（机械电子工程专业论文）轮胎单元存储优化.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 轮胎单元存储优化设计：是在特定的存储方式下，以轮胎存取器具为研究对 象，对轮胎最小存储单元进行分析，找到最适合的存储结构形式，使之能够和特 定的存储方式、周边环境、特别是与现代的物流信息系统相适应。以提高轮胎存 储质量，提升出入库速度。进而提高整个物流系统效率，达到物流系统最佳性能。 为轮胎企业创造良好的企业形象，提升企业物流的效益和效率。 本文在借鉴国外先进轮胎存储方式的基础上，根据作者的项目实施经验，介 绍了轮胎和轮胎存储的基本知识，阐述了国内外轮胎单元存储的现状，利用材料 力学知识对轮胎存储单元进行了设计与优化，提出了应用无线数据传输网的信息 化轮胎单元存储方案。 在国内，本文第一次将轮胎单元存储上升到理论角度进行研究与分析，对国 内外轮胎存储有关知识进行了总结，对存储单元进行了优化设计，并提出了崭新 的轮胎存储方案。将有助于国内轮胎企业降低物流成本，提高轮胎存储质量；促 进轮胎存储业业务水平的提升和物流现代化进程。 关键词：物流；轮胎存储；优化 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t u n d e rc e r t a i ns p e c i a l i z e ds t o r a g em e t h o d , w i t ht i r es t o r a g et o o l sa st h er e s e a r c h s u b j e c t , t h eo p t i m i z e dd e s i g no f t i r eu n i ts t o r a g ei st oa n a l y z et h em i n i m a ls t o r a g eu n i t t of i n dt h em o s ta p p r o p r i a t es t o r a g es t r u c t u r et h a tc a l lb ea d a p t e dt ot h es p e c i a l i z e d s t o r a g em e t h o d ，t h es u r r o u n d i n g sa n de s p e c i a l l yt om o d e ml o g i s t i c si n f o r m a t i o n s y s t e m si n o r d e rt ob e t t e rt h el o g i s t i c ss y s t e m a t i c e f f i c i e n c y f u r t h e r m o r e ，t h i s o p t i m i z e dd e s i g nw i l li m p r o v et h es p e e do fp u t t i n gt i r e si n t os t o r a g ea n dq u a l i t yo ft i r e s t o r a g e ，w h i c hp l a y sav i t a lp a r ti nb u i l d i n gt h es e l f - i m a g eo f t i r em a n u f a c t u r e r s b a s e do na d v a n c e dm e t h o d so f t i r es t o r a g ea b r o a da n di nn g i a to f a u t h o r sp r a c t i c a l e x p e r i e n c e so fr e l e v a n tp r o j e c t s ，t h ep r e s e n tp a p e r i n t r o d u c e st h ef u n d a m e n t a l k n o w l e d g eo nt i r ea n dt i r es t o r a g e ，a n a l y z e st h ee x i s t i n gs i t u a t i o n so fu n i tt i r es t o r a g e h o m ea n da b r o a d , a c c o r d i n gt ot h ea u t h o r sk n o w l e d g eo nm a t e r i a lm e c h a n i c sa n d f i n a l l yp r o p o s e sa no p t i m i z e dd e s i g no fi n f o r m a t i o n i z e du n i tt i r es t o r a g eu t i l i z i n g w i r e l e s sd i g i t a ln e t w o r k t h i sp