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摘 要： 随着国家物联网概念的提出，企业高架立体配方库的应用日趋广泛。巷道堆垛机是高架立体配方库的关键存取设备，其载货台货叉导向块在使用过程中随季节变化热胀冷缩，导向块和货叉之间的摩擦力周期性增大和缩小，导致货叉出现卡滞、停顿、爬行故障现象。减小导向块热胀冷缩的影响，可以使高架立体配方库在温度变化较大的地区推广使用。
关键词： 高架立体配方库；导向块；热胀冷缩；卡滞
中图分类号：TH246 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0720180-02
1）减少导向块和货叉接触面之间正压力N，可以减少摩擦力。
2）降低导向块和货叉接触面的摩擦系数μ，可以减少摩擦力。
3）增加货叉动力F，大于摩擦力。
上述三种措施的综合运用可以降低货叉卡滞、爬行现象，满足货叉定位准确、运行平稳的设计要求。减少冬季导向块收缩现象，可以降低货叉左右晃动现象。
综合考虑定位准确、制动平稳、力矩大小、速度冲量的要求，作如下改进。
2.1 改造导向块结构，减小导向块因热胀冷缩造成的形变
在发现货叉卡滞现象后，曾考虑磨削导向块的接触面，经过分析这种加工方法不能保证接触面的平面度，也仅仅是适应当前的环境温度。如果保障温度高时不出现卡滞现象，就会造成在温度低时接触面之间的距离超出尺寸公差的上限，造成货叉的左右晃动量加大。这种加工方法只是将导向块适应的温度范围向上或向下平移，而不能扩大导向块适应的温度范围，为此决定改造导向块的结构。本文做了两种改造方式：第一种是在接触面上铣槽，第二种是在接触面上打孔，并分别做实验。实验结果表明，第二种改造方式更好，究其原因是因为在接触面上铣槽不能有效改变导向块内部的应力方向，而在导向块接触面上打孔，使内部应力方向向孔的中心分散，从而使孔随温度的变化而增大或缩小，极大降低导向块表面上的热胀冷缩现象。可以理解为在接触面上降低了导向块的膨胀系数，扩大了导向块适应的温度范围，满足导向块的尺寸公差的要求。如图5所示，在图（a）中应力F1，在（b）中分解为F1、F2、F3，使F1大幅度减小，从而有效降低了导向块表面的热胀冷缩现象。
因在接触面上打孔，会减少接触面的有效接触面积。为了保障导向块的定位作用，经过试验，有效接触面积减少不能超过25%。优选方案是：在50×24mm的导向块接触面上，孔的直径、分布和数量如下：孔的数量是11个，直径是5mm，既满足设计要求，又不过多减少有效接触面积；孔的分布为三行，各孔错开均匀排列，使内部应力分散均匀。
2.2 改变接触面润滑方式，有效防止表面摩擦系数的增大
在没有改造导向块之前，润滑油只能涂抹在接触面表面，形成一层较薄的油膜。随着货叉的运行，逐渐地将接触面的润滑油带走，使接触面的油膜变薄直至为零，容易使接触面的摩擦系数逐渐加大，增大接触面的摩擦阻力。改造导向块后，在导向块接触面上涂抹润滑油，同时将润滑油注入导向块的孔中，随着货叉对导向块的挤压，孔中的润滑油会向接触面补充，补偿货叉带走的润滑油，始终保持接触面油膜的厚度，保持接触面摩擦系数的最小化。
2.3 改变电机运行控制方式，控制不同位置的电机转矩
将图5Mm曲线在距定位点较短的距离上进行平缓，如图6所示：
在L1段距离上，利用摩擦阻力对电机的制动作用提前制动，此时摩擦阻力的效果是正作用，根据上述原理并经试验，确定变频器调速公式为
当货叉位置与定位点的距离大于200mm，变频器输出频率为45Hz；
当货叉位置与定位点的距离小于20mm，变频器输出频率为4.5Hz；
当货叉位置与定位点的距离在200mm到20mm之间，变频器输出频率随位置的变化而等比变化。
在满足克服最大摩擦阻力力矩M2的条件下，若环境温度降低，摩擦阻力力矩降到M1时，在最后20mm，电机稳定运行在图3的f6曲线和M1线的相交点D，此时摩擦阻力力矩和电机转矩相等，制动时只消除电机本身动能，此时电机对制动的冲量很小，完全满足稳定制动的要求。
2.4 改造后达到的温度适应范围
如图7所示：
在改造前，适应的温度变化范围是T1；
改造导向块结构后，适应的温度变化范围是T2；
改变润滑方式后，适应的温度变化范围是T3；
改变控制方式后，将温度范围上限扩大了T4，适应的温度变化范围是T5；
改造后，在满足安装尺寸公差的前提下，随着适应温度范围的扩大，完全解决货叉卡滞、爬行现象，同时防止出现货叉左右晃动现象。达到导向块的设计初衷。
3 结束语
针对现有的货叉导向块适应环境温度变化能力差，使货叉不能平稳运行，定位不准问题，本方法进行了较为详细的研究和试验，通过改造导向块的结构扩大了导向块适应的温度范围，适于-10℃～40℃。运行结果表明：该方法克服了货叉运行时左右晃动、卡滞、爬行等现象，保证了货叉的稳定运行，定位准确，满足尺寸公差0.17～0.22mm的要求，极大降低了故障发生率，提高了生产的稳定连续性，为提升生产效率创造了极为有利的条件，减轻了维修人员的劳动强度。具有很好的工业应用价值和推广应用前景。
参考文献：
[1]张建民，机电一体化系统设计，高等教育出版社，2007，7.
[2]闻邦椿，机械设计手册，机械工业出版社，2010，1.
