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[摘 要]现阶段相关行业使用的堆垛机结构较为复杂在对其进行仿真分析时工作内容非常多过程较繁琐并有些问题尚未完善。在利用ANSYS软件对堆垛机进行有限元分析时可有效简化传统分析过程，可减少堆垛机仿真分析过程的工作量为堆垛机及其关键部件性能研究、特性分析以及运行控制优化提供技术支撑。
[关键词]ANSYS；堆垛机；有限元分析；优化控制
中图分类号：J51-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）04-0357-01
引言
堆垛机是现代自动化仓库中较为重要自动搬运设备之一，在设计和分析堆垛机时相关工作人员需要对其重要部件进行性能分析和参数计算，其中立柱结构是堆垛机最重要结构。立柱结构在堆垛机运行过程中发挥着承担载荷、重力和惯性作用任务，非常容易产生形变，所以，为保证堆垛机安全、高效运行，要进行有限元分析并优化堆垛机运行控制以保证立柱结构的稳定性。
1堆垛机总体结构
堆垛机是立体仓库中重要运输设备之一，现代化立体仓库代表性设备。主要是在立体仓库特定通道中运行按照相关规定将货物放入相应货格内或根据需求将货格内货物取出[1]。
堆垛机分类方式有很多种，通常按照以下标准对其进行分类：第一，按照堆垛机高度可将其分为高层、中层和低层堆垛机，高层堆垛机主要用于一体式仓库中高层货架，中层堆垛机主要用于中低层货架，低层堆垛机主要用于简易立体仓库；第二，按照堆垛机有无导轨可将其分为有导轨堆垛机和无导轨堆垛机，有导轨堆垛机主要是指堆垛机沿着仓库内固定轨道完成货物搬运工作，无导轨堆垛机又被称为高架叉车，与普通叉车的工作原理和运行方式基本相同。
2堆垛机的构成
立体仓库巷道堆垛机如图1所示由运行机构、起升机构、装有存取机构的载货台、机架车身和电气设备五部分组成[2]。
3有限元模型建立
在总体分析时将升降台（包含货叉及货物）、控制柜以及顶端装置用集中质量点单元模拟，这样就可以将质量力施加到点单元上，之后用和立柱相连接，立柱和下横梁采用壳单元在单元属性中定义板的厚度，立柱部分翼缘板和腹板厚均为，下横梁两翼缘板厚，腹板和挡板厚，堆躲机总高，自重，重能力。建立的有限元模型如图2（右）所示[3]。
4堆垛机的模态分析
特征值得提取方法选用法，正则化选用质量归一法，由于堆探机本身阻尼的存在，在振动过程中高阶振型对振动系统的影响比较小，可以将其忽略不予考虑故只选取了前十阶振动模态。边界条件设置为：升降台处于最高位置，并且在满载的情况下，底端限制、方向自由度，顶端自由。
满载最高时第一、四和八阶是行进方向的弯曲模态，满载自由第二、五阶是行进方向弯曲模态满载自由的弯曲模态和计算结果基本吻合，满载最低和满载最高相比，升降台下降前四阶固有频率增加在第五阶后出现减小；空载最高和满载最高相比，不考虑额定载重各阶固有频率均有减小；满载自由和满载最高相比将顶端、方向约束去掉各阶固有频率减小增加约束可以提高固有频率；满载悬浮的响应状态前六阶为刚体模态，固有频率未在表中列出与有约束状态存在很大的差异，但是两种状况下的物理模型和模态存在一定的联系[4]。
5优化控制—S型速度控制
