智能智造——巷道堆垛机

巷道堆垛机

巷道式堆垛起重机（以下简称堆垛机）是用于自动化立体仓库中完成存取托盘承载的货物的功能的设备，是自动化立体仓库的主机设备，具有节约场地和人力、作业迅速准确、提高存取效率以及降低储运费用等优点，与货架、其它输送设备一起由上游计算机联网控制共同组成完整的立体仓库自动化物流系统。主要包括以下结构：立柱、下横梁、上横梁、地轨、货叉、载货台、行走驱动机构、机上控制柜、升降驱动机构等。

堆垛机安全设计

(1) 水平极限保护：在巷道两端点均设置强制减速检测装置及紧急停止极限开关，堆垛机在接近巷道两端时，先减速缓行而后定位停止，以免超程行走。如在正常范围内仍未停止，则紧急停止极限开关将迫使堆垛机停止运行。

(2) 缓冲器：正常状况下堆垛机不触及缓冲器，万一电气线路故障，发生超程行走时，设置于巷道两端的缓冲器能将堆垛机制动住。缓冲器可吸收堆垛机意外超程行走时的冲力。

(3) 垂直极限开关：在立柱两端点均设置强制减速检测装置及紧急停止极限开关，堆垛机升降载货台在接近立柱两端时，先减速缓行而后定位停止，避免超程升降。如在正常范围内仍未停止则紧急停止极限开关将立即迫使堆垛机升降载货台停止。

(4) 动作联锁装置： 堆垛机处于行走及升降动作时，货叉不能伸出,货叉处于伸出状态时，堆垛机不能行走，而载货台只能低速适量升降。

(5) 货叉保护装置：货叉伸出途中触及障碍物时，变频器报警，或者出现任务超时报警，提示堆垛机故障。货叉没有完全缩回到中位，则堆垛机不能行走。

(6) 过载保护装置：堆垛机上所有驱动电机线路上，由变频器控制过流，以免电机因过载而受损。

(7) 货位虚实检测：当堆垛机要存货物的货位上有货物时，要存入一个货物，或者堆垛机载货台上已有货物时，要取一个货物，则堆垛机的货位虚实检测能检测到已有货物，货叉不会伸出，以免发生意外。如堆垛机被指派到一处原已存有货物之储位，再存入另一个单位负载时，则负载侦测器能探测储位已满，并中止货叉伸出，以免发生意外。

(8) 声光报警装置：堆垛机在故障发生后，能同时声光报警，以引起操作人员注意，及时排除故障。堆垛机于开始运转前，须同时发出警报声或警铃声，确保作业安全。

(9) 紧急停止开关：在堆垛机的机载电控柜面板上与堆垛机站台附近均设有紧急停止开关。在遥控控制盘与堆垛机之现场控制盘均设置紧急停止开关。

(10) 超速检测保护功能：在立柱上安装超速检测器，当升降台下行速度超过额定速度一定范围时先触发超速保护装置，电控系统报警，堆垛机立即停止工作，避免发生机器伤害事故。

(12) 其它保护：其它保护包括控制电路的失压保护、操作开关的零位保护、电机正反转联锁、短路和过流保护等各种安全保护。

（13）有以下情况之一者，水平及升降动作将被锁定：

 a.货叉检测不在中位；

 b.托盘货物尺寸超差；

 c.货叉正在运行；

 d.垂直升降的安全保护系统被启动；

 f.载货台超过最高极限，启动了紧急极限制动开关断电停车；

 g.堆垛机运行到巷道端部触动极限开关；

 h.堆垛机紧急制动被启动；

（14）有以下情况之一者，货叉伸缩动作将被锁定：

 a.堆垛机行走或升降运行时；

 b.堆垛机在列或层的方向上停位不准；

 c.堆垛机紧急制动被启动；

(15)凡具有危险的地方要求贴有安全防护标志，并有安全保护机构。

(16)运行方式需满足手动、半自动、本机自动及联机自动均可行 。

(17)水平终端极限开关设置于巷道两端点，均设置强制减速感应装置及紧急停止极限开关，使堆垛机于接近巷道终端时，先减速缓行而后定位停止，以免超程行走。如在正常范围内仍未能停止，则紧急停止开关将立即使堆垛机停止。

