、高位堆垛車的靜力學分析

靜力分析是研究高位堆垛車平穩特性的基礎，它主要是通過有限元法分析設備零部件在固定載荷作用下的變化。靜力分析可以用來計算固定的慣性載荷作用下，設備零部件的變形等問題，還可以將隨時間變化的載荷等價轉換為近似的靜力載荷進行分析。結構靜力分析可以得出設備零部件在靜力作用下的位移變化，可以更好地了解載荷對設備零部件的影響。

門架是立體倉庫堆垛車各機構的合成部分，承載著每個機構的靜動載荷，是高位堆垛車的框架，門架的平穩性是立體倉庫堆垛車工作壽命和平穩性的保證，也是立體倉庫堆垛車保持平穩的基礎。故欲研究高位堆垛車的平穩特性，就要先從門架入手。在堆垛車的載貨臺中心處加垂直方向的載荷。得到的變形和應力圖其靜力學分析，如圖2。

當高位堆垛車受載荷時，載貨臺部分除了與左右立柱連接處外，都發生變形，堆垛車其他部分非主要承載件，只是立柱與橫梁相連的地方傳遞力和變形，當載貨臺受限制不發生變形的地方，此位置的作用載荷情況復雜，載荷值較大，本應是變形大的地方，但又是約束條件施加位置的附近，限制了立柱的變形，因而應力集中比較嚴重。經驗表明，這個位置也正是載貨臺最易出現裂紋的地方。另外在上橫梁和下橫梁與立柱的連接部分也是應力較為集中的地方。

根據高位堆垛車門架的固有頻率，可以選擇規避驅動電機、減速器、車輪等工作部件的運行頻率，使這些運動部件的工作頻率不在堆垛車門架的工作固有頻率區間，因此門架不會產生共振，高位堆垛車的平穩特性良好。

圖1：高位堆垛車3D結構示意圖

圖2：高位堆垛車靜力學分析圖

表1：高位堆垛車門架前十階模態固有頻率模擬

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三、高位堆垛車門架的模態分析

模態分析是研究高位堆垛車動態特性的最常用方法，對高位堆垛車門架的模態分析，可以獲得能夠引起共振的頻率，并能夠直觀地觀察到門架對應于每一個頻率的振動形式。根據以上所建的模型，采用有限元模擬，設置10階模態進行求解，得到其固有頻率，如表1。

根據高位堆垛車門架的固有頻率，可以選擇規避驅動電機、減速器、車輪等工作部件的運行頻率，使這些運動部件的工作頻率不在堆垛車門架的工作固有頻率區間，因此門架不會產生共振，高位堆垛車的平穩特性良好。

四、小結

本文以立體倉庫所用高位堆垛車為研究對象，對其門架平穩特性進行分析，通過有限元分析軟件對門架進行結構靜力分析，為改進門架結構強度提供依據，通過模態分析為設計選型運動部件避免門架共振，提高堆垛車的平穩性提供保障。