堆垛機运行过程要求必须平稳、安全和可靠，尤其是堆垛机上装有司机室堆垛机，在水平、起升控制中应保证操作人员舒适感。我国堆垛机运行速度曲线大都为多档调速控制，具有代表性如图与所示。这种多档调速控制能够基本满足控制要求，但也存在不足一是折线型速度给定在加速阶段对系统造成有功及无功冲击，对堆垛机造成有害冲击，当堆垛机加速、减速运动的时候立柱会出现较大的变形，长时间会对立柱造成疲劳损坏，同时对电力系统造成尖峰负荷，影响电力系统正常稳定运行。通过仿真可以得出堆垛机在启动和停车一瞬间，立柱会出现摆动现象，如果这种变形量过大，可能会发生货物抖落危险情况并且立柱这种变形对堆垛机在停车后进行取、放货物是十分不利。还有就是起升系统钢丝绳拉力瞬间加剧影响钢丝绳使用寿命[5]。
根据上述分析，相关工作人员应该结合上述不利因素对堆垛机运行过程进行优化控制，S型曲线控制便是较为有效控制措施。利用S型曲线代替传统多档调速曲线可以有效改善堆垛机运行状况，进而解决传统多档调速运行控制方式产生问题提高堆垛机平稳性。在对堆垛机进行优化控制时工作人员可以利用计算机技术充分结合激光测距技术、变频器闭环矢量控制技术等，进行使其运行过程中速度曲线趋于S型，之后再通过修改相应的控制参数使堆垛机启动、匀速运行、加速、减速以及制动阶段速度都能得到有效控制，这样一来不但提高了堆垛机工作效率，还提高了系统工作安全性及机械系统使用寿命。
结语
立柱结构是堆垛机重要结构，因此，为了保证堆垛机安全、可靠、高效工作，工作人员需要对立柱结构相关参数进行计算和分析文章采用了有限元方法对堆垛机的立柱结构进行了相应分析，主要分析了堆垛机前8阶固有频率及其模态之后分析了堆垛机速度控制方式的弊端，进而提出了S型速度控制优化策略为堆垛机结构设计和速度优化控制工作提供了一种行之有效分析方法。
参考文献
[1]柴山惠，吕志军，杨建国，杨光辉.基于ANSYS APDL的堆垛机立柱静动态性能分析系统[J].物流技术，2015，34（01）：294-298.
[2]王庆朋.单立柱巷道堆垛机结构及动特性研究[D].昆明理工大学，2013.
[3]郑玉巧，黄建龙，蔺文刚.基于ANSYS的堆垛机立柱刚度的分析[J].科学技术与工程，2009，9（07）：1979-1981+1988.
[关键词]ANSYS；堆垛机；有限元分析；优化控制
中图分类号：J51-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）04-0357-01
引言
堆垛机是现代自动化仓库中较为重要自动搬运设备之一，在设计和分析堆垛机时相关工作人员需要对其重要部件进行性能分析和参数计算，其中立柱结构是堆垛机最重要结构。立柱结构在堆垛机运行过程中发挥着承担载荷、重力和惯性作用任务，非常容易产生形变，所以，为保证堆垛机安全、高效运行，要进行有限元分析并优化堆垛机运行控制以保证立柱结构的稳定性。
1堆垛机总体结构
堆垛机是立体仓库中重要运输设备之一，现代化立体仓库代表性设备。主要是在立体仓库特定通道中运行按照相关规定将货物放入相应货格内或根据需求将货格内货物取出[1]。
堆垛机分类方式有很多种，通常按照以下标准对其进行分类：第一，按照堆垛机高度可将其分为高层、中层和低层堆垛机，高层堆垛机主要用于一体式仓库中高层货架，中层堆垛机主要用于中低层货架，低层堆垛机主要用于简易立体仓库；第二，按照堆垛机有无导轨可将其分为有导轨堆垛机和无导轨堆垛机，有导轨堆垛机主要是指堆垛机沿着仓库内固定轨道完成货物搬运工作，无导轨堆垛机又被称为高架叉车，与普通叉车的工作原理和运行方式基本相同。
2堆垛机的构成
立体仓库巷道堆垛机如图1所示由运行机构、起升机构、装有存取机构的载货台、机架车身和电气设备五部分组成[2]。
3有限元模型建立