a p e ri sap i o n e e ro fc o n d u c t i n gr e s e a r c h e sa n da n a l y s i s0 1 1u n i tt i r es t o r a g e f r o mat h e o r e t i c a lp o i n to f v i e wi nd o m e s t i ea r e a i ts u m m a r i z e st h er e l e v a n tk n o w l e d g e o nt i r es t o r a g ea n dp u t sf o r w a r da no p t i m i z e dd e s i g no f u n i ts t o r a g ea n dc o m p l e t e sn e w t i r es t o r a g es c h e m e s t h ep r o j e c tu n d e ri n v e s t i g a t i o nw i l lb ep r o v e dt ob eh e l p f u lt o i m p r o v et h eq u a l i t yo ft i r es t o r a g em e a n w h i l ed e c r e a s et h eo p e r a t i n gc o s t ss o a st o i n c r e a s et h el e v e lo f t i r es t o r a g ea n dt h em o d e r n i z a t i o np r o c e s so f d o m e s t i ct i r es t o r a g e i n d u s t r y k e yw o r d s ：l o g i s t i c s ，t i r es t o r a g e ，o p t i m i z e d 山东大学硕士学位论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 蕉逛垒日期： 淞银， 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 一名：越翮虢辫期：一 i 山东大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景及意义 当今，存储容器的标准化已经取得了很大成就，但是对轮胎行业来说，由于 轮胎形状的特殊性，如何更好的存储，既有利于保证轮胎质量，又有利于减少搬 运次数，提高装卸效率，则一直是个难题。仓储容器不标准，搬运困难，甚至通 过平地堆放来存储轮胎的情况在整个轮胎行业相当普遍。此种状况不但不利于轮 胎的存储质量，更阻碍了轮胎存储业信息化技术的应用与发展。人工的过多参与， 使得相关物流数据及时性、准确性差，不能在第一时间给企业决策层以准确数据 支持，并且劳动强度也大。 作为在物流活动中扮演衔接各环节角色的存储容器，唯有实现标准化、合理 化，才可以实现货物的快速、高效搬运：大容量、优质存储；做到和生产、配送 等环节的合理衔接，提供给客户最佳质量的产品，并取得最佳的经济效益。才符 合将正确的物品，在正确的时刻，以正确的顺序，送到正确的地点的现代物流要 求。而且，合适的仓储容器，将有利于信息化技术的应用，有利于相关库存管理、 生产管理、运输管理、生产调度系统等模块间的信息追踪。 但是，长期以来，针对轮胎行业单元存储的专门研究少之又少，基本上还停 留在企业内部根据自身需求自发定制托盘的水平。托盘、货笼形状各异，大小不 一，通用性差。存储质量差，搬运效率低，限制了企业物流水平的提升和信息化 技术的应用。 济南兰剑物流科技有限公司在实施三角轮胎集成化物流系统项目时，针对轮 胎的存储单元进行了设计，开发了2 种专门针对轮胎存储的托盘和货笼，项目大 获成功，在整个轮胎行业中起到了较好的示范作用。但是，托盘、货笼设计重量 较大，刚性稍差，容量缺少柔性。 基于力学等知识，并对轮胎基础数据进行统计，设计出质量高，价格廉的轮 胎存储容器并进行方案优化，使其能够方便信息化技术应用，密切配合生产、包 装、运输、仓储等环节，具有重要的理论和现实意义。特别是对国内企业来说， 山东大学硕士学位论文 目前不良的存储条件已经影响轮胎外观，并进而影响到企业在国际市场上的形象， 不利于产品出口。所以，提升轮胎存储品质，做到合理流通，降低成本，提高物 流水平，具有重大意义。轮胎单元存储优化设计正是在此背景下诞生。 轮胎单元存储优化设计：是在特定的存储方式下，以轮胎存取器具为研究对 象，对轮胎最小存储单元进行分析，找到最适合的存储结构形式，使之能够和特 定的存储方式、周边环境、特别是与现代的物流信息系统相适应。提高轮胎存储 质量，提升出入库速度，从而提高整个物流系统效率，达到物流系统最佳性能。 为轮胎企业创造良好的企业形象，降低物流运营成本，提升企业物流的效益和效 率。 本文研究目的：设计出几种适应不同存储形式的托盘并优化，使之具有良好 的性能、结构合理，外表美观，不易变形，具有较高的柔性。