堆垛机的状态监测与故障诊断研究

李东升

摘   要：近年来，立体仓库系统已成为大型生产销售企业广泛使用的仓储物流系统，自动化立体仓库就是一种多层存放货物的高架仓储系统，其主要由仓库管理系统、仓库控制系统以及仓库运输系统构成。其中堆垛机就是仓库运输系统中最为核心的机械设备之一，其运行的稳定性和安全性对立体仓库的管理和发展有着举足轻重的作用，因此相关人员应该对堆垛机的运行狀态和常见故障予以足够的重视。基于此，本文就堆垛机的状态监测与故障诊断做了简要的研究并对该技术的未来发展趋势进行了展望。

关键词：堆垛机  状态监测  故障诊断  研究

中图分类号：TH246                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）01（a）-0066-02

堆垛机是一项较为复杂精密的设备仪器，一旦在运行状态下发生故障，都可能导致设备受损，影响整条生产线的正常运行，甚至可能危及到操作人员的人身安全，给企业带来巨大的经济损失。因此对堆垛机的运行状态进行监测，并对可能产生的故障问题进行诊断分析，在设备发生故障前做出预警，及时提醒技术人员和操作人员做出必要的处理，对于确保堆垛机正常运行，进而提高立体仓库的整体工作效率具有极其重要的意义。

1  堆垛机的关键结构设计

堆垛机的主要组成结构包括金属框架、行走结构、货物升降结构、控制柜和载货台等，为保证堆垛机能够正常安全运行，机械设备人员在进行设备设计时应对其安全性做出充分的考虑。在整个设备体系中，最关键的部分就是堆垛机的金属框架，金属框架如果设计的科学合理且质量符合相关要求，那么在运行过程中就能够承担设备自身重量和货物的荷载。立柱是金属架中主要承担重量的部分，因此在设计金属架立柱时应该对其刚度和强度进行精密计算和严格核对。另外，由于堆垛机的受力情况随着水平速度的变化而相应发生改变，在正常运行时，堆垛机受到货物惯性的作用，通常会在立柱的顶端出现最明显的受力变化，立柱极易在外力的作用下发生形变，这种受力情况和形变情况随着载货台高度的增加而不断增大，因此设计人员还应该将这部分因素充分考虑在内。按照相关设计规定，堆垛机的制造材料应选用Q235A碳素钢，且从金属框架截面方面分析，堆垛机采用的是规则箱截面，在对堆垛机划分时可以采用自由网格方式划分，这样堆垛机的有限元可以控制在20000左右。如果堆垛机的载货台位置相对较高，堆垛机的境况就相对较危险，对于双立柱堆垛机来说，在运行过程中，两根立柱的受力情况必然存在差异，因此变形情况也会有所不同。根据经验和计算得出，在重物荷载作用下，立柱上端和横梁部分是最容易出现变形的，因此这时只需要将这些部分的最大变形量控制在可承受范围内即可。

2  堆垛机运行故障分析

堆垛机在自动立体仓库中主要负责仓库内货物的摆放以及运输货物出入库，对企业货物的生产、储存、销售有重要的作用，一旦堆垛机出现故障会对企业正常运行造成严重的影响。因此对堆垛机常见的故障进行研究并定期进行日常维护极具意义。

2.1 堆垛机行走机构故障分析

驱动电机、减速机、导向轮以及下横梁是构成堆垛机行走机构的主要结构。通常来说，堆垛机的运行是在货架范围内，依靠堆垛机导向轮的引导沿着既定的轨道进行运动。一部堆垛机由四个安装在横梁两端的导向轮组成，其主要的作用是对堆垛机的水平运动方向进行控制，保证堆垛机能够严格依照轨道进行运动。经过长时间的运行，行走机构中的导向轮极易发生松动，如果堆垛机运行速度过快，或是运行时振动过于剧烈，还容易发生导向轮脱落现象，导向轮松动和脱落都是导致堆垛机出现跑偏啃轨的主要原因。为了避免这一故障，相关维修养护人员应该定期对堆垛机的行走机构进行检测，尤其检查导向轮的运行情况，发现有松动现象及时处理，进而保证堆垛机的正常运行。

