本文對(duì)兩種作業(yè)模式的穿梭車系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比，分析了跨層作業(yè)模式所面臨的問題，提出了提高穿梭車換層可靠性的有效措施。

隨著電子商務(wù)的蓬勃發(fā)展，規(guī)?；ㄖ埔龑?dǎo)著物流發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)代物流中心的規(guī)模變得越來(lái)越大，所處理的品規(guī)也越來(lái)越多，小訂單比例越來(lái)越高，揀選和配送速度越來(lái)越快。

與傳統(tǒng)的“人到貨”揀選模式相比，穿梭車密集倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的作業(yè)效率及揀選正確率大大提高，同時(shí)節(jié)約了大量人力成本和土地成本。

目前，件箱密集倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中采用的穿梭車，主要有普通穿梭車、自動(dòng)換層穿梭車、子母穿梭車、四向穿梭車等。子母穿梭車、四向穿梭車可在水平方向換道，適用于存在多條巷道的場(chǎng)合；普通穿梭車+換層提升機(jī)組合，穿梭車可實(shí)現(xiàn)在豎直方向換層。兩種方式均可提高穿梭車的設(shè)備利用率，系統(tǒng)柔性。

自動(dòng)換層穿梭車沿貨架立柱自動(dòng)爬升方式，對(duì)貨架的制造、安裝精度要求較高。本文僅討論提升機(jī)自動(dòng)換層模式。

一、單層作業(yè)和跨層作業(yè)模式

根據(jù)是否可跨層作業(yè)，穿梭車系統(tǒng)可分為單層作業(yè)和跨層作業(yè)兩種模式。

1.單層作業(yè)模式

單層作業(yè)模式通常由出、入庫(kù)提升機(jī)、存儲(chǔ)貨架、多層穿梭車組成。

在單層作業(yè)模式下，一條巷道內(nèi)，每層貨架配置一臺(tái)穿梭車。其平面布局圖和立面圖，如圖1、圖2。

2.跨層作業(yè)模式

跨層作業(yè)模式下，一條巷道內(nèi)，n層貨架只需配置m臺(tái)穿梭車（m<n）。同時(shí)，在單層作業(yè)模式穿梭車系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，跨層作業(yè)模式多配置了一臺(tái)穿梭車換層提升機(jī)。其平面布局圖，如圖3。< p="">

3.兩種作業(yè)模式對(duì)比

單條巷道，n層貨架。單層作業(yè)模式配置n臺(tái)穿梭車；跨層作業(yè)模式配置m（m<n）臺(tái)穿梭車，1臺(tái)穿梭車換層提升機(jī)。當(dāng)穿梭車系統(tǒng)出入庫(kù)流量很大時(shí)，即便采用單層作業(yè)模式，穿梭車閑置率也很低，這種情況只適宜采用單層作業(yè)模式。兩種模式的對(duì)比分析，只針對(duì)存在一定的穿梭車閑置，適宜采用跨層作業(yè)模式的情況。< p="">

（1）經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

通常情況下，密集倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)出入庫(kù)端均設(shè)有一定數(shù)量的緩存工位，用于出入庫(kù)物料的排序暫存。穿梭車連續(xù)完成某層的出入庫(kù)任務(wù)后，即可轉(zhuǎn)入另一層繼續(xù)執(zhí)行出庫(kù)任務(wù)，從而減少穿梭車空閑時(shí)間，提高設(shè)備利用率。對(duì)于設(shè)置有合理數(shù)量的出入庫(kù)緩存工位的多層穿梭車系統(tǒng)，當(dāng)穿梭車數(shù)量m滿足總出入庫(kù)流量時(shí)，增加穿梭車數(shù)量來(lái)增加系統(tǒng)效率的作用逐漸轉(zhuǎn)弱，即出現(xiàn)穿梭車閑置。

單層作業(yè)模式與多層作業(yè)模式在設(shè)備配置及控制系統(tǒng)方面均有差別，二者的經(jīng)濟(jì)性，取決于系統(tǒng)采用單層作業(yè)模式時(shí)，穿梭車的閑置率。當(dāng)閑置穿梭車的成本大于換層提升機(jī)的成本時(shí)，采用跨層作業(yè)模式更為經(jīng)濟(jì)。

（2）擴(kuò)展性對(duì)比

“一軌多車”模式下，需考慮穿梭車之間的相互避讓，效率提高效果不佳，且控制復(fù)雜，所以單層作業(yè)模式幾乎沒有擴(kuò)展性；而跨層作業(yè)模式可隨出入庫(kù)流量的增加，而增加穿梭車數(shù)量。

