自動化立體倉庫中堆垛機分類與結構研究

（山東阿特拉斯智能科技有限公司，上海 200335）

1 自動化立體倉庫的定義及發展現狀

自動化立體倉庫實質上是集合了倉儲、輸送、管理的一門科學應用工程，自動化強調了控制在自動化立體倉庫中的核心地位。自動化立體倉庫通過先進的搬運設備、實現整個入庫、輸送、存儲、出庫過程的高度機械化、自動化、信息化。自動化立體倉庫具備占地面積小、倉儲速度快、可靠性高、儲存量大等特征。

高層貨架倉庫的出現伴隨著二戰以后快速的經濟繁榮所帶來的生產力發展，起初這種倉儲倉庫只是普通的貨物倉儲倉庫，但伴隨著經濟的發展、生產規模的擴大以及貿易量的擴張，社會對物流倉儲的需求也不斷擴大，同時，計算機信息時代的到來給高層貨架倉庫帶來了新的活力。通過計算機控制，借助機電一體化實現了自動化立體倉庫的誕生。

自動化立體倉庫在人工的基礎上、逐漸加入了機械作業設備、AGV運輸小車，融合了RFID射頻技術，集成了自動化控制系統，再加入人工智能，在實現倉儲運輸的高度自動化基礎上，減少對于人工的依賴，并有一定的預測能力，自動對倉庫路徑進行分析檢測，完成優化，在存儲速度和存儲效率上實現進一步提升。

2 自動化立體倉庫的優越性

2．1 較高的空間利用率

立體倉庫相較于傳統倉庫在空間的利用率上作用較為突出，在同樣的倉儲占地面積上提高貨架的高度，存放更多的貨物。高度的空間利用有利于資源的節約，經濟成本的控制。自動化立體倉庫的空間利用率較普通倉儲可以實現倍數增長。

2．2 有利于先進物流系統的形成與發展

傳統的倉儲倉庫只是貨物儲存的一個固定地點，無法對貨物信息進行實時的統計和查詢，只能實現靜態的貨物存儲。自動化立體倉庫則基于大數據時代的互聯網技術，和現代化的自動化機械運輸設備，按照商品需求實現自動化立體倉庫內貨物的自動化運輸和存儲。自動化立體倉庫對于物流業則是兩大核心之一，制造業中倉儲也是連接生產制造的必要環節，高效智能的物流倉儲可以提高企業的生產效率，降低貨物的倉儲成本，最終形成自動化、智能化的物流系統。

2．3 快節奏的貨物存取

自動化立體倉庫的貨物存取能力十分高，堆垛機可以快速準確地將貨物送到對應的貨架上，也可以根據人的需求將貨物從貨架中取出并送到指定位置。

3 堆垛機的分類以及特征

堆垛機作為自動化立體倉庫的絕對關鍵部分，肩負著貨物運輸的大部分任務。堆垛機的發展掌握著自動化立體倉庫的命脈。堆垛機依據有無導軌、貨物最大抬起高度、驅動部位、自動化程度以及移動方式有不同的劃分方式，但主要的劃分方式還是根據堆垛機有無導軌和移動方式，將堆垛機劃分為橋式堆垛起重機和巷道堆垛起重機。

早期的存儲倉庫主要使用橋式堆垛機（如圖1），類似于車間內的行車。橋式堆垛機依靠衡量懸吊在門架上，利用門架的移動來實現貨物的運輸。巷道堆垛機的工作依靠固定在地面上的滑軌進行移動，從而具有較高的穩定性，因此，巷道式堆垛機逐漸占了更大的比重。相較于橋式起重機，巷道式堆垛機具備如下特點：

