• 关键词： 堆垛机
• 摘要：文章通过对自动化物流系统的关键设备堆垛机进行了研究，改进了堆垛机的变频调速方式和超尺寸检测系统，提高了堆垛机的运行效率。

　　玉溪红塔集团的自动物流系统自投入使用以来，整套系统运行基本正常，保证了卷烟生产和卷烟销售工作的顺利进行。经过八年多的运行，随着对系统的不断了解和认识的提高，我们发现系统还是存在着一些不太完善的地方，假如对它进行一些技术改造，将可以提高系统的工作效率，可以更好地为卷烟生产和卷烟销售做好服务。文章将对堆垛机的变频改造作进一步的研究。
1　堆垛机简介
　　自动化立体仓库的出现是物流技术的一个划时代的革新。它不仅彻底改变了仓储行业劳动密集、效率低下的落后面貌，而且大大拓展了仓储的管理概念，并使仓储管理由简单的保管型向综合的流通型方向发展。堆垛机是自动化立体仓库的主要搬运设备，是实现立体仓库高效、安全、可靠运行的关键机构之一。它在高层货架的巷道内来回穿梭运行，负责货物在立体仓库货位的存放和取出。玉溪红塔集团生产二部的物流系统共有八台堆垛机，其中三台辅料堆垛机、五台成品堆垛机。由于辅料的堆码比较紧密，重量也比较轻，工作效率较高。下面主要对成品堆垛机进行分析研究。

2　堆垛机存取成品的不可靠因素分析及改造方案
　　在自动物流的正常作业过程中，堆垛机在存取整托盘卷烟成品时，常常会发生整托盘成品歪斜的故障，甚至会发生整盘成品从高架上翻倒下来，究其原因主要有几个方面：一是堆垛机的提升控制方法落后，在水平和纵向的定位不准，造成倒塌。二是堆垛机超尺寸检测系统不完善造成成品翻倒。三是由于其他各种因素造成成品翻倒，第三种情况由于所占比例非常小，故不在文章分析之列。
2.1　堆垛机提升控制方法落后造成成品倒塌现象分析
原来设计堆垛机的载货台提升控制是由提升电机直接驱动，由于是直接驱动，载货台与成品卷烟在堆垛机运行起步时有一个速度突变，即从0m／min到最高速的60m／min。根据物体运动的规律，相邻的两个物体在速度突变时，会产生相对位移，在此主要是成品与成品之间会产生滑动，造成倒塌。二是在减速阶段，在即将到达预存取货位时，堆垛机的速度又从60m／min到0m／min，由于又是突变，烟箱之间又会产生相对滑动。同时，堆垛机在水平和垂直方向上也造成定位误差。堆垛机的伸叉伸出时会顶在货架上，也造成倒塌。在实际使用中，尽管发生这种现象的频率不太高，但每次倒塌却造成很大的损失，一方面损坏了卷烟成品，另一方面给库区设备及工作人员的人身安全带来极大威胁。所以，降低烟箱倒塌事故率，提高堆垛机的运行效率，是我们的技改方向。

