饒金海，洪 騰，李 森，方慶貴，武名虎

（北京機械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

0 引言

隨著土地和人力成本的提高，自動化立體倉庫日益廣泛地應用于食品、醫(yī)藥、機械、石油、化工和航空航天等行業(yè)。堆垛機具有自動化程度高，可靠性高等優(yōu)勢，是自動化立體倉庫的核心設備，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整座自動化立體倉庫的處理能力。

一般來說，在自動化立體倉庫中是每一個巷道配置一臺堆垛機。但是在一些對效率要求不高的場合，如油田巖心巖屑庫等，可以通過堆垛機換軌的方式，應用少量堆垛機完成多個巷道的入出庫作業(yè)，減少堆垛機數(shù)量，從而降低投資成本。

堆垛機換軌的過程是根據(jù)設備調(diào)度系統(tǒng)的指令，通過換軌的裝置或者設施，實現(xiàn)堆垛機在不同巷道之間的自動切換的過程。根據(jù)換軌的形式和方法不同，目前主流的幾種堆垛機換軌方式包括：轉(zhuǎn)軌車式換軌，道岔式換軌，U型/蛇形換軌。

1 轉(zhuǎn)軌車式換軌

轉(zhuǎn)軌車式換軌是指堆垛機通過轉(zhuǎn)軌車實現(xiàn)換軌的方式。這種方式下，在N個巷道中配置M臺堆垛機（N大于M）和1臺轉(zhuǎn)軌車，具體布局形式如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)軌車式換軌方案圖

堆垛機需要轉(zhuǎn)軌時，在設備調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)配下，轉(zhuǎn)軌車配合堆垛機，實現(xiàn)堆垛機在不同巷道之間的切換作業(yè)。這個過程中，轉(zhuǎn)軌車把堆垛機視為貨物來搬運。具體流程如表1所示。

相比常規(guī)堆垛機，轉(zhuǎn)軌車式的換軌在方案設計和實施過程中需要考慮的注意事項比較多：

1）堆垛機在換軌過程中要通過機械結(jié)構(gòu)保證堆垛機能夠順利從巷道內(nèi)移動到轉(zhuǎn)軌車上，也能夠從轉(zhuǎn)軌車移動到巷道內(nèi)，保證設備的安全；

表1 轉(zhuǎn)軌車式換軌的主要階段

2）堆垛機在轉(zhuǎn)軌車上的支撐方式特殊設計。常規(guī)堆垛機是靠上下水平導輪和天地軌作用保持堆垛機處于豎直狀態(tài)，轉(zhuǎn)軌車上沒有天軌，需要做一套支撐裝置替代上水平導輪來維持堆垛機的豎直狀態(tài)；

3）在換軌過程，要有一套機構(gòu)來固定轉(zhuǎn)軌車，避免堆垛機的移動使轉(zhuǎn)軌車出線偏移，造成不安全因素；

4）換軌過程中，電氣控制方面采取相應的措施來保證堆垛機和轉(zhuǎn)軌車的相互校驗和對接；

5）每臺堆垛機都能夠在任意巷道內(nèi)正常工作，完成出入庫作業(yè)。

總而言之，轉(zhuǎn)軌車式換軌的形式，需要通過機械和電氣的方式同時保證堆垛機在換軌的過程中保持穩(wěn)定可控的狀態(tài)，以實現(xiàn)換軌的順利和可控。同時，由于每臺堆垛機都有可能在任意巷道內(nèi)作業(yè)，要求堆垛機之間的互換性高，一致性好。

2 道岔式換軌

道岔式換軌是指堆垛機通過道岔機構(gòu)實現(xiàn)換軌，這種方式類似于火車換軌。這種方式下，在N個巷道中配置N-2個道岔裝置和M臺堆垛機（N大于M），如圖2所示。

圖2 道岔式換軌方案圖

堆垛機切換巷道時，需要配合道岔機構(gòu)配合實現(xiàn)換軌。如圖3所示，道岔機構(gòu)由直段軌道、彎段軌道和一套切換裝置構(gòu)成。堆垛機需要實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能時，道岔機構(gòu)彎段軌道與對應主軌道對接；堆垛機需要直行通過時，道岔機構(gòu)直段軌道與對應主軌道對接。

圖3 道岔機構(gòu)