無須堅固的門架，只需要在地面上鋪設導軌，便于倉庫的建設。

（1）巷道式堆垛機可以節省空間，無須在上部留下橋式堆垛機所需的大空間，提高空間利用率。

（2）巷道式堆垛機的通道寬度較小，無須受到橋式堆垛機大梁的跨度限制。

（3）橋式堆垛機不便于自動化控制，更偏向于人手動控制或半自動化控制。

但是橋式堆垛機也有其優勢，橋式堆垛機比較適合于搬運較長較重的貨物，比如需要人工控制的金屬物料倉庫等，橋式堆垛機可以搬運長幾十米重幾十噸的貨物。

圖1 橋式堆垛機

堆垛機還可以依照承重的立柱數量劃分為單立柱式堆垛機和雙立柱式堆垛機。如圖2、3所示：

圖2 單立柱堆垛機

圖3 雙立柱堆垛機

圖4 無導軌堆垛機

圖5 有導軌堆垛機

這兩種堆垛機的橫向長度較小，可以適應在較窄的巷道內進行運輸作業，單立柱式堆垛機適合受力適中的中低高度自動化立體倉庫，雙立柱式堆垛機適用于中高高度的自動化立體倉庫，較重貨物的倉庫運輸以及對巷道內運行速度要求更高的倉庫。

堆垛機還可以根據工作時有無固定軌道劃分，如圖4、5所示。

依據堆垛機的高度可以將堆垛機分為：運行高度超過18米的堆垛機成為高層堆垛機；運行范圍在6～18米的稱為中層堆垛機；運行范圍在6米以下的稱為低層堆垛機。依據堆垛機的驅動部位也可以將堆垛機分為：依靠下部電機驅動的下部驅動式；動力在設備上端的上部驅動式以及上下結合的驅動方式。

現代自動化立體倉庫對倉儲工作的智能化提出了更高的要求。依靠貨架支撐的橋式堆垛機逐漸被淘汰，巷道式堆垛機占了絕大多數。單立柱巷道堆垛機也因為材料、控制等方面的發展逐漸體現出優越性。

4 堆垛機的結構及特點

不同堆垛機的特點決定了自動化立體倉庫的倉儲、運輸特征。但不同類型的堆垛機的結構均由固定的組成部分構成：機架、貨叉、軌道、以及控制系統等。

4．1 機架

堆垛機機架結構主要由一根立柱、上下橫梁組成的框架結構。機架結構決定了整個堆垛機的力學性能。一般來說，單立柱堆垛機可以運輸的重量為兩噸以下，貨架高度在0～18米范圍內的自動化立倉庫。為了增加機架結構的結構剛度和穩定性，可以將立柱加工成圓柱管結構。

4．2 行走機構

單立柱堆垛機主要包括電機、行走輪、導向輪以及上、下橫梁組成。伺服電機可以驅動堆垛機沿導軌前后水平運動。導向輪和行走輪除了控制運動方向，還可以起到一定的固定作用，防止堆垛機由于貨物重量過大傾倒。

4．3 提升機構

堆垛機的起升結構主要包括伺服電機、卷揚機、鋼絲鎖鏈和滑輪等，可以穩定快速地實現貨物的抬起、落下動作，滿足貨物的豎直方向移動。

4．4 伸縮貨叉

伸縮貨叉是堆垛機將貨物放進貨架以及從貨架取出貨物的主要機構。伸縮貨叉主要依靠伺服電機驅動鏈輪、主軸，通過齒輪嚙合實現力矩的傳遞，從而實現貨叉的伸縮。

4．5 機電一體化設備

主要包括電力拖動單元、控制檢測單元，控制方面采用PLC進行可編程控制。貨物信息的采集、處理也要通過掃描單元進行信息采集以及處理，進而傳輸到計算機進行處理。

4．6 安全保護裝置

堆垛機為了滿足貨物運輸需求需要在巷道內快速運行，為了保障操作人員以及設備安全，堆垛機加入了終端限位保護裝置；聯鎖保護裝置，可以在堆垛機異常操作時及時切斷電路；貨物檢測裝置，在堆垛機貨叉將貨物送入對應貨架內之前，需要檢測裝置對貨架內有無貨物進行檢測，若有貨物應及時停止堆垛機操作。

5 結語

伴隨著科技的進步和市場需求的擴張，自動化立體倉庫也在不斷融合新興技術，加大倉儲運輸能力的提升。為了更好地滿足物流需求，現代化立體倉庫在不斷融合物聯網技術，在自動化的基礎上強調智能化，從而在更短的操作周期內提供更高的運輸能力，同時對倉儲物流工作可以實現一定程度的預測、智能管理功能。