立体仓库系统规划与设计,自动化立体仓库详细设计方案

1

自动化立体仓库简介...............................................................................................................2 2 立体仓库系统规划...................................................................................................................9

2.1 设计的技术参数...........................................................................................................9 2.2 仓库库存量及存储空间规划.......................................................................................9

2.2.1 仓库的库存量...................................................................................................9 2.2.2 存储空间规划...................................................................................................9 2.3 托盘及货格尺寸设计.................................................................................................10

2.3.1 托盘尺寸设计.................................................................................................10 2.3.2 货格尺寸设计................................................................................................. 11

3 静态设计.................................................................................................................................15

3.1 货架总体尺寸设计.....................................................................................................15 3.2 堆垛机叉车作业方案.................................................................................................17 3.3 堆垛机转轨与不转轨选择.........................................................................................17 3.4 堆垛机参数设计.........................................................................................................18

3.4.1 重量和载荷参数.............................................................................................19 3.4.2 速度参数.........................................................................................................19 3.5 堆垛机作业周期.........................................................................................................20

3.5.1 平均单作业周期.............................................................................................20 3.5.2 平均复合作业周期.........................................................................................20 3.6 仓库效率校核...................................................................................................................21 4 动态设计.................................................................................................................................22 5 输送系统设计.........................................................................................................................23

5.1 输送机速度参数设计.................................................................................................23 5.2 输送机尺寸参数设计.................................................................................................24

5.2.1 辊子长度.........................................................................................................24 5.2.2 辊子间距.........................................................................................................24 5.2.3 辊子直径.........................................................................................................24 5.3 输送单元选型.............................................................................................................25 6 小结与体会.............................................................................................................................25 参考文献.........................................................................................................................................26

》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《

1 立体仓库简介

自动化立体仓库的出现是物流技术的一个划时代的革新。它不仅彻底改变了仓储行业劳动密集、效率低下的落后面貌，而且大大拓展了仓储功能，使之从单纯的保管型向综合的流通型方向进展。自动化立体仓库是用高层货架储存货物，以巷道堆垛起重机存取货物，并通过四周的装卸搬运设备，自动进行出入库存取作业的仓库。

自动化立体仓储具有普通仓库无可比拟的优越性。首先是节约空间、节约劳力。据国际仓库自动化会议资料：以库存11000托盘、月吞吐10000托盘的冷库为例，自动化立体仓库与普通仓库比较情况为：用地面积为13%、工作人员为21.9%、吞吐成本为55.7%、总投资为63.3%。立体仓库的单位面积储存量为普通仓库的4-7倍。其次是提高仓库治理水平，减少货损，优化、降低库存，缩短周转期，节约资金。近年来，非凡在冷冻行业，自动化立体仓库的进展极快。

自动化立体仓库主要由货架、巷道堆垛起重机、周边出入库配套机械设施和仓储治理控制系统等几部分组成。货架长度大、排列数多、巷道窄，姑密度高；巷道机上装有各种定位的检测器和安全装置，保证巷道机和货×能高速、精确、安全地在货架中取货；目前，立体仓库自动控制方式有集中控制、分离式控制和分布式控制3种。分布式控制是目前国际进展的主要方向。大型立体仓库通常采用三级计算机分布式控制系统；三级控制系统是由治理级、中间控制级和直接控制级组成的。治理级对仓库进行在线和离线治理，中间控制级对通讯、流程进行控制，并进行实时图象显示，直接控制级是由PLC（可编程序控制器）组成的控制系统对各设备进行单机自动操作。使仓库作业实现高度自动化。

2 立体仓库系统规划

2.1 设计的技术参数

a.年吞吐量为 126 万件货物，供货率 98%、每个任务的填充数 75 件、每年 周转 12 次；

b.仓库每年工作 280 天；每日工作 8 个小时，其中 3 小时入库，5 小时出库； c.仓库规划空间：长 120m×高 20m；

d.包装单元外型尺寸：400mm×300mm×300mm，包装货物质量 25kg； e.托盘尺寸：800mm×1200mm×150mm。

》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《

2.2 仓库库存量及存储空间规划

2.2.1仓库的库存量

库存的货物越多，则支持特定客户的存货可得性也就越大，调整猜测误 差的能力也就越强，但安全库存的水平却提高了，根据概率的大数定理，对于给 定的供货率η =98% ，查表得库存安全系数 f s = 2.05 ，则

