自动化立体仓库中堆垛机分类与结构研究

（山东阿特拉斯智能科技有限公司，上海 200335）

1 自动化立体仓库的定义及发展现状

自动化立体仓库实质上是集合了仓储、输送、管理的一门科学应用工程，自动化强调了控制在自动化立体仓库中的核心地位。自动化立体仓库通过先进的搬运设备、实现整个入库、输送、存储、出库过程的高度机械化、自动化、信息化。自动化立体仓库具备占地面积小、仓储速度快、可靠性高、储存量大等特征。

高层货架仓库的出现伴随着二战以后快速的经济繁荣所带来的生产力发展，起初这种仓储仓库只是普通的货物仓储仓库，但伴随着经济的发展、生产规模的扩大以及贸易量的扩张，社会对物流仓储的需求也不断扩大，同时，计算机信息时代的到来给高层货架仓库带来了新的活力。通过计算机控制，借助机电一体化实现了自动化立体仓库的诞生。

自动化立体仓库在人工的基础上、逐渐加入了机械作业设备、AGV运输小车，融合了RFID射频技术，集成了自动化控制系统，再加入人工智能，在实现仓储运输的高度自动化基础上，减少对于人工的依赖，并有一定的预测能力，自动对仓库路径进行分析检测，完成优化，在存储速度和存储效率上实现进一步提升。

2 自动化立体仓库的优越性

2．1 较高的空间利用率

立体仓库相较于传统仓库在空间的利用率上作用较为突出，在同样的仓储占地面积上提高货架的高度，存放更多的货物。高度的空间利用有利于资源的节约，经济成本的控制。自动化立体仓库的空间利用率较普通仓储可以实现倍数增长。

2．2 有利于先进物流系统的形成与发展

传统的仓储仓库只是货物储存的一个固定地点，无法对货物信息进行实时的统计和查询，只能实现静态的货物存储。自动化立体仓库则基于大数据时代的互联网技术，和现代化的自动化机械运输设备，按照商品需求实现自动化立体仓库内货物的自动化运输和存储。自动化立体仓库对于物流业则是两大核心之一，制造业中仓储也是连接生产制造的必要环节，高效智能的物流仓储可以提高企业的生产效率，降低货物的仓储成本，最终形成自动化、智能化的物流系统。

2．3 快节奏的货物存取

自动化立体仓库的货物存取能力十分高，堆垛机可以快速准确地将货物送到对应的货架上，也可以根据人的需求将货物从货架中取出并送到指定位置。

3 堆垛机的分类以及特征

堆垛机作为自动化立体仓库的绝对关键部分，肩负着货物运输的大部分任务。堆垛机的发展掌握着自动化立体仓库的命脉。堆垛机依据有无导轨、货物最大抬起高度、驱动部位、自动化程度以及移动方式有不同的划分方式，但主要的划分方式还是根据堆垛机有无导轨和移动方式，将堆垛机划分为桥式堆垛起重机和巷道堆垛起重机。

早期的存储仓库主要使用桥式堆垛机（如图1），类似于车间内的行车。桥式堆垛机依靠衡量悬吊在门架上，利用门架的移动来实现货物的运输。巷道堆垛机的工作依靠固定在地面上的滑轨进行移动，从而具有较高的稳定性，因此，巷道式堆垛机逐渐占了更大的比重。相较于桥式起重机，巷道式堆垛机具备如下特点：