(18)终端阻挡器：

a.正常状况下堆垛机高架吊车绝对不会触及阻挡器，万一由于电气线路故障，发生超程行走时，设置于巷道两端点之阻挡器须能将堆垛机停住。

b.聚氨酯阻挡器为吸震式，可将冲击力完全吸收。

(19)垂直终端极限开关 ：

设置于升降之上下两端终端，亦分别设置减速停止、紧急停止双重极限开关，其动作方式如水平终端极限开关相同。

①定位停止装置自动修正

走行或升降之定位停止位置超出容许范围时，具自动修正功能。

②张力侦测器

当载货台之牵引链条或钢索张力不够发生松弛现象时，立即使堆垛机停止运转以策安全。

③货叉定位装置

除非堆垛机停止之位置使货叉正对储位之中心，否则货叉不能从载货台上伸出。

④动作联锁装置

a.当堆垛机于行走及升降动作时，货叉不能伸出。

b.当货叉于伸出状态时，堆垛机不能行走，而载货台亦仅能适量之升降。

⑤货叉保护装置：

手动操作时，如货叉未完全缩回载货台上之正确位置，则堆垛机之行走与升降均不可动作。

a.过载保护装置

堆垛机上所有驱动马达线路上，均设有保护电路以免马达因过载而受损。

b.负载不正保护

当货叉所叉取之托盘上货物载货不正时，此侦测器自动停止堆垛机之运转以保护货物及机器。

c.安全装置检测

所有安全装置之侦测器均能分别以逻辑输入方式，以检测其功能是否正常。

d.储位已满侦测

如堆垛机被指派到一各原已存有货物之储位，再存入另一个单位负载时，则负载侦测器能探测储位已满，并中止货叉伸出，以免发生意外。

e.警示装置

堆垛机于开始运转前，须同时发出警报声或警铃声，以维作业安全。

f.紧急停止开关

在遥控控制盘与堆垛机之现场控制盘均设置紧急停止开关。

(20)设备运行灵敏、可靠，维护、维修易行。

(21)设备结构设计合理，在设备运转过程中，不会造成结构碰撞、过度摩擦、异常发热等不良情况。

(22)设备操作工位设计应方便作业者进行操作，最大限度降低了劳动强度。

(23)设备外观整洁，美观，操作简捷，运行稳定。

(24)设备具体排布设计布局在不影响设备功能状况下可根据用户实际的使用方便性进行更改。

(25)软件操作界面美观、简洁，按键安排合理。

(26)具备开机自检功能，并对发生故障的结构或原因发出软件提示，并对所有机构自动进行复位操作。

(27)设备发生严重故障时，设备无法被强制运行。

(28)采取相应的结构或措施，使操作者正常操作时只可接触到上下料工位，正常运行时发生非正常操作时，设备立即暂停运行。

(29)具有急停按钮，按下急停按钮后设备立即停止所有动作，急停按钮有防止无意中被触碰的设计。

(30)设备电气安全标准按GB19517-2009《国家电气设备安全技术规范》执行。

Ø 底盘

为堆垛机之整体支承座，堆垛机运转时产生之动负荷及静负荷均由底盘传至行走轮，因此底盘需采重型钢材为主体以焊接或螺栓锁固构成，以维持良好之刚性。

Ø 桅柱

（1）堆垛机为双桅柱型，但其桅柱设计均系高强度重量比，使其重心降低，以维持运转之平稳。

（2）桅柱顶端设置侧向导轮，行走时沿着上导轨支持导引，并提高其稳定性。

（3）沿着桅柱之全长设置维护用爬梯，以便检查桅顶设施，立柱竖直方向顶端设置一个维修平台。

Ø 升降载货台

（1）为平面框台式构造，其侧面以滚轮沿着桅柱导引载货台升降，升降机构牵引用钢索，安全系数应不小10。

（2）升降载货台上设有货叉，可左右叉取货架中托盘或将托盘放到储位中，货叉为平式。

