智能仓储系统货柜与传动设计

赵荣凯，杨佳朋

（中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原030024）

智能仓储系统货柜与传动设计

赵荣凯，杨佳朋

（中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原030024）

随着Internet、物联网的飞速发展，传统仓储管理主要依靠人力完成，工作量大，效率低，成本高，安全性也得不到保证。智能仓储系统使仓储管理越来越智能化，极大程度的提高了物流的效率。智能仓储系统对货架与传动的机械装置性能要求很高。结合在智能仓储系统的货柜与传动的机械设计工作中的工作经验，对智能储物装置的设计以及相关问题进行探讨，提出的设计方案能够满足智能仓储系统的智能化要求，并且具有较高的安全性，希望能对于今后的现代物流仓储智能系统发展具有一定帮助。

物联网；智能仓储系统的货柜；智能仓储系统；安全问题；传动

现代物流仓储管理在我国还处于起步和不断完善的阶段，很多方面还主要依赖于人力工作，自动化程度不高，产品的信息不能及时更新。全国许多大型物流公司要想在激烈竞争市场中获得竞争的优势，就需要一个仓储管理系统对资源、信息、运作进行完美的管理，这也是在物流产业中最核心的问题。在企业中形成以计算机为核心的管理系统，使企业的人、财、物、产、销全面受控，实时反馈，动态管理，最大限度的提高工作效率，降低成本。借助微型计算机控制，利用相关的机械传动、电气控制的原理来实现有效工作。另外，为了使得仓储设备的密封性进一步提高和拓展新的功能，还应用相关的传感器和报警系统以及采用密闭的外壳，在实现自动存取物品的功能的基础上，还能够对特殊的物品进行除尘、恒温、恒湿、充氮等条件下进行保存。当前，智能仓储管理系统在现代化生产管理系统中具有战略意义。是整个企业的物料和产品的管理、调度和协调的指挥中心。许多企业已经认识到企业的管理信息对企业发展的重要意义，使用智能仓储系统后，以智能仓储为中心的物流管理，实现了物料的自动化管理、提高了劳动生产率、降低了劳动强度、加快了资金的周转、有效的提高了厂房和库房空间利用率，给企业带来巨大的经济效益。本文着重介绍运用智能仓储系统的货柜在现代化企业中的应用，及其传动设计方案。

1　智能仓储系统概述

智能仓储系统是一个实时的计算机软件系统。就是通过计算机进行对仓库物品的信息、存货、供给、产出进行更完美地管理，实现准确、迅速、有序的现代化仓库管理要求。智能仓储系统是自动化的物料存储系统，不仅能使货物按需自动存取，而且还能与企业的ERP管理系统对接，实现企业系统的信息集成与资源共享。自动化立体仓库，可以完成自动化仓库的货位管理、查询报表、出入库的库存管理分析、故障分析、系统维护等工作。

1.1立体仓库系统功能。

首先，计算机上可以显示货物的种类、数量、所占的空间。然后，把接收到作业指令，相应货柜的出入库作业指令即可向传送机构发送，进行存取操作。同时结合现场作业中的突发情况，系统将停止运行。最后，当设备发生故障或设备损坏时，通过屏幕和喇叭发出声光警报。一旦故障发生后，故障设备将立即自动停用，维修人员可通过维修通道，尽可能的避免安全事故的发生。

1.2界面及功能模块

依据网络上监控设备的物料信息，能及时提醒物品数量的上限和下限，结合产品生产计划的需要，对物品进行采购计划。依据车间生产计划，可以提前列出生产需要的物品清单。根据生产计划、执行情况以及完成情况、新需求再订生产计划，不断进行物料采购计划的生产管理过程。进入系统前，要确认操作人员的工号及口令，确保库房的安全。检测各种货物库存的存取高度，以方便工作人员的供货调度。在人机互动界面填写出/入库作业单，将相关数据写入数据库。数据库进行日常备份以及过期和无效记录的不定期清理，自动修正各关联数据库表的物料信息，以保证数据库与实物的一致性。

