穿梭车在自动化物流系统中的应用

来源:用户上传      作者: 许剑梅　楼冬梅　王洁芳　袁　皓

　　摘要：穿梭车在自动化物流系统中的应用日益广泛，针对国内外穿梭车的设计及实际运用，本文着重介绍往复式、环行、单轨、双轨、转轨等穿梭车的结构形式及应用特点。
　　关键词：穿梭车、往复式、环行、单轨、双轨、转轨
　　
　　近年来，自动化物流系统在烟草、机电、医药、食品、军队等领域的应用日益广泛，相关物流装备趋于多元化，其技术性能和水平不断提高。在自动化物流系统中，物料输送主要采用链式、辊道、带式输送机等通用设备，一般均固定在地面上。将上述设备装上走行轮，沿固定路径移动，就成为穿梭车。穿梭车具有动态移栽的特点，能使物料在不同工位之间的传送及输送线布局更加紧凑、简捷，从而提高物料的输送效率。因此，穿梭车在自动化物流系统中应用较为普遍。
　　一般来说，沿固定轨道行走的输送设备称为穿梭车(RGV)，无轨的称为自动导引车(AGV)，在空中输送的称为悬挂小车(EMS)。从轨道形式上，穿梭车可分为往复式直行穿梭车和环行穿梭车，环行穿梭车能在同一轨道上运行多辆车体，可大大提高搬运能力，是穿梭车的发展趋势。目前，国内穿梭车的速度一般为120～200m/min，在国外机场行李分拣系统中，采用无接触能量传输技术的穿梭车最高走行速度可达600m/min。
　　
　　往复直行穿梭车
　　
　　往复直行穿梭车是一种用于自动化物流系统中的智能型轨道导引搬运设备。在电控系统控制下，通过编码器、激光测距等认址方式精确定位于各个输入、输出工位，接受物料后进行往复穿梭运输，主要应用于自动化物流系统中单元物料高速、高效的平面自动输送，具有高度的自动化和灵活性。
　　
　　1、结构组成
　　往复直行穿梭车主要由车体系统、输送装置、认址装置、导轨系统、报警装置、电气装置等组成。
　　(1)车体系统
　　车体系统主要由车架体、行走驱动装置、装饰罩组成。车架体是承载其他部件的主体，主要由型钢焊接而成。行走驱动装置主要由传动轴、驱动轮及电机等组成。行走驱动装置的走行轮采用高科技聚氯酯材料，既提高了轮子耐磨性，又大大减少了轮子与走行轮问的摩擦力，这样可以延长轮子的使用寿命。此外，车体可根据总体工艺流量需要设计成双车体，以适应双工位的需求，可提高总体输送能力。
　　(2)输送装置
　　输送装置是物料输送部分，安装于车体上，框架采用钢结构。根据物料的形式，可选择辊道输送、链式输送、皮带输送等输送形式，同时可根据总体工艺流量需要设计成双输送装置，以适应双工位输送的需求，可大大提高总体输送能力。
　　(3)认址装置
　　认址装置是穿梭车出入库站台的定位信号装置。认址装置有链条式、同步带式、摩擦轮式编码认址，以及激光认址、条码认址等多种方式，根据不同的电控模式进行选择。认址装置的精确性和可靠性直接影响穿梭车的定位精度及运行的平稳性，因此要根据设备的运行能力要求及投资成本选择不同的认址方式。
　　(4)导轨系统
　　导轨系统由导轨部分和停止器组成，是承载穿梭车的基础和行走的导向。导轨有外购轻型钢轨、专用铝型材导轨两种形式。两种轨道都配置停止器，包括缓冲器和支架等，安装在轨道两端，防止穿梭车在意外情况下冲出轨道。轨道类型根据设备的运行能力要求及投资成本进行选择。
　　(5)电气装置
　　电气装置由PLC、变频驱动器、光电开关、编码器、条码识别器等组成。不同的走行速度配置不同的电控模式，目前较为通用的行走速度为180m/min的往复式穿梭车其电控模式采用的是速度及位移双闭环控制。供电模式主要有柔性拖缆供电、滑触线供电、无接触供电三种模式。
　　2，技术参数
　　物料输送速度：车载输送机输送速度为12～24m/min，穿梭车走行速度为120～250m/min；
　　定位精度：±3mm；
　　最大载重量：1200kg。