在总体分析时将升降台（包含货叉及货物）、控制柜以及顶端装置用集中质量点单元模拟，这样就可以将质量力施加到点单元上，之后用和立柱相连接，立柱和下横梁采用壳单元在单元属性中定义板的厚度，立柱部分翼缘板和腹板厚均为，下横梁两翼缘板厚，腹板和挡板厚，堆躲机总高，自重，重能力。建立的有限元模型如图2（右）所示[3]。
4堆垛机的模态分析
特征值得提取方法选用法，正则化选用质量归一法，由于堆探机本身阻尼的存在，在振动过程中高阶振型对振动系统的影响比较小，可以将其忽略不予考虑故只选取了前十阶振动模态。边界条件设置为：升降台处于最高位置，并且在满载的情况下，底端限制、方向自由度，顶端自由。
满载最高时第一、四和八阶是行进方向的弯曲模态，满载自由第二、五阶是行进方向弯曲模态满载自由的弯曲模态和计算结果基本吻合，满载最低和满载最高相比，升降台下降前四阶固有频率增加在第五阶后出现减小；空载最高和满载最高相比，不考虑额定载重各阶固有频率均有减小；满载自由和满载最高相比将顶端、方向约束去掉各阶固有频率减小增加约束可以提高固有频率；满载悬浮的响应状态前六阶为刚体模态，固有频率未在表中列出与有约束状态存在很大的差异，但是两种状况下的物理模型和模态存在一定的联系[4]。
5优化控制—S型速度控制
堆垛機运行过程要求必须平稳、安全和可靠，尤其是堆垛机上装有司机室堆垛机，在水平、起升控制中应保证操作人员舒适感。我国堆垛机运行速度曲线大都为多档调速控制，具有代表性如图与所示。这种多档调速控制能够基本满足控制要求，但也存在不足一是折线型速度给定在加速阶段对系统造成有功及无功冲击，对堆垛机造成有害冲击，当堆垛机加速、减速运动的时候立柱会出现较大的变形，长时间会对立柱造成疲劳损坏，同时对电力系统造成尖峰负荷，影响电力系统正常稳定运行。通过仿真可以得出堆垛机在启动和停车一瞬间，立柱会出现摆动现象，如果这种变形量过大，可能会发生货物抖落危险情况并且立柱这种变形对堆垛机在停车后进行取、放货物是十分不利。还有就是起升系统钢丝绳拉力瞬间加剧影响钢丝绳使用寿命[5]。
根据上述分析，相关工作人员应该结合上述不利因素对堆垛机运行过程进行优化控制，S型曲线控制便是较为有效控制措施。利用S型曲线代替传统多档调速曲线可以有效改善堆垛机运行状况，进而解决传统多档调速运行控制方式产生问题提高堆垛机平稳性。在对堆垛机进行优化控制时工作人员可以利用计算机技术充分结合激光测距技术、变频器闭环矢量控制技术等，进行使其运行过程中速度曲线趋于S型，之后再通过修改相应的控制参数使堆垛机启动、匀速运行、加速、减速以及制动阶段速度都能得到有效控制，这样一来不但提高了堆垛机工作效率，还提高了系统工作安全性及机械系统使用寿命。
结语
立柱结构是堆垛机重要结构，因此，为了保证堆垛机安全、可靠、高效工作，工作人员需要对立柱结构相关参数进行计算和分析文章采用了有限元方法对堆垛机的立柱结构进行了相应分析，主要分析了堆垛机前8阶固有频率及其模态之后分析了堆垛机速度控制方式的弊端，进而提出了S型速度控制优化策略为堆垛机结构设计和速度优化控制工作提供了一种行之有效分析方法。
参考文献
[1]柴山惠，吕志军，杨建国，杨光辉.基于ANSYS APDL的堆垛机立柱静动态性能分析系统[J].物流技术，2015，34（01）：294-298.
[2]王庆朋.单立柱巷道堆垛机结构及动特性研究[D].昆明理工大学，2013.
[3]郑玉巧，黄建龙，蔺文刚.基于ANSYS的堆垛机立柱刚度的分析[J].科学技术与工程，2009，9（07）：1979-1981+1988.