（3）系統(tǒng)柔性對(duì)比

當(dāng)某巷道穿梭車出現(xiàn)故障或其他意外情況時(shí)，對(duì)單層作業(yè)模式來(lái)講，該層該巷道的所有貨物都不能進(jìn)行出入庫(kù)作業(yè)，這就對(duì)出入庫(kù)作業(yè)產(chǎn)生了極大影響，給企業(yè)帶來(lái)了一定損失；而對(duì)跨層作業(yè)模式，某一小車出現(xiàn)故障時(shí)，可以調(diào)度其他小車至該層完成出入庫(kù)作業(yè)，可以有效地將某一小車出現(xiàn)故障所帶來(lái)的影響降至最低，保證了系統(tǒng)整體性能。

二、穿梭車換層面臨的問題

1.限位裝置的自動(dòng)開合

單層作業(yè)模式下，穿梭車軌道端頭的限位裝置為死擋?？鐚幼鳂I(yè)模式下，走行軌道靠換層提升機(jī)一側(cè)需設(shè)置為能自動(dòng)開合的活動(dòng)限位裝置。不需要換層時(shí)，活動(dòng)限位裝置能起到防止小車沖出軌道的作用；需要換層時(shí)，活動(dòng)裝置應(yīng)能自動(dòng)打開，讓出穿梭車上下?lián)Q層提升機(jī)升降臺(tái)的通道。

2.升降臺(tái)錯(cuò)位

（1）錯(cuò)位的分類

①高度錯(cuò)位：升降臺(tái)處于水平狀態(tài)，只存在y方向存在高差，導(dǎo)軌兩側(cè)高差相等，即ΔH1=ΔH2。

②x軸轉(zhuǎn)角錯(cuò)位：升降臺(tái)處于傾斜狀態(tài)，存在繞x軸的轉(zhuǎn)角αx，導(dǎo)軌兩側(cè)高差相等，ΔH1=ΔH2。

③z軸轉(zhuǎn)角錯(cuò)位：升降臺(tái)處于傾斜狀態(tài)，存在繞z軸的轉(zhuǎn)角αz，導(dǎo)軌兩側(cè)高差不同，ΔH1≠ΔH2。

對(duì)于αx、αz，規(guī)定逆時(shí)針轉(zhuǎn)角為正值，順時(shí)針轉(zhuǎn)角為負(fù)值。

錯(cuò)位說(shuō)明示意圖，如圖4。

（2）錯(cuò)位的危害

理想狀態(tài)，換層提升機(jī)升降臺(tái)應(yīng)與穿梭車走行軌道齊平，即，ΔH1=ΔH2=0，αx=αz=0°，以保證穿梭車的平穩(wěn)過渡。

穿梭車分為帶電池和不帶電池兩種。目前不帶電池的穿梭車一般采用滑觸線供電。采用滑觸線供電的穿梭車還需考慮集電臂的平穩(wěn)過渡。

以下分析為錯(cuò)位超差的極端狀態(tài)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一般處于理想狀態(tài)與極端狀態(tài)之間。ΔH1≠ΔH2時(shí)，統(tǒng)一按ΔH1<ΔH2考慮。

①ΔH1=ΔH2>0且達(dá)到一定限度，穿梭車不能走行到升降臺(tái)上；

②ΔH1=ΔH2<0且達(dá)到一定限度，穿梭車可以走行到升降臺(tái)上，但為跳臺(tái)跌落，過渡不平穩(wěn)；

③αz≠0且達(dá)到一定限度，對(duì)于滑觸線供電的穿梭車，由于集電臂不能順利過渡，不管高度錯(cuò)位多少，穿梭車不能走行到升降臺(tái)上。

（3）造成錯(cuò)位的原因

①升降臺(tái)走行輪與提升機(jī)立柱導(dǎo)軌之間存在安裝間隙。

②運(yùn)行磨損，導(dǎo)致升降臺(tái)走行輪與立柱導(dǎo)軌之間的間隙增大。

③制造、安裝過程中不可避免的誤差。

④走行軌道、升降臺(tái)加載后產(chǎn)生變形。升降臺(tái)穿梭車進(jìn)入升降臺(tái)的過程，是一個(gè)逐漸加載的過程，懸臂端頭撓度必然是個(gè)變量。

⑤一組升降臺(tái)對(duì)應(yīng)多層貨架，存在停位誤差。

三、提高換層可靠性的有效措施

換層技術(shù)的關(guān)鍵在于盡量減少高度錯(cuò)位和轉(zhuǎn)角錯(cuò)位，使得穿梭車能平穩(wěn)過渡，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。對(duì)于降低錯(cuò)位誤差，我們有以下幾個(gè)努力方向：

1.提高制造、安裝精度

提高制造、安裝精度，可有效控制系統(tǒng)初始靜態(tài)誤差，降低系統(tǒng)調(diào)試難度。

2.增加升降臺(tái)剛度

增加升降臺(tái)剛度，能減少升降臺(tái)端頭撓度，從而減少高度錯(cuò)位誤差。

3.合理選用提升機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)

