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云南电网有限公司红河供电局
摘要：在“工业 4.0”和智能制造 2025 的背景下，自动化立体仓库已经广泛应用于制造业、物流业等行业中。影响堆高机作业可靠性的因素还包括场地高低不平、送修流程不畅、应急预案演练较少、故障堆高机在作业场地滞留时间较长等。堆高机在仓储物流中主要承担出库、入库的任务，在自动化立体仓库中至关重要。
关键词：AGV；智能制造；自动化立体仓库；
一、堆高机作业可靠性主要影响因素
（一）日常维保点检不到位
堆高机日常维保点检内容主要包括保养发动机和变速箱、检查轮胎、更换油液和滤芯等，这需要依据设备技术手册和实际使用情况制订保养周期表；而堆高机其他部件，如油管、皮带、发电机碳刷、轴承、碟式制动系统密封件和回位弹簧等，在堆高机运行3~5年后往往会因老化而无法进行结构性维。保，常在作业时突发故障，影响设备作业可靠性。此外，堆高机需要点检的部件较多，点检质量取决于点检人员的素质和技能水平，“走马观花”式点检容易导致隐患不能及时排除。
（二）操作不规范，未及时上报小问题和小隐患
据统计，目前堆高机故障中，操作类故障占比较高，主要原因是司机操作不规范，例如：司机对操作手柄使用不当，导致操作手柄底座断裂；司机在油管渗漏时仍继续作业，导致油管爆裂；司机在刹车偶发失灵的情况下继续作业，导致堆高机带病作业；等等。此外，一些司机对堆高机原理认知不全面，未能熟练掌握不同车型的检查要求和性能特点，导致其不能及时发现隐患，从而造成堆高机故障频发。
（三）控制系统升级快，故障点分散
近年来，随着信息技术及电气和电子技术的快速发展，堆高机电气系统升级很快，加之系统采用模块化设计，受限于生产厂家的技术保护，现场作业人员无法解决程序问题。例如，堆高机在作业过程中出现未知故障时，需要逐层排查机械、电气、液压点等，从而给故障解决带来挑战。
（四）无线网络不稳定
在堆高机作业过程中，所有作业指令都是通过无线网络传输的；因此，无线网络的信号强度和无线网络终端的质量均会影响堆高机作业可靠性。无线网络不稳定对堆高机作业的影响主要有：通信信号突然中断，给堆高机作业带来困扰；无线网络终端突发故障，相关人员从接到故障指令到更换终端往往需要30min或更长时间，导致进提箱交通拥堵、效率低下等诸多问题。
二、堆高机结构设计
巷道堆高机属于双立柱钢丝绳式结构。主要由机架、水平运行装置、提升驱动装置、货叉装置、载货台、超速断绳保护装置、阻挡装置、维修爬梯等部件组成。
（一）机架
堆高机的机架由两根立柱和两根横梁组成一个平面框架，整体具有良好的刚度和足够的强度，同时配置上下各两组导向轮组，有效地增加了堆高机的安全可靠性，提高了运行时的稳定性及运行效率，在堆高机一侧设置有垂直爬梯和检修平台，用于堆高机上横梁等其它部件的检修与保养。
（二）水平运行装置
水平运行装置是将行走轮箱安装于机架下横梁框架内，主要作用为水平运送堆高机到达指定位置。堆高机水平采用激光定位的方式进行认址，定位精度可达±5mm。在堆高机的水平运行轨迹区域的安装反光板，在堆高机高速运行时，能够实时传输绝对地址，保证堆高机速度平稳和定位准确。水平运行采用交流开环变频调速，运行速度可以达到4m/min~120m/min；水平运行到位的停准精度可以达到±5mm，结构图如图2所示：
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图2水平运行装置
（三）提升装置
提升驱动装置主要作用是通过电机驱动起升卷筒，起升卷筒带动钢丝绳运送载货台到达指定高度位置。堆高机垂直提升采用条码带定位的方式进行认址，定位精度可达±5mm。在堆高机的水平运行轨迹区域的安装反光板，在堆高机高速运行时，实时传输绝对地址，保证堆高机速度平稳和定位准确。垂直提升运行速度可达4m/min-30m/min；垂直升降到位的停准精度可达±5mm，如图3所示。