2.2　堆垛机提升控制方法落后改造
　　从上面的分析可以看出，堆垛机提升系统控制的主要问题是没有速度过度。为了解决这个问题，我们制定了一套改进方案，为堆垛机进行变频器改造。经过方案论证和查阅相关资料，决定选定罗克韦尔(rockwell)公司的1336FORCE为备选变频器。
变频器的工作原理：1336FORCE变频器由主电路和控制电路构成，主电路包括整流电路和逆变电路，主电路把工频电流(50Hz或60Hz)变换成工作所需频率的交流电流，以实现电机的变速运行。变频器输入输出波形是由其工作原理决定的，变频器的工作原理与电机的选择、周围设备的配置及其电流、电压的测量等有紧密的关系。
图1为加装变频器后的工作原理图，经过改造后，堆垛机的提升速度控制过程从原来的一个变成三个，即低频启动阶段、正常提升阶段、低频停止阶段。从而避免了速度突变，保障了设备和成品的安全。加装变频器改造后堆垛机具有以下优点：避免了电压和频率的突变，减少了工频电压对电机的冲击；提高了堆垛机提升时的平稳性；增加了系统的安全性。
2.3　堆垛机的超尺寸检测系统不完善造成的成品翻倒现象分析
　　为了保障在卷烟成品在出入库过程中的安全，堆垛机原来设计有超尺寸安全检测。堆垛机的超尺寸检测系统由10组对射式传感器组成。10组传感器分布于卷烟成品的两侧的外形支架上，其中在每侧面相应的位置安装有5组，如图2所示。图2是左侧面上传感器的分布情况。图中，S4-S4′用于检测成品烟或空托盘是否超高；S1-S1′，S2-S2′，S3-S3′三对检测器用于检测垂直侧面是否超出预定尺寸。由于垂直面检测是在卷烟成品的装卸过程中完成，超尺寸检测准确，没有盲区。S5-S5′检测器用于检测斜面超尺寸，可见，图中所示区域1，2，3，4即为检测“盲区”，在这些“盲区”内，超尺寸的卷烟成品不能被堆垛机的超尺寸检测网检测到，如图2所示。这些没有被检测到的超尺寸卷烟成品，如果被摆放到货架上，极易被来回穿梭行走在巷道内的堆垛机在存取货物时发生碰撞，从高空掉落。
2.4　堆垛机超尺寸检测系统的完善改造
　　如上所述，堆垛机超尺寸检测系统的缺陷主要在于存在着严重的检测“盲区”，部分严重超尺寸的卷烟成品在未经处理的情况下就被摆放到货架上，后又被来回存取货物的堆垛机撞倒。为了消除检测“盲区”，我们制订出了以“平面式”检测方式替代原先的“点对点对射式”检测方式的解决方案。
　　所谓“平面式”检测方式，是相对于传统的“点对点对射式”检测方式而言的。即所使用的检测器能对某一平面区域进行全面检测而不是仅检测这一区域内的一条线或几条线。经过查阅相关技术资料，我们选定了一种理想的“平面式”检测器，即模数光栅检测器(Modular LightGrid)，MLG光栅检测器为施耐克公司的产品。其工作原理与点对点对射式传感器的工作原理基本一致，主体设计是由一块发射板和一块接收板组成。发射板向接收板发射红外线光束，从而实现对两块板所构成的矩形平面内的超尺寸物体检测。红外线光束间的间离可以自由设定，间距的大小决定模数光栅检测器的检测精度。
　　通过实地测量得知，卷烟成品外加承载托盘高度为1700mm，一件烟的最小外形尺寸为240mm，所以，调整光栅间距为50mm，选择最大检测高度为1750mm的MLG5-1750型模数光栅检测器作为堆垛机的超尺寸检测器。
2.5　安装位置的设计
　　8年多的使用情况表明，卷烟成品超尺寸的情况在前、后两个面上很少发生，超尺寸的情形主要发生在左、右两个侧面。为了节约成本，前、后两个面检测与超高检测沿用原用的四对传感器。在左右两个侧面上各安装一组MLG光栅检测板。

　　通过实验和试运行证明，技术改造以后，使用光栅检测器来检测卷烟超尺寸，检测效果明显。①能够很好地解决超尺寸检测有盲区、安全性不高的问题；②检测器的抗干扰能力更强，保障系统稳定运行；③检测器安装简洁、智能化更高，减少操作维修人员的查找、排除故障时间，提高设备工作效率；④改造成本不大，用较小的技改代价换来更高的设备效率。
3　结语
　　综上所述，其实要解决堆垛机工作效率不高的方法还多，这里只是分析了其中的一种，更多的内容有待下一次做更深层次的研究。通过这次改造，提高了堆垛机的工作效率，降低了卷烟的损耗，充分发挥整套设备的性能，解决了自动化物流系统效率不高的瓶劲问题。为后来在此方面研究者奠定了一定的基础。