并针对此种托盘， 提出合适的存储方案，以提高轮胎存储质量，提高轮胎企业物流运作水平与效率。 本文研究具有以下意义： 通过良好的存储单元，减少了轮胎外观损伤，保证外观形象，提升 存储品质。 存储单元化，方便搬运，提高了出入库速度和装车速度，提升了物 流系统的效率和水平。 查找方便，方便企业出货和盘点，提高产成品交付的准确性。 减少人力资源浪费，降低物流成本，提升企业形象。 单元化易于存取，最大程度减少货物超期存储现象。 有效防止串胎发生。减少串胎造成的损失，与物流系统相结合可以 最大程度减少目前轮胎企业普遍存的抄胎号难题。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 相关的外文文献中很少有轮胎单元存储方面的研究。但是从国外的应用来看， 国外轮胎存储方式与其他货物的存储方式一样，主要分为货架存储、货笼存储、 平面堆放3 大类。在存储单元上并没有很典型的先进方式，但是存在以下特点： 2 山东大学硕士学位论文 l 、与物流信息系统结合 无论是自动化立体库还是普通平库，国外轮胎企业的存储业务普遍与物流信 息系统结合。堆垛机、a g v 等自动搬运设备应用广泛，见图1 1 t 。就是在普通叉 车和液压油板车上也安装了车载电脑或手持终端，见图1 2 。操作人员根据电脑的 指示执行出入库操作，出入库效率极高。 图1 - 1 美国某配货中心a g v图1 - 2 欧洲某配货中心叉车装电脑和手持终端 2 、存储单元化 将轮胎存储单元化，每次叉车搬运1 - - - 2 个单元，灵活方便，有效提高了搬运 效率，减少搬运次数。如图1 3 。 图l - 3 轮胎搬运单元化图 3 、最大化利用高度空间 在国外，轮胎采用货架和货笼存储甚为普遍， 图1 4 轮胎单元摞放 如图1 - 4 。此举最大化利用了高 山东大学硕士学位论文 度空间，提升了单位面积的存储密度，节省了存储成本。而且方便轮胎的出货和 查找。 1 2 2 国内研究与应用现状 目前，国内没有发现有轮胎单元存储优化方面的研究内容发表，基本处于企 业内部根据自身需求自发定制托盘的阶段。不曾上升到理论角度进行专门的分析 和研究。 国内起步较早的咨询公司，例如兰剑物流科技在此方面作了一定努力，并取 得一定成绩。早在三角轮胎集成化物流项目中，就曾使用了贯通式货架进行轮胎 的单元存储。并应用t e k l o g i x 无线数据传输方案，构建起健壮的物流信息系统。 这在国内是第一次将贯通式货架应用到轮胎仓储上【1 1 。 坐落于嘉兴的韩泰轮胎生产工厂，托盘单元采用两层两列结构，应用高架自 动化立体库仓储，达到极高的物流水平。 但是，从国内的整体应用来看，目前的轮胎存储方式主要有以下特点： 1 、缺少信息化系统的支持 国内大部分轮胎企业，仍停留在人工搬运、装卸，人工统计、手工录入的劳 动密集型管理方式上。数据采集的手段落后，每天还需要人工盘库、手工报表， 数据处理的自动性、准确性和科学性较差。例如国内某轮胎企业，仅搬运装卸人 员就有1 2 0 人之多，而且人数还在增加，但始终改变不了加班加点、赶任务的状 态。装卸效率低下，发错胎的情况太多，配载运输困难，满载率不高。查找胎困 难，安全库存不完备，人力、物力、财力资源浪费严重，企业物流效率低下。 2 、散乱，堆放，不符合轮胎存放要求 国内大多数厂商，包括某些著名轮胎生产企业，轮胎存放都不规范，往往是 哪里有空放哪里，而且采用平面摞放的多，按标准立放的少。如图l 一5 。此种随意 性一来导致无法进行有效的货位管理，库存信息混乱。发错胎、超期存放的情况 很常见。二来摞放对质量损害较大，且放在地上的暴露方式也容易造成外观污损， 影响其附加值。再者，平面堆放需要频繁倒库，增加了多余劳动，造成存储成本 增加。 4 山东大学硕士学位论文 图l - 5 国内某轮胎厂轮胎存放实景图l - 6 某轮胎企业包装、存储区实景 3 、存储单元化较差 国内企业在轮胎存储上很少采用单元盛放器具。就算是堆放，很大程度上也 没有做好分区处理，而是找空放，见图1 - 6 。导致整体存储单元难以形成，不能对 存储情况进行方便灵活的查询，不能及时掌握库存销售情况。某些企业为了堆放 轮胎还采用盖楼的方式，不但存储成本高，而且搬运也比较困难，仓库管理和出 库作业需要多人完成，对人力资源的消耗较大，效率低下。 4 、不能先进先出 原始低下的存储手段，使先进先出的原则无法体现；货物存储超期现象普遍 存在，货物超期以后，只能做降级或报废处理，经济损失在所难免。 总之，与国外相比，国内的轮胎单元存储存在一定差距。特别是在轮胎单元 存储和信息化系统相结合这一点上，过于落后。针对轮胎行业的单元优化存储方 案研究，还仅仅是处于各个厂家根据自己的需求自行设计容器的无组织状态，少 有把它作为一个对象来研究的情况，所以仅仅算是处于起步阶段。 1 3 本文主要研究内容 本文主要针对国内外轮胎存储方面存在的问题，对轮胎存储单元进行优化设 计，提出适用于不同单元存储方式的解决方案。 本文研究的方法：机械产品设计，物流系统规划设计方法、物流信息系统设 计、力学分析、美学，p r o e n g i n e e r 、3 dm a x 造型设计。 