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本文以中小型貨物為具體的研究對(duì)象, 其自重為60g~350g, 貨物的分布體積大致為110mm×70mm×20mm。傾斜的布置方式對(duì)于微型的自動(dòng)或智能高速倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)貨物出庫(kù)的取出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)較為適宜, 因而, 儲(chǔ)存貨架擬采用傾斜的布置方式。下面我們將根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)物流的取出機(jī)構(gòu)與倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)口兩者之間不同的對(duì)應(yīng)關(guān)系逐一進(jìn)行分析。

存儲(chǔ)與取出一一對(duì)應(yīng)式指的是倉(cāng)儲(chǔ)物流中的倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)口位置處僅設(shè)置一個(gè)取出機(jī)構(gòu), 當(dāng)貨架上的貨物處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí), 只須憑借儲(chǔ)存貨架上安裝的固定擋軸即可實(shí)現(xiàn)貨物的安全定位, 當(dāng)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候, 則須憑借倉(cāng)儲(chǔ)口處的取出機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)貨物的順利出庫(kù), 如圖1。

圖1 一一對(duì)應(yīng)式取出示意圖   下載原圖

多存儲(chǔ)對(duì)一取出式指的是利用倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)口處單個(gè)取出機(jī)構(gòu)一次性取出貨架上同一位置上的貨物。所有用于取出貨物的取出機(jī)構(gòu)均水平分布于升降機(jī)上, 當(dāng)貨架上的貨物需要出庫(kù)時(shí), 貨架上貨物的行定位首先是升降機(jī)通過(guò)上下運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn), 隨后再由水平分布于升降機(jī)上的取出機(jī)構(gòu)完成貨架上貨物的列定位, 當(dāng)貨架上待出庫(kù)貨物位置確定以后, 取出機(jī)構(gòu)開(kāi)始執(zhí)行動(dòng)作直至完成貨物出庫(kù)操作后返回。

多存儲(chǔ)對(duì)一取出式所對(duì)應(yīng)的每個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)存口都與之對(duì)應(yīng)有一個(gè)翻板, 該翻板憑借安裝于儲(chǔ)存貨架架體上的扭簧所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力來(lái)實(shí)現(xiàn)貨架上貨物靜止時(shí)的定位。當(dāng)貨架上的貨物需要出庫(kù)派送時(shí), 翻板通過(guò)克服扭簧產(chǎn)生的扭矩開(kāi)始旋轉(zhuǎn), 最終使該出庫(kù)貨物層的貨物順利實(shí)現(xiàn)出庫(kù)動(dòng)作。隨后, 扭簧回到原始位置, 后層貨架上的貨物被翻板擋住。

多存儲(chǔ)對(duì)多取出式指的是倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中每一列或每一行倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)口共同使用相同的貨物出庫(kù)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng), 通過(guò)行列網(wǎng)點(diǎn)的交疊來(lái)最終確定貨架待出庫(kù)貨物的位置所在。多存儲(chǔ)對(duì)多取出式結(jié)構(gòu)中同樣安裝有翻板裝置, 但運(yùn)行的機(jī)理和翻板的結(jié)構(gòu)形狀都不甚相同。多存儲(chǔ)對(duì)多取出式可直接翻轉(zhuǎn)成直角, 且翻板形狀為雙叉形, 當(dāng)貨架上的貨物能脫離翻板定位憑借自身重力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)出庫(kù)。

當(dāng)貨架上的貨物處于不動(dòng)狀態(tài)時(shí), 貨物的定位是依靠翻板在拉桿X和Y向上且與之對(duì)應(yīng)向的銷(xiāo)共同作用下來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)貨架上的貨物開(kāi)始發(fā)生運(yùn)動(dòng)的時(shí)候, X向拉桿在與之對(duì)應(yīng)向驅(qū)動(dòng)力的作用下實(shí)現(xiàn)貨物向左的運(yùn)動(dòng), 將對(duì)應(yīng)向布置的銷(xiāo)從翻板上拉開(kāi), 隨后貨物所在倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)口的Y向拉桿與之對(duì)應(yīng)向驅(qū)動(dòng)力的作用下實(shí)現(xiàn)向下的運(yùn)動(dòng), 并將對(duì)應(yīng)向布置的銷(xiāo)從翻板上放開(kāi), 此時(shí)的翻板可在其自重和貨物沿貨架方向的滑動(dòng)力共同作用下翻轉(zhuǎn)一直角角度, 而貨架上的貨物則依靠沿貨架方向的滑動(dòng)力順利出庫(kù)。當(dāng)實(shí)現(xiàn)整體復(fù)位時(shí), 則按照運(yùn)動(dòng)的逆方向依次動(dòng)作。