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图3提升装置
（四）货叉装置
货叉伸缩速度：为提高出入库频率，速度20m/min（实载）/40m/min（空载）。货叉装置安装于载货台上，由上中下叉、导轮、传动机构等组成。传动系统由电机减速机、扭矩限制器、链传动机构等组成。货叉在原位时，堆高机才能运行。货叉装置上设有到位减速开关，以保证货叉伸缩到位的精度，如图4所示。
（五）载货台
载货台主要就是一个运送货物起升的工作平台。货叉装置通过高强度螺栓安装在载货台上。在载货台上布置有各种安全检测开关和联锁装置。主要包括：上下限位开关、机械死限位开关、超高检测开光和超宽检测开关等。
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图5载货台
上、下极限保护开关能确保载货台向上、向下超过货架最高、最低货位时，并在上、下到位开关不能正常工作的情况下，使载货台能够停止运行。机械死限位是在上极限开关失灵时，防止堆高机冲顶，最终保证堆高机的运行安全。上述所有检测开关与电气控制之间形成联锁系统，能够确保堆高机在出现非正常情况时整个系统立即停止运行，如图5所示。
（六）断绳保护装置
断绳保护装置的作用是当钢丝绳断裂载货台超速下降时，可及时钳住载货台，避免坠落。系统具有强制减速功能，当载货台向下运行距离下一层货架约300mm时，限制载货台减速运行，如图6所示。
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图6断绳保护装置
（七）堆高机天、地轨系统
1）天轨系统
有轨堆高机天轨又称上部导轨，采用方管100mm*100mm*5mm；一般地面支撑型堆高机上部采用水平导轨夹住天轨运行。图7为天轨固定与连接的方法，并且能够调节到规定允许的偏差范围。上下表面距离误差不得超出±10mm/全长，与地轨平行度要求不得超出±5mm全长，天地轨采用无缝连接，地轨焊接采用轨道钢专用焊条焊接、轨道磨光机打磨。
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图7天轨连接方法
2）地轨系统
地轨采用38kg/m重轨，图8是地轨结构形式，轨道安装在用地脚螺栓支撑的调平板上，接头处采用焊接方式实现无缝连接。安装方式：调平板用地脚螺栓固定在预埋板上，调平板与轨道间设有8mm减震橡胶板。
轮压表面垂直方向直线度误差：轮距范围内不超出±1.5mm，全长不超出±3mm，表面光滑；轮压表面水平方向直线度误差：水平导向轮轮距长度内不超出±0.5mm，全长不超出±2mm，表面光滑。
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图8地轨结构形式
三、堆高机作业可靠性提升途径
通过分析堆高机运行数据和历史故障，寻求提升堆高机作业可靠性的途径。首先，需要确定合适的堆高机管理模式；其次，通过人员和技术手段，在设备预防性维修方面取得突破，争取在设备定期维保阶段解决大部分故障点和隐患点；最后，加大技改力度，提升设备作业可靠性和安全性。
（一）实施预防性保养和维修计划，降低堆高机重大故障发生频率