无须坚固的门架，只需要在地面上铺设导轨，便于仓库的建设。

（1）巷道式堆垛机可以节省空间，无须在上部留下桥式堆垛机所需的大空间，提高空间利用率。

（2）巷道式堆垛机的通道宽度较小，无须受到桥式堆垛机大梁的跨度限制。

（3）桥式堆垛机不便于自动化控制，更偏向于人手动控制或半自动化控制。

但是桥式堆垛机也有其优势，桥式堆垛机比较适合于搬运较长较重的货物，比如需要人工控制的金属物料仓库等，桥式堆垛机可以搬运长几十米重几十吨的货物。

图1 桥式堆垛机

堆垛机还可以依照承重的立柱数量划分为单立柱式堆垛机和双立柱式堆垛机。如图2、3所示：

图2 单立柱堆垛机

图3 双立柱堆垛机

图4 无导轨堆垛机

图5 有导轨堆垛机

这两种堆垛机的横向长度较小，可以适应在较窄的巷道内进行运输作业，单立柱式堆垛机适合受力适中的中低高度自动化立体仓库，双立柱式堆垛机适用于中高高度的自动化立体仓库，较重货物的仓库运输以及对巷道内运行速度要求更高的仓库。

堆垛机还可以根据工作时有无固定轨道划分，如图4、5所示。

依据堆垛机的高度可以将堆垛机分为：运行高度超过18米的堆垛机成为高层堆垛机；运行范围在6～18米的称为中层堆垛机；运行范围在6米以下的称为低层堆垛机。依据堆垛机的驱动部位也可以将堆垛机分为：依靠下部电机驱动的下部驱动式；动力在设备上端的上部驱动式以及上下结合的驱动方式。

现代自动化立体仓库对仓储工作的智能化提出了更高的要求。依靠货架支撑的桥式堆垛机逐渐被淘汰，巷道式堆垛机占了绝大多数。单立柱巷道堆垛机也因为材料、控制等方面的发展逐渐体现出优越性。

4 堆垛机的结构及特点

不同堆垛机的特点决定了自动化立体仓库的仓储、运输特征。但不同类型的堆垛机的结构均由固定的组成部分构成：机架、货叉、轨道、以及控制系统等。

4．1 机架

堆垛机机架结构主要由一根立柱、上下横梁组成的框架结构。机架结构决定了整个堆垛机的力学性能。一般来说，单立柱堆垛机可以运输的重量为两吨以下，货架高度在0～18米范围内的自动化立仓库。为了增加机架结构的结构刚度和稳定性，可以将立柱加工成圆柱管结构。

4．2 行走机构

单立柱堆垛机主要包括电机、行走轮、导向轮以及上、下横梁组成。伺服电机可以驱动堆垛机沿导轨前后水平运动。导向轮和行走轮除了控制运动方向，还可以起到一定的固定作用，防止堆垛机由于货物重量过大倾倒。

4．3 提升机构

堆垛机的起升结构主要包括伺服电机、卷扬机、钢丝锁链和滑轮等，可以稳定快速地实现货物的抬起、落下动作，满足货物的竖直方向移动。

4．4 伸缩货叉

伸缩货叉是堆垛机将货物放进货架以及从货架取出货物的主要机构。伸缩货叉主要依靠伺服电机驱动链轮、主轴，通过齿轮啮合实现力矩的传递，从而实现货叉的伸缩。

4．5 机电一体化设备

主要包括电力拖动单元、控制检测单元，控制方面采用PLC进行可编程控制。货物信息的采集、处理也要通过扫描单元进行信息采集以及处理，进而传输到计算机进行处理。

4．6 安全保护装置

堆垛机为了满足货物运输需求需要在巷道内快速运行，为了保障操作人员以及设备安全，堆垛机加入了终端限位保护装置；联锁保护装置，可以在堆垛机异常操作时及时切断电路；货物检测装置，在堆垛机货叉将货物送入对应货架内之前，需要检测装置对货架内有无货物进行检测，若有货物应及时停止堆垛机操作。

5 结语

伴随着科技的进步和市场需求的扩张，自动化立体仓库也在不断融合新兴技术，加大仓储运输能力的提升。为了更好地满足物流需求，现代化立体仓库在不断融合物联网技术，在自动化的基础上强调智能化，从而在更短的操作周期内提供更高的运输能力，同时对仓储物流工作可以实现一定程度的预测、智能管理功能。