　　
　　3、应用特点
　　进行物流系统总体方案设计时，要从整个系统的能力指标、功能要求、总体布局出发。在选型时，首先要提供系统要求处理的流量、路线布局图，经能力仿真和计算后，才能确定采用的模式。比如，根据能力不同，在相同的速度、控制模式下可选单工位往复式直行穿梭车、双工位往复式直行穿梭车、一轨双车双工位往复式穿梭车；此外，物料大小、形状也比较重要，决定了移载、输送的形式。
　　
　　单轨环形穿梭车
　　
　　单轨环行穿梭车系统是为适应现代化物流系统的快速发展而开发的智能型单轨道导引搬运设备。在电控系统控制下，通过编码器或条码认址精确定位于各个输入、输出工位，接受物料后进行环形单向运输。
　　
　　1、结构组成
　　单轨环行穿梭车主要由机械和电气两大部分组成，机械部分由穿梭车、单轨轨道系统和维修车等组成，电气部分由单机控制系统、轨道电源供给系统和计算机调度管理系统组成。
　　(1)单机结构
　　行走装置用于实现穿梭车在单轨上直行或转弯走行，由前驱动部件(含行走行轮和电机)、后驱动部件(含行走行轮和电机)、2个万向轮、2组限位导向轮等组成。该装置是本机的关键技术部分，前后驱动装置与输送装置之间用可旋转的连接件连接，在转弯时保证可靠、平稳、连续。万向轮为两组，分别装于车体另一侧的地上行走部分，并与其上的立柱固定连接，万向轮与地面接触。
　　输送装置由链条、链轮、左右框梁和输送减速电机组成，采用导向辊子导向，导向可靠。
　　单轨环行穿梭车的走行轮同样采用聚氨酯材料。
　　(2)单轨轨道系统
　　利用导向轮在轨道上导向，穿梭车就沿着轨道运行。轨道采用专用铝型材，直线度好、承载能力高，还可用于安装电器各类辅件。轨道分为直行段和转弯段两种轨道，其中直行段采用分段设计，以便于安装，转弯段最小转弯半径为800mm。
　　(3)维修车
　　在某一台穿梭车发生故障时，故障穿梭车可离开主线，整个系统并不停止运行，其他穿梭车仍然继续工作。如果维修车不在主线上，互锁装置将启动，使其他穿梭车停下来，需要维修的穿梭车可安全地移载到拆装轨道上。
　　(4)电气部分
　　①单机控制系统
　　输送和走行均采用变频控制缓起缓停，以缓和对搬运货物的冲击，防止货物在搬运过程中溃散；与各站台的接口处设有输送过渡装置，使输送过渡平稳，防止货物在搬运过程中溃散。
　　②编码器认址方式定位
　　编码器使速度控制及停止位置控制简单化。采用认址控制后，系统的可维护性得到很大的改善，在系统中增加小车及站台数量也非常简单。
　　③走行装置
　　变频器控制小车的加速或减速，以避免货物从小车上掉落，使用内部微处理器实现了最优化

速度控制(加速及减速)和排队方式起停。
　　④轨道电源供给系统
　　供电方式采用安全滑触线或无接触能量传输方式。
　　⑤轨道通讯系统
　　基于Profibus的轨道通讯系统可实时显示每辆穿梭车的运行状态(装货/卸货、穿梭车的位置)，针对每辆穿梭车发来的搬运请求给予最优化的任务分配，运行可靠，信号不易丢失。
　　⑥计算机调度管理系统
　　采用Microsoft Visual Basic开发的调度管理系统，任务分配更合理、更优化。
　　⑦可用遥控器模式操作
　　当使用遥控器将穿梭车切换到本地模式后，穿梭车不再受上位计算机控制。此时，只能使用遥控器操作穿梭车的动作。在此状态下，穿梭车可完成多段速前进、后退、送货和取货操作。
　　
　　2、技术参数
　　物料输送速度：车载链式输送机的输送速度为12～24m/min，穿梭车走行速度为120～250m/min；
　　定位精度：±5mm；
　　最大载重量：1200kg；
　　最小转弯半径：800mm。
　　
　　3、应用特点