以圖2所示方案為例，當堆垛機需要從2巷道轉(zhuǎn)到4巷道時，需要配合道岔機構(gòu)配合實現(xiàn)換軌。具體流程如表2所示。

堆垛機在其他巷道之間的切換與之類似。涉及到1巷道和6巷道的換軌過程會相對簡單。

相比常規(guī)堆垛機，岔道式換軌的方式在方案設計和實施過程中需要注意：

1）換軌處的天軌沒有貨架支撐，需要單獨設計支撐結(jié)構(gòu)；

2）換軌處天地軌的彎道部分做處理，要保證天地軌在彎道部分的平行度；

3）換軌處天軌和地軌道岔機構(gòu)的同步性，確保換軌過程的安全可控；

4）堆垛機的上下水平導向輪要做成可以轉(zhuǎn)彎的機構(gòu)，保證堆垛機能順利通過彎道。

5）堆垛機在換軌處取電的問題。傳統(tǒng)的堆垛機是在每個巷道配置一個獨立的滑導線供電，而岔道式換軌需要在換軌的直線段（垂直于巷道方向）增加一根滑觸線供電，堆垛機上的取電裝置設置成2個，保證在換軌過程堆垛機不斷電。

表2 道岔式換軌的主要階段

3 U型/蛇形換軌

U型換軌是指相鄰兩個巷道端部連接，1臺堆垛機可以在兩個巷道中自由運行，通過U型彎道實現(xiàn)巷道的切換。1臺堆垛機負責2個巷道的存取貨作業(yè)任務。

圖4 U型換軌方案圖

這種方式不需要配置特殊的換軌裝置，需要對天地軌的彎道部分做處理，特別注意要保證天地軌在彎道部分的平行度。另外堆垛機的上下水平導向輪要做成可以轉(zhuǎn)彎的機構(gòu)，保證堆垛機順利通過彎道。

蛇形換軌是U型換軌的一種延伸，把堆垛機運行軌道布置成蛇形，這樣1臺堆垛機就可以負責多個相鄰巷道內(nèi)的出入庫作業(yè)。

圖5 蛇形換軌方案圖

4 各種方式的優(yōu)缺點比較

對幾種換軌方式做比較，主要的優(yōu)缺點和注意事項如表3所示。

表3 各種換軌方式的優(yōu)缺點比較

5 應用案例

塔里木某油田公司2013年新建的巖心庫就是一個典型的應用堆垛機換軌方案降低投資成本的案例。

該巖心庫采用的是組合橫梁式貨架，配置6個巷道，約8000個貨位，要存儲近20萬米的巖心。由于該巖心庫主要用于給地質(zhì)相關(guān)的科研人員觀察巖心使用，對出入庫效率要求不高，每天8小時300個托盤的出入庫作業(yè)量就能夠滿足使用要求。

一般來說托盤堆垛機的作業(yè)效率大于40托盤/小時。每臺堆垛機一天的作業(yè)量約為40托盤/小時×8小時=320托盤＞300托盤。單臺堆垛機能夠滿足立體庫的出入庫作業(yè)要求。

如果按照常規(guī)布局，每個巷道配置一臺堆垛機，則需要配置6臺堆垛機。

如果選擇換軌方案，可以用1臺堆垛機實現(xiàn)6個巷道內(nèi)的作業(yè)任務。

1）轉(zhuǎn)軌車式換軌

轉(zhuǎn)軌車式換軌方案，需要配置1臺轉(zhuǎn)軌車，考慮到堆垛機在換軌過程中耗時較長，大概5分鐘的換軌作業(yè)時間，需要增加1臺堆垛機，以保證滿足出入庫要求。同時，能搞保證其中一臺堆垛機出現(xiàn)故障時不影響系統(tǒng)的整體運行。

需要配置：2臺堆垛機和1臺轉(zhuǎn)軌車。

2）道岔式換軌

道岔式換軌方案，需要配置1臺堆垛機，考慮到系統(tǒng)可靠性，再增加1臺堆垛機作為備用堆垛機。

需要配置：2臺堆垛機和4套道岔機構(gòu)。

3）U型/蛇形換軌

U型布置，需要配置3臺堆垛機。

蛇形布置，需要配置1～2臺堆垛機。

綜上，采用換軌方式，在該巖心庫中可以配置1～3堆垛機，或者2臺堆垛機配合1臺轉(zhuǎn)軌車，就可以滿足出入庫任務。后期如果效率需求增加的需求，可以根據(jù)實際情況再增加堆垛機數(shù)量。相比傳統(tǒng)的每個巷道一臺堆垛機的方案，至少節(jié)省3臺堆垛機的購置成本。

在該巖心庫自動化立體倉庫實際建設中，選用了轉(zhuǎn)軌車式換軌的方案。布置了6個巷道12排43列16層，共計8256個貨位，配置了2臺堆垛機和1臺轉(zhuǎn)軌車。目前該巖心庫已經(jīng)投入使用，滿足設計要求，使用效果良好。

6 結(jié)束語

堆垛機的換軌是堆垛機的一種靈活應用，在發(fā)揮自動化立體倉庫自動化程度高，空間利用率高，管理精確，人力成本低等優(yōu)勢的基礎上，通過采用堆垛機換軌，在滿足自身使用需求的前提下降低了建設成本，實現(xiàn)了與用戶實際需要的緊密結(jié)合。