本文主要内容： 第一章主要介绍课题的背景，国内外研究与应用现状，以及对本文的研究 山东大学硕士学位论文 内容进行综述； 第二章轮胎及存储基本知识介绍； 第三章结合不同存储方式对轮胎存储单元设计优化及受力校核； 第四章提出适用于不同存储单元的轮胎存储解决方案； 第五章全文总结，指出存在的不足及待深入研究的问题。 1 4 本文所涉及到的专业术语 串胎：由于轮胎外观的相似性而给客户发错胎。 无线数据传输方案：使用无线网络设备构建局域网，通过各种车载、手持终 端进行信息数据传输。 贯通货架：也称驶入式货架，可供叉车驶入，存取单元托盘货物的货架。因 为叉车作业通道与货物保管场所合一，仓库面积利用率大大提高。 配套：将内胎、垫带装进夕 胎。 简包：即简单包装，用麻绳简单捆扎即可。 精包：使用缠绕包装的方式在轮胎表面覆盖一层塑料膜。 6 山东大学硕士学位论文 第2 章轮胎及存储基本知识介绍 本章首先介绍了轮胎的基本知识，之后指出了轮胎存储的基本要求，最后针 对轮胎存储的特点阐述了轮胎存储的方式、存储器具、存取工具等。 2 1 轮胎基本知识 2 1 1 轮胎定义 轮胎的定义：轮胎是汽车、拖拉机和工程车辆的主要部件，由帘线和胶的复 合体构成，其功能是支撑车辆重量、传递牵引力、转向力和制动力，吸收因道路 不平而产生的震动，按工作原理不同分为充气轮胎和实心轮胎。轮胎外形如图2 1 。 2 1 2 轮胎组成 轮胎由外胎、内胎和垫带三部分组成。 内胎是装在外胎与轮辋之间的环形胶筒、有 气门嘴、用以充入和放出空气，充入空气可使轮 胎获得弹性的载荷能力。 外胎：是紧固于轮辋上，与路面接触，是由 帘线和胶的复合体构成，作用是承受内胎充气压 力和车辆负荷；传递牵引力，转向力和制动力。 垫带是有一定断面形状的环形胶带，安装于 内胎和平式轮辋之间，保护内胎不受磨损。 图2 - 1 轮胎 2 1 3 轮胎分类 根据用途、结构、大小、花纹等，轮胎有多种分类方法，如从用途上可以分 为轿车胎，工程胎，农业胎；从大小可以分为巨型轮胎、大型轮胎、中小型轮胎。 对于轮胎仓储来说，轮胎尺寸是影响存储尺寸设计相当重要的因素，所以以后我 们将重点从轮胎大小上对轮胎进行分析，轮胎的其他几种分类如下： 山东大学硕士学位论文 按结构分为：按密封方式分：特殊轮胎： 斜交轮胎 带束斜交轮胎 子午线轮胎 活胎面轮胎 安全轮胎 无帘线 调压轮胎 海绵胎轮胎 常压轮胎 实心轮胎 2 1 4 轮胎规格代号和符号 在国家标准中，轮胎规格尺寸单位，除“8 2 ”系列和“7 0 ”系列子午胎以毫m ( r a m ) 表示轮胎名称断面宽度、英寸( i 1 1 ) 表示轮辋名称直径外，其余各类轮胎 均以英寸( m ) 表示轮胎名义称断面宽度和轮辋名义直径。 微型载重普通断面斜交轮胎 4 5 0 - 1 2u l t 微型载重汽车轮胎代号 轮辋名义直径 轮胎名义断面宽度 轮胎规格最新表示法： 例：( 1 ) 1 8 5 7 0r 1 48 6 h 1 8 5 ：名义断面宽度( 姗)7 0 ：轮胎名义高宽比( 胎高胎宽) r ：子午 线结构代号1 4 ：钢圈直径( i n ) 8 6 ：载重系数h ：速度代号 例：( 2 ) 9 2 2 r 2 0 9 2 2 ：名义断面宽度( i n )r ：子午线结构代号2 0 ：轮辋名义直径代号( i n ) 例：( 3 ) 1 4 5 s r l 0“8 2 ”系列轿车子午胎 1 4 5 ：名义断面宽度( 咖) s ：速度符号( 或h 等) ，r ：子午线结构代号， l o ：轮辋名义直径代号( i n ) 例：( 4 ) 1 8 5 7 0 s r l 4“7 0 ”系列轿车子午胎 a 日 狲 日 姗 撇 雠 滞n月 觥 呐 衲 无 厂，lj。、lill 山东大学硕士学位论文 1 8 5 ：名义断面宽度( r a m ) ，7 0 ：轮胎名义高宽比，s ：速度符号( 或h 等) 例：( 5 ) 2 7 x1 沪- 2 0 叉车、电瓶车低断面斜交胎 2 7 ：轮胎外直径( i 1 1 ) ，1 0 ：轮胎名义断面宽( i n ) ，2 0 ：轮辋名义直径代号( i n ) 2 2 轮胎的储存与存取要求 2 2 1 轮胎的储存要求 1 、轮胎不宜露天存放，避免阳光直射。应在通风良好的库房内存放，装车后 的轮胎应避免日晒雨淋。 2 、轮胎应远离热源、发电设备和生产臭氧的地点。 3 、轮胎不得与油类、酸类、易燃物及化学腐蚀品混放。 4 、轮胎应立放，大型轮胎只准单层立放，中、小型轮胎允许双层立放。每两 个月转动其一次。严禁平放堆叠或穿心悬挂。 5 、轮胎在贮存时应有库存卡片，卡片应记录轮胎的类别、规格、结构、层级、 厂牌生产日期和入库时间，并按生产和入库中时间以先进先出的顺序使用或销售。 存放期不准超过3 年。 6 、包装好的轮胎，不应去掉外包装，应原包装贮存。运输过程中轮胎包装损 坏的，应在入库前重新包装后再入库贮存。 7 、内胎如需单独存放的，应充以适量的空气，不得折叠平放或堆放，不单独 存放时，需放在外胎内，并适量充气。 2 2 2 轮胎的存取要求 1 、运输轮胎时，轮胎不应与油类、易燃物、化学腐蚀品等混装。轮胎应避免 阳光照射和雨淋。