采用單立柱支撐結(jié)構(gòu)的提升機(jī)，除存在高度錯(cuò)位誤差外，還同時(shí)存在x軸轉(zhuǎn)角錯(cuò)位誤差和z軸轉(zhuǎn)角錯(cuò)位誤差?？枯喥茡p后，轉(zhuǎn)角誤差還有加大的趨勢(shì)。

采用雙立柱支撐結(jié)構(gòu)的提升機(jī)，除存在高度錯(cuò)位誤差外，還存在z軸轉(zhuǎn)角錯(cuò)位誤差。

采用四立柱框架支撐結(jié)構(gòu)的提升機(jī)，升降臺(tái)運(yùn)行過程中基本能保持水平狀態(tài)，轉(zhuǎn)角錯(cuò)位誤差可以控制在較小的范圍內(nèi)，可以考慮為只有高度錯(cuò)位誤差。

停位精度方面，四立柱框架結(jié)構(gòu)提升機(jī)優(yōu)于雙立柱提升機(jī)，雙立柱提升機(jī)又優(yōu)于單立柱提升機(jī)。但實(shí)際應(yīng)用中，由于場(chǎng)地限制，物料提升機(jī)與換層提升機(jī)并列，有時(shí)會(huì)不得不選用雙立柱，甚至單立柱提升機(jī)。

4.增加軌道對(duì)接輔助裝置

通過在升降臺(tái)一側(cè)軌道端頭處增加軌道對(duì)接輔助裝置，在對(duì)接時(shí)，矯正錯(cuò)位，同時(shí)使接縫處形成臨時(shí)剛性連接。

5.穿梭車集電臂可脫離設(shè)計(jì)

此項(xiàng)主要針對(duì)不帶電池的穿梭車。如滑觸線供電穿梭車改為帶低容量電池的穿梭車，集電臂與穿梭車可脫離，以使得集電臂只在貨架區(qū)域運(yùn)行，無(wú)需和穿梭車一起過渡到換層提升機(jī)升降臺(tái)，從而減少故障環(huán)節(jié)。穿梭車帶低容量電池，還有一大好處，即解決意外掉電情況時(shí)的穿梭車停車問題。

集電臂順暢過渡要求的錯(cuò)位誤差，一般比穿梭車順暢過渡要求的錯(cuò)位誤差更為嚴(yán)苛。

6.升降臺(tái)采用同步帶傳動(dòng)

鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速和瞬時(shí)傳動(dòng)比不是常數(shù)，而同步帶傳動(dòng)具有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。因此，傳動(dòng)平穩(wěn)性及準(zhǔn)確停位方面鏈傳動(dòng)不如同步帶傳動(dòng)，換層提升機(jī)升降臺(tái)升降采用同步帶傳動(dòng)將獲得更高的停位精度及穩(wěn)定性。

7.升降臺(tái)二次停位

控制系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別升降臺(tái)停位誤差，當(dāng)誤差較大時(shí)，啟動(dòng)二次停位進(jìn)行修正。

四、結(jié)束語(yǔ)

采用提升機(jī)對(duì)穿梭車進(jìn)行的多層穿梭車系統(tǒng)，換層提升機(jī)升降臺(tái)停位后，與穿梭車走行軌道一般都有一定的高度錯(cuò)位和轉(zhuǎn)角錯(cuò)位，從而導(dǎo)致穿梭車過渡時(shí)出現(xiàn)不同程度的卡滯、跳臺(tái)現(xiàn)象；對(duì)于采用滑觸線供電模式的穿梭車，還存在集電臂在軌道對(duì)接處過渡不暢的情況。換層技術(shù)的關(guān)鍵在于盡量減少高度錯(cuò)位和轉(zhuǎn)角錯(cuò)位，使得穿梭車能平穩(wěn)過渡，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

錯(cuò)位通常是由多個(gè)因素綜合導(dǎo)致的?？梢酝ㄟ^提高制造、安裝精度，增加升降臺(tái)剛度，合理選用提升機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)，增加軌道對(duì)接輔助裝置，穿梭車集電臂可脫離設(shè)計(jì)，升降臺(tái)二次停位等方式減少錯(cuò)位誤差。其中，提高制造安裝精度、合理選用提升機(jī)支撐結(jié)構(gòu)往往受經(jīng)濟(jì)性、制造水平、場(chǎng)地限制等因素制約；增加軌道對(duì)接輔助裝置，穿梭車集電臂可脫離設(shè)計(jì)，升降臺(tái)二次停位成為成本增加不大卻行之有效的措施，值得進(jìn)一步探究及推廣使用。