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行业新闻

超高堆垛机的结构分析
发布时间:2022-03-24

我国物流行业迅猛发展,超高型自动化立体仓库和超高堆垛机的需求越来越大。为了实现超高堆垛机的平稳运行,文中应用极限状态设计法和模态分析理论对超高双立柱堆垛机的金属结构进行理论分析,详细介绍了新技术在超高堆垛机上的应用。提出并论证了正对称结构对超高堆垛机能够稳定运行的必要性,为超高堆垛机的设计提供了理论依据。

现代物流业属于生产性服务业,是重点鼓励发展的行业。有分析认为我国的物流业仍将快速增长。扩大的物流需求以及我国可利用土地价值的提升,对自动化立体仓库的性能提出了更高的要求。自动化立体仓库对于消费者,是产品运输的起点;对于制造商,是生产制造过程的终点。自动化立体仓库的存储能力和调度能力,将直接影响整个物流过程。我国自动化立体仓库广泛应用于汽车行业、烟草行业、医药行业、食品冷链行业、邮政快递业以及家用电器行业。

1堆垛机的发展与应用

自动化立体仓库的核心设备为自动化立体仓库堆垛起重机,简称堆垛机,其以快速、高效、准确、安全的特点,成为国内外争相研发的对象。

堆垛机是自动化立体仓库的标志,其作用是在巷道内进行水平往复直线运动、垂直升降、货叉左右伸缩叉取等一系列协调动作,实现存储单元货物从巷道端口输送机到指定货位的入库作业,或者从指定货位到巷道端口输送机的出库作业,从而与巷道端口入出库输送机系统一起实现货物的自动入出库。堆垛机具备以下特点:

1) 工作效率高。堆垛机是立体仓库的专用设备,具有较高的搬运速度和货物存取速度,可在短时间内完成出入库作业。堆垛机平稳工作的更高水平运行速度可以达到300 m/min,更高垂直升降速度可以达到180 m/min,更高左右伸叉速度可以达到40 m/min。

2) 仓库的利用率高。相对于立体仓库的总体尺寸,堆垛机自身的尺寸较小,可以在较窄的巷道内运行,同时可以进行高层货架作业。

3) 自动化程度高。以“产业互联网”为特征的新工业革命,包括堆垛机在内的仓储物流系统与设备日益呈现出一体化和智能化的发展趋势。

4) 设备稳定性高。堆垛机具有很高的可靠性,可以确保7×24 h 连续运行。

2 超高堆垛机的研发

近几年随着商家开展网上线下一体化,产品抢占市场份额需求扩大,备货量剧增使得超高、超大型自动化立体仓库、配送中心规模呈现爆发式增长。国内外物流集成厂商都投入了巨大的研发精力,带来众多新的设计理念和深入的技术研究成果。

2超高堆垛机立柱结构的模型分析

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目前国内设计的堆垛机的高度可达30 m 以上。在库容量不变的情况下,仓库的高度增加一倍,占地面积能减少35%到45%[2]。扩大的物流需求以及我国可利用土地价值的提升,须提高堆垛机的高度来满足存储空间的要求。开展了45 m 超高堆垛机研发工作,已完成超高堆垛机的建模及分析。超高堆垛机需要满足的要求:

1) 堆垛机具有足够的刚度、强度和稳定性。在高度大幅提升至45 m 的情况下,保证设备在巷道运行速度达到200 m/min 以上,货物的提升速度达到70 m/min以上,货叉伸叉的速度达到40 m/min。

2) 堆垛机具备精准快速定位能力,堆垛机在钢轨上平稳运行。在以较大加速度运行工况下能快速制动和启动。

3) 设备能有效防摇摆,货叉精准快速获取和放置货物,载货台在高位和低位具有良好的一致性。堆垛机承受载荷的金属结构主要由上横梁、立柱和下横梁组成,堆垛机通常分为单立柱堆垛机和双立柱堆垛机。超高堆垛机采用双立柱金属结构,双立柱金属结构属于门架结构,具有更好的刚度属性。

双立柱堆垛机的受力情况分析:金属结构受到地轨在Y 轴方向的支持力和Z 轴方向的约束力,同时受到天轨Z 轴方向的约束力。双立柱金属结构的力学模型属于一次超静定门架,在静定的框架中附加约束,为金属结构带来一个多余未知广义力。双立柱堆垛机的金属结构能够利用这个多余的广义力抵消一部分立柱的弯曲变形,从而具有更好的刚度。

对称结构的定义是结构的几何形状、尺寸、构件材料以及约束条件均对称于某一轴。当对称结构承受对称载荷时,其约束力、内力分量以及位移都是对称的,那么对称结构就会发生正对称变形。

由于堆垛机在巷道内运行,设备会向两个方向加速运行,因此堆垛机会出现两个方向的惯性力。金属框架有向右倾斜的趋势,当存在向右的加速度时可以产生向左的惯性力抵消金属结构的弯曲变形;但是当存在向左的加速度时,产生向右的惯性力会加剧金属结构向右倾斜的趋势,对设备产生不利的影响。因此超高堆垛机上更适合采用正对称金属结构,以提升结构的刚度和稳定性。正对称变形具有以下特点:

1) 正对称变形在静态下能够有效降低框架顶端的偏移量。

2) 两个立柱的变形量以及变形形式基本相同,可以大幅提高堆垛机性。

3) 双立柱均匀变形有利于载荷以及重力的均布,从而大幅减少发生应力集中的部位,提高设备的安全性。

4) 正对称结构相对于反对称结构,静刚度更强;由自振频率ω=(k/m)^(1/2) 可知,当质量相同时,刚度越强则结构系统的固有振动频率越高,有利于提升金属结构的动刚度,从而提升设备的稳定性。

5) 在动态加速运动工况下,当反对称结构的变形与反对称载荷方向相反,可以抵消部分金属结构的变形时,反对称结构有利于设备的稳定。但是堆垛机是双向加速度运动的设备,因此正对称结构更有利于提升堆垛机的动态稳定性。

好了,以上就是有关超高堆垛机的结构分析,希望可以帮助到大家~

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