自动化立体仓库在华昌坚美铝材成品仓的应用

 　目前，自动化立体仓库已经在铝型材行业获得了成功的应用。在2011年成功地应用之前人们也尝试过各种型式的仓储，但缺陷还是比较多。在华昌铝厂有限公司、佛山坚美铝业有限公司立体库的建设过程中，我们做了大量的调研、计算、测试时试验，获得了宝贵的经验。

　　下面将我们的经验分享给大家，以推动铝型材行业的进步。

　　1、自动化立体仓库发展现状

　　公认的自动化立体仓库发展起源是美国在1959年开发的，中国则是在1974年建成的郑州纺织机械厂立体库的基础上走上大力发展自动化仓库之路,从上世纪80年代末开始起步到今天已经有近30年的发展历史。

　　据有关统计报道，截至2012年中国建设成的自动化立体仓库接近2500座，在役的则达到1800座。据有关预测，2013年，随着全球经济复苏，立体仓库的发展需求预计比2012年的增长率可能会达到20%。

　　我们从使用的角度，看看我国整体自动化立体仓库状况。

　　（1）载重1吨左右，体积1个立方左右的自动化立体库占绝大多数。比如蒙牛集团建设的近30座自动化立体仓库托盘大小都基本在1000mm×1200mm(长×宽)，高度则一般在1200mm到1800mm之间，单元重量一般在1吨左右。

　　（2）重载的立体库，大的达到几吨甚至几十吨。在重载立体库上国内企业开始尝试，但众多的还是国外的企业在角逐。

　　（3）同时在体积上也出现了几米长的细长杆件的要求。这类型立体库长度一般在4000mm以上，2013年北京高科完成了北京武警的一个项目，载重量达到了11吨，体积达到了8180×2530×3550mm(长×宽×高)。

　　（4）微小立体库也开始发展。载重几十公斤的小堆垛机也开始迅速发展。这些设备多数采用型材设计制造，设备自重一般都很低，大约在1吨以下。

　　（5）异形仓库的需求也在增长。2013年对板材库，飞机制造厂要求的抽屉式长杆件仓库，烟草行业需求的特殊的滤棒库等。

　　自动化立体仓库是社会物流和企业物流的节点设施，一般由几层、十几层、几十层的货架存储货物，用相应的物料搬运设备进行货物的入出库作业，用自动化控制管理系统进行作业控制和管理，也称高架仓库。

　　常用的物料搬运设备有巷道式堆垛起重机、高位叉车、辊式输送机、链式输送机、升降机、自动导向车等等。其中，巷道式堆垛机（简称堆垛机）是应用最广泛的库内物料搬运设备。也是立体仓库设备中技术含量较高的机械设备之一。

　　近年来，随着科学技术的不断进步，仓储及物流设备的技术水平和性能已经达到或基本达到国际先进水平，自动化立体仓库已广泛用于军队后勤、物资、胶片、医药、电机，纺织、轻工、机床、乳制品、化纤、食品、家电、化工、工程机械、机场、配送中心、铁路动车检修、烟草等行业。

　　自动化立体仓库的广泛应用，较好地解决了单元货物的立体化存储，实现了设备运行自动化、智能化，进销存管理数字化；提高了土地利用率、存取效率、配送精度；降低了货物损耗、劳动力成本。

　　对铝型材行业而言，80 %左右的型材长度为6 m，17%左右的型材是6—6.5 m,装入料框存放，而重量大多在1.5吨以下。

　　在整个中国，长直杆件（6米以上）、重载货物（单元货物3吨以上）的立体存储仍旧发展缓慢，在我国尚属空白。目前，大量的存放方式都是传统的地面堆放式。自动化立体仓库在铝型材行业有非常大的市场。

2、技术关键

    要完成铝型材的自动存放，满足入出库频率、保证设备的可靠性、稳定性和储存物资的质量，需要解决的技术问题比较多，其中最为关键技术有如下几项：

　　1）货架承载能力计算、试验和货架定型。

    仓储货架是自动化立体仓库存储货物的基础设施，要求良好的承载、抗震能力和结构稳定性。

　　2）长直杆件堆垛起重机研究。

    堆垛机是自动化立体仓库中担负自动存取货物的起重运输设备，本项目所使用的双立柱堆垛机在运行方向上尺寸是普通堆垛机的4-5倍。尺寸的加大对堆垛机的刚性、稳定性、同步性、必然带来更高的要求；需要开发新型的载货台和货叉机构及提升机构。