上面對(duì)三種不同的倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)貨架上貨物的放置方式均采用相同的斜置布置方式, 故而可將貨架上的貨物抽離出來(lái)單獨(dú)作為研究對(duì)象來(lái)進(jìn)行研究建模。其中, 貨架上的貨物靜止不動(dòng)時(shí)其受力分析示意圖如圖2所示。

圖2 貨物靜止不動(dòng)時(shí)受力示意圖   下載原圖

由圖2及貨物受力平衡方程可得出:

其中, Fx和Fy分別為斜置儲(chǔ)存貨架沿斜面和垂直斜面方向上的力;G為貨架上貨物自身的重力;f為貨物與貨架間的接觸摩擦力;N為貨架斜面的支撐力;F為外力;θ為傾角。

由于貨物沿垂直于貨架方向無(wú)運(yùn)動(dòng), 故Fy向的合力為零。又可設(shè)貨物的滑動(dòng)力為F′, 即F′=Gsinθ-f, 故式 (1) 可化簡(jiǎn)為:

當(dāng)Fx向的合力不大于零時(shí), 貨物靜止, 當(dāng)大于零時(shí), 貨物開(kāi)始運(yùn)動(dòng)直至完成出庫(kù)動(dòng)作。

經(jīng)過(guò)不同的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明:雖然上述三種不同的倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)取出機(jī)構(gòu)與倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)口對(duì)應(yīng)方式都能很好地實(shí)現(xiàn)斜置貨架上的貨物順利實(shí)現(xiàn)出庫(kù)動(dòng)作, 但是根據(jù)不同的出庫(kù)要求仍存在部分差異。

從取出機(jī)構(gòu)的一般的數(shù)學(xué)模型中, 我們可知貨架上的貨物主要是通過(guò)重力分量來(lái)實(shí)現(xiàn)其出庫(kù)動(dòng)作的。因而, Fx向合力的大小對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)整個(gè)系統(tǒng)的庫(kù)存和貨物出庫(kù)的可靠性起著至關(guān)重要的作用。

現(xiàn)以250g質(zhì)量的醫(yī)用藥品為具體事例, 對(duì)上述不同的取出機(jī)構(gòu)進(jìn)行定量化研究分析。經(jīng)不同的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 儲(chǔ)物貨架的斜置角度取14°~22°區(qū)間值時(shí)為最佳, 本文暫選定θ=20°為參考值, 接觸摩擦因數(shù)可取0.045。

在存儲(chǔ)與取出一一對(duì)應(yīng)式中, 貨物靜止不動(dòng)時(shí), 力F=+∞, 滑動(dòng)力F′=Gsinθ-f=0.749N;貨物出庫(kù)時(shí), 力F=0, 滑動(dòng)力F′=Gsinθ-f將逐漸變小, 可得此時(shí)滑動(dòng)力F′變小=0.0426N。兩種不同狀態(tài)對(duì)應(yīng)的Fx向合力∑Fx為:

式中, ∑Fx1為靜止沿貨架方向上的合外力;∑Fx2為貨物出庫(kù)時(shí)的合外力;F小′為傾角θ由20°變小到10°所產(chǎn)生的滑動(dòng)力。

在多存儲(chǔ)對(duì)一取出式中, 貨物的定位是依靠扭簧所產(chǎn)生的的扭轉(zhuǎn)力來(lái)定位的, 外力F>Gsinθ, 此時(shí)F=1N。當(dāng)貨物出庫(kù)時(shí), 扭簧所產(chǎn)生的的扭轉(zhuǎn)力由取出機(jī)構(gòu)來(lái)克服, 外力F=0N, 此時(shí), 貨物抬高, 傾角θ將減小, 滑動(dòng)力F小′=0.0426N。貨物靜止不動(dòng)與出庫(kù)所對(duì)應(yīng)的力學(xué)模型為:

在多存儲(chǔ)對(duì)多取出式中, 貨物同樣是利用固定擋軸來(lái)實(shí)現(xiàn)定位, 需施加的外力F=+∞, 當(dāng)貨物出庫(kù)時(shí), 此時(shí)不使用翻板, 外力F=0N, 傾角θ不發(fā)生變化, 滑動(dòng)力仍為F′。貨物靜止不動(dòng)與出庫(kù)所對(duì)應(yīng)的力學(xué)模型為:

經(jīng)式 (3) ~式 (5) 對(duì)比可發(fā)現(xiàn), 從功能等效和經(jīng)濟(jì)性角度來(lái)看, 多存儲(chǔ)對(duì)多取出式時(shí)所獲取出機(jī)構(gòu)的可靠性最高。

本文通過(guò)對(duì)三種不同取出機(jī)構(gòu)性能優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證, 針對(duì)不同的倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)來(lái)說(shuō), 應(yīng)合理選擇不同的取出機(jī)構(gòu), 以取得更好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。