堆垛机是自动化立体仓库中最关键的组成设备，具有节约用地和人力、作业迅速准确等优点，其性能直接影响整个自动化立体仓库系统的能力，同时，其成本也决定着自动化立体仓库的建设投入。近年来，随着烟草企业管理水平的不断提高和对于降本增效的需求，建设一个既能满足系统需求又相对经济的自动化立体仓库成为必须解决的问题。
堆垛机发展至今，其功能和结构已经非常成熟，单机生产成本的控制空间已非常有限。但在某些特殊领域，如果一台堆垛机能在两个或者多个巷道自动运行并满足系统需求，将在很大程度上降低自动化立体仓库的成本投入。
基于这样的背景，转轨堆垛机系统应运而生。事实上，它更多的是一种堆垛机全新的应用，而不仅是堆垛机单机的发展与创新。
转轨堆垛机系统直轨段工作方式同一般直轨堆垛机。堆垛机底架装有两个走行轮支承整机重量运行，前后走行轮附近分别设有两组导轮，与立柱上部安装的导轮共同防止堆垛机左右偏摆，走行电机驱动的走行轮使堆垛机沿天地轨方向运动；升降台被提升钢丝绳悬挂，在提升电机的驱动下，载货台以立柱表面的轨道作为升降导轨导向，在钢丝绳的牵引下完成载货台的升降运动；货叉电机驱动一套运动倍增机构，使上叉体完成左右存、取托盘运动。三种运动分别在电控系统协调控制下，完成本巷道托盘载荷的出、入库工作。
以四巷道为例，A1、A2、A3、A4段为巷道直轨段，当堆垛机在相应轨道上运行时同一般直轨堆垛机；B段为转轨直段，与A1、A4段以弯道连接，与A2、A3段以转轨装置连接。转轨装置中含有ab段弯轨道和cd段直轨道。
当堆垛机需要从A1轨道切换到A2轨道运行时，相应的转轨装置根据系统指令将ab段弯轨道接上A2轨道和B转轨直段，堆垛机即可以运行到A2巷道进行出入库作业。
当堆垛机需要从A1轨道切换到A3轨道运行时，A2巷道对应的转轨装置根据系统指令将ab段弯轨道与B转轨段断开，A3巷道对应的转轨装置根据系统指令将ab段弯轨道接上A3轨道和B转轨直段，堆垛机可以顺利通过A2巷道的转轨装置运行到A3巷道，进行出入库作业。
经过系统对于转轨装置的切换，实现堆垛机在任意巷道间的切换，根据实际需要运行到相应的巷道进行出入库作业。
一般直轨堆垛机只在固定的巷道中运行，即每个巷道必须配置一台堆垛机。通过这种配置，在库区两头进行出入库作业，系统出入库作业能力最大，但投资高。适用于出入库频繁的立体仓库系统。
U型布置可以让一台堆垛机在2个巷道内运行，无需轨道切换，堆垛机直接从一个巷道(A1)运行到另一个巷道(A2)即可。相比于一般直轨堆垛机，在能满足系统出入库能力需求的前提下，两个巷道只需要一台堆垛机，节省了一定的资金投入，但如果堆垛机出现故障，两个巷道均无法进行出入库作业。通过这种布置，堆垛机只能在立库一端进行出入库作业。
A1巷道与A2、A3、A4巷道分别构成三个U型轨模式，一台堆垛机可以根据需要在任意的巷道中作业，布局中的各个堆垛机之间可以进行互备，一台出现故障时，其他堆垛机可以替代作业。系统可以根据实际需要配置少于巷道数的堆垛机台数。例如，四个巷道可以分别配置1台、2台、3台堆垛机，在满足系统作业能力需求的前提下，达到配置，并降低系统建设成本。
从以上布置模式可以看出，转轨堆垛机系统应用的最大优点在于多巷道配置少量堆垛机，并且可以实现一台堆垛机故障时其他堆垛机替代作业，从而不影响本巷道物料的出入库，既满足自动化立体仓库的自动搬运功能，又能大大降低成本。但同时，从布置模式上也可以看到一些缺陷，例如，只能在立库一端进行出入库作业，由于要安装换轨装置，立库将占用更大的空间等。因此，转轨堆垛机系统只能应用于某些特殊自动化立体仓库中。
济南烟厂根据实际生产情况，需要建立一个应急物流自动化立体仓库。基本要求包括：①允许立库一端完成出入库作业；②配置8个巷道(根据满足存量、库房空间结构计算)；③出入库流量200个物料单元/小时(普通单台堆垛机能处理的较合理流量在50个物料单元/小时左右，根据堆垛机参数等其他因素略有差别)；④要求在某一台堆垛机故障时，其他堆垛机能代替作业，任何时候不影响出入库作业。
如果按一般直轨布置设计，本立库需要配置8台堆垛机。而8台堆垛机能满足本系统需求能力的两倍以上，堆垛机能力资源浪费很大，而且不同的巷道间堆垛机不能互换作业，一台故障则本巷道内的物料无法进行出入库作业。
如果按U型轨道布置设计，本立库配置4台堆垛机，堆垛机能力与系统要求刚好匹配，相对于一般直轨布置节约了4台堆垛机。但如果一台堆垛机故障，将有两个巷道无法进行出入库作业。
在实际设计中，济南烟厂采用了转轨堆垛机系统轨道布置，8个巷道配置4台堆垛机，在满足系统出入库能力需求的前提下节省了4台堆垛机，而且堆垛机互换性非常高，根据系统调度，可以实现任意堆垛机完成其他任意堆垛机需要完成的任务。最终方案同时弥补了一般直轨布置设计和U型轨道布置设计的缺点，最大限度地发挥了堆垛机能力资源，同时也合理地节约了大量资金。目前，该系统已正式投入运行，运行情况良好。
截至目前，转轨堆垛机还没有实现载货转轨，在转轨直段没有实现物料存取。期待堆垛机的发展能解决这一难题，届时，转轨堆垛机系统将能实现立库两端进行存取物料作业，自动化立体仓库的功能将得到更好的开发和利用。
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