　　3）长直杆件料框研究。

    料框是铝型材的基本存储、搬运单元，它既要满足铝型材在存储、搬运过程中不损坏、不变形，满足堆垛机、叉车在存取过程中的叉取，同时还要求空载时可以堆叠存放。

　　2.1 货架承载能力试验和货架定型

　　为了满足使用要求，保证货架具有良好的承载、抗震能力和结构稳定性，首先需要确定采用的货架型式。

由于没有合适的案例更没有成熟的计算公式，我们试制了铝型材行业采用的悬臂货架，取得了实测数据并得出了经验公式。

悬臂货架（见图1）具有占用空间小，所用材料少的特点，不少企业希望采用，但试验与计算结果都证明在高度和载重量达到一定程度后，立柱上部位移量会严重超出规范允许范围，与其它型式比较，增大截面尺寸并不经济。

 

　　偏移量的参考公式如下：

 　　注明：1.M=16×1000㎏×50cm;

　　2.L=1590cm;

　　3.E=210Gmpa;

　　4.I=5422cm4.

　　在该项目研究上，我们得出的基本结论为：
10米以下可以采用悬臂式货架dalilvcai.com，继续加大时，便在材料的选择和经济效益比上差距比较大。

　　如果采用横梁式货架，首先应保证横梁挠变小于规定值，采用载荷切加法：

　　公式一：集中载荷

　　其挠度公式为Wmax＝Fl3/48EI

　　公式二：对称等距离的载荷

　　其挠度公式为：

 

　　Wmax=Px(3L2-4x2)/24EI

经过实验，获得如下结论：

　　经计算，并依据《CECS2390钢货架设计规范》第6.1.5条，梁允许最大挠度 fmax≤L/300，确定，横梁的几何尺寸应大于160×60mm。

经比较分析，最后确定堆垛机的结构型式为双立柱、节能型、三指货叉型式

　　2）曳引机提升技术

　　长直杆件载货台运行方向尺寸长，重量大，对提升机构提出了承载能力高、运行平稳、节能、高效率和高安全性的要求。为了满足上述条件，本项目采用了曳引机提升技术，并利用曳引机可以多绳缠绕的优点实现了双动滑轮配重的牵引技术，使得堆垛机的功率降低到10Kw以下，而同类型设备功率大约要在40Kw。

　　2.3 料框型式

　　型材料框的最大问题是容易扭曲和弯曲变形，导致型材擦伤或变形，不影响其装料量，但很容易因料框尺寸超差不能入库存储。为了保证料框的刚性、承载能力，保证在存储、搬运过程中不损坏、不变形；即满足立体库的存储精度，堆垛机、叉车在存取过程中叉取和输送过程的可靠性，又可以堆叠存放，在调研了国内外大量资料，对比了同行业使用的各种料框的基础上，选择华昌铝厂在用料框进行研发改进成适合于铝型材自动化立体仓库存储，输送使用，具有刚性好，尺寸精度高、适用性好，美观等特点（见图9）。

通过上述改造，料框除实现了在立体库中的有效运行外，还可以实现堆叠，方便叉车叉取，方便吊机调运。同时，该料框如果在挤压和时效炉的运转过程中也可以实现平稳运行。

 

　　3、主要技术创新点

　　1）研究开发了铝型材自动化立体仓库，解决了长直杆件类铝型材成品的仓储占地面积大和出入库效率低下的难题；推动了铝合金型材成品仓储自动化技术的进步，具有空间利用率高、节能降耗、管理数字化等特点，填补了国内长直杆件自动化立体仓库的空白；

　　2）设计和制造了横梁式长直杆件货架，解决了自动化立体仓库存储货物的基础设施；横梁式长直杆件货架具有良好的承载、抗震能力和结构稳定性；

　　3）设计和制造了长直杆件堆垛机，解决了自动化立体仓库中，长杆件物料起重运输问题；采用曳引机双动滑轮提升机构达到了快速提升、节能减排的目的，具有结构稳定刚性好等特点；

　　4）建立了长直杆件类的铝型材自动化立体仓库信息管理和自动控制系统，大大提高了存储效率，缩短了存取时间；

　　4、技术先进性

　　长直杆件类的铝型材自动化立体仓库是采用计算机、自动控制、网络、信息、通讯、激光、红外等现代技术集成并相互渗透、有机结合形成的智能物流存取系统。该系统满足长直杆件产品物流大型化、自动化、智能化、高效率、高精度、低损失、高管理的要求，实现了堆垛、出入库、分拣、数据采集和管理等功能。填补了国内空白，具有国际先进水平。

　　作者：谭树松 佛山坚美铝业有限公司,唐性宇；广东华昌铝厂有限公司总工程师,太原高科锐志物流仓储设备有限公司总经理