内胎不单独包装时需放在外胎内并充以适量的空气，使其与外 胎内缘相接触，再用绳扎两处以上。运输包装状态无内胎轮胎时不应拆胎圈保护 器和钢带 2 、不能使用绳索、吊钩或吊叉直接把轮胎吊提，而应使用非金属宽辐带。 3 、使用叉车搬运轮胎时，用货叉从轮胎的侧面托起，不应用货叉插入胎圈中 心孔口提起。 9 山东大学硕士学位论文 4 、成套轮胎应用绳索或包装带包扎好，以免脱落损坏。 2 3 轮胎存储方式 目前，主要存在以下几种轮胎存储方式： l 、自动化立体库存储 借助先进的计算机技术、控制技术和信息处 理技术和通讯技术，通过巷道堆垛机、输送设备、 立体货架、托盘等设备组成的物流系统，可以在 计算机的指示下自动完成存取任务，自动化程度 高，作业准确迅速，可以大幅提高存储效率。其 实景如图2 2 。 图2 - 2 自动化立体库存储 2 、贯通式货架存储 也叫做驶入式货架，这种货架是横梁式与牛腿货架的结合，也可以全部是牛 腿式组合在一起，但稳定性不好。叉车直接可以开进货架里面执行存取货的作业， 与普通货架相比，增大了存储密度。其原理如图2 3 ，实景如图2 4 所示。 图2 - 3 贯通式货架原理 3 、重力货架 重力货架每层的底部安装有滑轮，货物可以借 助自身的重量，从一端滑到另一端。故可以在一端 入货，一端出货，做到了先入先出。同时减少了搬 运设备的投资，增大了存储密度。比较适合少品种 的大量存储。其示意图如图2 - 5 。 4 、无托盘货架存储 无托盘货架是直接将轮胎平摞在货架上，使用 0 图2 - 4 贯通式货架存储 懿n 落巨舔凰鍪；确鬻 ii 瞄岱箍嚣鼯黜 l 障驾趣转露碰蠹装 i 辟| 筇萍孺器转蠢糯 图2 - 5 重力式货架示意图 气 ； 藏匿一餐鹋 山东大学硕士学位论文 抱叉( 或夹持器) 对轮胎进行存取的存储形式。可以节省托盘投资。但是这种存 放方式对轮胎质量的有一定影响。其示意图如图2 - 6a ) ，实景如图2 - 6b ) 。 图2 - 6a ) 无托盘货架存储示意图 图2 - 6b ) 无托盘货架存储 5 、货笼存取 货笼是单独的存取单元，彼此可以摞放在一起。即可以在某处分区存放，也 可以移动到别处，自由度较货架大。但不能摞放太高。其效果图如图2 - 7a ) ，2 - 7b ) 。 图2 7a ) 网状货笼 6 、堆放 是指直接将轮胎堆放在地上， 倒库。存储质量差。 图2 7 b ) 柱状货笼 这种存储方式不符合轮胎存取规范，需要频繁 山东大学硕士学位论文 2 4 轮胎存储器具 2 4 1 托盘 托盘( 又称栈板) ，见图2 - 8 ，是现代工商业生产、运输、储存及包装的最基 本的物流器具，是静态货物转变成动态货物的载体。与叉车配合利用，可以减少 装卸中的货物损伤，大幅度提高装卸搬运效率；用托盘堆码货物，可以减少装卸 场地，大幅度增加仓库利用率；托盘一贯化运输，可以解放重体力劳动，大幅度 降低成本。在整个物流系统活动中，托盘作为单元化的存储搬运器具，发挥了重 大作用，提高了整个物流系统的效率。 图2 - 8 托盘 随着机械化的提高，托盘的使用量也越来越大。根据材质的不同，可分为木 制、钢制、塑料、纸质及复合等多种托盘。根据托盘使用的不同，可以分为单向 进叉、2 向进叉和4 向进又。 托盘的标准化是指将托盘的规格尺寸统一，方便货物在不同企业之间、不同 地区之间运用不同的贮存和运输方式实现联运，也就是要大力提高托盘的社会化 应用水平，节省成本。因为如果产品从生产商、分销商、零售商到最终用户的供 应链过程中要更换数次托盘来实现运输和存储，经过多次倒换托盘，将极大地降 低了运作效率，使产品附加成本大为增加。 如果托盘仅仅作为企业内部储存、装卸和搬运作业的承载工具，甚至仅仅作 为产品包装的一部分，而不在产品流通过程中反复使用，生产者完全可以根据企 业实际情况，按照产品外部规格，生产和使用不同规格不同标准的产品托盘 2 4 2 货笼 顾名思义，货笼就是盛放货物的笼子，一般分为固定式和可卸式两种。固定 式货笼形状固定，力学性能好，重量相对较轻：可卸式可以折叠，节省存储空间， 山东大学硕士学位论文 但力学性能差，重量相对较重，成本较高，使用困难。 无论哪种结构形式，同规格货笼之间能够互相摞放。 以便充分利用高度空间。如右图2 - 9 。 2 5 轮胎搬运工具 2 5 1 叉车 叉车是最常见的货物搬运工具，在工厂，物流中 图2 - 9 固定式柱状货笼 心获得了广泛应用。根据动力来源可以分为内燃叉车 和电动叉车；根据自身平衡方式可以分为平衡重叉车和前移式叉车。如图2 - 1 0 。 内燃叉车特点：造价低、动力强劲、连续工作、可适合各种作业环境。 电动叉车特点：震动小，运行平稳。控制精度高，但不适合雨天作业。 平衡重叉车特点：运动灵活，适应各种场地条件，适应性强，但它利用自身 重力和货物达到平衡，当货物起升一定高度后，失载较大。 前移式叉车特点：可适合窄巷道作业，不失载，但对地面平整度和承载能力 要求较高，造价也高。 图2 1 0 各种各样的叉车 2 5 2 拖车 拖车，如图2 - 1 1 ，是可以移动的搬运平台，一般和牵引车( 如图2 - 1 2 ) 配套 使用，主车可配几个拖车。