侧叉式堆垛机与重载自动仓库在航天航空业的应用

文/ 张轶群 王中军

沈阳飞机工业集团物流装备有限公司

板材、棒材、工装模具等大重量、大尺寸物料存储的自动化立体库，需要特殊类型的堆垛机。本文主要介绍侧叉式堆垛机的特点，并通过两个航空航天业重载自动化立体库的实际案例，分析物流系统规划要点、工艺布局与应用价值。

在航天航空业产品制造中，涉及较多工装、模具等辅助配套生产工具，这类物料具有品种多（单型号产品对应上百种规格）、使用频率低（每月几次）、保留时间长（几十年）、尺寸较大（常见1～5m）、重量较大（常见3～5t）等特点。受生产车间面积的限制，这类物料在生产现场一般以少量缓存为主，多数采用在车间外集中存储，在生产需要时再搬运到生产现场轮换使用。近些年，随着生产模式变化及精益生产的需要，此类大尺寸、大重量物料的线边立体库应用开始增多，由于物料的属性和特点，重载、超长超大等特殊类型的自动化立体库也开始得到应用。

自2008年以来，沈阳飞机工业集团物流装备有限公司一直致力于重载堆垛机的研究，陆续开发出针对板材、棒材、工装模具、大尺寸成品等物料存储的特殊类型堆垛机。通过这些细分产品，保证在有限的空间内为用户提供更多的可用存储空间，提高了自动化立体库的库容率，降低了使用成本。本文主要介绍了重载堆垛机的一种— 侧叉式堆垛机的特点，并通过在航空航天业模具、板材类重载自动化立体库中的实际案例，分析其应用价值。

侧叉式堆垛机与常规托盘式堆垛机的主要区别是：在货叉取送托盘（货物）时，货叉不占用托盘（货物）下方的空间，也就是上下层托盘之间不需要考虑留出货叉的厚度，可以实现高度空间的有效利用。

一、巷道堆垛机的载荷分类

巷道堆垛机属于自动化立体库（AS/RS）中的核心设备，从载荷单元来看，料箱堆垛机一般载荷在100kg以下，托盘堆垛机常见载荷系列有250kg、500kg、1000kg、2000kg等，3000kg及以上载荷的堆垛机划分为重载系列（注：暂无行业明确定义，适用于本文）。常见的重载堆垛机可分为3t、5t、7t等系列，部分应用场所载荷可达10t或更大，如航空集装箱立体库用堆垛机、钻探钢管立体库用堆垛机、大型减速机立体库用堆垛机等。

重载巷道堆垛机在结构、托盘存取装置（货叉）、控制等方面有其自身特点，其中针对不同物料属性，托盘存取装置（如伸缩货叉）的差异较大，按取送动作可分为叉取方式（取送托盘时有微升降）和推拉拖取方式（取送托盘时无微升降，仅平移）。叉取方式中，根据货叉叉取位置的不同，又可分为常见的托盘底部叉取方式和较少使用的托盘侧面叉取方式（本文简称“侧叉式”），两者主要区别在于：上下层货位之间是否需要预留货叉的占位距离。

二、侧叉式堆垛机的工作原理及特点

1.侧叉式堆垛机的工作原理

侧叉式堆垛机的主要工作原理为：堆垛机在叉取托盘时，货叉在托盘的两侧，不占用托盘的底部空间，货叉工作位置如图1所示。

图1 侧叉式堆垛机作业中货叉的位置（侧视）

2.侧叉式堆垛机的特点与适用范围

侧叉式堆垛机属于大尺寸、重载类型的非常规堆垛机，它与常规托盘式堆垛机的主要区别是：在货叉取送托盘（货物）时，货叉不占用托盘（货物）下方的空间，也就是上下层托盘之间不需要考虑留出货叉的厚度，可以实现高度空间的有效利用。侧插式型堆垛机在货位高度为300～400mm、货位长度为3～6m、货位载荷为3～5t的情况下，立体库在高度方向上的空间利用率具有明显优势。

3.侧叉式堆垛机的缺点

由于货叉位置空间的占用，立体库在布局时列间距增加，在立体库的长度方向上的空间利用率有所降低。在托盘长度3m以上时，长度方向上浪费尺寸比例可降低到10%以下，总空间利用率依然有明显优势。

三、侧叉式堆垛机在模具立体库中的应用案例

1.系统规划与设备选型

在本案例中，车间可用高度为10 m，存储区占地尺寸为78×8 m，托盘（货位）尺寸为6000×2100×400mm，货位载荷为5t，物料为复合材料制造中的热成型模具，SKU数量为500+，总存储量为1500t，选用立体库为主存储设备。

在原规划中，立体库拟采用常规货叉式托盘堆垛机，经测算，每层货位占用的高度是400mm（货位高）+200mm（货叉高）+100mm（货位间隙）=700mm，货位层数可布置10层。

基于用户要求最大货位数量的选型原则，我们经过分析，推荐了侧叉式堆垛机。此时，每层货位占用的高度是400mm（货位高）+0mm（货叉高）+100mm（货位间隙）=500mm，货位层数增加了4层，总层数达到14层，较原方案提高了40%；货位数量由200个增加到280个，存储量1400t，基本满足了现有物料80%以上的存储需求。

2.立体库系统构成及布局

立体库系统构成：侧叉式堆垛机1套，货架（280货位）1套，托盘（6×2×0.4m，5t）279个，出入库RGV1套，单梁吊车（5t）1套。平面布局图见图2，现场照片见图3。

图2 侧叉式堆垛机立体库平面布局图

图3 侧叉式堆垛机在模具立体库中的应用现场图

3.应用效果

本项目为沈飞公司侧叉式堆垛机在国内的首次应用（2015年），连续正常运行至今。与常规堆垛机相比，侧插式堆垛机有效解决了立体库在存储大密度、大尺寸扁平物料时在高度方向空间利用率低的问题，货位数量较常规立体库平均提高40%以上。虽然堆垛机在定位精度、货架精度等方面对系统的要求较高，增加了一部分成本，但从货位平均成本及库容率方面看仍然具有较大优势。

三、侧叉式堆垛机在板材立体材料库中的应用案例

1.立体库基本信息

生产车间存储区可用尺寸长度为28 m、宽度为8 m、高度为8m，用于航空铝板的线边临时存储、半成品缓存等，主物料尺寸规格为4000×2000mm，最大厚度为150 m m，单品加工周期为1～4小时。

2.立体库规划方案及工艺布局

依据物料及生产加工特点，立体库选用货位载荷为3t的侧叉式堆垛机，实现在8m高度布置18层货位的需要，货架规划为2排、5列，共计180个货位。立体库在来料区，设置2台出入库RGV，用于原材料的入库及半成品的出库。在加工区，设置1台出入库RGV，用于原材料的出库与半成品的入库。立体库平面布局见图4，现场照片见图5。

图4 航空铝板线边立体库平面布局图

图5 航空铝板线边立体库现场图

四、结束语

虽然侧叉式堆垛机在自动化立体库的实际应用中所占比例较小，但在其适用物料范围内，该类型立体库在空间利用率、单货位平均拥有成本等方面拥有很大优势，具有一定实用价值，为用户在采用自动化立体仓库时提供了一种可选方案。