立体仓库和自动化仓库

第四章立体仓库和自动化仓库,第一节概述第二节立体仓库的分类第三节自动化仓库的构成第四节自动化仓库的设计,立体仓库和自动化仓库,企业A,企业C,配送中心与经济效益,N,M,*,企业A,企业B,配送中心与经济效益,N,M,+,一、立体仓库的概念美国首先出现了高层货架，把以前平面储存物料的仓库改为高层化，成为立体化储存物料的仓库。为了区别传统的仓库，人们把这种仓库称为立体仓库。因此，简单地说立体仓库就是高层货架仓库。立体仓库是采用高层货架配以货箱或托盘储存货物，用巷道堆垛起重机及其它机械进行作业的仓库。所谓自动化仓库，指不需要直接人工参与的情况下能自动地存储和取出物料的仓库，也称自动化存取系统(ASRS)。,第一节概述,（一）立体仓库是现代工业生产发展的必然要求（二）立体仓库的起源1950年杜邦公司的工程师巧妙地将桥式起重机的桥架和叉车的门架结合在一起，形成了最早的桥式堆垛机并将这台堆垛机用于仓库中。1959年，国际纸张公司的阿拉巴马州的仓库采用了堆垛高度约8.5米、通道宽度为1.2米的司机操纵的巷道式堆垛起重机。1963年，美国伊里诺斯州第阿费尔特的KitchensofsaroLee公司首先在仓库业务中采用计算机控制，实现了仓库作业的自动化。,二、立体仓库的起源与发展,（一）有利于保证货物管理质量（二）科学储备，提高物料调节水平，加快储备资金周转（三）自动存取，提高了劳动生产率，降低劳动强度（四）加快物资周转，有效保障生产，降低成本（五）为企业的生产指挥和决策提供有效的依据,三、立体仓库的特点,一、按仓库的隶属关系分类（一）生产性仓库：生产性仓库是指工厂内部为了协调工序和工序、车间和车间、外购件和自制件间物流的不平衡而建立的仓库，它能保证各生产工序间进行有节奏的生产。（二）流通性仓库：反之流通领域的仓库，如商业企业、储运企业、物流企业的仓库均属此类。流通性仓库是一种服务性仓库，它是企业为了供需平衡而建立的仓库。,第二节立体仓库的分类,二、按物料入库、储存和出库作业方式分类（一）单元化入库，贮存和出库：将各种不同物料分别存放在标准的托盘、货箱中，以此为单元入库，出库作业，这种方式有利于仓库作业机械的标准化，专门化并为自动化作业创造条件。（二）单元化入库和储存、零星出库：即货物入库时是存放在标准的托盘、货箱中，以此为单元入库，而出库则是非单元化甚至是非包装单元。（三）物料的入库、储存和出库作业均为零星作业：这类仓库一般常见于工业企业中的工具库、模具库等。由于货物的特征不一，因此尤需要根据入库、储存和出库的不同方式选择机械设备，否则将会严重影响作业效率。,第二节立体仓库的分类,三、控制方式分类（一）手动控制：操纵人员在堆垛机上直接操纵堆垛机的走行、升降及货叉的控制等。这种控制方式一般无自动停止，只设有超扬限（扬限指最大起升高度极限数值）的限位控制。（二）计算机控制利用计算机向设置在地面的堆垛机控制台下达作业指令，控制堆垛机的行走、升降、货叉伸缩等动作，计算机同时进行在库管理，在计算机发生事故情况下也可用机上控制键盘控制，使用计算机控制适用于大容量仓库，其设备费用较高。,第二节立体仓库的分类,四、按货物存取形式分类（一）单元货架式：货物先放在托盘或集装箱内，再装入单元货架式仓库货架的货格中。,第二节立体仓库的分类,五、按货物存取形式分类（二）移动货架式：移动货架式是由电动货架组成。货架可以在轨道上行走，由控制装置控制货架的合拢和分离。作业时货架分开，在巷道中可进行作业。不作业时可将货架合拢，只留一条作业巷道，从而节省仓库面积，提高空间的利用率。,第二节立体仓库的分类,五、按货物存取形式分类（三）拣选货架式：拣选货架式仓库的分拣机构是这种仓库的核心组成部分，它有巷道内分拣和巷道外分拣两种方式，两种分拣方式又分人工分拣和自动分拣。