【堆垛】高位堆垛车门架的稳定性分析

本文结合有限元模拟软件对高位堆垛车的门架进行静力学和模态分析，提出减小共振提高高位堆垛车稳定性的方法，为了有效防止高位堆垛共振、保证堆垛车的平稳性提供设计依据。

巷道堆垛车作为自动化立体物流仓储系统的重要组成部分，穿梭于狭窄的巷道中，负责将货格内的货物取出运送到巷道口，或者将巷道口的货物运输到货格内，需准确、快速、安全平稳地存取货物。因此，对于其平稳性方面有非常严格的要求。巷道堆垛车的整机由于受到使用场合的限制，其结构高而窄，宽度普遍较小，门架等结构件要有较高的平稳性，以保证运行安全可靠。

一、高位堆垛车的基本结构

门架是高位堆垛车的框架，主要由上横梁、下横梁和立柱组成，其平稳性至关重要。在高位堆垛车的框架上安装有行走机构、升降机构和货叉机构等。

行走机构主要由电机提供动力，通过减速器输出将动力传递给驱动轴，驱动轴带动车轮前进，在巷道中完成水平运行。升降机构由电机提供动力，经由减速器，带动卷筒和钢丝绳完成升降运行，此外，为了保证安全，升降机构还配有防落装置。货叉机构负责完成高位堆垛车的存取货物工作，主要有电机、货叉伸缩机构等部件。目前，常用的高位堆垛车的3D结构简图，如图 1。



二、高位堆垛车的静力学分析

静力分析是研究高位堆垛车平稳特性的基础，它主要是通过有限元法分析设备零部件在固定载荷作用下的变化。静力分析可以用来计算固定的惯性载荷作用下，设备零部件的变形等问题，还可以将随时间变化的载荷等价转换为近似的静力载荷进行分析。结构静力分析可以得出设备零部件在静力作用下的位移变化，可以更好地了解载荷对设备零部件的影响。

门架是立体仓库堆垛车各机构的合成部分，承载着每个机构的静动载荷，是高位堆垛车的框架，门架的平稳性是立体仓库堆垛车工作寿命和平稳性的保证，也是立体仓库堆垛车保持平稳的基础。故欲研究高位堆垛车的平稳特性，就要先从门架入手。在堆垛车的载货台中心处加垂直方向的载荷。得到的变形和应力图其静力学分析，如图2。





当高位堆垛车受载荷时，载货台部分除了与左右立柱连接处外，都发生变形，堆垛车其他部分非主要承载件，只是立柱与横梁相连的地方传递力和变形，当载货台受限制不发生变形的地方，此位置的作用载荷情况复杂，载荷值较大，本应是变形大的地方，但又是约束条件施加位置的附近，限制了立柱的变形，因而应力集中比较严重。经验表明，这个位置也正是载货台最易出现裂纹的地方。另外在上横梁和下横梁与立柱的连接部分也是应力较为集中的地方。

三、高位堆垛车门架的模态分析

模态分析是研究高位堆垛车动态特性的最常用方法，对高位堆垛车门架的模态分析，可以获得能够引起共振的频率，并能够直观地观察到门架对应于每一个频率的振动形式。根据以上所建的模型，采用有限元模拟，设置10阶模态进行求解，得到其固有频率，如表1。

根据高位堆垛车门架的固有频率，可以选择规避驱动电机、减速器、车轮等工作部件的运行频率，使这些运动部件的工作频率不在堆垛车门架的工作固有频率区间，因此门架不会产生共振，高位堆垛车的平稳特性良好。

四、小结

本文以立体仓库所用高位堆垛车为研究对象，对其门架平稳特性进行分析，通过有限元分析软件对门架进行结构静力分析，为改进门架结构强度提供依据，通过模态分析为设计选型运动部件避免门架共振，提高堆垛车的平稳性提供保障。 

来源：物流技术与应用

文：江苏省安全监督检验研究院泰州分院 王泽华、张伟刚、刘健、宋志伟

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