Qmax(TkT)RfsTk:平均订货前置期，T：订货周期，R：平均供货量，：供货偏差Qmax(12)1262.0533.76510512 2.2.2存储空间规划

已知仓库规划空间：长 120m系统=120-10=110m

货架最大存储高度=20-安全距离-堆垛机下横梁高 安全距离=0.9m+0.15+0.2=1.25m， 则高度=20-1.25-0.6=18.15m

高 20m，则： 货架最大长度=120-输送

2.3 托盘及货格尺寸设计

2.3.1托盘尺寸设计

2.3.1.1托盘码放形式

一般来说，货物存放形式有三种:自身堆垛、托盘堆垛、货架存放， 在本设计中采用托盘堆垛形式。

货物的堆码方式如图所示有：重迭式、纵横交错式、旋转交错式、 正

》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《 反交错式

由于货物尺寸为400×300×300，为了充分利用空间并考虑其稳定性在此选用正反交错式或者纵横交错式 2.3.1.2确定托盘最优体积数

VoptvFEMAX(1;(2.3fstrvFE)3/4)vFEMAX(1;(2.30.575)3/4)28.3VFE

vFE

：填充单元体积 400mm×300mm×300mm

fstr

：经验系数，取0.5

》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《

所以每个托盘放 24 件货物，三层，每层8件货，货重24×25kg=0.6t。托盘位数=Qmax/24=15687 取16000 托盘堆垛形式如图 所示

2.3.1.3确定托盘类型

》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《

根据要求的尺寸和货重=0.6t，选用800×1200×150mm木托盘，重量取10kg

所以货物单元重量=托盘重+货重=0.010+0.6=0.61t

2.3.2货格尺寸设计

在采用托盘堆垛形式下，选择横梁式货架

2.3.2.1材料选择

横梁截面如下图

》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《

立柱截面如下图 所示

因为货物总重 0.61t ，所以横梁截面我们可以选择选第一种，80×50横梁 18.15m，所以立柱截面可选第四种,100×80又因为货架安全高度达到 立柱

2.3.2.2货格尺寸计算

在货物单元的尺寸确定后，货格尺寸取决于货物四面需留出的净空大小和货架的结构尺寸。 各个间隙的大小:

侧面间隙：其大小主要取决于堆垛机的停车精度及堆垛机和货架的安装度。精度越高，取值越小。对于横梁式货架，在堆放三个货物

》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《 单元时，取

a3  a5  100mm ，在堆放两个货物单元时，取 a3  a5  75mm 。 垂直方向的间隙：上部垂直间隙应保证堆垛机的货叉存取货物过程中，

起

升不与上部构件发生碰撞，一般取 h2  100 ~ 150mm

宽度方向间隙：为减少货架所占仓库的面积并提高堆垛机在横梁货架卸货时货物放置的可靠性，可将货物伸出货架，即b3  50mm ，货物后面间隙应以货叉 作业时不碰到后面的货物为前提，一般取b3  100mm

由于货物单元重量较小，因此选用货格中堆放三个货物单元。 盘存放方式不同时对应的货格尺寸也不一样，托盘存放在货架上有如下两种方式：

方式一、托盘长度方向垂直于巷道，其主视图和侧视图及其参数如下图

主视图

》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《

侧视图

方式二、托盘长度方向平行于巷道，其主视图和侧视图及其参数如下图

主视图

》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《

侧视图

3 静态设计

3.1 货架总体尺寸设计

货架是专门用来存放成件物品的保管设备。货架在仓储设备的总投资中所占 比例较大，施工周期长、消耗钢材最多，对仓库的运作模式影响极大，合理选择 和设计经济的货架是很重要的。要在保证货架强度、 刚度和整体稳定性的条件 下，尽量减轻货架的重量， 降低钢材消耗，降低货架对仓库地面承压能力和仓 储面积的要求，满足仓储需要。

由于仓库的长、宽、高等尺寸受建筑用地的限制，货架参数的选取并非任意。在库容量一定的条件下，则货架的长、宽、高三者中的一个会成为相关变量，货架的总体尺寸的计算要根据以上约束及货格尺寸、货架的摆放方式等来确定。