（3）为防止托盘上之货物移位变位，影响作业安全，载物台上设置单元负载之尺寸检查器。

Ø 行走机构

（1）为维持堆垛机之运转平稳，行走机构采用变频电机驱动控制，经减速机轴驱动行走轮沿着地面导轨前后行走，走行定位采用条码定位。

（2）每个行走轮均应设置侧向导轮，使堆垛机维持稳定，且行走轮组亦设有特殊支架， 当行走轮或侧向导轮意外松脱时，此支架应能将底盘扶持在地面导轨上。

Ø 升降机构

（1）为可变速型，采用变频电机经减速机驱动载货台之上升或下降。 所选用之升降马达均应附安全电磁煞车器，以将载货台稳定保持在一定的高度。

（2）升降机构上包括索轮、导向索轮以及钢索张力调整装置。

Ø 货叉驱动机构

(1) 货叉驱动机构采用电机形式，使货叉可向左右伸缩。

(2) 货叉之动作速度可按照负载或位置距离情形自动调整，且于抵达伸缩冲程之终点停止前，自动减速，使承载之货物保持稳定。

(3)采用单伸或双伸位板叉或叉指结构。

Ø 附属机构

电源供应：每部堆垛机之动力电源均采集电轨方式供应。电轨之设置符合使用安全及易于保养，且集电轨装于下导轨侧。

导轨：维持堆垛机运转稳定之地面导轨及上导轨，均具足够之刚性，且分别固定于地面及货架上。导轨之全长除能涵盖堆垛机之最大作业范围外，两终端并保留适当之裕度。 各节导轨之接合处应保持水平，如采焊接方式接合，其焊接处应予磨平。

Ø 操作模式

（1）全自动操作（在线模式）：堆垛机能经由接口装置与仓库内之计算机网络系统连接，从网络中各工作站送出之信号，透过接口装置传至仓储设备控制装置后指挥堆垛机，而堆垛机之控制器应即依指令执行，使堆垛机按程序动作。

（2）遥控操作：堆垛机分为地上控制盘，机上控制盘，机上控制盘有一个操作面板，从操作台之键盘上将作业指令输入，并按下执行开关后，堆垛机即按照指令自动执行。

（3）手动操作：作业人员直接在堆垛机上操作板之键盘上操作各个开关，依需要的动作顺序，依顺序操作，以控制堆垛机完成所需之作业。

（4）在运转安全无虑状况下，堆垛机无论于巷道内任何位置，均能很方便地转换操作方式。

（5）操作设备：每部堆垛机上操作盘上，设置各项动作、位置操作键与显示灯、动作限制指示灯、操作模式选钮，紧急停车按钮以及其它必要之按钮与指示。

（6）堆垛机定位系统：于全自动操作及遥控操作时，为可正确到达指示的储位，每部堆垛机均应设置下列自动定位系统。包括水平位置、垂直位置

（7）信号传递：堆垛机与地上控制盘与机上控制盘采用光传输进行信号传递。

Ø 安全门及防护围栏

(1) 维修门门禁与堆垛机、穿梭车动作互锁；

(2) 安全围栏：可接触表面不允许有锐边、尖角和粗糙表面，安全围栏高度≥2.00m，底部净空≤150mm（但需要考虑过线槽的高度），安全围栏网格采用槽形或正方形缝隙≤120mm：网格间隙e遵循：20mm≤e≤120mm，e≤20mm，运动部件离围栏距离≤120mm，每台机器人必须四周封闭，缝隙参考以上两条，人员只允许从安全门进入设备，与其它设备运动区域完全隔离，围栏外观，警示黄。

(3) 安全门：可接触表面不允许有锐边、尖角和粗糙表面，优先采用往外侧开(需>90°)，空间狭小地方可采用推拉，安全锁采用电磁插销式，所有权限安全门均无屏蔽功能，所有安全门全部有效，安全门位置与触摸屏显示位置一一对应，安全门锁需采用特殊螺丝固定，不允许采用一字或十字孔，配有挂牌上锁警示标识；

