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立体仓库巷道式堆垛机设计立体仓库巷道式堆垛机是一种专用于高层货架仓库中存取货物的自动化设备，广泛应用于物流、仓储、制造等行业。该设备沿巷道轨道运行，具备水平行走、垂直升降和货叉伸缩三大功能，能够精准、高效地完成货物的自动存取作业。
堆垛机主要由金属结构框架、行走机构、升降机构、货叉装置、控制系统及安全保护装置等组成。其运行由PLC或计算机系统控制，可与仓库管理系统（WMS）无缝对接，实现仓储作业的智能化与信息化。堆垛机具有运行稳定、定位精度高、作业效率高、节省人力等优点，适用于密集存储和高频次出入库的仓储环境。
随着智能制造和自动化技术的发展恒智实业公司综合楼工程施工方案，巷道式堆垛机正朝着高速化、智能化、柔性化方向发展，成为现代立体仓库中不可或缺的核心设备。
目前，钢丝绳提升式施工升降机安全防坠器按制动形式不同，大致分为滑楔式、偏心轮式及销式三类。
2.6.1滑楔式安全防坠器
滑楔式安全防坠器结构示意图如图2.9所示，它主要由动滑楔、定滑楔及控制系统组成。其制动原理为：当控制机构将动滑楔向上推动时，动滑楔相对定滑楔产生水平位移，动滑楔与导轨接触后产生摩擦力，摩擦力阻滞动滑楔随吊笼一起下滑，而此时动滑楔与定滑楔相对水平位移继续增大，导致动滑楔与导轨摩擦力也继续增大，直至制动为止。
这类安全防坠器制动快捷迅速，平稳冲击小，但对动滑楔的制作精度、导轨的直线度和平整度要求较高。
1.滑轨 2.动滑楔 3.定滑楔 4.控制机构
图2.9滑楔式安全防坠器
2.6.2偏心轮式安全防坠器
1.滑轮 2.滑轮架 3.向滑轮 4.钢丝绳 5.偏心轮 6.导轨 7.弹簧
图2.10偏心轮式安全防坠器
偏心轮式安全防坠器结构如图2.10所示，它的制动机构由偏心轮机构组成，其制动原理为：当控制机构将偏心轮向上旋转后，偏心轮与滑轨接触，产生摩擦，随着吊笼继续下滑，偏心轮继续旋转，由于偏心的原因，偏心轮对导轨的正压力增大，摩擦力也继续增大，直至制动为止。这类安全防坠器的制动迅速平稳，但对偏心轮制作精度、滑轨的直线度和平整度要求较高，加工难度大。
2.6.3销式安全防坠器
销式安全防坠器机构如图2.11所示，它的制动器由销机构组成，其制动原理为：当控制机构将销弹出后，根部卡在吊笼横梁上，端部卡在塔身横杆上而制动。这类安全防坠装置制动时间短，结构简单，比较经济实用。但销对塔身横杆由于消耗重力功和惯性动能而产生很大冲击，故要求滑销、吊笼横梁和塔身的强度较高。
1.滑轮 2.滑轮架 3.导向滑轮 4.钢丝绳 5.弹簧 6.吊笼横梁 7.卡销 8.塔身横杆
图2.11销式安全防坠器
2.6.4技术指标要求
制动时间与制动距离是安全防坠器最为重要的性能指标，根据《施工升降机规范》，设定具体的设计指标参数为：
制动时间：t≤0.5；
制动距离：S≤0.1。
在满足以上两个设计指标的同时，应尽量提高安全防坠器的可靠性。同时，还应该考虑到如何简化机构，使其便于安装调试。
2.6.5安全防坠器总体方案的制定
通过对现有制动形式的研究与分析，这里安全防坠器采用了瞬时式楔块制动。该安全防坠器主要由驱动机构、传动机构和制动机构三部分组成。
1．驱动机构 驱动机构是当提升钢丝绳断裂时安全防坠器动作的动力源。它的形式有电动、液压、气动，还可以采用弹簧、人工控制形式。对于驱动机构的设计，应尽量使其结构简单、动作灵敏，并根据实际情况合理地选用驱动形式。这里采用弹簧作为安全防坠器的驱动机构；
2．传动机构 传动机构的作用是实现由发动机构到制动机构之间运动的传递，其形式有很多种，这里设计的传动机构主要由连杆构成，这是因为连杆机构具有传动准确、工作灵活可靠，便于安装调试的优点；
3．制动机构 制动机构的作用是当升降机发生故障时，在驱动机构的带动下完成对载货台的制动，安全防坠器制动机构形式的选择取决于提升设备的形式和布置方式以及轨道的形式。轨道一般分为软性轨道和刚性轨道，软性轨道主要是钢丝绳。升降机采用钢丝绳提升载货台，轨道采用刚性轨道，材料为冷拉钢板。由于导轨表面的光滑度，以及导轨与塔身之间的连接板都会影响载货台的上下运动，因此为了防止载货台在上下运动过程中出现被卡、搁的情况，将制动楔块做成非封闭的形式。采用双向制动机构，该机构有两个相对的动滑楔，布置在导轨两侧，两个动滑楔由导轨两侧等距抱紧。动滑楔与导轨表面相接触，具有承载能力大，制动准确，工作可靠的优点。