货架的摆放形式有照托盘长度方向平行于巷道和托盘长度方向平行于巷道方向两种方式，以下分别计算（已知堆垛机下梁高0.6m）

3.1.1按照托盘长度方向平行于巷道

3.1.1.1确定货架排数

》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《

因为每层货格高度为 1280mm（考虑横梁宽度）,最大安全高度 18.15m， 则最大层数=18150/1280=14.2, 取14层 货架高度=14×1280+600=18520mm

因为每个货格长度为2900mm（考虑立柱宽度），最大安全长度为 110m， 则货架列数=最大安全距离/货格长度=110000/2900=37.93 取36

货架长度=货格长度×货格列数+立柱截面长度×立柱数=2800×

36+100×37=104500mm

考虑货物伸出，货架宽度为1100mm

一排货架的托盘位=层数×货格列数×每个货格堆放货物数=14×36×3=1512

仓库设计的托盘位=16000，货架排数=16000/1512=10.58 因此设计 12 排货架

3.1.1.2确定巷道数

当储位深度为 1 时，有6个巷道，巷道宽为 1500 mm

存储区长度=货格长度×货格列数+立柱截面长=2.9×36+0.1=104.5 存储区宽度=巷道宽×巷道数+货格宽×货架数=1.5×6+1.2×12=23.4m 面积利用率=（104.5×1.2×12）/(104.5×23.4)=61.54%

当储位深度为2时，有3个巷道，巷道宽为1500mm

存储区长度=货格长度×货格列数+立柱截面长=2.9×36+0.1=104.5 存储区宽度=巷道宽×巷道数+货格宽×货架数=1.5×3+1.2×12=18.9m 面积利用率=（104.5×1.2×12）/(104.5×18.9)=76.19%

3.1.2托盘长度方向垂直于巷道

3.1.3.1确定货架排数

货格高度不变，所以货架层数仍取 14，货架宽为 700 mm 货格长度 4100 mm ，

则货架列数=110000/4100=26.83 取26 货架长度=4000×26+100×27=106700mm 每一排的托盘位=14×26×3=1092

》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《

货架排数=16000/1092=14.65 取16排 3.1.1.2确定巷道数

所以储位深度为1时，有8个巷道。

储存区长度=106.7m，宽度=0.8×16+1.5×8=24.8 面积利用率=（106.7×0.8×16）/（106.7×24.8）=51.61% 储位深度为2时，有4个巷道。

储存区长度=106.7m，宽度=0.8×16+1.5×4=18.8 面积利用率=（106.7×0.8×16）/（106.7×18.8）68.1%

比较两种方式的面积利用率可知设计时无论储位深度为1或2采用托盘长度方向平行于巷道方向的布置方式要优于垂直的，选托盘长度方向平行于巷道方向的

3.2 堆垛机叉车作业方案

3.2.1堆垛机作业方案

对于这种情况下的货架，其尺寸通过静态法可得有 6 排货架，每排36 列，3 条巷道，存储区长为104.5，宽度为 11.7。

3.2.2叉车作业方案

在此方案中，因为设计货架高度为 18520 mm ，而叉车有效作用高度只有

6~8 m ，为了能有效作业，必定要降低货架层数，而增加巷道数，这样一则导致 设备成本比较高，二是高度方向的面积利用率较低，其货架高度只有 8m,而仓库 的高度有 20m，非常浪费。

由以上可知，堆垛机作业方案利用率较高，设备成本也较低，因此选择堆垛 机作业方案

3.3 堆垛机轨道形式分析

在前面我们已经选择了堆垛机作业方案，在现场作业时，还可设置转 轨，

》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《

因此有以下两个方案：

3.3.1 堆垛机不转轨

此时还有两个方案，储位深度为1时和储位深度为2时 3.3.1.1 储位深度为1时

此方案中，货架有12排，36列，6条巷道，存储区长104.5m，宽23.4m 3.3.2.1 储位深度为2时

此方案中，货架有12排，36列，6条巷道，存储区长104.5m，宽28.9m

3.3.2 堆垛机转轨

此时同样要对储位深度为1和为2的情况分别分析 3.3.2.1 储位深度为1时 转轨形式如图所示

1堆垛机的转轨距离22R1600218008.968m48.968堆垛机转轨时要减速，v0.5m/s,则转轨时间为17.936s0.5额外建筑面积（1.21.8）28.986.7m104.51.212面积利用率48.45%104.528.986.7 3.3.2.2 储位深度为2时 转轨形式如图所示

