曼彻彼斯高新技术有限公司 广西南宁
摘要：竖井升降小车代替原来的货用电梯，并用双线双向轨道的方式，解决了原来用吊厢存在的多批物料等待吊厢的情况，流量较大的竖井可以增加升降车的数量，大大减少了物流高峰期间的等待。
关键词：竖井升降；物流小车；转轨器；平层机构
引言
目前在高楼层的建筑中，楼层之间的物料输送，最常用的是竖井升降机，也就是通常所说的货用电梯。企业的车间生产过程中，物料仓库将材料和零配件发送到各车间和工序现场，以及半成品从一个工序流转到下一个工序，经常需要转到另外的楼层，甚至跨越十几层楼；过去通常的方法是把配件、产品或半成品用载物箱或周转箱装好，凑集若干个周转箱放在一个站板上，然后用叉车将一整板物料叉到电梯中，由电梯带动上升或下降到达目的地楼层，然后由接收楼层的人从该楼层的电梯口将物料取出，再送到目的地。这是最传统的方法，也是目前使用最普遍的楼层间货物运送方式。对一些数量大重量轻的产品来说，等待的时间过长，需要的运输人员较多，对企业的生产连续性影响较大。
随着运送货物的多样化以及自动化输送的发展，对竖井的输送方式不断提出新的要求，在一些特殊的传输系统中，传统的竖井升降机在很多领域已经不能满足传输要求，对传统的竖井升降机（货用电梯）进行改进以及采用新的竖井传输方式，使其能够适应多样化和自动化输送的要求，是当前比较迫切的需求，以智能化物流系统取代目前的竖井升降方式是发展的方向。本文着重介绍轨道升降车代替电梯的竖井升降系统的设计及应用实例。
一、智能轨道车升降系统的组成及传送方式
图1目前较为广泛广的一种轨道车输送系统，物料由轨道智能小车装载。
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如图1所示，装载物料的轨道物流小车从A楼层的站点A出发，从竖井口A通过一段竖井口弯轨进入竖井升降轨道，到达目的地B楼层后，再经过该层竖井口弯轨从竖井口B出竖井并进入B楼层，经过B楼层的轨道一直运行到站点B。
这种传输系统在各站点之间实现了点对点的传输，尤其是竖井的传输并不需要传统的吊厢式货用电梯，直接用物流小车直接穿过竖井到达目的地楼层。怎样的竖井结构才能保证物流小车能够从楼层轨道进入竖井并能够使多辆物流小车在竖井中有序运行互不干扰呢？
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图2中，竖井中安装有一条上行轨道和一条下行轨道，在通往各楼层的竖井口都有一段竖井口弯轨通向竖井之外与该楼层的物流轨道相连接。在竖井中有若干个转轨器，在转轨器上都有一段移动轨道，移动轨道可以在转轨器上做横向移动，移动到上行轨道位置将转轨器上方和下方的上行轨道对接（见图中转轨器B所示的位置），使上行的小车能够自下而上进入移动轨道停留在转轨器上，或穿过转轨器向上运行；同样，移动轨道移动到与下行轨道对接的位置时，物流小车可以从下行轨道自上而下进入移动轨道停留在转轨器上或向下穿过转轨器。在图2中，物流小车从竖井口A通过竖井口弯轨进入竖井，进入转轨器A上与竖井口弯轨对接的移动轨道，然后该移动轨道向左平移到与上行轨道对接的位置，物流小车离开转轨器A进入上行轨道，向上通过转轨器B到达目的地C楼层附近的转轨器C并停在转轨器C的移动轨道上，转轨器C上的移动轨道向右平移到与竖井口弯轨对接的位置，小车进入竖井口弯轨，从竖井口C开出离开竖井进入目的地C楼层。从任何楼层发出的小车，若目的地在其上方，则小车进入轨道后由转轨器转向上行轨道；目的地在下方的，则由转轨器转入下行轨道，开到目的地楼层，再由转轨器转到竖井口弯轨，从该楼层的竖井口驶出，进入目的地楼层的物流轨道。
二、竖井轨道车升降系统的组成部分
竖井轨道车升降系统包括轨道物流车，轨道、转轨器、阻车器以及电器控制系统。
1、轨道及物流小车的配合结构
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如图3所示。导轨用如图中所示C型断面的铝型材制造，有一齿条在导轨的底面，另有三条滑触线通过绝缘支架固定在导轨上，其中两条是动力电源线，一条是通讯信号线。小车车架的两侧各有两个滚轮，驱动轮安装于减速机的输出轴，另有一驱动齿轮安装在减速机的输出轴上，驱动电机连接于减速机的输入轴端，动力通过减速机减速后，由减速机的输出轴带动驱动轮和驱动齿轮转动，驱动小车前进。在水平轨道上，小车通过驱动轮与导轨底面接触，驱动轮的转动带动小车运行；在竖井垂直轨道中，驱动轮与轨道底面脱离，驱动齿轮与安装于导轨的齿条啮合，通过齿轮齿条带动小车上升或下降，小车的底部安装有电刷，与安装在导轨底部滑触线保持接触，其中两条与动力线接触，获取小车驱动电机所需的电力；另外一条是信号线，随时向控制中心传递小车的位置及状况。