(4) 安全回路需要有独立的安全继电器；

(5) 设备防护门上安装插片式安全锁，如果设备为双开门，每一扇门上安装一个安全门锁，防护门打开设备停机。防护门的安全距离应满足ISO13855的安全距离要求，安全联锁可靠性等级达到PLd（插片式安全锁接安全继电器）；

堆垛机技术参数

序号

项目

技术要求

备注

1

天轨、地轨

天轨：钢；

地轨：30kg钢轨（原料仓、成品仓）/铝合金（化成分容物流段），末端安装有机械缓冲器

轨道长度设计需考虑安全防撞距离，满足安全需求

2

堆垛机主机

操作模式：手动模式、半自动模式、自动模式、维护模式

配置:

a) 双立柱结构

b) 载货台升降采用钢丝绳系统

c) 载货台形式为板叉/指叉

d) 原料库堆垛机载货台配置摄像头，实时监控托盘搬运作业

e) 化成分容物流段堆垛机载货台需配置铠装及操作开关，自带应急处理气瓶（1230）等；配置红外热成像仪，检测库位内有无险情；配置摄像头需实时监控托盘搬运作业

f) 配置库位虚实探测装置

g) 载货台具备物料外形及物料溢出检测功能

h) 主机供电方式：滑触线

i) 无线通信，传感器控制货叉定位

j) 具备托盘位置和外形检测功能

① 原料库满托盘≤1000kg

② 化成分容物流段满载托盘重量≤200Kg

③ 成品库满托盘≤1500kg

③铜线排防触电设计、需绝缘包覆且绝缘套为醒目绿色（或橙色）

④不允许金属滑动摩擦，机械润滑设计合理

⑤高温环境下堆垛机零配件需耐45℃高温，电控柜配空调冷却

每个巷道配置一个固定控制柜

配置急停开关

行走速度0～180米/min

升降速度0～40米/min

伸叉速度0～40米/min

定位精度±3mm（化成分容物流段堆垛机），原料库及成品库堆垛机定位精度±5mm

3

维护

机械润滑设计合理，避免润滑油等外漏

注油嘴加油便捷

4

控制方式

PLC

5

驱动方式

变频驱动

通讯装置

无线通讯

6

供电方式

滑触线

7

电源规格

380V±10%×50Hz±1×3Ph

8

单机噪声（高速）

<75dB

9

主机颜色

标准色，业主认可

智能智造——堆垛机

工作原理

由行走电机通过驱动轴带动车轮在下导轨上做水平行走，由提升电机通过钢丝绳牵引载货台做垂直升降运动，由载货台上的货叉做伸缩运动。通过上述三维运动可将指定货位的货物取出或将货物送入指定货位。行走认址器用于控制堆垛机水平行走位置；提升认址器用于控制载货台升降位置。通过认址器和光电识别，以及光通讯信号的转化，实现计算机控制。亦可实现机上控制盘的手动和半自动控制。

堆垛机的特点

自动化立体仓库的可靠性和安全性是系统的重中之重，堆垛机是库内运行频率最高的设备，直接涉及整座仓库的可靠性和安全性。在可靠性、安全性与设计成本的矛盾选择上，可靠性和安全性放在了设计的第一位，堆垛机所具备的以下特点也是本着这一出发点。