2　智能仓储系统装置的设计概述

智能仓储系统的组成部分，一般分为三大部分：货物存取软件、网络控制部分和自动控制执行传送机构。由减速电机驱动的传动机构可以经过选择合理的选项而实现有效的控制运行，使被选择的货柜能够准确地停放。根据具体的现场要求，操作者能够实现在立体仓库中存取物品的功能，同时，还能够修改相关的物品记录，完成物品记录窗口的修改填写工作，方便以后的物品信息管理和查询。

设计智能仓储系统，主要体现的设计思想包括以下几个方面：（1）实现自动化的智能存储，充分利用空间；降低对人工的依赖，能适应黑暗、低温、有毒的场合；（2）具有比较高的安全防范性能，每个货柜都装有质量传感器，当存储货物超重时自动发出警报，当设备异常或现场发生故障时，智能仓储系统能够进行快速的报警；（3）能够进行智能仓储系统的嵌入设计，不单独占用空间，极大地节省空间。针对不同的货品和存储要求，能够按照货物的高度灵活的存放货物，使得智能仓储系统的设计更富人性化。

3　智能仓储系统货柜与传动设计方案

3.1智能仓储货柜的种类

在市场上运用智能仓储系统的货柜主要有以下七种：垂直循环货柜，垂直升降货柜，智能组合式升降货柜，全自动联体升降货柜，全自动板材库，全自动棒材库，全自动电缆库。全自动电缆库具有如下优点：以堆垛机为存取机构降低了生产成本；充分利用仓库的空间，智能存储货物同时能优化存取空间，提高了空间利用率；节省了人力；采用两个以上的多个存取口，满足客户对入库口和出库口需要分别设置的需求。技术先进，可靠性高，全自动电缆库主要用于电缆、模具、刀具、工具、量具、各种大、中型机械零件。

3.2全自动电缆库的简介

3.2.1设备主要结构

全自动电缆库，主要由货架组件、堆垛机组件、出口输送机组件和电气控制四大部分组成。其中，货架组件包括底座、主支撑、天轨、地轨等；堆垛机组件主要由减速电机、行走机构、提升机构、载货平台、货叉机构等组成；安全防护外壳包括前板、侧板、后板以及四周防护网；出口输送机主要由减速电机、输送链、输送机架等组成。电气部分主要由工控机、变频器、PLC、传感器、测高光幕、安全光幕和一些辅助器件组成，实现设备的运行控制和安全保护。3.2.2基本工作原理

如图1，全自动电缆库是由多列货架构成货位，用几台堆垛机将货物在垂直升降、水平横移、水平纵移三个方向上移动，对货物自动测高，合理地存取货物。它以托盘为存储单元，配以巷道式堆垛机及其他储运机械进行作业，用户直接输入物料名称、编码或输入物料所在的托盘号，各个堆垛机按用户指令在几列货架单元间运动，把所需的托盘运至存储位或取料口。具体执行过程如下：

