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第8章 物流机械技术与设备(5)

最大起升速度是指在满载、门架垂直的条件下货物起升的最大速度。叉车的最大起升速度直接影响叉车的作业效率,提高叉车的起升速度是国内外叉车制造业技术改进的共同趋势。一般大起升重量叉车的最大起升速度都小于中小型叉车,同等起升重量的电动式叉车的最大起升速度低于内燃式叉车,主要是受蓄电池容量和电机功率的限制。货物下降速度一般都大于起升速度。

门架倾角是指叉车在平坦、坚实的路面上,无载条件下门架相对垂直位置向前或向后的最大倾角,分别称为门架前倾角和门架后倾角。门架前倾的目的是便于货叉取货,门架后倾的目的是防止叉车载货行驶时货物从货叉上滑落。

满载最高行驶速度是指叉车在平直、干硬的路面上满载行驶时所能达到的最高速度。由于叉车主要用于短距离的装卸和搬运作业,因此活动范围不宜过大,没有必要具备太高的行驶速度。一般情况下,内燃式叉车的最高运行车速是20~30千米/时,库内作业的最高运行车速是14~18千米/时,电动式叉车最大车速一般为13千米/时。

满载最大爬坡度是指叉车在良好的干硬路面上,以较低的稳定速度行驶时能够驶上的最大坡度,以度或者百分数来表示。满载最大爬坡度一般是由动力装置的最大扭转力矩以及低档的总传动比决定。由于叉车一般在比较平坦的场地上作业,所以对最大爬坡度的要求不高,一般情况下内燃叉车的最大爬坡度为20°。

最小外侧转弯半径是指叉车在空载低速行驶、打满方向盘即转向轮处于最大偏转角时,车体最外侧至转向中心的最小距离。叉车的最小外侧转弯半径值越小代表叉车运行越灵活,可以适应货场多变的作业环境。

直角通道最小宽度是指可供叉车往返行驶的、成直角相交的通道的最小理论宽度。

直角通道最小宽度越小,叉车的机动性越好,同时可以提高库场的利用率。

堆垛通道最小宽度是指叉车在通道内直线运行并且要做90°转向进行取货时,通道的最小理论宽度。堆垛通道最小宽度反映了叉车的作业灵活性,最小宽度值小,可提高货场的利用率。

回转通道最小宽度是指可供叉车调头行驶的直线通道的最小理论宽度。

叉车是一种复杂的运输机械,一般是由动力系统、传动系统、转向系统、制动系统、行驶系统、起重系统、电气辅助控制设备和液压系统等八个部分组成。

动力系统是叉车工作的能量源泉,主要包括内燃机和蓄电池等动力源以及将动力向外输出的连轴装置等。

传动系统是传输叉车车轮的行驶动力系统,可采用机械传动、液压传动等多种形式。

传动系统主要包括减速器、差速器、半轴、驱动轮等几个主要部分,具有减速增矩、改变动力传递方向等功能。

转向系统按照转向能源可以分为机械转向系统和动力转向系统两大类。机械转向系统完全依靠驾驶员的体能来操纵转向,克服转向阻力矩。动力转向系统中,驾驶员通过控制源动机系统来完成方向改变的操作。

制动系统是指行驶过程中对叉车施加阻力,用以消耗叉车动能,强制其减速以致完全停车。在停车后同时应防止其发生自由位移,以避免产生滑溜。具有制动功能的系统称之为制动系统,要求其具有足够的制动力,以保证在一定的车速下减少制动距离。目前在电动叉车上均使用干型摩擦式制动器,包括鼓式、盘式和带式等几种。

行驶系统承受车辆本身和被装载货物的重力,以及作用在车上的其他外力。它以车轮支撑于路面并与转向系统配合完成车辆的行走,同时能够吸收振动,确保车辆正常行驶。行驶系统由车架、悬挂装置以及车轮等几个部分组成。

起重系统是通过起重装置完成装卸作业的执行机构,主要由门架、货叉等组成。

电气辅助控制设备包括控制仪表等电子类器件,用于显示叉车工作状态。

液压系统用于提供动力,以完成装卸、堆垛等各种作业。

3.自动导引搬运车(AGV)

自动导引搬运车简称AGV(Automated Guided Vehicle),是指具有电磁或光学导引装置,能够按照预定的导引路线行走,具有小车运行和停车装置、安全保护装置以及具有各种移载功能的运输小车,是物流系统的重要搬运设备。

自动导引搬运车是一种以电力为动力,装有非接触导向装置的无人驾驶自动化车辆。它的主要功能表现为能在计算机的监控下,按路径规划和作业要求,使小车较为精确地行走并停靠到指定地点,完成一系列作业功能。人们形象地把以巷道堆垛机装备的自动化仓库称作是现代物流系统的枢纽,把自动导引搬运车称为其动脉。

自动导引搬运车以轮式移动为特征,较之步行、爬行或其他非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。与物料常用的堆垛机、单轨小车、传动链、传送辊道和固定式机器人相比,AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置,不受场地、道路和空间的限制。因此,在自动化物流系统中,最能充分地体现其自动化和柔性,实现高效、经济、灵活的无人化生产。随着工厂自动化和计算机集成系统技术的发展、柔性制造系统和物流业的发展,自动导引搬运车得到了广泛的应用。

