Стеллажный кран-штабелер с поворотной стрелой

Введение. Стеллажные краны-штабелеры являются основной подъемно-транспортной машиной для обслуживания многоуровневых стеллажных складов. От их эффективности зависит продуктивность и экономичность работы склада. Традиционная конструкция крана-штабелера включает ходовую тележку, которая движется по рельсам на полу склада, установленную вертикально на тележке колонну, по которой поднимается каретка с грузозахватным устройством и грузом. Недостатками традиционной конструкции крана являются сравнительно большая масса тележки, необходимость ее перемещения вместе с колонной в горизонтальном направлении при перемещении по складу, сравнительно большой расход энергии, необходимость усиления пола склада. Крановые рельсовые пути на полу склада необходимо очищать от падающих сверху предметов, что сопряжено с остановкой работы крана и снижает производительность.

Материалы и методы. Конструкция крана-штабелера связана с формой его рабочего пространства. В целях совершенствования крана-штабелера была разработана его конструкция на основе поворотной стрелы с противовесом, при работе которой не требуются рельсовые крановые пути. Кран предложенной конструкции способен обслуживать склады в ангарах полукруглой формы. Для двух складов: традиционной прямоугольной и полукруглой форм был выполнен сравнительный анализ сумм геометрических расстояний при перемещениях грузозахватного устройства из точки загрузки в выбранные случайным образом целевые ячейки. В качестве критерия сравнения использовалась сумма декартовых расстояний перемещений грузозахватного устройства между точкой загрузки склада и целевыми точками, выбираемыми случайным образом по закону равномерного распределения. Исследовались три вида циклов работы кранов – простой одиночный, двойной и смешанный.

Результаты. Приведены сравнительные диаграммы значений критерия. Установлено, что при всех видах исследованных циклов, в наибольшей степени при работе по одиночному циклу, применение крана предложенной конструкции при одинаковой вместимости склада существенно уменьшает суммарное геометрическое расстояние, которое необходимо пройти грузозахватному приспособлению.

Обсуждение и заключение. Уменьшение суммы геометрических расстояний перемещения грузозахватного устройства нового крана позволяет сделать заключение, что затраты времени на перемещения, определяющие производительность выполняемых краном работ, а также сопряженные с ними затраты энергии, могут быть существенно снижены. Снижение энергетических затрат возможно за счет замены поступательного перемещения массивной ходовой тележки на вращательное движение уравновешенной стрелы сравнительно небольшой массы у крана предложенной конструкции. Не тратится время на регулярную очистку крановых путей, сопряженную с остановкой крана. Количество пар трения в предложенной конструкции крана уменьшено по сравнению с традиционной.

1. Hrušecká D., Adla R., Krayem S., Pivnička M. Event-B model for increasing the efficiency of warehouse management. Polish journal of management studies. 2018. Vol. 17. No. 2 :63-74. DOI: 10.17512/pjms.2018.17.2.06

2. Schulz M., Oettel V. Use of steel fibre reinforced concrete in floor slab for automated high-bay warehouses. Beton- und Stahlbetonbau. 2021. Vol. 116. pp. 70-76. DOI: 10.1002/best.202100008

3. Geyer E., Arndt T., Mehling U. Construction of a new logistics center in Flieden. Beton- und Stahlbetonbau. 2021. Vol. 116. pp. 88-90. DOI: 10.1002/ best.202100003

4. Ecker L., Malzer T., Wahrburg A., Schoberl M. Observer design for a single mast stacker crane. AT – Automatisierungstechnik. 2021. Vol. 69. No. 9. pp. 806-816. DOI: 10.1515/auto-2021-0018

5. Baryshnikova O. Creating an efficient stacker crane design. 2020 IEEE 7th International Conference on Industrial Engineering and Applications (ICIEA). 2020. pp. 25-28. DOI: 10.1109/ICIEA49774.2020.9101916

6. Galkina A., Schlacher K. Flatness-based model predictive control with linear programming for a single mast stacker crane. IFAC-PapersOnLine. 2018. Vol. 51. pp. 31-36. DOI: 10.1016/j.ifacol.2018.03.006

7. Rucker A., Rief J., Fottner J. An investigation of mean energy demand, performance and reference cycles for stacker cranes. FME Transactions. 2020. Vol. 48. No. 2. pp. 307-312. DOI: 10.5937/fme2002307R

8. Huang Q., Ye Y., Zhu Z., Lu T. Route-optimization based storage allocation algorithm in intelligent highbay warehouses. 2021 4th International conference on intelligent autonomous systems (ICOIAS 2021). 2021. pp. 240-245. DOI: 10.1109/ICoIAS53694.2021.00050

9. Rucker A., Rief J., Fottner J. Development of a method for the energy efficiency determination of stacker cranes in automated high-bay warehouses. FME Transactions. 2020. Vol. 48. No. 4. pp. 753-760. DOI: 10.5937/fme2004753R

10. Zaerpour N., Gharehgozli A., De Koster R. Vertical expansion: a solution for future container terminals. Transportation Science. 2019. Vol. 53. No. 5. pp. 1235-1251. DOI: 10.1287/trsc.2018.0884

11. Jerman B., Zrnic N., Jenko M., Lerher T. Energy regeneration in automated high bay warehouse with stacker cranes. Tehnicki vjesnik-technical gazette. 2017. Vol. 24. No. 5. pp. 1411-1416. DOI: 10.17559/TV-20161219112306

12. Boysen N., Stephan K. A survey on single crane scheduling in automated storage/retrieval systems // European journal of operational research. 2016. Vol. 254. DOI: 10.1016/j.ejor.2016.04.008

13. Graf B. Preemptive stacker crane problem: Extending tree-based properties and construction heuristics. European journal of operational research. 2021. Vol. 292. No. 2, pp. 532-547. DOI: 10.1016/j.ejor.2020.10.051

14. Fang Z., Mao J. Energy-efficient elevating transfer vehicle routing for automated multi-level material handling systems. IEEE transactions on automation science and engineering. 2020. Vol. 17. No. 3. pp. 1107-1123. DOI: 10.1109/TASE.2019.2921631

15. Sun B., Zhang X., Qiao H., Li G., Chen Y. Multitype resources collaborative scheduling in automated warehouse with fuzzy processing time. Journal of intelligent & fuzzy systems. 2020. Vol. 39. No. 1. pp. 899-910. DOI: 10.3233/JIFS-191827

16. Wang Y., Man R., Zhao X., Liu H. Modeling of parallel movement for deep-lane unit load autonomous shuttle and stacker crane warehousing systems. Processes. 2020. Vol. 8. No. 1. pp. 80. DOI: 10.3390/pr8010080

17. Ismail J., Liu S. Nonlinear model predictive control of a distributed parameter system with time-varying soft constraints. 18th European Control Conference (ECC). 2019. pp. 2783-2788. DOI: 10.23919/ECC.2019.8795610

18. Jiao H., Li F., Jiang Z., Li Y. Periodic Topology Optimization of a Stacker Crane. IEEE Access, 2019, Vol. 7, pp.186553-186562. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2960327

19. Ma C., Zhou B. Dual-rail-guided vehicle scheduling in an automated storage and retrieval system with loading and collision-avoidance constraints. Engineering computations. 2021. Vol. 38. No. 8. pp. 3290-3324. DOI: 10.1108/EC-11-2019-0517

20. Dong Y., Yaohua W., Wenkai M. Optimization of storage location assignment in automated warehouse. Microprocessors and Microsystems, 2021, Vol. 80, pp. 103356. DOI: 10.1016/j.micpro.2020.103356