汽车轮胎立体库存及专用存取货叉机构的研究

[摘 要] 文章针对汽车轮胎传统存放方式存在的问题，提出了轮胎立体库的设计方案和堆垛机四层货叉存取货机构的工作原理、结构特点；说明了轮胎立体库的优点：可合理存取轮胎，避免了传统库存方式先进后出的弊端；可大大提高轮胎出库效率，降低工人的劳动强度，改善工人的工作条件；借助于现代计算机技术，可实现立体库的全方位现代化管理。

[关键词] 汽车轮胎立体仓库；四层货叉存取机构；结构创新；计算机管理

一、轮胎传统存放方式存在的问题

传统轮胎的存放比较简单，多是直接堆放在库房中，带来的问题是：

1、轮胎的出入库总是先进后出，最先入库的轮胎总是堆放在库房的最里头、最下头，最不容易取出的角落里，橡胶的自然老化，会直接影响轮胎的使用。

2、无法合理的利用库房空间，杂乱无章的堆放，高度低了不能合理利用空间；高度高了，存取困难；另外，重力造成轮胎堆放过程中的挤压变形，也不利于轮胎的使用。

3、不利于盘存清点，容易造成管理混乱。

为此，不论是轮胎的生产部门，还是轮胎的经销、使用部门，也都期望着一种更加合理的轮胎存放方式和结构合理的立体仓库。

二、轮胎立体库的可行性分析及结构方案设计

根据轮胎的外形特点，轮胎的立体存放具有许多其他产品没有的优点：

1、轮胎可借助于重力作用，在有斜度的平面滚道内滚动；其出库比其他物品更容易。

2、轮胎存取不需要专用托盘，这样既节省了货架的空间高度，又降低了立体仓库的管理用，对于堆垛机的动作要求也降低了难度要求。

3、轮胎具有弹性，不怕磕碰，重量有限，中间圆孔有利于多层货叉的存取操作。

由此，笔者提出了轮胎立体仓库的结构方案，如图一所示：

图一 轮胎立体仓库主视图

01堆垛机中间平板及多层货叉；02堆垛机立柱；03天轨；04天轮；05堆垛机上平板；06立体库天梁；07入库存放轮胎；08立体库货架；09堆垛机下平板；10巷道行走驱动链轮；11驱动轮轴承座；12巷道行走驱动轮；13地轨；14巷道行走驱动减速电机。

入库轮胎吊挂在堆垛机的多层货叉上，由堆垛机经巷道行走、提升，用多层货叉送入立体库货架中。即使象其他物品存取方式一样，由于不需要货盘，轮胎圆孔可自动对中、定心；货架的结构可以相对简单，由于多层货叉伸缩+货盘高度、造成的货架内高度空间浪费，在轮胎立体库中可减小为零。这是其他物品立体库存放货架无法实现的。当然其缺陷也是显而易见的：由于轮胎需要吊挂在货叉两侧，不像其他货物的货盘，料箱是放置在中间平板多层货叉的正中间，因此，巷道的宽度相对较大，从本质上说，也是对立体仓库总体空间的一种浪费；此外，堆垛机多层货叉虽然可以双向伸缩，但是每一次存放轮胎时，轮胎只能吊挂在货叉的某一侧（不能双侧吊挂，否则向货架内存放时，必然有一侧轮胎会掉落），所以每一次存放轮胎时，货叉只能向挂轮胎的一侧方向伸缩。其三，用堆垛机存取轮胎，工作效率不够高。为了提高轮胎的出库效率，针对轮胎的外形特点，笔者对轮胎库货架，作了进一步设计改进，如图二所示;

图二 轮胎立体库左视图

01气动推杆；02库内轮胎；03气动插板1；04斜板；

05气动插板2；06气动插板3；07气动插板4.