,第二节立体仓库的分类,六、按货架构造形式分类(一)单元货格式仓库：单元货格式仓库是使用最广、适用性较强的一种仓库形式。其特点是货架沿仓库的宽度方向分成若干排，每两排货架为一组，其间有一条巷道供堆垛起重机或其他起重机作业。每排货架沿仓库纵长方向分为数列，沿垂直方向又分若干层，从而形成大量货格，用以储存货物。在大多数情况下，每个货格存放一个货物单元。在某些情况下，例如，货物单元比较小，或者采用钢筋混凝土的货架，则一个货格内往往存放二三个货物单元，以便充分利用货格空间，减少货架投资。,第二节立体仓库的分类,（二）贯通式仓库：典型的有驶入式货架仓库，驶入式货架仓库是利用驶入式货架存放货物的立体仓库。为了提高仓库面积利用率，在某些情况下可以取消位于各排货架之间的巷道，将货架合并在一起，使同一层、同一列的货物互相贯通，形成能依次存放多货物单元的通道。由于贯通式货架的结构，决定了这种仓库的货物存取只能在通道的一端进行，即货物的进出在通道（也称为通廊）同一端进行。,第二节立体仓库的分类,（三）重力式货架仓库：重力式货架仓库是利用重力式货架存放货物的立体仓库。在重力式货架仓库中，存货通道带有一定的坡度。入库起重机装入通道的货物单元能够在自重作用下，自动地从入库端向出库端移动，直到通道的出库端或者碰上已有的货物单元停住为止；位于通道出库端的第一个货物单元被出库起重机取走之后，位于它后面的各个货物单元便在重力作用下依次向出库端移动一个货位。由于在重力式货架中，每个存货通道只能存放同一种货物，所以它适用于货物品种不太多而数量又相对较大的仓库。,第二节立体仓库的分类,一、机械设备：自动化仓库的机械设备一般包括存储机械、搬运机械、输送机械、货架、托盘或货箱等设备。二、电气与电子设备：自动化仓库中的电气与电子设备主要指检测装置、信息识别装置、控制装置、通信设备、监控调度设备、计算机管理设备以及大屏幕显示、图像监视等设备。三、堆垛机：堆垛机是立体仓库中最重要的起重运输设备，是代表立体仓库特征的标志。其主要用途是在立体仓库的通道内运行，将位于巷道口的货物存入货格，或者将货格中的货物取出，运送到巷道口。,第三节自动化仓库的构成,1.按照有无导轨分类:有轨堆垛机和无轨堆垛机。有轨堆垛机是指堆垛机沿着巷道内的轨道运行；无轨堆垛机又称为高架叉车。在立体仓库中运用的主要作业设备有有轨巷道堆垛机、无轨巷道堆垛机和普通叉车。高架叉车作业较灵活，可服务于两个以上巷道，但作业时运行速度、作业效率较低。其次高架叉车的作业高度有限，世界上目前已生产出来的高架叉车最大作业高度是12米，而有轨堆垛机的作业高度理论上要高得多。所以高架叉车多用于高度在12米以下，吞吐量较小的立体仓库。当然，若存储高度更低，也可用普通叉车作业。,堆垛机的分类,2.按作业高度分类:低层型、中层型和高层型。低层型堆垛机一般起升高度在5m以下，主要用于分体式高层货架仓库及简易立体仓库中；中层型堆垛机是指起升高度在515m之间；高层型堆垛机是指起升高度在15m以上，主要用于一体式的高层货架仓库中。3.按照驱动方式分类:堆垛机可分为上部驱动式、下部驱动式和上下部相结合的驱动方式。4.按自动化程度分类:堆垛机可分为手动、半自动和自动堆垛机。手动和半自动堆垛机上带有司机室，自动堆垛机不带有司机室，采用自动控制装置进行控制，可以进行自动寻址、自动装卸货物。5.按用途分类:按用途不同，堆垛机可分为桥式堆垛起重机和巷道式堆垛起重机。,堆垛机的分类,桥式堆垛起重机是在桥式起重机的基础上结合叉车的特点发展起来的。在从起重小车悬垂下来的刚性立柱上有可升降的货叉，立柱可绕垂直中心线转动，因此货架间需要的巷道宽度比叉车作业时所需要的小。这种起重机支承在两侧高架轨道上运行，除一般单元货物外还可堆运长物件。