一次可实现大量物资的运输，大大提高运输效率，减 少搬运设备与人员投资。 山东大学硕士学位论文 图2 一l l 拖车图2 - 1 2 牵引车 2 5 3 输送线 包括各式各样的辊道、皮带输送线、悬挂式输送机、提升机等，都可以用来 构成连续的轮胎输送系统。如图2 1 3 ，图2 1 4 图2 1 3 轮胎输送辊道 图2 1 4 输送轮胎用皮带线 2 5 4 其他搬运工具 除了以上比较通用的轮胎搬运工具以外，还有其他一些用在特殊地方的轮胎 搬运工具，例如自动化立体库的堆垛机，自动导c h 车，液压托盘车，轻卡车等。 2 6 本章小结 本章主要介绍了轮胎的基本知识、轮胎的存储要求、轮胎存储的方式、轮胎 存储器具和搬运工具。为下文有针对性的提出轮胎单元存储方案提供理论与现实 依据。 4 山东大学硕士学位论文 第3 章轮胎存储单元优化设计 3 1 轮胎单元存储形式分析 前面已经论述了轮胎存取的几种形式，一般来说，对轮胎存储形式的选择， 最关键的因素是轮胎外径。我们可以按外径将轮胎分为以下4 类，对于每类轮胎， 都有不同的存储方式与之对应。 小型轮胎( 外直径范围在4 0 0 m m 一6 0 0 r a m 之间) 使用货笼存放，轮胎立 放，利用叉车将货笼垛放；也可以采用货架存放。 中型轮胎( 外直径范围在6 0 0 m m - 1 2 0 0 m m 之间) 使用贯通式货架( 加托 盘) 存放，轮胎放在立放在托盘上，利用叉车把托盘放在货架上，实行 货位式管理；对于6 0 0 m m 一8 0 0 m m 之间的轮胎，还可以采用小型轮胎的 。 存储方案。 大型轮胎( 外直径范围在1 2 0 0 m m - 2 0 0 0 m m 之问) 使用货架存放，轮胎 直接平放在货架上，使用抱叉( 或夹持器) 对轮胎进行存取，实行货位 式管理； 一 巨型轮胎( 外直径在2 0 0 0 0 m 以上) 数量较少，地面立放，分区域管理。 3 2 托盘优化设计 托盘主要用作货架存储的基本容器单元。不同的货架，对托盘的种类、规格 有不同的要求，本节将重点讨论分别应用于贯通式货架和自动化立库托盘的设计 和优化。 3 2 1 贯通式货架托盘优化设计 3 2 1 1 结构设计与优化 贯通式货架是牛腿式和横梁式货架的结合，所以此种托盘的设计要适应这两 种不同结构货架的特点。故在托盘底部和货架接触处，安排承载能力强的横梁结 山东大学硕士学位论文 构，使之与牛腿搁挡和货架横梁有良好的接触，保证货架整体受力均匀。 根据轮胎存储规范的要求，轮胎立式存储的形式，最简单、最省材料的结构 是将轮胎用两根棒状物横在轮胎底部将轮胎支撑起来。轮胎的承载结构示意如下 图3 1 ( 俯视图) 所示。 图3 - 1 托盘结构示意图图3 - 2 某公司托盘工程图 在实际操作中，当叉车进叉时，叉车门架容易触碰轮胎，从而可能对轮胎外 观造成一定损害；另外，门架对轮胎向前的推力也容易使轮胎抬起，造成托盘整 体失稳，受力情况发生改变，从而超出托盘强度的设计值，酿成事故发生。故在 实际的设计中，为避免这种情况，一般在托盘入叉口处设计防止轮胎与叉车门架 碰撞的阻挡装置：横挡。其位置的安排是：当货叉完全插进托盘插孔的时候，叉 车门架h i j 冈i j 不能触到轮胎。如图3 - 2 。托盘左右两侧的构件就是横挡，有效阻止货 叉进一步进入托盘插孔，保证不触碰轮胎。 在轮胎侧面，设计了n 型护栏，保护轮胎立放时不倾覆。 图3 2 所示的工程图，托盘可以从左右两侧进叉， 即双向托盘。从结构上来说，可以将双向进叉，改造成 单向进叉。如图3 - 3 所示，我们采用将托盘一侧增加横 挡的形式，限定叉车只能从此侧面单向进叉，即单向托 盘。与双向托盘相比，节省了横挡和底座材料的增加。 降低了成本，减小了托盘尺寸。易于搬运，并且经此变 动，与不设横挡相比，托盘的整体结构性能增强有所增 强。受力更加稳定。 1 6 图3 3 单向进叉结构 山东大学硕士学位论文 另外，当轮胎横亘在支撑梁上后，如图3 4 ，轮胎底部将有一部分略低于托盘 底面。当叉车进叉时，叉齿容易插向轮胎，如图3 - 4 ，从而对轮胎外观造成损害。 再者，如果叉取托盘的位置没有对货叉进行限位的装置，将导致货叉沿托盘侧向 移动，造成托盘倾覆事故和破坏托盘表面涂层。所以，有必要设置一个导槽方便 叉取操作。既防止货叉在托盘上左右侧移，又可以起到保护轮胎的作用。保证不 对轮胎外观、质量造成损害。 7 一、 k厶 图3 _ 4 托盘栏杆示意图图3 - 5 托盘无导槽进叉示意图 导槽可以采用槽钢，也可以用薄钢板弯成c 型结构，然后在进叉处，也就是 c 的开口处作封口处理，成“口”字形状，并在侧面加厚，以增强结构性能，保 护触碰不变形，延长使用寿命。 3 2 1 2 尺寸设计优化 托盘尺寸的设计，涉及诸多因素，托盘单元尺寸越大，容纳的轮胎数量就越 多，同等轮胎数量条件下搬运次数就越少。但是，搬运单元的体积和重量也随之 增大，造成搬运困难，并从结构上提高存储单元的造价。所以，轮胎的尺寸和容 纳轮胎的数量是设计托盘尺寸首要考虑的因素。另外，托盘必须要与其周边的使 用环境和条件相配合，达到易于操作，整体物流系统总体性能最优的要求。所以 轮胎的产销量、叉车的转弯半径、巷道宽度、仓库容积等因素对托盘尺寸的设计 也有影响。