》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《

1堆垛机的最大转轨距离22R242002R14.568m414.568堆垛机转轨时要减速，v0.5m/s,则最长转轨时间为29.136s0.5额外建筑面积（1.21.8）（2420021200）32.4m104.51.212面积利用率49.3%104.528.932.4

3.4 堆垛机参数设计

堆垛机的主要参数包括重量和载荷参数、速度参数、工作性能参数和工 作级别等。

3.4.1重量和载荷参数

额定起升重（t） 托盘尺寸(mm×水平运行速度 起升速度（m/min）货叉伸缩速度 总功率（kw） 整机全高(m) 0.1;0.25;0.5;0.8;1.0;1.5..... 800×1000×;800×1200;1000×1200 或任5---180 （变频调速） 2/124/16,（双速）或者变频调速 3--30 3---15（变频调速） >10 <30 >560 <48 电缆小车；滑导线 最低货位标高（mm）最高货位标高导电方式 》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《

通讯方式 控制方式 出入库作业方式 远红外通讯；滑导线 ；载波通讯 手动；半自动；单机自动；联机自动 拣选式；单元式；混合式

额定起重量是堆垛机的主要性能参数，它是堆垛机答应起升的货物和托盘的 质量的总和。查表 ，可取额定起重量为 0.5t

3.4.2速度参数

堆垛机的速度参数包括水平运行速度，升降速度和货叉伸缩速度。从平均单 作业周期与速度的关系分析，当货架尺寸确定后，可用以下的几个计算式来选择 速度。

3.4.2.1最优行走速度：

vx0.5L*ax0.5104.50.11.62m/s97.2m/minL:货架长度ax：堆垛机行走加速度vx：堆垛机行走速度， 取100m/min=1.67m/s

3.4.2.2最优升降速度：

H18.52*vx1.620.287m/s17.22m/minL104.5vy:升降速度=17.22m/min， 查表取vy20m/min0.33m/svyH:最大升降距离

3.4.2.3最优货叉伸缩速度：

储位深度为1：vz0.5B*az0.51.10.10.167m/s9.9m/min储位深度为2：vz'1.5B*az0.51.51.10.10.203m/s12.2m/min

》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《

vz:货叉伸缩速度 查表取vz10m/min0.17m/saz:货叉伸缩加速度B:货位宽度

3.5 堆垛机作业周期

堆垛机对货物进行存取有两种作业方式，即单一作业方式和复合作

业 方式。本次设计的堆垛机为复合作业方式，即堆垛机从出入库台取一件单元货物 送到选定的货位，然后直接转移到另一个给定货位，取出其中的货物单元，再回 到库台。采用这样的作业方式可以减少堆垛机的存取作业周期，提高堆垛机的作 业效率。

3.6.1平均单作业周期

一般取货架参数ω=1，

E(ts)t02ty(tyt05至10s， 这里去6s

vxvz4L)110.74axaz3vxB1.16.47svz0.17360032.5110.74

故单作业每小时作业次数为3.6.2平均复合作业周期

3vv4L14LE(ts)t04ty(xz)172.112axaz3vx30vxtyB1.16.47svz0.17360020.92次/小时172.11

故复合作业每小时作业次数为3.7 仓库效率

在复合作业模式下，堆垛机的作业能力必须能满足理论出库能 力。

3.7.1不设置转轨

P360020.7托盘/小时E(ts)堆垛机的作业能力：

》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《

3.7.2 设置转轨

P360018.94托盘/小时E(ts)17.936s储位深度为1时

P储位深度为2时

360017.89托盘/小时E(ts)29.136s

3.7.3 理论出入库能力

P0126000062.5托盘/小时280243

理论出入库能力：

3.8 方案比较和选择

3.8.1 方案比较

根据上面得到的结论和结果，列出各个方案比较如下表

储位深度 1 1 2 2 巷道数 是否转轨 是 否 是 否 面积利用率 % 堆垛机个数 3 6 1 3 单率 托盘/小时 总效率 托盘/小时 是否满足出入库要求 方案1 方案2 方案3 方案4 6 6 3 3 48.45 61.54 49.3 76.19 18.94 20.92 17.89 20.92 56.82 125.52 17.89 62.76 否 是 否 是 3.8.2 方案选择