桥式堆垛起重机主要由桥架、大车运行机构、小车、电气设备四部分组成。,桥式堆垛起重机,带固定立柱的支撑式桥式堆垛起重机带固定立柱的支撑式桥式堆垛起重机带立柱的小车和桥架组成。结构简单，使用方便。,带伸缩立柱的支撑式桥式堆垛起重机这种桥式堆垛机具有伸缩式立柱，虽然结构比较复杂，但可以越过障碍物进行装卸和堆垛，因而使用比较方便，且对地面通道的要求要适当低一些。,（1）额定起重量：额定起重量是指桥式堆垛起重机允许叉取的最大物料重量，此重量包含货叉等存取装置的重量。（2）小车运行最大速度：小车运行最大速度是指在额定起重量下，小车在桥架上运行时所能达到的最大速度，小车的运行速度直接影响作业效率。（3）最大起升高度：最大起升高度是指在额定起重量、货物起升到最高位置时，货叉水平段的上表面距地面的垂直距离，最大起升高度决定了货架的高度。（4）最大起升速度：最大起升速度是指在额定起重量下，货物起升的最大速度。,桥式堆垛起重机的主要性能参数,（5）最大回转速度：最大回转速度是指在额定起重量下，回转平台回转时所能达到的最大速度。（6）巷道宽度：巷逭宽度是指满足各项作业要求的巷道最小宽度，主要受到货物的几何尺寸、货叉的长度等因素的影响。（7）货叉下挠度：货叉下挠度是指在额定起重量下，货叉上升到最大高度时，货叉最前端弯下的距离，这一参数反映货叉抵抗变形的能力，货叉下挠度过大会影响货物在运行过程中的稳定性，它与货叉的材料、结构形式以及加工货叉的热处理工艺有关。,桥式堆垛起重机的主要性能参数,巷道式堆垛机,巷道式堆垛机是立体仓库的主要存取作业机械，它是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机械。用途：是在立体仓库高层货架的巷道内来回运行，将位于巷道口的货物存入货架的货格，或者取出货格内的货物运送到巷道口。,1、有轨巷道堆垛机；2、无轨巷道堆垛机,（1）整机结构高而窄。（2）堆垛机金属结构的设计除需满足强度要求外，还应具有足够的刚度和精度要求。（3）堆垛机配备有特殊的取物装置。常用的有伸缩货叉式或伸缩平板，能向两侧货格伸出存取货物。（4）其运行应同时满足快速、平稳和准确三方面要求。（5）必须配备齐全的安全装置，并在电气控制上采取一系列联锁和保护措施。,有轨巷道堆垛机,起重量一般在2t以下，有的可达45t，高度一般在1025m之间，最高可达40多米,具有如下特点:（1）高架叉车的机动性比有轨堆垛机高，它可以在巷道外作业，一台设备可服务于多个巷道，也可在仓库外作为一般叉车使用。（2）高架叉车的控制方式分为有人操作和无人操作二种，有人操作又分为手动控制和半自动控制；无人操作分为自动控制和远距离集中控制。,无轨巷道堆垛机,1、司机室地面固定型，起升高度较低，因而视线较差；2、司机室随作业货叉升降型，起升高度较高、视线好。,巷道式堆垛机分类,单立柱型巷道堆垛机双立柱型巷道堆垛机地面支撑型巷道堆垛机悬挂型巷道堆垛机货架支承型巷道堆垛机单元型巷道堆垛机拣选型巷道堆垛机,单立柱巷道堆垛机,一般用于起重量2t以下，起升高度不大于16m的仓库。,双立柱巷道堆垛机1托板，2横梁，3立柱，4升降机构，5减速装置，6机架,适用于各种起重高度的仓库，起重量5t以下，可高速运行。,巷道堆垛机的结构,巷道堆垛机由机架、运行机构、起升机构、装有取货机构的载货台、电气设备及安全保护装置等部分组成。,机架是堆垛机的主要构件，要求有足够的强度和刚度，有单柱式和巨型框架的双立柱式。立柱、上横梁和下横梁组成。满足强度、刚度和精度要求。,机架,运行机构,地面行走机构上部支承行走机构,行走轮的布置,堆垛机运行机构的输出扭矩的大小根据行走阻力而定，减速比与车轮直径和行走速度有关。运行速度可根据仓库长度和货物出入库频率而定。