　　在系统处理能力为100～200次/小时、输送路线不在一条直线、输送物料需要排序且转送站台较多的情况下，一般采用单轨环形穿梭车来进行系统总体平面布局。该系统原则上可替代直行穿梭车，可实现单轨双向运行。
　　
　　转轨穿梭车
　　
　　转轨穿梭车是一种新型的双轨物料搬运小车，在电控系统的控制下，可以完成在T形(或Y形)岔道的曲线路径上往返运动，以实现物料搬运功能。针对不同的物料，可以配置不同形式的输送装置，以满足输送要求。
　　
　　1、结构组成
　　转轨穿梭车系统由多台转轨穿梭车以及轨道系统、电控和调度系统等组成。
　　(1)单机结构
　　转向机构：是转轨穿梭车的关键部件，由一个减速电机驱动一套连杆结构，进而带动位于连杆机构末端的活动导向轮运动。当需要通过岔道时，需要转向的一侧活动导向轮向外摆动，摆动到位后，与内侧对应的导向轮一起，夹持住轨道上的导向板，从而引导车体向相应的方向转向行走。
　　驱动装置：转轨穿梭车的行走驱动采用双电机驱动。双电机采用主从模式控制，在直道行走时作速度同步跟踪，弯道行走时作速度差速匹配，保证直行时两个驱动轮速度一致和弯道行走时车轮速度与车轮转弯半径的关系。
　　输送装置：用于实现物料的输入与输出。根据输送物料的不同，移载装置可采用链式、辊道式等形式。
　　(2)轨道系统
　　转轨穿梭车的轨道采用通用型钢和钢板组焊而成，成本低，结构简单，承载能力高。轨道分为直行段、左转弯段、右转弯段、左岔道段、右岔道段5种形式，其中直行段采用分段设计。以便于制造和安装，设计时根据总体工艺流程可设计成环形或L形。
　　(3)电控和调度系统
　　采用双电机驱动模式，双电机采用主从配置，通过独特的“数字锁”技术，实现速度跟随、力矩跟随和速度限幅，从而保证两个电机在不同行走状态下的速度匹配。
　　转轨穿梭车系统带有两套通讯系统，一是由中控调度管理系统通过Ethernet无线以太网向穿梭车的调度管理系统发布指令，二是由线控系统通过Profinet总线向穿梭车的调度管理系统发布指令。
　　供电采用无接触能量传输供电方式，布线简单，对环境的适应性强，免维护。
　　转轨穿梭车的行走位置检测采用条码定位系统实现，定位精度高，并且保证了曲线轨道上的位置检测。
　　
　　2、技术参数
　　物料输送速度：车载链式输送机的输送速度为12～24m/min，穿梭车走行速度为120～250m/min：
　　定位精度：±5mm；
　　最大载重量：1200kg；
　　行走车轮间距(轨道间距)：1100mm；
　　前后车轮轴间距：1100mm；
　　内侧轨道弯曲中心半径：1500mm；
　　外侧轨道弯曲中心半径：2600mm；
　　中心弯曲半径：2050mm。
　　
　　3、应用特点
　　在系统功能上，转轨穿梭车系统实现了往复式穿梭车和单轨环形穿梭车搬运系统的全部功能。包括直行、转弯、分岔行走和搬运。在岔道处需要改变行走方向时，由穿梭车自己根据转向要求，通过转向机构实现行走方向的改变，从而实现设备自主换轨转向。与采用地面换轨装置进行对比，转轨穿梭车的轨道系统不采用扳道机构或换轨机构，而是采取单车独立控制，自主选择路线执行上位系统下发的任务，具有较高的效率。
　　在不同行业的自动化物流系统中，根据总体工艺及能力的要求，当系统处理能力高于200次/小时且转送站台较多的情况下，采用单轨环形穿梭车会使得调度系统难度增加，并且小车的交通堵塞会非常严重，造成整个系统能力下降。若采用AGV系统或EMS系统，则整个系统的资金投入会骤增。此时可采用转轨穿梭车系统，它适用于自动化物流系统处理能力高且成本较低的情况。
　　基于以上几种常用类型的穿梭车在自动化物流系统中应用的特点，针对不同的自动化物流系统的能力需求和应用条件，用户可选择经济、适用、先进、可靠的穿梭车系统。

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