1．滚轮 2．动滑楔 3．垫铁 4．U型螺栓 5．拉臂支架 6．拉臂
7．活动板 8．立柱面 9．弹簧 10．拉杆 11．提升滑轮
图2.12 载货台断绳保护装置工作原理示意图
货叉机构是有轨巷道堆垛机主要工作机构，货叉机构安装在载货台上，能够双向伸出，以便向货格存取货物。货叉机构主要有上叉、中叉、下叉、叉轨、导向轮组和链传动机构等零部件组成。由于要求在设计货叉时，其本身的长度要小于堆垛机运行巷道的宽度，以防止小型有轨巷道堆垛机在运行过程中与巷道两边的货架发生碰撞；在货叉进行存取货物时，货叉的行程又要远远大于巷道的宽度，来完成货物的存取。因此，货叉在结构上设计成行程倍增结构，来满足货叉功能要求。通常行程倍增结构采用三级直线差动式货叉机构，传动方式采用齿轮齿条式或链轮链条式。图2.13是齿轮齿条式传动的货叉机构的结构图。
这种结构的货叉工作原理是电机驱动齿轮旋转，通过齿轮齿条啮合传动驱动中叉运动，安装在上叉上的链轮链条机构在中叉的驱动下，推动上叉运动。由于安装在上叉上链轮链条机构相当于一组动滑轮机构，实现了行程和速度的倍增。
图2.13 齿轮齿条式传动的货叉机构的结构示意图
3 有轨巷道堆垛机基型产品设计
目前，在设计堆垛机的立柱时，主要是依据德国工业标准（DIN15350—1992）中的巷道堆垛机钢结构计算规范，采用此规范中的经验公式来计算、校核。结合规范的说明和厂家产品的特点，在计算和校核堆垛机立柱强度和刚度的时候，可以根据下面三个公式来计算。图3.1是堆垛机受力结构简图。
图3.1 堆垛机受力结构简图
起升装置的质量()：
行走电机的质量()：
司机室和断绳保护装置的质量()：
堆垛机的整机高度()：
载货台下边到上横梁的距离()：
两行走轮的之间的间距()：
货叉、货物重心到导轨中心线的间距（）：
司机室和断绳保护装置重心到导轨中心线的间距()：
载货台到导轨中心线的间距()：
立柱的刚度是以载货台满载位于立柱最高位置时，顶端在巷道纵向平面内的挠度来表征。设计挠度应小于许用值，即≤[]， （为立柱高度）。当载货台升至立柱最高位置时，各种载荷位置及结构尺寸如图3.1所示。载货台通过一对滚轮作用在升降导轨上的力为：
(3.1)
可以认为，立柱在距顶端截面上受力矩的作用，即
(3.2)
立柱在力矩作用下，端部产生的水平位移主要由三部分组成：
在作用下，立柱端部的水平位移；
在作用下，下滚轮处截面转角引起的顶部水平位移=；
下横梁和立柱联接处截面转角引起的立柱顶部水平位移=；
由外载荷弯矩图[]和单位载荷弯矩图[] 进行图乘得：
==1.35 (3.3)
式中 ——立柱截面垂直纵向平面轴的惯性矩，=22400
——下横梁截面垂直纵向平面轴的惯性矩，=11600
——材料弹性模量，=2.1×1011
图中 ——立柱顶部水平位移的单位力
——立柱截面转角的单位力偶
（2）的计算（图3.2）
图3.2 堆垛机计算简图
由[]和单位载荷弯矩图[]进行图乘得：
= (3.4)
而≈≈=0.32 (3.5)
图3.3 下横梁计算简图
为求，单独取下横梁为研究对象，其计算简图如图3.3，图中为下横梁支承的上部总重量。可用下式表示：
(3.6)
由外载荷弯矩图[]和单位载荷弯矩图[]图乘可得立柱和下横梁联接面转角：
= (3.7)
而 = (3.8)
立柱一般位于下横梁跨中附近，即≈，加之下横梁的截面设计总尽量避免出现明显的下挠，所以由下横梁变形引起的挠度f2常忽略不计。
载货台升至最高位置时，立柱顶部总挠度可按下式计算：
(3.9)
行走机构模块主要包括主动行走轮组、被动行走轮组、下横梁和缓冲器；基本功能是以一定的速度安全可靠地完成物料在水平方向上的运动。主动行走轮组和被动行走轮组结构基本相同，因此，主要对主动行走轮模块进行设计。
3.2.1主动行走轮直径的确定
为了选择行走轮，应考虑以下因素以确定其直径：(1)行走轮上的载荷；(2)制造行走轮的金属材料；(3)轨道形式；(4)行走轮转速；(5)机构工作级别。
行走轮直径主要根据疲劳计算轮压选取，其计算公式为
(3.10)
式中 ——疲劳计算轮压()；
——堆垛机正常工作时行走轮的最大轮压()；
二期工程外脚手架施工方案——堆垛机正常工作时行走轮的最小轮压()；
——行走轮许用轮压()。
表3.1 由车轮转速决定的转速系数值
表3.2 由工作级别决定的的值
表3.3 由材料抗拉强度决定的值
注：（1）钢制车轮一般应经热处理湖南省中小学校建设指南（湖南省住建厅 教育厅2018年5月），在确定许用的值时，仍取材料未经热处理时的。