（1）堆垛机采用双立柱结构，比单立柱要稳定，受力均匀；断链保护装置能够实现合理设计。双立柱结构对于载重较大的仓库尤为适用，以增加可靠性；

（2）采用钢丝绳提升传动，运转稳定，定位准确，结构紧凑；

（3）货叉导轨锻后加工，表面淬火，超精磨削，提高运行精度和使用寿命；

（4）电机减速机采用知名产品，以保证可靠性；

（5）货叉可采用进口品牌；

（6）堆垛机使用滑触线供电；

（7）堆垛机地轨选用铝材，不易磨损堆垛机主动轮；

（8）与触摸屏及PLC有完善的通讯功能；

（9）堆垛机的安全装置都采用机械和电气双重保险装置，保证人身设备安全；

（10）立柱上必须设计用于攀爬的维修把手，10m以上高层堆操机，每2m高度必须贴立柱设计一个维修平台，维修平台设围栏，攀爬的立柱设计笼式护栏。

（11）滑触线特点

采用张力式滑触线，需选用耐高温材质，并且提供滑触线张力紧固标准，在低温环境 下紧固的滑触线，在升高温后必须重新紧固，若没有执行因此产生的损失由供应商承担；

继电刷与滑触线配套，继电爪必须安装可靠，质保期间不得脱落出滑触线；

滑触线背板支撑点间距不大于1.5m；

滑触线安装顶端天轨支架上；

滑触线要求使用接触器，有PLC控制电源开关；

设计有配套的清洁装置，方便清洁滑触线内侧的粉尘；

堆垛机的安全措施

（1）机械安全装置

位置

描述

备注

行走机构

安全功能

在上、下轨道前后两端的尽头有极限阻挡器防止冲撞出轨道。

在堆垛机上、下横梁二端安装有聚胺脂缓冲器，与极限阻挡器配合，防止失速冲撞。

在上下轨道两侧有堆垛机的水平方向的导轮夹紧天、地轨侧面，防止堆垛机运行中出轨或倾翻。

在堆垛机下横梁安装有清轨器和安全钩，能清除轨道上的异物，防止倾翻。

升降机构

安全功能

安装有限速器和防坠落安全钳，防止载货台超速下坠或断绳坠落情况的发生

过载及松绳的保护装置，当载货台上承受载荷大于1.25倍的额定载荷或钢丝绳失去张力时，能自动切断起升回路电源，使起升机构停止运转，以保证设备的安全。.

松绳保护：当起升钢丝绳失去张紧力时，触发此保护功能启动，能自动切断起升电动机的电源，以保证设备的安全。

上、下横梁有聚胺脂缓冲器防止升降台意外撞击

极限开关防止升降台过限位

叉取装置

安全功能

在叉臂的端部装有极限止挡器防止断链后叉臂滑出

安全制动装置可防止货叉超行程

货位检查装置防止货叉在前进方向有物时伸出

货叉配有伸缩保护装置扭矩限制器，可防止货叉伸缩时顶到阻力物，过载就打滑，避免损坏运行机构

其他

载货尺寸的检测装置防止装载外型尺寸不合格的货物。

设有安装/维修用的铝型材安全梯并配安全绳保护装置

除高温活化库外，其余堆垛机载货台均需四面铠装，且有铠装卷帘门，配置热成像摄像头、红外测温，每个载货台各配2套灭火装置（每台堆垛机装两瓶≥4kg的G428灭火器，不局限灭火介质，但不低于G428灭火效果）。

（2）电气安全保护装置

堆垛机是一种起重机械，它要在又高又窄的巷道内高速运行。为了保证人身、货物及设备的安全，堆垛机必须配备有完善的硬件及软件的安全保护装置，并在电气控制上采取一系列联锁和保护措施。

a）各电动机均设有过电流继电器对电动机进行保护；

b）防止堆垛机运行至巷道两端附近运行速度过快，设置了走行高速、中速强制切除功能；

c）防止堆垛机运行至升降两端附近运行速度过快，设置了升降高速强制切除功能；

d）防止空出库、重复入库等现象的发生，设置了对货架上货位、入出库位置上的货物检测传感器，以确认货位或入出库位置上的货物情况；

e）防止货物尺寸与欲入库货位的尺寸不符，设置了货物尺寸检测传感器；

f）防止货物的坍塌情况的发生，堆垛机上设置了货物坍塌检测传感器；

g）设置了松绳检测传感器，以检测松绳情况的发生；

h）安装有防坠落安全钳，防止断绳情况的发生；

i）堆垛机控制盘上及其合适位置设置紧急停止按钮，以备在非常情况下切断堆垛机电源；

j）设置有在异常状态下的声光报警装置；

k）货叉设有中位双保险限位开关，以防止货叉在堆垛机行走和升降过程中出现误动作，确保设备安全运行；

l）各有关动作及装置的电气连锁；

m）货叉动作时禁止行走；

n）行走中货叉禁止动作；

o）货叉动作中禁止升降；

p）设置有失压保护，防止断电后又恢复供电时，机内电源不会自动重启动；

堆垛机设有三色指示灯，指示堆垛机工作状态；

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