图1　全自动电缆库结构图

（1）堆垛机提升机构。

堆垛机提升机构采用电机驱动提升链条，从而带动载货平台升降，实现了托盘的垂直升降。为了保证货物平稳运动，装有导向轮和顶轮。

（2）行走机构水平移动。

采用减速电机驱动主行走轮在地轨上以一定速度行走，通过传感器定位，从而到达指定位置。

（3）货叉纵移。

载货平台上安装有货叉，由链条传动，直线导轨导向。货叉沿直线导轨滑动，实现托盘在前后货架之间的位移。

（4）出口输送机构

通过堆垛机把托盘运送到输送机上，出口输送机构通过减速电机驱动传动轴，带动输送链，把托盘运输到取料口。还可以通过一些外部设备进行再次拣选。

3.2.3全自动电缆库的可靠性设计

可靠性设计就是挖掘产品设计中存在的隐患和薄弱环节。随着生产技术和科学技术的高速发展，新产品不断涌现，更新换代的速度越来越快；产品性能也向着高速、高效、精密的方向发展；产品的功能也越来越多，越来越全面。全自动电缆库为了能够在日益激烈的市场竞争中获胜，就必须提高产品的性能、质量、降低成本；同时提高全自动电缆库的工作效率，提高使用单位的工作效率，降低生产成本，降低全自动电缆库在工作情况下故障率，确保操作者的人身安全。为此，展开产品的机械可靠性设计，在产品设计中，结合安全设计、动态分析与设计、防断裂校核设计、防疲劳校核设计、减磨和耐磨设计等，定会提高产品的可靠性设计水平。这就会设计出满足质量、性能、成本等综合效益优的产品。

可靠性是产品的一个主要属性，是产品质量和技术最重要的要点，是衡量产品性能的一个重要指标。越来越多的设计师们把可靠性设计放在产品设计中的首要位置。机械产品的可靠性设计是在常规设计方法基础上的不断发展和深化，充分挖掘设计缺陷，不断完善产品。机械产品的可靠性技术，因为需要长时间的负载运行、设计安全系数较大而不容易发现问题；因此只有通过不断的发现问题、不断的做实验和产品设计的不断改进，才能达到设备的高可靠性。在实际的全自动电缆库可靠性设计中，主要还是依靠经验的积累和不断的探索，通过机械、电气的双重保护来保证设备的安全运行。例如，货柜的前后设有安全光幕，一遇障碍物整个货柜立即停止；每个货柜下都装有质量传感器，以防货物超重造成设备损毁或安全事故；针对于重型货柜，还需设计随行防坠落机构，提高货柜的安全可靠性；在设置行程开关时，都要设置极限开关，以防行程开关损坏造成设备事故，等等。在提高产品可靠性方面的设计工作，“再多都不为多”。产品的可靠性越高，可使产品的用寿命延长，更环保，更能满足市场的竞争力要求。

以挂取过程中，挂耳为例。改进前挂耳链接片由材料为45的2 mm的钢板冲压而成。挂耳有连接片、连接轴、滑块等铆接而成。在挂取过程中，由于长时间的受力，连接片容易出现裂纹，从而导致挂耳断裂。改进后挂耳由线切割一次切割出来，受力好，不会断裂。

如图2，是一个自动偏心防坠落机构，升降机槽钢导轨的腰板侧卡在挡圈型槽钢导轨滑轮的挡圈上，导向槽型槽钢导轨滑轮设置在升降机槽钢导轨腿侧，升降机槽钢导轨的腿侧卡在导向槽型槽钢导轨滑轮的导向槽内。挡圈型槽钢导轨滑轮与导向槽型槽钢导轨滑轮相互配合，牢靠地卡住升降机槽钢导轨两侧，使升降机槽钢导轨不易出轨，保证防坠器在槽钢导轨上运行平稳，确保防坠器可靠作用于槽钢导轨上。触发机构包括固定在座板后侧的调整座，调整座内的调整螺母、弹簧压块，与调整螺母相配合的调整螺栓，设置在支撑轴上的弹簧座，设置在弹簧压块与弹簧座之间的触发弹簧。

图2　挂耳组件图

通过支撑座和底座固定支撑在升降机吊笼上，当吊笼正常运行时，自动偏心防坠落机构通过自重使偏心制动牙轮张开，不与升降机槽钢导轨接触，当钢丝绳或吊笼悬挂装置断裂时，吊笼做自由落体运动，偏心轮型瞬时式升降设施防坠安全器失去了支撑力，触发机构带动锁紧机构，锁紧机构带动偏心制动牙轮张相向动作，使两偏心制动牙轮间间距减小，致使偏偏心制动牙轮锁住导轨，两偏心轮间间距越小，锁紧力便越大，使吊笼牢靠地制停在升降机槽钢导轨上。图3所示。