2.2 堆垛机提升机构故障

堆垛机载货台在提升机构的动力作用下能够实现在垂直方向上的上升或者下降，就当前来说，较为常见的提升方式包括链条提升、钢丝绳卷筒提升以及钢丝绳拽引轮提升等。在运行过程中，载货台上升或者下降时，如果链条之间摩擦力过大，会产生较大的噪声，如果载货负载过重，钢丝可能发生断裂，另外如果升降不够稳定，还可能引起货物的剧烈晃动，对货物质量和完好度造成严重影响。针对这一问题，技术人员应该定期在提升链条处添加润滑剂并检查钢丝的质量和韧度，最后在操作堆垛机时应尽量保持载货台的平稳定。

2.3 堆垛机叉货机故障

在进行叉货过程中常见的故障包括叉货位置不够准确、设备货叉轴承损伤等，导致这些现象的主要原因是叉货机传送链条过于老旧，货叉轴承缺乏密封性以及运输货物重要超重等。堆垛机叉货步骤出现故障极易导致货物运输存取不够精确，摆放位置出现差错，最终影响货物存取完成效率。

2.4 堆垛机噪声故障

噪声故障是堆垛机对人体造成的最直接的危害之一，过大的噪声不仅有损于人体的听觉器官，还会对人的神经系统、心血管系统等产生影响。堆垛机的绝大多数组成设备在运行过程中都会产生大面积的摩擦和撞击引发巨大的噪声，因此在使用过程中应该尽量对驱动电机振动加以控制、减少降低运行机构导向轮和轮轨之间的摩擦以及载货台与立柱之间的摩擦等。

2.5 堆垛机电机故障

堆垛机的电机在工作中也极易出现故障，例如运行过程中由于电源供电质量不符合要求、工作环境温度过高或者通风条件不好导致的电机温度过高冒烟;电机滚动轴承温度高于95度或者滑动轴承温度高于80度;电机轴承缺少润滑剂，电机中的转子、导条断裂或者转子铁心松动等引起的电机运行噪声过大;电机运行过程中传送带不平稳导致电机进行传送时振动幅度过大等。

3  堆垛机状态监测与故障诊断的发展

通过以上对堆垛机常见的故障分析我们能够确定，对堆垛机的检测与诊断是伴随着整个生产运输过程始终的，总结起来主要包括三个阶段。

3.1 事后维修

事后维修主要发生在堆垛机研发出现的初级阶段，这一阶段人们对堆垛机性能的认知水平还较有限，各种技术水平不够娴熟，因此在这一阶段，堆垛机使用时需要人工进行监测，一旦设备出现异常现象，例如出现异常振动、温度升高等现象，就需要组织技术人员进行检查和分析，尽快找到机器问题所在并及时维修。

3.2 定期检测维护

随着科技的不断进步，堆垛机的使用频率和应用范围逐渐扩大，越来越多的企业逐渐运用专业仪器对堆垛机的关键部位定期进行检测，通过将检测数据与固定参数相比对，及时发现堆垛机可能存在的问题。这种定期的检测和维护在一定程度上降低了堆垛机出现大规模故障的概率，提升了堆垛机的使用安全性。但是它也存在一定的弊端，应该承认这种检测方式缺少针对性，导致堆垛机经常被过度维修，浪费了大量的人力物力。

3.3 堆垛机的实时监测诊断

随着电子计算机及时的迅速发展，网络通讯技术逐渐应用到了对机械设备的监测维修过程中。专业技术人员可以在堆垛机的关键部位安装传感器，通过计算机控制将传感器上的数据传递到监控室，通过对数据的比对分析出堆垛机是否正常运行。这种方式一方面解决了有时候维修中较差的实效性问题，又解决了定期检测维护过程中的过度维修问题，无疑是未来堆垛机监测发展的重要方向。

参考文献

[1] 廖伦彪，杨丰，张宝，等.故障树分析法和模糊集理论在堆垛机故障诊断中的应用[J].烟草科技，2014（7）：17-20.

[2] 廖理.仓储机电设备运行状态监测系统的设计与实现[D].兰州交通大学，2015.

[3] 饶金海，洪腾，李森，等.自动化立体仓库用堆垛机的几种换轨方式及应用案例[J].制造业自动化，2018（10）：119-121，127.