余殿兵

摘 要：文章以巨石集團美國的牛腿式自動化立體庫物流設(shè)備貨架的設(shè)計為例，對項目的大致情況進行了概述，分析了項目設(shè)計過程中面臨的技術(shù)難點以及交期的限制對設(shè)計造成的重要影響。闡述了當(dāng)前常見的牛腿式貨架（又名貫通式貨架）的工作原理與技術(shù)特點，提出了針對項目的設(shè)計難點我們采取的管理措施與技術(shù)措施，最終經(jīng)過理論分析與實際測試發(fā)現(xiàn)其運用效果良好，籠狀貨物牛腿式貨架投入使用后，贏得客戶的認可，為我們設(shè)計非標準部件帶來了寶貴的設(shè)計經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：牛腿式貨架；貨架底部設(shè)計；籠狀貨物；非標準貨架設(shè)計

中圖分類號：TH692.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）19-0106-03

Abstract： Taking the design of the logistics equipment shelf in automatic three-dimensional warehouse of Jushi Group Co.， Ltd. in the United States as an example， this paper summarizes the general situation of the project. The technical difficulties in the process of project design and the important influence of delivery time on the design are analyzed. This paper expounds the working principle and technical characteristics of the common cow leg shelf（also known as through shelf）， and puts forward the management and technical measures we take in view of the difficulties in the design of the project. Finally， through theoretical analysis and practical testing， it is found that the application effect is good. After the cow leg shelf of cage goods is put into use， it has won the recognition of customers and brought valuable design experience for us to design non-standard parts.

Keywords： cow leg shelf； shelf bottom design； cage goods； non-standard shelf design

引言

貨架是指用于存放成件物品的架子。在現(xiàn)代化社會中，為了使得倉庫的存儲效率得到提高，貨架作為其中發(fā)揮關(guān)鍵作用的工具，催生了現(xiàn)代化貨架行業(yè)，并且隨著時代的不斷進步和發(fā)展，其市場也日益增大。隨著全球化的進程，大量的外資企業(yè)帶著其區(qū)別于傳統(tǒng)形式的新型管理理念和技術(shù)涌進我國沿江地區(qū)，使得當(dāng)?shù)馗黜棸l(fā)展水平都得到很大程度的提高[1-2]。在此時代背景之下，眾多企業(yè)也開始不斷追求更大的經(jīng)濟效率，致力于實現(xiàn)增產(chǎn)和擴容的目標，因此，如何使得倉庫運作更為專業(yè)化和高效化也就成為了企業(yè)關(guān)注的重點。與此同時，貨架自動化立體倉庫的出現(xiàn)，則是與當(dāng)下時代的發(fā)展進程相適應(yīng)的?，F(xiàn)代化的大生產(chǎn)對于工業(yè)生產(chǎn)社會化、集中化的要求不斷提升，而它能夠達到實現(xiàn)倉庫高層更為合理化、操作更為簡便化的目的?？傮w而言，在現(xiàn)代社會中，立體倉庫技術(shù)代表了在該領(lǐng)域上較高的發(fā)展水平，能夠保證貨物在整個倉儲過程中較好地運行。

1 項目概況

2018年1月，我司承接了巨石集團美國的牛腿式自動化立體庫，我司主要負責(zé)立庫的物流設(shè)備貨架的設(shè)計、制造、安裝事宜。本項目是我司在美國的第二個項目，我司對處理施工地點在美國的項目已經(jīng)有了很多經(jīng)驗。

該項目的難點有二，其一為存放的產(chǎn)品較為特殊，與我們常規(guī)存放的產(chǎn)品具有較大的差異，由于存放的產(chǎn)品的特殊要求的緣故，使得貨架的設(shè)計與常規(guī)貨架的設(shè)計也存在極大差異。其二在于設(shè)計日期受限，項目為出口項目，同時客戶確認合同的時間過晚，預(yù)留給我方的時間是原計劃的二分之一，設(shè)計日期過于緊迫的緣故，外加對設(shè)計的特殊要求導(dǎo)致設(shè)計壓力極大。