图3　自动偏心防坠落机构

3.2.4全自动电缆库的传动设计

全自动电缆库的机械传动机构主要采用齿轮链条式的传动结构，而不是采用皮带传动，这主要是因为系统需要精确的传动比。运行时，行走轮由减速电机驱动实现堆垛机的左右行走；提升链轮由减速电机带动运转，实现载货平台的上下垂直运动，然后，在货叉机构的操作运转下实现托盘水平前后位移；在电气控制下及各个传感器的配合下，托盘会在行走机构、提取机构、货叉机构的协同配合运转下，运送到指定的位置。

全自动电缆库的传动机构，如图4，其动力源选用减速电机、伺服电机等多台电机，这种选取主要是考虑应该满足货柜的传动的复杂性、载重的大小、运行速度的快慢和运行过程中精确定位等要求，而且伺服电机性能更稳定。转速的调整可以通过变速齿轮箱换挡调整，也可以通过伺服电机改变输出转速来调整。

图4　全自动电缆库的传动机构图

4　关于智能仓储系统的应用的几点思考

智能仓储系统的功能，主要包括立体库的操作界面，货物的存取功能、停止、开光灯等按钮；管理仓库的物料信息管理、物料查询功能；设备运行调试、调节功能；和企业ERP系统整合，运行中错误报警功能。自动报警中，针对运行过程中出现的超重、超高、热继等报警，提醒工作人员进行分析，正确判断问题出现在哪里，出现的原因，正确、快速的解决问题。随着经济发展速度的飞速增长，对货物的供给要求越来越高，智能仓库能够起到作用越来越大，智能仓储系统的功能越来越完善，满足客户越来越多的要求。随着技术的不断完善，智能仓储系统会带给我们在物流方面更多的便利。

5　结束语

目前，互联网经济的迅猛发展，传统储物装置已无法满足市场要求，只有充分利用智能仓储系统，实现智能化存取物品，提高存取物品效率，加快物品流通速度及效率，合理的库存管理，才能更好地适应市场需求。随着机械结构和电气控制技术的完美结合，智能仓储系统的安全性和可靠性都大大提高，存储更加灵活多样，操作更加智能和人性化，在物流上将会扮演更加重要的角色。

［1］龚卫锋，路胜.基于物联网的军队智能化仓库建设研究［J］.物流技术与应用，2011，（9）：6.

［2］张 弦，物流设施与设备［M］.上海：复旦大学出版社，2006：24.

［3］李民权，李松，吴先良.物流系统中智能化仓库的设计［J］.自动化与仪表，2006，21（1）：35-40.

［4］汝宜红，物流学导论［M］，北京：清华大学出版社，2004：79.

Container and Transmission Design of Intelligent Storage System

ZHAO Rong-kai，YANG Jia-peng
（The Second Institute of China Electronic Technology Group Corporation，Taiyuan Shanxi 030024，China）

With the rapid development of Internet，the Internet of things，the traditional storage management mainly rely on manpower to complete，heavy workload，low efficiency，high cost，security can not be guaranteed. Intelligent storage system makes the storage management more and more intelligent，which greatly improves the efficiency of logistics.Intelligent storage system on the shelf and transmission of mechanical equipment performance requirements are very high.Design of intelligent storage device and related issues were discussed with the work experience in intelligent storage system of the container and the transmission of mechanical design，presents the design scheme can meet the requirements of the intelligence of the intelligent storage system，and has high security，hope to have some help for the future of modern logistics warehousing system intelligent development.

internetofthings；intelligentstoragesystemshelf；intelligentstoragesystem；safetyproblem；transmission

TP391.44

A

1672-545X（2016）07-0252-04

2016-04-02

赵荣凯（1978-），山西太原人，本科，工程师，现主要从事仓储物流设备的生产及研发工作；杨佳朋（1988-），山西太原人，硕士研究生，助理工程师，现主要从事仓储物流设备的生产及研发工作。