综合商标可以看出，方案4面积利用率为最优。满足出入库要求，因此选择方案4 长 m 宽 m 排数 列数 巷道数 托盘摆放 方案4

104.5 18.9 12 6 3 短边对巷道 是否转轨 否 4 动态设计

》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《

动态法确定货架尺寸，是根据所要求的出入库频率和所选的堆垛机的速度参 数来确定货架的总体尺寸。

在保证货物出入库频率的条件下，实现巷道数最少的目标，提高仓库单位面 积的库容量，减少堆垛机的配备数量，具体步骤如下：

假设巷道数Gn1,则托盘列数w160002864*Gn*C4114货架列数LH96,L962900278.4m110m同理当Gn2时，LH72,L138.1110m当Gn3时，L92.06m110m.符合设计条件。

根据货架层数，得到货架长度L=92.06m，货架高H=18.52m，货架系数ω=1 由此得到堆垛机的速度参数如下

vx0.5L*ax0.592.060.11.517m/s91.07m/minvyH18.52*vx1.517m/s0.305m/s18.3m/minL92.06

vz0.51.5B*az0.51.51.10.10.2m/s1.2m/min 堆垛机平均单作业周期

E(ts)t02ty(vxvz4L)115.08saxaz3vx

出入库作业能力：

PGn360093.9E(ts)

P062.5比较可知 P  P0 ，满足设计条件，因此可得动态设计方案为：货架为 6 排， 3 巷道，56 列，14 层。 综上计算过程，可知动态设计与静态设计结果相似，都

是最优方案，在此我们选择静态设计方案作为最终方案

5 输送系统设计

在自动化仓库的出入库系统中，为了完成托盘物料的自动化入库作业，采用 托盘自动化系统对托盘物料进行输送已十分普遍。但由于出入库能力的不同，对 于托盘自动化输送系统设备的选择和布局，将直接影响输送效率和项目成本。

》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《

立体仓库按作业方式可分为同端出入式、贯通式、旁流式三种，在本设计中 我们采用同端出入式

5.1 输送机速度参数设计

在本次设计的仓储系统中，其可能出现的高峰在入库三小时里，假如输送机 满足这 3 小时的工作量，那么肯定能满足其他情况下的工作量。而输送机的输送 能力必须与堆垛机出入库能力配合，由此可计算出货物之间的间距，其计算公式 为：

3600*vsz:堆垛机出入库能力zv:输送机输送速度 取v=0.25m/s得s14.34m

5.2 输送机尺寸参数设计

5.2.1辊子长度

对于托盘货物来说，在不影响正常运输和安全的条件下，直线段辊子长度的 计算公式如下所示：

LgBBLg：辊子长度，mmB:件货宽度，mmB：宽度裕量(50~150),mm取B800,查表得Lg1000mm

5.2.2辊子间距

辊子间距应该满足运行中货物稳定性要求，即一般情况下按照下式选取：

1对于要求平稳的物品P=，查表可取P250mm4

5.2.3辊子直径

》》》》》》优质资料——欢迎下载《《《《《《

辊子轴径与辊子的承载能力有关，可按照下式选取

F[F]F:擢用在单个货物上的载荷，N;[F]:单个辊子上的许用载荷，N;mgFk1k2nm:单个货物的重量k1:单个棍子的有效支承系数，与货物的地面特性及谷子的平面度有关，一般可取k10.7,对于底部刚性很大的货物可取k10.5k2:多列辊子不均衡支承系数，对列辊子k21,对双列辊子k20.1~0.8,n:支承担件货物的辊子F在此主要用于校核，可不作考虑1200-4250D==40,查表取D=50,d=105

5.3 输送单元选型

每台辊子输送机有齿轮传动式电机驱动，在需要的地方设有电磁制动器，辊 子的运动是借助一条带有防护的链条实现的，每一个单元均装在一个预置的框架 上，此框架装在输送机系统的支持钢结构上

6 小结与体会

课程设计是培育学生综合运用所学知识 ,发现,提出,分析和解决实际

问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们的实际工作能力的具体练习和考察过程

这次课程设计，让我学到很多很多的东西，了解了托盘立体仓库的设计过程，加深了对所学课程的理解，不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我们懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中碰到问题，可以说得是困难重重，这究竟第一次做的，难免会碰到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对一些前面学过的知识理解得不够深刻，把握得不够牢固