2 牛腿式貨架的特點

牛腿式貨架也叫做貫通式貨架，因其主要靠牛腿受力保證貨架的穩(wěn)定性而取名牛腿式貨架。牛腿式貨架的框架由立柱、頂梁、拉桿（水平拉桿、斜拉桿、頂交叉拉桿）組成，框架搭好以后，將牛腿安裝在每根立柱上，然后將載重梁按深度方向裝在牛腿上，使貨物平穩(wěn)地存放在牛腿及載重梁上。另外，牛腿讓載重梁緊密挨著立柱并與其連接，貨物架在載重梁上，等于中間無障礙，叉車或穿梭車才得以順利進入貨架內(nèi)部進行工作，并且也正是由于牛腿作用，使其實現(xiàn)高密度存儲。

牛腿式貨架具有工作效率高，大大減少工作時間；安全性好，減少貨架碰撞；作業(yè)方式靈活；貨物的存取可以先進先出和先進后出；高密度儲存，倉庫利用率比橫梁式貨架系統(tǒng)高30%等諸多優(yōu)勢。除了靠近通道的貨位之外，考慮到平衡重及前移式叉車還有要進入到牛腿式貨架內(nèi)部對貨物進行存取的需求，為了避免占用過多通道，對其他工作造成影響，使其運作過程更為順利且高效，通常在單面取貨時會建議不超過8個貨位深度。并且，牛腿式貨架作為常用的貨架形式之一，還可以根據(jù)實際的情況進行調(diào)整，在存取貨物時選擇符合現(xiàn)實需要的配置導(dǎo)向軌道，能夠合理有效地進行貨存控制并實現(xiàn)系統(tǒng)的整理優(yōu)化，并采取先存后取、后存先取的方式從貨架同一側(cè)進出，大大提高了單位面積的倉庫利用率，從而使得其存取水平更為專業(yè)且高效[5]。

3 設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

3.1 選取牛腿式貨架

存儲物是卷料化纖品，考慮到存儲物的產(chǎn)品特點，采用籠架存取并運輸產(chǎn)品，出于方便運輸?shù)目紤]，將萬向籠加裝于籠架底部。考慮到籠架的存取與存放過程中，如果使用了普通的橫梁式貨架，將出現(xiàn)橫梁與籠架相互干涉的情況而無法進行存放，見圖1；因此采用牛腿式貨架存放存儲物以便于存取，牛腿式貨架的正立面與側(cè)立面見圖2與圖3。

圖1 橫梁式存取方式（輪子與橫梁已干涉）

3.2 設(shè)計方案比選

目標產(chǎn)品較為特殊，因此存放過程中該如何妥善處理產(chǎn)品的存放問題是技術(shù)上的最大難題。以往的類似貨架常均采用托盤進行產(chǎn)品的存放，產(chǎn)品與貨架之間為面接觸，其受力為均勻分布的載荷，發(fā)生變形時也是有規(guī)律可循的，并未發(fā)生過局部變形的情況，但是本次設(shè)計的牛腿式貨架是用于存放籠狀物的，籠狀物與底部貨架的接觸方式為點接觸，而點接觸與面接觸相比，其底部支撐的承載力顯著上升，因此設(shè)計不合理將導(dǎo)致發(fā)生承載梁局部變形，還會導(dǎo)致其穩(wěn)定性被破壞，導(dǎo)致貨架的使用效果受到嚴重影響。

為了解決這一問題，分析強度計算公式可以發(fā)現(xiàn)，使承載物的截面積加大可有效提高強度，因此解決這一問題的關(guān)鍵將在于如何增加截面積。為此提出諸多設(shè)計方案，經(jīng)過比選后最終得出設(shè)計方案一共兩個：第一個是增加底板以對強度的不足發(fā)揮彌補作用，主要是改變承載物的材質(zhì)與強度，這個設(shè)計方案的優(yōu)勢在于能有效彌補強度不足的缺陷，但是這個設(shè)計方案的缺點在于增加厚度也就意味著整體用鋼量上升，而鋼材的運輸、安裝等都需要相應(yīng)的費用，將會導(dǎo)致費用上升。第二個方案則是將更換掉承載物的結(jié)構(gòu)，這個技術(shù)方案與第二個技術(shù)方案相比能有效減少鋼材的使用量，預(yù)計可減少用鋼量30%，對控制運輸、安裝成本均具有重要作用，但缺陷在于這種技術(shù)方案的屬于非標準結(jié)構(gòu)，因此更換結(jié)構(gòu)的過程中需要認真核算承載性能。經(jīng)過認真比選后，最終決定選取第二種技術(shù)方案。