离开这些使用环境孤立的设计托盘是没有意义的。 正因为影响因素太多，并且这些因素也很难用数学公式描述，所以只有从经 验考虑，尽量挑一个合适的中间尺寸作为托盘的理想值，此值要使托盘具有较好 的柔性，既能保证适用范围内各种规格轮胎都可以放，又不浪费材料。还要使得 存放轮胎后托盘总体重量合适。 1 7 山东大学硕士学位论文 所以，基于以上考虑，我们针对适用范围内的轮胎基础数据作分析，基础数 据见表3 1 【射。 表3 - 1中型轮胎基础数据参数表 规格 重量( k 9 1断面宽( m m ) 外直径( m m ) 8 2 5 2 0 1 4 曲折 4 3，2 3 5 9 7 4 10 0 0 2 0 1 4 曲折 4 92 7 81 0 5 5 1 0 0 0 - 2 0 一1 6 羊角 6 22 7 8 1 0 5 5 10 0 0 - 2 0 18s t 5 5 36 22 7 8 1 0 5 5 1 1 0 0 2 0 1 6 曲折 5 72 9 31 0 8 5 1 1 0 0 2 0 一1 8 八角 6 02 9 3 1 0 8 5 1 2 0 0 2 0 - 1 8 羊角 7 33 1 5 1 1 2 5 1 2 0 0 2 0 一1 8 混合( 块状)7 33 1 51 1 2 5 注：由于中型尺寸轮胎差异较大，此处采用9 0 0 m m - 1 2 0 0 m m 之间的数据作分析 根据表3 1 中轮胎的断面宽度，我们可以确定存放不同数量轮胎时，所需要的 托盘尺寸。表3 2 是分别存储8 ，1 0 ，1 2 ，1 4 ，1 6 条轮胎时，各规格所需的托盘尺 寸。 表3 - 2 盛放不同数量备规格轮胎所需基本尺寸( 单位；m m ) 翮卜超堕尘鍪 81 01 21 41 6 8 2 5 - 2 0 - 1 4 曲折r ? 一9 4 0”“1 i 7 51 1 4 1 ( 3，? 1 6 4 5。1 8 8 8 1 0 0 0 - 2 0 1 4 曲折 1 1 1 2 。 1 3 9 01 6 6 8；。! 01 9 4 62 2 2 4 p 。= 。1 1 0 0 0 - 2 0 1 6 羊角 ” 。1 1 1 21 3 9 01 6 6 8“，1 9 4 62 2 2 4 、 h 萨一”j# 10 0 0 - 2 0 - 18s t 5 5 3 ， 1 1 1 2 1 3 9 01 6 6 8：- 。“1 9 4 6 2 2 2 4 南赫。 1 1 0 0 - 2 0 - 1 6 曲折 “ 1 1 7 2：1 4 6 51 7 5 82 0 5 l 2 3 4 4 ， 1 1 0 0 - 2 0 1 8 八角 。 1 1 7 2 。 1 4 6 51 7 5 8 2 0 5 l2 3 4 4 12 0 0 2 0 1 8 羊角 1 2 6 ( 31 5 7 51 8 9 0 2 2 0 52 5 2 0 12 0 0 - 2 0 18 混合( 块状) 1 2 6 0 ；。 1 5 7 51 8 9 02 2 0 52 5 2 0 通过对表3 2 的数据进行分析，可以发现，当采用1 9 4 6 m m 尺寸时，8 2 5 - 2 0 规格的轮胎可以放1 6 条。1 0 0 0 的可以放1 4 条。其他规格可以放1 2 条。采用 山东大学硕士学位论文 2 0 5 1 m m 尺寸时，轮胎没有多放，但托盘剩余空隙增大，实际利用率降低，如下 表3 3 。也就是说，存在浪费材料的现象。如再调整成其他尺寸，或者托盘变得过 大，搬运困难；或者太小，装轮胎数量太少。所以采用1 9 4 6 m m 这一尺寸，是合 适的。在此尺寸上，托盘的有效利用率最高。浪费材料最少。 其中： 托盘有效利用率= ( 实际利用尺寸，托盘尺寸) x1 0 0 表3 - 3 不同托盘尺寸的实际利用率 上面的分析是基于已知轮胎数，求托盘实际尺寸。这和基于已知托盘尺寸， 通过统计分析得出最优尺寸值的托盘尺寸优化程序得出的结论一致，如图3 6 。本 图显示的是托盘尺寸优化程序统计不同托盘尺寸存放不同规格轮胎时托盘的剩余 空间累加值的结果。通过对1 5 0 0 r a m ，1 6 0 0 m m ，1 7 0 0 m m ，1 7 5 0 m m ，1 8 0 0 m m ， 1 8 5 0 m m ，1 9 0 0 m m ，1 9 4 6 m m ，2 0 0 0 m m 这些数 据的分析，得出在1 9 4 6 m m 尺寸时，累加值最小， 也就是在这一尺寸上，托盘利用率最高。亦即 1 9 4 6 m m 是最佳尺寸。 有关此程序的原理，见附录1 。 具体到实际问题，存放轮胎时，托盘上要留有 一定间隙，以方便放入。故托盘的实际有效宽度尺一 图3 - 6 托盘剩余空间累加值 1 9 山东大学硕士学位论文 寸，需要在1 9 4 6 m m 的基础上增加一些，可设定为2 0 0 0 m m 。据基础参数表，适 用范围内轮胎最大外径为1 1 2 5 m m ，托盘存放两列轮胎，故放满轮胎后托盘货物 的总长度为1 1 2 5 2 = 2 3 0 0 m m 。至于托盘在此方向上的长度值，因为单向进叉的 缘故，需要在工程图纸上确定。 