[3]徐正林、刘昌琪，自动化立体仓库实用设计手册，中国物资出版社，2009，3.
作者简介：
付永民（1978-），男，汉族，学士，工程师，河南中烟工业有限责任公司许昌卷烟厂，研究方向：工业自动化。
关键词： 高架立体配方库；导向块；热胀冷缩；卡滞
中图分类号：TH246 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0720180-02
1）减少导向块和货叉接触面之间正压力N，可以减少摩擦力。
2）降低导向块和货叉接触面的摩擦系数μ，可以减少摩擦力。
3）增加货叉动力F，大于摩擦力。
上述三种措施的综合运用可以降低货叉卡滞、爬行现象，满足货叉定位准确、运行平稳的设计要求。减少冬季导向块收缩现象，可以降低货叉左右晃动现象。
综合考虑定位准确、制动平稳、力矩大小、速度冲量的要求，作如下改进。
2.1 改造导向块结构，减小导向块因热胀冷缩造成的形变
在发现货叉卡滞现象后，曾考虑磨削导向块的接触面，经过分析这种加工方法不能保证接触面的平面度，也仅仅是适应当前的环境温度。如果保障温度高时不出现卡滞现象，就会造成在温度低时接触面之间的距离超出尺寸公差的上限，造成货叉的左右晃动量加大。这种加工方法只是将导向块适应的温度范围向上或向下平移，而不能扩大导向块适应的温度范围，为此决定改造导向块的结构。本文做了两种改造方式：第一种是在接触面上铣槽，第二种是在接触面上打孔，并分别做实验。实验结果表明，第二种改造方式更好，究其原因是因为在接触面上铣槽不能有效改变导向块内部的应力方向，而在导向块接触面上打孔，使内部应力方向向孔的中心分散，从而使孔随温度的变化而增大或缩小，极大降低导向块表面上的热胀冷缩现象。可以理解为在接触面上降低了导向块的膨胀系数，扩大了导向块适应的温度范围，满足导向块的尺寸公差的要求。如图5所示，在图（a）中应力F1，在（b）中分解为F1、F2、F3，使F1大幅度减小，从而有效降低了导向块表面的热胀冷缩现象。
因在接触面上打孔，会减少接触面的有效接触面积。为了保障导向块的定位作用，经过试验，有效接触面积减少不能超过25%。优选方案是：在50×24mm的导向块接触面上，孔的直径、分布和数量如下：孔的数量是11个，直径是5mm，既满足设计要求，又不过多减少有效接触面积；孔的分布为三行，各孔错开均匀排列，使内部应力分散均匀。
2.2 改变接触面润滑方式，有效防止表面摩擦系数的增大
在没有改造导向块之前，润滑油只能涂抹在接触面表面，形成一层较薄的油膜。随着货叉的运行，逐渐地将接触面的润滑油带走，使接触面的油膜变薄直至为零，容易使接触面的摩擦系数逐渐加大，增大接触面的摩擦阻力。改造导向块后，在导向块接触面上涂抹润滑油，同时将润滑油注入导向块的孔中，随着货叉对导向块的挤压，孔中的润滑油会向接触面补充，补偿货叉带走的润滑油，始终保持接触面油膜的厚度，保持接触面摩擦系数的最小化。
2.3 改变电机运行控制方式，控制不同位置的电机转矩
将图5Mm曲线在距定位点较短的距离上进行平缓，如图6所示：
在L1段距离上，利用摩擦阻力对电机的制动作用提前制动，此时摩擦阻力的效果是正作用，根据上述原理并经试验，确定变频器调速公式为
当货叉位置与定位点的距离大于200mm，变频器输出频率为45Hz；
当货叉位置与定位点的距离小于20mm，变频器输出频率为4.5Hz；
当货叉位置与定位点的距离在200mm到20mm之间，变频器输出频率随位置的变化而等比变化。
在满足克服最大摩擦阻力力矩M2的条件下，若环境温度降低，摩擦阻力力矩降到M1时，在最后20mm，电机稳定运行在图3的f6曲线和M1线的相交点D，此时摩擦阻力力矩和电机转矩相等，制动时只消除电机本身动能，此时电机对制动的冲量很小，完全满足稳定制动的要求。
2.4 改造后达到的温度适应范围
如图7所示：
在改造前，适应的温度变化范围是T1；
改造导向块结构后，适应的温度变化范围是T2；
改变润滑方式后，适应的温度变化范围是T3；
改变控制方式后，将温度范围上限扩大了T4，适应的温度变化范围是T5；
改造后，在满足安装尺寸公差的前提下，随着适应温度范围的扩大，完全解决货叉卡滞、爬行现象，同时防止出现货叉左右晃动现象。达到导向块的设计初衷。
3 结束语
针对现有的货叉导向块适应环境温度变化能力差，使货叉不能平稳运行，定位不准问题，本方法进行了较为详细的研究和试验，通过改造导向块的结构扩大了导向块适应的温度范围，适于-10℃～40℃。运行结果表明：该方法克服了货叉运行时左右晃动、卡滞、爬行等现象，保证了货叉的稳定运行，定位准确，满足尺寸公差0.17～0.22mm的要求，极大降低了故障发生率，提高了生产的稳定连续性，为提升生产效率创造了极为有利的条件，减轻了维修人员的劳动强度。具有很好的工业应用价值和推广应用前景。
参考文献：
[1]张建民，机电一体化系统设计，高等教育出版社，2007，7.
[2]闻邦椿，机械设计手册，机械工业出版社，2010，1.
[3]徐正林、刘昌琪，自动化立体仓库实用设计手册，中国物资出版社，2009，3.
作者简介：
付永民（1978-），男，汉族，学士，工程师，河南中烟工业有限责任公司许昌卷烟厂，研究方向：工业自动化。