摘要：國內常規堆垛機所存取貨物重量一般在5t以內，當貨物重量過大時，對堆垛機金屬結構、載貨臺、貨叉都有很高要求，設計難度大。本文主要論述一種用于運輸重載卷料的堆機，其承載貨物重量可達到12t。卷料貨物通常無法使用常規托盤存取貨物，且金屬卷、紙卷受壓時易產生變形損壞，因此設計了一種專用貨叉與導向機構，可以防止卷料位移滾動，該堆垛機與取貨機構的設計適用于較重的卷料貨物，主要用于重工業廠、紙業廠等卷料貨物或者其他放置卷料貨物的倉儲系統中。

關鍵詞：重載堆垛機、卷料堆垛機、結構裝置、設計

隨著物流業快速發展，各個行業對倉儲效率、倉儲智能化的需求日益提升�，F有的堆垛機在搬運和堆垛卷料的過程中，容易引起卷料掉落，導致已有自動倉儲系統暫不能被應用在板帶軋制工廠中。因此，如何降低卷料在被堆垛機搬運和堆垛的過程中易掉落的風險，成為一個棘手問題。

常規廠家在生產鋼卷、紙卷等卷料時，針對這些特殊物料的存取有一定難度，使用傳統的輸送設備占用空間多、存放復雜、效率低。自動化立體倉庫的應用，可以提高卷料的存取效率，降低人工成本與減少倉庫面積，實現高效智能化的管理。不過，由于一些實心卷料，尤其是鋼卷、銅版紙等，貨物重量可達到數噸甚至十幾噸，需要對重載卷料堆塊機進行設計開發。

一、機械結構

金屬結構主要由上橫梁、立柱、下橫梁、安全梯、休息平臺、操作平臺等組成。金屬框架主體結構是由鋼板焊合或槽鋼焊接的開口斷面由鋼板、方管矩形管等焊接而成，焊接時嚴格控制焊縫寬度及焊接件結構的垂直度、平行度，以保證整體結構安裝尺寸。

堆垛機天軌使用H125型鋼，地軌使用89Cr鋼軌，以保障堆垛機鋼軌的強度與剛度。上橫梁使用鋼板拼接而成，其結構剛度符合靜剛度要求，變形量計算可控制在橫梁總長度的1/1500以內。上面設有滑輪、天軌導輪、安全保護機構、安全繩固定點等。立柱的主體使用鋼板、工字鋼拼接焊接而成，兩側焊接較寬的扁鋼用于外側載貨臺的導輪行走；在工字鋼上焊接鋼板與電梯導軌，此類導軌能夠保證在長度較長時，依然保持導軌的垂直度，防止因堆垛機過高使導軌扭曲，以及由此導致載貨臺運行抖動。下橫梁由鋼板拼接焊接而成，內設有筋板，下橫梁結構根據堆垛機高度設計，變形量計算符合行業標準靜剛度要求。除主體受力結構外，還在立柱外側設有爬梯、休息平臺以方便維修保養。電控柜操作臺設于堆垛機一側。

如（圖1）所示，堆垛機金屬結構具有強度高、剛度好、拼裝簡單、運行軌道垂直度高等特點，但與之相對，此類堆垛機金屬結構重量比常規堆垛機重很多，現場安裝需要大型設備配合，施工難度相對較高。由于堆垛機立柱較高，在實際應用中立柱需要拼焊，且焊接運輸過程中可能造成立柱扭曲度，導致載貨臺運行到頂部時間隙過大、取貨晃動等問題。在立柱上設有電梯導軌，該種導軌兩端有凹凸拼接點，在導軌底部設有墊片，導軌焊接前需要保證整個高度方向上立柱導軌的直線度。

由于堆垛機較高、貨物較重，因此該類堆垛機立柱需要特殊制作。如（圖2），立柱采用拼焊方式，堆垛機內側使用工字鋼作為主要承載，其外側焊接扁鋼用于載貨臺運行導向。由于立柱過高，在一定高度后立柱撓度會超過設計要求值，因此載貨臺內側導向軌采用電梯導軌，并在工字鋼與導軌之間通過加入調整墊來控制導軌的平面度。通過細化設計計算，可計算出金屬框架各部件重量，共計總重量約23t，載貨臺重量約3.6t，貨物重量約12t，貨叉重量約1t，兩根立柱導軌之間跨距約3m。（圖3）為下橫梁截面示例圖。

根據上邊的截面參數，可計算出慣性矩I=1629104666（mm^4），彈性模量E=206000。通過細化設計，可計算出堆垛機總重量約37t，貨物重量12t。橫梁行走輪之間跨距L=5650mm，立柱中心與支點距離a=1010，要求載貨臺靜剛度小于跨距1/1500要求。由此公式可計算出最大撓度fmax~2.82<（5650/1500~3.77），滿足要求。

如（圖4），載貨臺主要由起升導向輪、金屬框架等組成。載貨臺上裝有存取卷料貨物的貨叉伸縮機構、用于卷料貨物導向的導向架、鋼絲繩滑輪，以及用于距離和位置檢測的開關等。載貨臺通過起升機構的電動機使鋼絲繩上下移動，從而帶動載貨臺沿立柱的垂直方向升降。

（圖5）中的左圖為載貨臺示意圖，載貨臺框架是由矩形管、方管、鋼板等金屬機構拼接焊接而成。右圖為載貨臺水平框架截面圖，使用200X400工字鋼與鋼板焊接而成，根據該截面尺寸可以使用軟件 （AutoCAD、Caxa等） 計算出其慣性矩，用于計算水平框架的靜剛度。

在貨叉滿載貨物時，依然能保證其靜剛度滿足撓度變形量在垂直框架跨距1/1500以內的要求。載貨臺上面的導向架通過帶座軸承可以調節導向角度，以滿足不同規格的卷料取貨導向作用，使載貨臺具有標準化、通用性。由于貨物重量約12t，遠超過一般貨物。因此，要保證載貨臺的框架結構的靜剛度要求，必須使用較大的型鋼作為主要承載結構。根據如上截面參數可計算出慣性矩1=396527302（mm^4），彈性模量E=206000，載貨臺之間跨距L=2000mm，貨物重量約12t，貨叉重量約1t，要求載貨臺靜剛度小于跨距1/1500要求。由此公式可計算出最大撓度fmax≈0.29<（2000/1500≈1.33），滿足要求。在貨叉伸出取貨時，由于貨物過重，且卷料的重心偏差，載貨臺可能會在寬度方向上有較大的偏重力，因此需要在導軌的外側和內側均設有導輪，以保證設備運行的穩定。