表3 - 4 是采用上述尺寸时，托盘单元所能盛放的各规格轮胎数量和单托盘满载 净重。 从表3 - 4 种可以看出，装满轮胎以后，单托盘轮胎的最大重量为8 7 6 k g 。考虑 到运输过程中动载荷等因素，设定其安全承重为1 0 0 0 k g 。如下文无特殊声明，托 盘的承载能力皆以此数值作为计算依据。 表3 - 4 存储单元盛放轮胎数量与净重 规格单元存放数量单元净重( k g ) 8 2 5 2 0 1 4 曲折 一“”。1 6”+ 8 ”“一9 。一6 8 ” 蓬 10 0 0 - 2 0 1 4 曲折i1 46 8 6 m 1 0 o o 一2 0 一1 6 羊角 i 1 4e + 。一、8 6 8 ， 。 # 1 0 0 0 - 2 0 - 1 8s t 5 5 3一 一 1 4 u ，。t 8 6 8 p 薅 o o 一2 0 一1 6 曲折 1 2 “； 6 蟹 “ “ 1 1 0 0 2 0 - 1 8 八角 ， 1 2 ， 7 2 0 ，。 1 2 0 0 2 0 一1 8 羊角 - 。 1 2 t 。 *876 、2 嚣 12 0 0 - 2 0 一侣混合( 块状) 。 。1 2 8 7 6 十 麓 3 2 1 3 设计雏形初定 根据以上托盘的结构和尺寸，我们可以初步绘制托盘图纸，图3 7 ，图3 8 是 采用采用p r o e n g i n e e r2 0 0 1 绘制的托盘工程图，图3 - 7 经渲染处理。 2 0 山东大学硕士学位论文 图3 7 托盘效果图 图3 - 8 托盘工程图 托盘的基本尺寸参数如下： 长：2 0 4 0 r a m ( 装货后2 3 0 0m m ) 宽：2 0 0 0 m i n 高：1 6 0 m i l l 其中结构和大局尺寸基本确定，但是采用什么材料，只能推荐几种，具体材 料需要经过受力和造价分析才能确定。 3 2 1 4 材料选择 现实物质世界中的材料多种多样，但一般情况下，考虑到造价等因素，一般 采用塑料、木材、钢材、铝合金等作为制作托盘的基础材料。在这些材料中，影 响最终采用的因素有以下两点： 1 ) 力学性能 2 ) 价格 下面，将依照上述两点因素，对各种材料逐一进行分析。 塑料： 塑料具有质轻( 密度小) ，强度高的特点，但是刚性差，耐热性较差。不宜作 为承受载荷的结构材料使用【3 】。此处因为托盘结构是杆件，所以塑料在此种托盘结 构上不具备使用条件。 木材： 木材种类繁多，适于制造托盘的木材，要求容重，强度和冲击韧性大、不劈 恧帮 四 山东大学硕士学位论文 裂、易加工【3 】满足此类条件的木材择其二三列举如表3 - 5 。 表3 - 5 木材强度参数 材料顺纹抗拉强度( m p a )弦向抗弯强度( m p a )弦向抗弯模量( g p a ) 柏木 1 1 4 89 8 51 0 o 落叶松 1 2 7 3 1 1 1 o 1 4 2 黄花落叶松 1 2 0 19 7 31 2 4 从表3 5 可知，木材的各项主要力学性能指标明显不如钢材，此指标能不能 达到制作贯通式托盘的要求，只有在受力计算以后才能确定。 铝合金： 铝合金一般分为防锈铝，硬铝和超硬铝。对于制作托盘来说，材料必须刚性 好，强度高，有良好的焊接性能，可以用来制作承力构件和高载荷构件 4 1 。在以上 3 类铝合金中，超硬铝的力学性能最好，但造价太高，一般作为航空材料。其造价 决定了其用来作为制作托盘明显不合适。所以，唯有选用造价较低，力学性能尚 可的硬铝。其主要力学参数如表3 6 所示。 表3 - 6 硬铝强度参数 牌号状态试样部位厚度抗拉强度o b规定非比例伸长应力。田2 ( r a m )( m p a )( m p a ) 2 a 1 1t 4 = 1 0 03 3 51 9 0 硬铝 o 所有 = 2 4 5 无 2 a 1 2t 4 = 1 0 03 9 02 9 5 硬铝 o 所有 = 2 4 5 无 从表3 - 6 可知，铝合金的各项主要力学性能指标优于木材，此指标能不能达 到制作贯通式托盘的要求，只有在受力计算以后才能确定。 钢材： 用于制作托盘的钢材主要是碳素结构钢，主要是型号为q 2 3 5 ；此外还有优质 碳素钢4 5 号钢，但较为少用。其力学性能见表3 6 。 山东大学硕士学位论文 表3 7 碳素结构钢强度参数 牌号状态试样部位厚度( m m )抗拉强度o - ( m p a )屈服极限op ( m p a ) q 2 3 5 = 1 63 7 5 - 5 0 02 3 5 4 5 正火 = 1 0 05 7 0 - 7 1 02 9 5 从表3 7 ，图3 9 可见，在上述3 种材料 中，木材和铝合金的强度较小，在实际使用过 程中，频繁的撞击，磨擦作用会导致托盘变形 损坏。钢材的力学性能指标明显优于木材和铝 合金。故单从性能指标上来说，钢材是制作托 盘材料的首选，但至于其最终能否作为托盘材 料，要待受力分析和造价分析以后，综合衡量， 才能确定。 3 2 1 5 受力分析与强度计算 1 柏木2 落叶松3 黄花落叶松52 a 1 1 硬铝6 2 a 1 2 硬铝8 q 2 3 5 钢9 4 5 钢 图3 - 9 各种材料的强度比较 托盘受力分析