一種螺旋頂升移動小車的設計

（江蘇六維智能物流裝備股份有限公司，江蘇 南京 210019）

1 引言

自動化立體庫由于具有大的空間利用率、高密度多任務運行的入出庫能力、采用計算機控制而有利于企業實施現代化管理等特點，已成為企業物流和生產管理中不可或缺的重要手段，越來越受到工業化與信息化融合企業的青睞。鈑金加工行業的自動化立體倉庫是由各種智能設備協同，自動實現板材、半成品的入庫、揀選及出庫功能，并實現與鈑金加工生產線的無縫對接。板材自動輸送至數控機床加工，工藝過程結束前后通過本文介紹的一種螺旋頂升移動小車移載自動返回立體倉庫出庫，全流程無需人工參與，提高了智能制造系統的精準度、效率及穩定性。

2 螺旋頂升移動小車設備描述

螺旋頂升移動小車為鈑金加工行業自動化立體倉庫板材原材料入庫設備，一方面與叉車對接，接收板材；另一方面，與自動化立體庫的堆垛機對接，將板材做自動入庫處理。選用的新型螺旋頂升移動小車可以適應多種規格尺寸板材的入庫，使得整個鈑金自動化立體倉庫系統更便捷、柔性及穩定。

2.1 設備主要技術參數

設備主要技術參數見表1。

2.2 設備主要部件

螺旋頂升移動小車主要由小車主框架、主動輪部件、從動輪部件、行走驅動部件、托盤導向塊、軌道部件、控制裝置、頂升部件、頂升傳動部件、頂升驅動部件、防護部件組成。螺旋頂升移動小車采用雙軌行走，單軌道兩側為導向。主動輪部件、從動輪部件、行走驅動部件安裝在小車框架的下底部。頂升部件、控制裝置、頂升傳動部件安裝在小車框架的上底部。頂升機構由頂升驅動部件、頂升傳動部件及兩組以上同步支撐桿組成，如圖1所示。

表1 螺旋頂升移動小車主要技術參數

圖1 螺旋頂升移動小車組成部件

2.3 設備選型

（1）行走驅動力

其中，F—驅動力，N；

m—自重+載重，kg；

g—重力加速度，m/s2；

D—行走輪直徑，mm；

d—軸徑，mm；

μ—摩擦系數，一般取0.04；

f—滾動摩擦杠桿臂，鋼對鋼取0.5mm；

C—次級摩擦的附加因子，有滾動軸承的輪子取0.003。

（2）電機功率

其中，P—功率，kw

V—速度，m/s

螺旋頂升移動小車行走電機取1.1kw。

（3）減速器的輸出轉數

（4）頂升部件結構。由于鈑金原材料面積大，通常重量為3 000kg，為了適應多品種及尺寸規格的鈑金原材料入庫功能和整個頂升系統處于偏重狀態，在受力不均勻的工作環境下，確保機構穩定地頂升和落下，頂升部件采用四臺滾珠絲桿升降器H型分布的結構。這種結構將承載力分布到四個點，增加了受力面積，減少了單位面積的承載力。四臺升降機用同一個電機驅動，同步性高。升降器采用滾珠絲杠運動副，摩擦力小，傳動效率高，壽命長，尤其定位精度高。頂升部件結構如圖2所示。

3 設備主要技術特點

3.1 結構緊湊，對接靈活

圖2 頂升部件結構

螺旋頂升移動小車運動到軌道的一端，頂升機構得到指令在電機的驅動下垂直運動到高點，叉車將鈑金原材料放置到頂升機構的支撐桿上，鈑金原材料放置平穩后，頂升機構在指令下垂直向下運動，將原材料落在小車的托盤上，此時頂升機構繼續向下運動直到下降到托盤的下方位置。小車接受指令行走到軌道的另一端，與自動化立體庫的堆垛機設備對接，堆垛機貨叉伸到小車內將托盤帶貨進行叉取并做入庫處理，將托盤放置到指定的存儲貨位，如圖3所示。

螺旋頂升移動小車設備主要實現對自動化鈑金立體庫原材料的搬運和入庫功能。由于原材料是多張板材疊放在一起，托盤放料面也是一個平面，這兩個部件都沒有叉取放置空間，原材料不能直接放置到托盤上。頂升系統里的頂升移動機構不采用大平面支撐結構，而是采用多個支撐桿支撐，支撐桿的間距大于叉車和堆垛機貨叉的寬度。支撐桿能夠穿過托盤，通過頂升系統做上下垂直運動，如圖4所示。

3.2 有效防護

板材在加工過程中不允許表面劃傷，在板材搬運過程中對板材的表面防護至關重要。螺旋頂升移動小車的頂升部件與板材接觸的零件在強度滿足的條件下盡量采用小的接觸面積。板材接觸的零件采用了材質相對較軟的材料。支撐桿接觸板材的一端增加了一個尼龍蓋帽并可以快速更換。尼龍材料的硬度為85-118HRR，板材材料的出廠硬度150-260HBR,由此可見，尼龍不會對板材表面產生劃痕等損傷，能夠起到了有效防護作用。

3.3 精準定位

自動化立體倉庫的托盤一般不做出庫處理，為了保證托盤取出和放置到存儲位的位置一致性，與托盤相關的設備都設計了托盤的定位裝置。在小車的四個角都有托盤的定位塊，斜面導向和直面精確定位，與托盤的定位精度可控制在2-3mm。移動小車在行走過程中除了PLC對小車位置的檢測，螺旋頂升移動小車還增加了旋轉編碼器的閉環位置反饋裝置，確保在行走過程中不丟步，也確保與堆垛機的精確對接位置，提升了螺旋頂升移動小車的可靠性和穩定性。

圖3 頂升系統頂升狀態叉車放置板材示意圖

圖4 頂升系統落下狀態鈑金原材料放置托盤上示意圖

3.4 控制系統穩定可靠

控制系統是螺旋頂升移動小車運行成功的關鍵。小車的控制要求包括位置控制、速度控制、頂升系統控制和方向控制等。采用PLC作為控制器，負責處理運動規劃、邏輯控制和各種安全保護、與上位機的通訊。運行驅動上選用具有伺服驅動性能的變頻器，采用位置、速度、電流的全閉環方式控制。行走方向采用光電開關加編碼器的雙重認址方式，通過計算目標的相對位置方式來實現方向控制和位置控制。

3.5 安全保護功能完善

螺旋頂升移動小車駛入和駛出、頂升系統升起和落下都有漫反射光電開關檢測，控制行走的行程、速度和極限位置。為了保護更可靠，車體前后還安裝了機械式限位開關，起到雙重保護作用。在軌道的兩端和小車的本體上都裝有保護用撞塊座，并且在撞塊座上安裝聚氨酯緩沖器。在各種檢測開關的保護下，一旦出現異常情況，螺旋頂升移動小車立即停車報警。

4 結束語

螺旋頂升移動小車是一種多功能、多品種鈑金材料的新型入庫設備，由于其結構緊湊、響應快速、安全可靠等特點，能夠廣泛應用于鈑金加工行業自動化立體倉庫項目中，可以獲得用戶的積極推廣，取得了一定的經濟效益及社會效益。