堆高机预防性保养和维修计划包括检查、测量、测试、调整、零件更换及彻底检修，并根据不同的检查项目，划分为10个保养和维修计划，其中：A~D为预防性保养计划，E~J为预防性维修计划。预防性保养计划按照时间节点以A→B→A→C→A→B→A→D顺序循环，间隔时间为250h，对应的A、B、C、D等4个阶段皆有不同的保养项目和内容，必须逐条实施；预防性维修计划涉及结构、液压系统、电气系统、驱动和转向轴、发动机系统、变速箱系统等六大系统，对应代码为E~J，并执行相应的检查周期表，以便及早发现故障隐患点，降低重大故障发生频率。针对一些常规性故障，例如油管老化、渗油，皮带落齿、落槽，发电机碳刷磨损，轴承游隙超标或疲劳破损，碟式制动系统密封件老化及回位弹簧塑性变形等，应根据设备的使用情况和状态，预判故障趋势，采用基于设备运行周期的预防性维修方案，在配件达到报废标准之前统一更换，并记录下次更换时间，从而降低故障发生频率，减少维修次数。
（二）成立技术攻关小组，解决设备先天缺陷和疑难故障
堆高机使用6~8年后会出现一些疑难故障，如堆高机无行车制动、吊具自动侧移或频繁充压等。堆高机是机电液一体化设备，机构复杂，引起故障的原因也较为复杂；而由于计算机检测技术尚未得到广泛应用，需要专业维修人员持续且多方位排查才能解决故障。在此背景下，有必要成立技术攻关小组，投入人、财、物等对堆高机疑难故障重点攻关。
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图1堆高机行车制动器
为排除堆高机无行车制动故障，先后拆开行车制动器回油管、驻车制动器回油管和伺服器回油管查看，发现回油均正常；因此，基本可判定问题在于液压油冷却系统回油压力过高。打开液压油箱，发现油箱中铁屑较多，据此断定制动盘磨损超标。基于以上分析，确定堆高机无行车制动故障原因为刹车油内泄和刹车盘磨损。拆开堆高机前桥行车制动器后发现，制动器活塞变形且部分弹簧和螺栓断裂，刹车盘产生大量铁屑。
在成立攻关小组解决复杂故障的基础上，需要及时总结，将故障成因、排查过程、解决思路及对策汇编成册，建立技术档案，为今后人员培训、疑难故障排除提供技术保障。
（三）运用新技术，提升设备智能化程度
随着计算机、传感器、自动控制等技术日益成熟，智能化已成为港口企业设备管理的战略方向。为此，港口企业应从提高司机操作舒适度和设备安全性的角度出发，积极运用新技术。例如，港口企业利用传感器技术，通过在堆高机上加装倒车影像装置、倒车雷达、红外线防撞装置、自动消防系统、人员识别系统等，提升堆高机智能化程度。以红外线防撞装置为例：堆高机司机在箱区作业时容易因视线不佳而无法准确判断吊具两侧距离，导致吊具极易碰擦周边集装箱，造成箱损或机损事故；而在堆高机吊具两侧加装红外线感应装置（见图2），则可以有效保护设备和集装箱。除此之外，还应积极考虑开发和引进设备故障智能诊断系统，通过大型起重机远程控制监视系统实现对堆高机的远程监控和故障诊断，从而大幅缩短设备故障处理时间。
（四）加强网络建设，升级无线网络终端设备
大型集装箱码头的空箱作业量较大，往往有多个空箱堆场，通常需要堆高机在箱区海陆两侧作业；然而，受限于无线网络基站布置和接收天线高度，作业区域容易出现信号盲区，从而影响箱区正常作业。为解决此问题，除了适度调整堆存高度和堆存方式外，还可在堆场内增设无线网络基站，并升级无线网络终端设备。总之，技术人员必须及时跟进信息化发展动向，强化信息技术对集装箱作业的支持作用。
（五）强化人员培训，提升技术人员和设备司机业务水平
高素质的作业队伍是确保堆高机各项性能的前提；因此，必须重视技术维保人员的技术培训和设备司机的操作技能培训，以减少因操作不当引起的堆高机故障，降低故障发生频率，缩短故障处理时间。梅山港区以委外培训和内部培训的方式，每年对技术维保人员实施不少于48学时的培训，同时将之与绩效考核结合起来，不断提升维保人员技术水平。
参考文献：
[1]杨莎.面向立体仓储系统的堆垛机建模仿真与寻址算法研究[D].西安:长安大学.2012.
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