4 異型截面扭曲風(fēng)險測試

選取第二種技術(shù)方案后，由于其結(jié)構(gòu)為非標準結(jié)構(gòu)的緣故而需要仔細核算承載性能，異型截面容易發(fā)生扭曲，因此需要避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，將各項指標帶入結(jié)構(gòu)計算公式后進行計算，最終發(fā)現(xiàn)理論核算的強度完全滿足要求。

為了確保即使在異常情況下，籠架也不至于脫落，將載重梁設(shè)置于牛腿之間，從而為安全性提供保障，載重梁發(fā)揮著構(gòu)造作用與載貨的作用，見圖4。

對載重梁的強度進行驗算，確認其符合要求才能投入使用，根據(jù)相關(guān)設(shè)備的要求，載重量均載變形下，撓度應(yīng)≤10mm。

總體信息為：自動計算梁自重，其自重放大系數(shù)為1.20。材性為Q235冷彎型鋼，質(zhì)量密度ρ=7850kg/m3；泊松比ν=0.30；彈性模量E=206000MPa；剪變模量G=79000MPa；線膨脹系數(shù)α=12×10-6/°c；屈服強度fy=235MPa；抗剪強度設(shè)計值fv=125MPa；抗拉、壓、彎強度設(shè)計值f=215MPa。載重梁的截面參數(shù)是，截面的上下不對稱，截面面積A=353mm2；自重W=0.027kN/m；面積矩S=4954mm3；抗彎慣性矩I=353923mm4；抗彎模量W=12628（上邊緣）/5711（下邊緣）mm3；塑性發(fā)展系數(shù)γ=1.05（上邊緣）/1.05（下邊緣）。載荷信息為活荷載均布均布荷載，5.75kN/m，荷載分布：滿布。單元驗算結(jié)果：內(nèi)力范圍為彎矩設(shè)計值-0.73～0.00kN·m；剪力設(shè)計值-3.44～3.44kN；最大撓度為0.54mm，最大撓跨比1/1577。強度應(yīng)力為：最大剪應(yīng)力τ=Vmax*S/I/tw=3.44*4954/353923/2.0*1000=24.1MPa≤fv=125MPa滿足要求；上邊緣最大正應(yīng)力σ上=Mmax/γ上/W上=0.73/1.05/12628*1e6=55.1MPa≤f=215MPa滿足要求。下邊緣最大正應(yīng)力σ下=Mmax/γ下/W下=0.73/1.05/5711*1e6=121.8MPa≤f=215MPa滿足要求。穩(wěn)定應(yīng)力為：整體穩(wěn)定系數(shù)φb=0.80；最大壓應(yīng)力σ=Mmax/φb/W=0.73/0.80/12628*1e6=72.3MPa≤f=215MPa滿足要求。驗算結(jié)論為滿足要求。

但是為了確保計算結(jié)果的準確性，我們還是進行了實際測試，對強度進行測試以確認其足以滿足要求。經(jīng)過兩次測試后，承載物的強度已經(jīng)與客戶要求相符合。

5 結(jié)束語

籠狀貨物牛腿式貨架經(jīng)過精心設(shè)計，設(shè)計方案經(jīng)過檢驗之后發(fā)現(xiàn)完全滿足客戶的需求，項目建設(shè)完畢后，其運用效果理想，取得客戶的好評?；\狀貨物牛腿式貨架的成功設(shè)計案例，也為我們設(shè)計非標準部件帶來了寶貴的設(shè)計經(jīng)驗，當(dāng)以后再次出現(xiàn)這種非標準貨架設(shè)計時，我們將更加游刃有余，相信一定會取得更理想的成績。

參考文獻：

[1]郭海峰.全鍍鋅貨架開孔腐蝕特性及梁柱節(jié)點力學(xué)性能研究[D].東南大學(xué)，2017.

[2]李翔.高密度敏捷存儲分揀系統(tǒng)初始貨道分配與入庫計劃優(yōu)化研究[D].山東大學(xué)，2017.

[3]穆曉強.基于改進的單元貨格式立體倉庫調(diào)度優(yōu)化研究[D].昆明理工大學(xué)，2017.

[4]高海珍.重型駛?cè)胧截浖茉O(shè)計及穩(wěn)定性研究[D].天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，2016.

[5]李樂，曾德貴.貫通式貨架系統(tǒng)和Fishbone布局方法結(jié)合的物流倉庫布局優(yōu)化[J].物流技術(shù)，2015，34（03）：201-204.