图二为轮胎立体库的左视图，用多层货叉送入立体库货架的轮胎先停放在货架的最里头，气动插板1的作用是稳定轮胎，防止轮胎如库后滚动，造成货叉下降时轮胎与货叉接触，影响货叉出库。当多层货叉退出货架后，气动插板1回缩，用气动推杆01推动轮胎进入货架斜板04，轮胎沿着库内斜面向下滚动。轮胎出库时，根据出库数量的要求，协调气动插板2，气动插板3的动作来完成。如要出库3个轮胎，可依次回缩1、2、3层的气动插板3，则1、2、3层最后面的轮胎就会排队下落到出口；再缩回气动插板4，三的个轮胎就会自动从立体库中出来。如果要出库6个轮胎，先依次缩回四层末端的气动插板3，依次放出4个轮胎，等四层末端的气动插板3复位后，再依次缩回1，2层的气动插板2，使1、2层的轮胎全部下滚到末端，让1、2层的气动插板2复位阻隔后续的轮胎后，再依次缩回1、2层末端的气动插板3，依次再放出两个轮胎。采用此货架方案，大大加快了轮胎的出库效率，也使货架的结构更为简单，造价和安装制造精度要求大为降低。此外，轮胎的入库行程，全部限于最里头的一排，进而简化了堆垛机的巷道行走控制要求。

作为轮胎立体仓库，另一个关键的要害机构是堆垛机的多层货叉存取货机构。它不仅要满足双向伸缩动作要求，还要使货叉的伸缩距离尽可能大，以最大限度的提高库房总体存货效能。

根据三层货叉齿轮齿条传动增倍原理，固定在二层货叉上的驱动电机05并驱动齿轮06转动时，将驱动第三层货叉以二层货叉两倍的速度和位移前行；同样二、三、四层货叉组成的三层货叉机构也推动第四层货叉以第三层货叉两倍的速度和位移向前伸出，实现比三层货叉更大的工作行程。值得说明的是：图三所示的四层货叉机构，因为自身高度大于三层货叉机构，用在其他物品存放的立体仓库中，将增加每层货架内的无效空间高度，影响了立体仓库的综合利用空间[3]，所以在大多数堆垛机上应用不多；在轮胎立体库中，四层货叉伸入轮胎的圆孔中心，在圆孔空间允许的前提下，可显著增加货叉伸缩行程，十分有效地提高了库房总体存货效能。其次，四层货叉采用非对称结构设计，主要是为了减小货叉宽度，以利于轮胎圆孔内的伸缩动作。为了减小相邻货叉间滑移运动的摩擦阻力，在相邻货叉间的滑移滚道上，设置有滚动轴承制作的导向滚轮，最大限度的减小了货叉伸缩的的运动阻力；同时也有效减小了货叉间的运动间隙。图四为四层货叉机构展开后的示意图。从图中可以看出，由于轮胎是吊挂在堆垛机货叉的两头，第一、二、三、四层货叉的外伸端全部插在轮胎的圆孔内。当四层货叉伸出展开时，由于第二层、第三层货叉驱动齿轮非对称外伸的部分结构，始终不与轮胎接触，不会造成轮胎入库、出库的运动干涉。

三、结语

笔者设计的轮胎立体仓库，可作为综合立体仓库的部分单元结构，也可作为专用轮胎立体仓库的建设方案；采用此设计方案可合理存取轮胎，推陈出新，避免入库轮胎先进后出的弊端；可大大提高轮胎出库效率，降低工人的劳动强度，改善工人的工作条件；采用相关的自动化检测装置，借助于计算机应用技术的帮助功能，可自动盘存清点，随机显示整体库存，实现立体库的全方位现代化管理。

参考文献：

[1]张继军.综合性立体仓库的设计与应用.建筑与结构设计[J]，2007.9.29-33.

[2]黄平.常用机械零件及机构图册[M].北京：化学工业出版社，1999.3.26-47

[3]梁睦.货叉式与辊道式立体仓库结构设计.起重运输机械[J].2008.11.20-23.

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[5]黄真.空间机构学[M]. 北京：机械工业出版社，1991.3.26-47.

作者简介：

梁东凯，（1983.12）河南省煤炭高级技工学校教务处专职教师。