2、转轨器的结构原理
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转轨器的结构如图4，数条导轨的中间截掉一段，将转轨器安装在两端导轨之间。转轨器上有一段移动轨道，通过直线滑块组与底座相连接；转轨器本身带有驱动动力机构，电机通过丝杠螺母或齿轮齿条带动移动轨道做横向移动，根据需要停靠在与各轨道对接的位置，使直行的小车能够直接通过，需要转到另外轨道的小车则驶入移动轨道后停下，由移动轨道平移到物流小车需要进入的轨道对接位置，小车从移动轨道上驶出并进入所要到的轨道。
3、阻车器
在转轨器两边同一条轨道之间有移动轨道对接的情况下，两边的轨道与移动轨道相互连接，如同一条贯穿的轨道，物流小车可以直接穿过移动轨道驶入转轨器另外一边的轨道，也可以停在移动轨道上，由移动轨道转移到另外的轨道上。但在移动轨道没有对接的轨道，那么这条轨道与转轨器连接的位置是轨道的一个端头，中间一段悬空，小车到达转轨器附近时，若转轨器的移动轨道不在这个位置，则小车必须停车等待；若控制系统发生故障或者控制信号受到外界干扰，小车有可能失控冲出，并从竖井中跌落。为了避免这种情况，在轨道与转轨器连接的位置都安装有阻车器；阻车器的方式比较多，有机械阻挡的，也有遮挡小车的红外线或者超声波感应头使小车停止的，在此不做专门介绍。
这套轨道物流系统在传输，转轨，进出以及小车的加速减速都以系统的智能化控制系统进行自动化操纵，周转准确可靠；各站点之间实现了点对点的直接传送，尤其是在竖井里直接通过轨道运行上升或下降，省略了升降电梯的驳接和等待时间，例如在医院中经常运送传输的物料为静脉输液、血液制品、各种药品、小型手术包器械包、消毒辅料、检验病理标本、X光片、病历档案、各种单据和文件等这一类频次高，单件重量不大的物料，在这种情况下，轨道车竖井升降系统与电梯相比优势明显，非常合适，因此在医院使用比较广泛。在其他领域里，如图书馆、酒店、以及一些玩具、电子企业的使用也在不断增加，是一种很有发展前景的输送方式；同时也为电梯竖井升降系统的改进提供新理念。
这种物流系统的轨道物流小车兼做水平轨道输送及竖井升降功能，由于竖井爬升所需要的功率比水平轨道输送要大得多，在输送的物料达到一定重量的情况下，矛盾尤显突出，电机，减速机，电机驱动系统以及控制系统都要做得较大，物流小车距离较长的水平轨道驱动系统并没有发挥应有的效果。竖井虽然取代了电梯式升降系统，但运用范围受到较大的约束，因此仍需要继续改进。
三、智能化竖井轨道车升降系统的改进
我公司自2017年开始设计开发新型竖井轨道车升降系统，新的竖井升降系统的的竖井轨道结构是在图2的基础上做了以下更改：
1、取消竖井口弯轨，轨道只保留上行轨道和下行轨道；升降车在上行轨道仅能向上运行而在下行轨道只能向下运行，升降小车可以通过转轨器变换轨道，所以在上行轨道运行的升降小车通过转轨器转换到下行轨道后，即在下行轨道中向下运行。
2、竖井口正对上行轨道或者下行轨道其中的一条，根据楼层平面布置的情况确定。
3、升降车仅在竖井中上下运行，不需要运行水平轨道，所以取消了驱动轮只保留驱动齿轮。
4、改进后的竖井升降系统的运行方法是：在一条竖井中可以根据运量的需求安排若干辆升降车，升降车在上行轨道中向上行驶，若需要向下运送物料时，则该升降车上行至接料竖井口上方最近的转轨器，由转轨器转到下行轨道，然后向下运行到接料竖井口，接料后继续下行到目的地楼层。
四、改进后的竖井升降系统应用实例
1、轨道小车为载体的物流系统中的应用
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图5为一种以轨道小车为载体的物流系统示意图。
这种物流系统的物流载体是智能轨道物流小车，各楼层的楼层轨道从该楼层的竖井口连接到该楼层的各站点；在竖井中运行的升降车上有一段车载轨道，升降车停靠在各楼层的电梯口时，升降车上的车载轨道与该楼层的楼层轨道对接，物流小车从楼层轨道驶入车载轨道上，再由升降车携带着上升或下降到达目的地楼层并与该楼层的楼层轨道对接，然后物流小车从车载轨道开出进入楼层轨道，驶向目的地站点。
图6为本系统车载轨道与楼层轨道的平层对接方式示意图。
