小型环形自动化立体库的创新设计

赵静静+庄绩宏+冉建平

[摘 要]随着现在电子商务及快递物流的飞速发展，社会对于自动化物流设备的数量需求越来越大，针对自动化立体库可实现仓库高层合理化、存取自动化、操作简便化的优点，对其需求量越来越多，针对一些小型物流公司，现有的直线型货架结构比较复杂，占地面积大，极大地增加了公司运营成本等问题，提出机构更为简单、占地面积小、更加灵活的小型环形自动化立体库创新设计方案，运用proE建立了3D模型，并用Keyshot对模型进行了渲染，给出了各部分及总体结构的渲染效果图。

[关键词]小型环形立体库；创新设计；渲染

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2017.15.174

1 引 言

随着现代人们生活节奏的加快以及在电子商务及快递物流的飞速发展，社会对于物流设备的数量需求越来越大，种类需求也越来越多。在当前自动化仓库中，不论是大型还是小型的物流公司，货架的布局大多以直线型为主。直线型货架包位多，单个包位载重量大，对于大型公司来说较为适用。但对于一些小型物流公司来说，直线型货架结构比较复杂，占地面积大，极大地增加了公司运营成本，大型直线型货架已不再能够满足小型公司客户要求。所以该行业需要研发更加小型、机构更为简单、占地面积小、更加灵活的小型自动化立体库。

2 环形货架的设计

2.1 环形货架的分析

环形货架：环形货架主要由方形管立柱、上橫梁、下横梁、面板、竖直板、横板以及上下拉索组成。堆垛机中的主要承载部件为货架，所以货架的结构需要设计得比较稳定，不仅仅是能够承载货物，而且货架的结构不能因为承载货物而发生形变。所以立柱的选择显得比较重要。鉴于此，立柱选择方形管比较合适。堆垛机的行走机构沿轨道运行，为防止行走机构倾倒，在环形货架上装上导向轨道。轨道一般由角钢、槽钢或热轧H型钢制成。

（1）货架立柱设计。货架作为堆垛机的承重结构部分，必须具有足够的强度和稳定性，在正常工作的情况下，要非常稳定。立柱是整个货架的骨架，支撑整个货架，所以对立柱的结构设计就显得十分重要，立柱首先要有足够的强度支撑整个货架，其次从减低成本和节约资源的方面考虑，参考现有自动化立体仓库里的立柱结构，故选用50mm×50mm×3mm的方形钢管。

（2）货架横板设计。本设计针对的是一些小型电商，所以支撑的货物质量不大。设计的容器承载的最大质量为25kg，因此横板所受压力不太大，为了节约材料，减少成本，降低整个货架的重量，故选用40mm×40mm×2mm的方形钢管。货板支架两端焊有带孔的板，通过螺栓连接到立柱上，使立柱和货板支架成为一个牢固的桁架结构。

（3）货架面板设计。货架面板用来存放容器和货物，参考现有自动化仓库里面板的结构，由于本设计的包件质量为20kg，受力不大，故面板的厚度选用1.6mm钢板。面板可直接装卸，方便拆装，且货架内横板上有微型定位切口，方便面板在货架上的定位。

（4）货架上下拉索设计。拉索是连接回转机构和货架的桥梁，它使得多个分离的机构连为一体，拉杆的主要结构就是拉杆两个杆的螺纹旋向不同，一个为左旋，一个为右旋，两根杆通过之间的螺母相连接，调节中间的螺母可实现拉杆的收缩，从而把回转机构和货架紧固相连。

（5）支撑脚的设计。支撑脚为国家标准件，利用立柱底部的带有螺纹的螺栓，安装在立柱底部，可以调节支撑脚上的可调螺母来调节支撑脚的高度，来保持货架的水平放置。

2.2 环形货架的设计

环形自动化仓库的环形货架选择

参考货架参数如下：

外径2500mm，内径1500mm，高度为300mm的货位有六层，400mm的货位有一层，货位从离地350mm处开始摆放，总高不超过3000mm。

本设计中提出了三种设计方案

方案一为圆柱形环形货架，见图1，主要参数：外圈——长×宽×高：2.5m×2.5m×3.0m；

内圈——长×宽×高：1.5m×1.5m×3.0m；从离地350mm处开始码放，每层300mm高；顶层为400mm高，共7层；每层9个货位，共63个货位。

方案二为八边形环形货架，见图2，主要参数：外圈——长×宽×高：2.5m×2.5m×3.0m；内圈——长×宽×高：1.5m×1.5m×3.0m；从离地350mm处开始码放，每层300mm高，顶层为400mm高，共7层；每层8个货位，共56个货位。

方案三为九边形环形货架，见图3，其主要参数如下：外圈——长×宽×高：2.5m×2.5m×3.0m；内圈——长×宽×高：1.5m×1.5m×3.0m；从离地300mm处开始码放，每层300mm高；顶层为400mm高，共7层；每层9个货位，共63个货位。

2.3 三种方案对比

（1）圆柱形货架包位数比八边形货架包位数多出7个，与九边形货架包位数相同。但是圆柱形货架结构相对于多边形货架较为复杂，制造困难，并且其元部件多为非标准件，采购较为麻烦。

（2）八边形货架属于圆柱形与多边形货架的过渡型货架。其不仅解决了圆柱形货架结构复杂的问题，同时其元部件均为标准件，制造起来简单，组装方便。但是相对于圆柱形货架包位数少了7个。

（3）经仔细分析研究后，在保证包位数最大并满足机械要求的情况下，提出了方案三——九边形环形货架，其具备以上两类货架的优点，即元部件为标准件，制造简单，组装方便，所以这也是环形自动化仓库货架的最终方案。

3 环形堆垛机的设计

3.1 升降机构的设计

升降机构：升降机构主要由升降主体、电动机、电动机减速器、驱动链轮、驱动链条、升降链轮以及升降链条等组成，升降机构三维图见图4。

3.2 行走机构设计

行走机构：行走机构主要由行走主体、电动机、电动机减速器、行走轮、导向轮等组成，具体三维图见图5。

3.3 货台及货叉设计

货叉主要由电动机、电动机减速器、上叉、中叉、下叉、齿轮、齿条、链轮、链条以及轴承等组成。上叉的上层板与两个导轨相连，在两个导轨上均安装了CF6螺栓性滚轮滚针轴承。中叉的中层板与“工”字型的导轨相连。下叉的下叉板与两个导轨相连，装有CF6螺栓性滚轮滚针轴承，并固定在货台的货台主体上。货叉的电动机通过链轮、链条带动齿轮旋转，从而齿轮带动齿条及中叉运动，同时中叉上的链轮通过链条又带动上叉沿着中叉的“工”字形导轨运动。具体三维图见图6，货叉伸出效果图见图7。

3.4 环形自动化立体库总体效果图

在完成环形货架及环形堆垛机各个机构的所有三维设计后，将各个机构组装起来。环形自动化仓库总装的渲染效果图如图8所示。

4 结 论

小型环形立体库的设计，提出了三种环形货架的设计方案，在保证包位数最大并满足机械要求的情况下，最终确定九边形环形货架方案，并给出了配套的环形堆垛机方案，利用ProE软件绘制了三维模型，并用Keyshot软件给出了机构的渲染效果图。本设计为小型物流公司的自动化存储提供了一种较为可行的设计方案。