正常工作速度一般控制在80m/min以下，最高可达到180m/min。为保证停止精度，应需要一挡慢速，约4m/min左右。对于自动控制的堆垛机，为了在近距离运行时缩短慢速爬行时间，还需要一中速档，约20m/min。,起升机构,升降机构由电动机、制动器、减速机、卷筒或链轮、以及柔性件组成。常用的柔性件有钢丝绳和起重链。升降机构的工作速度一般控制在12-25m/min，最高可达48m/min。升降速度应备有慢速挡，如3-5m/min，主要用于堆垛机平稳准停、货叉短距离取货、放货时的升降。,起动链传动升降机构钢丝绳传动升降机构,载货平台及装取货机构,货叉的伸缩速度一般控制在15m/min以下，最高可达30m/min。为了便利起动和制动，当伸缩速度大于10m/min时，应设置慢速挡。,电气设备,电气装置主要包括：电力拖动、控制、检测和安全保护。对堆剁机的控制一般采用可编程序控制器、单片机、单扳机和计算机等。必须具备自动认址、货位虚实等检测和其他检测功能。,安全保护装置（一）,堆垛机常备的安全保护装置：（1）断绳保护装置：当承载钢丝绳断裂时，断绳保护装置应能可靠地动作。断绳保护装置产生的制动力，应不小于被制动部分全部载荷的1.25倍；（2）过载保护装置机械式过载保护装置的要求：a动作载荷应不大于1.25倍的额定载荷；b当达到动作载荷时应能自动地切断起升电动机电源。电子式过载保护装置的要求：a带延时时的动作载荷应不大于1.10倍的额定载荷；b当达到动作载荷时应能自动地切断起升电动机电源。,安全保护装置（二）,（3）松绳保护装置：堆垛机应设置保证承载钢丝绳张紧力减弱时，能自动地切断起升电动机电源的装置。（4）货叉伸缩机构的安全保护：货叉伸缩机构应能防止货叉伸缩受阻时损坏机构。（5）上极限限位器(起升高度限位器)、下极限限位器(下降极限限位器)和起升紧急终端限位器：堆垛机应装有防止载货台超出上、下极限位置的保护装置。载货台接近上极限或下极限位置时，该装置应能自动地切断起升电动机电源；上极限限位器安装位置，应使载货台在最高正常工作位置时，上极限限位器不应动作；下极限限位器安全位置，在具有额定载荷的载货台下降时，使下极限限位器动作后，不应降落在下横梁上；起升紧急终端限位器，在上极限限位器的上方，应能切断堆垛机总电源。该装置使载货台停位后，载货台上部突出部位的上边缘与上横梁下部突出部位下边缘的间隙应大于50mm。,安全保护装置（三）,（6）运行终端限速器(强迫换速开关)：当堆垛机行驶接近运行终端限位器时，应能自动切换为低速。（7）运行终端限位器运行终端限位器包括车挡、运行终端限位开关及其他形式的终端限位器。作用于一个运行终端限位器(如车挡)上，沿堆垛机运行方向的水平力，应按堆垛机以额定速度碰撞的条件进行计算。运行终端限位开关动作时，堆垛机下横梁缓冲器与车挡之间的最小距离应大于堆垛机额定运行速度的制动距离。,安全保护装置（四）,（8）货叉伸缩行程限位器：货叉伸出至最大行程或复位对中时，该限位器应能自行动作。（9）货叉超行程停止器(货叉超行程挡块)：堆垛机应装有防止伸缩货叉从固定货叉脱出的超行程停止器。（10）急停按钮：堆垛机必须设置急停按钮，在紧急情况下，应能切断堆垛机总电源。急停按钮的颜色应符合GB2682中的规定。,安全保护装置（五）,（11）电气联锁保护：堆垛机上司机室的门未关闭时，堆垛机电源不应接通；多地点操纵的堆垛机应设有互锁，以保证某一时刻，只能从一个地点操纵堆垛机；各控制方式间应有互锁，以保证某一时刻，只允许选用手动、半自动、自动控制中一种控制方式。货叉离开原位时，不允许堆垛机运行和高速升降；控制电路还应具备以下常规的联锁和保护：失压保护，操作开关零位保护，电动机正、反转联锁，不同速度级的联锁，短路和过流保护。,安全保护装置（六）,