升降车在楼层停靠时，车载轨道和楼层轨道必须精确对接，小车才能顺利的驶入或驶出升降车，由于轨道对接的定位比一般电梯的平层精度要高，并且小车不同的载重对图示的升降车车载轨道产生的扰度变化很大，因此采用一般的电梯平层和定位控制系统难以满足本系统轨道定位的要求，为此我们采用如（如图6）所示的方法解决。
图6所示的机构中设计了一个平层装置安装在升降车车载轨道的顶面，该平层机构包含导槽，挡销以及动力控制系统；工作方法是，自上而下的升降小车在其车载轨道接近楼层轨道时，平层装置的挡销向前伸出到楼层轨道的上方，然后升降小车减速缓慢下行到挡销与楼层轨道的背面接触即停止；自下而上的升降小车在车载轨道与楼层轨道对接的位置后还要继续上升到其车载轨道略高于楼层轨道后，挡销伸出到楼层轨道的上方，然后小车缓慢下行至挡销与楼层轨道的背面接触即停止。
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2、在箱式物流中的应用
箱式物流是以无动力的周转箱为载体的一种物流方式，输送线一般是从仓库或者生产车间用滚筒输送线或皮带输送线连接到电梯口，并在专用的货用电梯吊厢的底部安装了滚筒输送机，吊厢停靠在楼层的电梯口时，吊厢底部的滚筒输送机与该楼层连接电梯口的滚筒输送机对接，楼层的滚筒输送机将停放在楼层电梯口的载物周转箱输送到吊厢中的滚筒输送机上，然后吊厢带着停在吊厢中滚筒输送机上的载物箱上升或下降，到达目的地楼层后与该楼层的滚筒输送机对接，开动滚筒输送机将载物箱输出到楼层的滚筒输送机上，再由楼层的滚筒输送机将载物箱传输到目的地。
这种物流系统虽然实现了智能化自动传送，但竖井升降仍然采用传统的升降方式，上行下行两个都是用一个吊厢，经常出现较长时间的等待情况，尤其是物流高峰时段。
我公司采用的升降升降车运用于这个物流系统（如图7），竖井与上述的轨道结构一致，但升降车有所改变，由图5所示的升降车上的车载轨道改变成如图7所示的一段滚筒输送机。
这个物流系统中的物料用周转箱装载，滚筒输送线从站点连接到竖井口，装载物料的周转箱从站点放上输送线后，就沿滚筒输送线一直输送到竖井口，并通过车上的滚筒输送机接力输送到升降车上；升降车即带着停在滚筒输送机上的物料周转箱上升或下降，到达目的地楼层后升降车上的滚筒输送机与楼层的输送线对接，升降车上的滚筒输送机反转，将物料周转箱输送到楼层输送线上，再由该楼层输送线输向楼层的目的地站点。
五、总结
上述两个应用实例都比较成功。用竖井升降小车代替原来的货用电梯，并用双线双向轨道的方式，解决了原来用吊厢存在的多批物料等待吊厢的情况，流量较大的竖井可以增加升降车的数量，大大减少了物流高峰期间等待的情况，得到用户的认可。但由于这种竖井升降小车方案毕竟是一种新的传输方式，尚有很多方面需要改进和完善，希望行业同仁对这种升降系统共同改良和提高，使之不断完善。
本人为以上两个项目的主设计人。所设计的新技术方案及结构获以下国家专利：
名称：物流轨道摆臂式阻车器
申请号：CN201910620128.0 公开（公告）号：CN110342372A
名称：物流轨道双摆杆连动式阻车器
申请号：CN201910620129.5 公开（公告）号：CN110342373A
名称：竖井双轨升降系统及运行方法
申请号：CN201910374471.1 公开（公告）号：CN110228741A
名称：竖井小车平层对接机构及其对接方法
申请号：CN201811069631.3 公开（公告）号：CN109081058A
名称：竖井小车平层对接机构
申请号：CN201821500070.3 公开（公告）号：CN209023638U
名称：一种医院轨道物流输送系统及其运行方法
申请号：CN201810122432.8 公开（公告）号：CN108147046A
名称：一种医院轨道物流输送系统
申请号：CN201820216255.5 公开（公告）号：CN208022290U
一种医院物流轨道转换器及转换方法
申请号：CN201810202996.2 公开（公告）号：CN108328236A
一种医院物流轨道转换器
申请号：CN201820336248.9 公开（公告）号：CN208022283U
竖井双轨升降系统及运行方法
申请号：CN201910374471.1 公开（公告）号：CN110228741A
竖井双轨升降系统
申请号：CN201920646744.9 公开（公告）号：CN209853522U
用于悬挂轨道的伸缩连接器
申请号：CN201921356383.0 公开（公告）号：CN210593918U