自动导引搬运车可以按照引导方式、充电方式或转向方式进行分类。按照引导方式不同,可分为直接坐标导引、电磁导引、磁带导引、光学导引、激光导引、惯性导航、图像识别导引和GPS导航等。

直接坐标导引是用定位块将自动导引搬运车的行驶区域分成若干坐标小区域,通过对小区域的计数实现导引,一般有光电式(将坐标小区域以两种颜色划分,通过光电器件计数)和电磁式(将坐标小区域以金属块或磁块划分,通过电磁感应器件计数)两种形式。

其优点是可以实现路径的修改,导引的可靠性好,对环境无特别要求;缺点是地面测量安装复杂,工作量大,导引精度和定位精度较低,且无法满足复杂路径的要求。

电磁导引是较为传统的导引方式之一,它是在自动导引搬运车的行驶路径上埋设金属线,并在金属线上加载导引频率,通过对导引频率的识别来实现自动导引搬运车的导引。其主要优点是引线隐蔽,不易污染和破损,导引原理简单而可靠,便于控制和通信,对声光无干扰,制造成本较低;缺点是路径难以更改扩展,对复杂路径的局限性大。

磁带导引与电磁导引相近,以在路面上贴磁带替代在地面下埋设金属线,通过磁感应信号实现导引。其优点是灵活性比较好,改变或扩充路径较容易,磁带铺设简单易行;缺点是此导引方式易受环路周围金属物质的干扰,对磁带的机械损伤极为敏感,因此导引的可靠性受外界影响较大。

光学导引是在自动导引搬运车的行驶路径上涂漆或粘贴色带,通过对摄像机采入的色带图像信号进行简单处理而实现导引。其优点是灵活性比较好,地面路线设置简单易行;缺点是对色带的污染和机械磨损十分敏感,对环境要求过高,导引可靠性较差,且很难实现精确定位。

激光导引是在自动导引搬运车行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板,自动导引搬运车通过发射激光束,同时采集由反射板反射的激光束,来确定其当前的位置和方向,并通过连续的三角几何运算来实现自动导引搬运车的导引。此项技术最大的优点是自动导引搬运车定位精确,地面无需其他定位设施,行驶路径可灵活多变,能够适合多种现场环境。

惯性导航是在自动导引搬运车上安装陀螺仪,在行驶区域的地面上安装定位块,自动导引搬运车可通过对陀螺仪偏差信号的计算及地面定位块信号的采集来确定自身的位置和方向,从而实现导引。此技术的主要优点是技术先进,定位准确性高,灵活性强,便于组合和兼容,适用领域广;其缺点是制造成本较高,导引的精度和可靠性与陀螺仪的制造精度及使用寿命密切相关。

GPS(全球定位系统)导航是通过卫星对非固定路面系统中的控制对象进行跟踪和制导,目前此项技术还在发展和完善中,通常用于室外远距离的跟踪和制导,其精度取决于卫星在空中的固定精度和数量以及控制对象周围环境等。

自动导引搬运车按照充电方式进行分类可分为交换电池式和自动充电式两种。按照转向方式进行分类可分为前轮转向、差速转向和独立多轮转向三种。

自动导引车作为光机电结合的应用,是物流自动化系统设计的典型案例,我们将在后面专辟章节详细介绍。

2.3.3 起重机械

起重机械是指用于长大笨重货物的升降和短距离水平移动,以满足货物装卸、转载功能的机械设备。它是现代企业实现物流作业机械化、自动化,改善物料搬运效率,减轻劳动强度,提高生产率的必不可少的重要机械设备。在港口、仓库、车站、工厂、建筑工地等各个领域和部门都得到了广泛的运用。

起重机械是周期性、间歇循环工作的机械。一个工作循环包括取物、提升、运移、下降卸载,然后返回到装载位置。以吊钩起重机为例,它的工作程序通常是:空钩下降至装货点、货物挂钩、把货物提升和运送到卸货点、卸货、空钩返回原来位置准备第二次吊货。

也就是说,在它每吊运一次货物的工作循环中都包括载货和空返的行程。

1.起重机械的种类

起重机械的种类很多,根据其性能和结构的不同,可以区分为轻小型起重机械、桥式起重机械、臂架型起重机械、升降机和堆垛机几种类型,如表2‐2所示。

2.起重机械的构成

起重机械主要由驱动装置、工作机构和金属结构三大部分组成。

(1)驱动装置

驱动装置是用来驱动各工作机构动作的动力设备。它是装卸起重机械的重要组成部分,在很大程度上决定着装卸起重机械的工作性能和构造特征。装卸起重机一般主要采用电力驱动和内燃机驱动两种形式。

电力驱动是最常见的驱动形式。起重机械一般都安装有使用工业电源的电动机,实现各个运动机构的分别驱动。这样做的主要优点是简化了传动系统,而且操作维修简便,工作安全可靠,环保性好,无污染;其主要缺点是受到电源条件的限制,起重机械运行的机动性比较差。

内燃机驱动一般用于无轨运行的移动式起重机,它使用内燃机作为各工作机构的动力。内燃机通过液力联轴器和动力分配箱进行集中驱动,各机构的运转、制动和改变方向都靠操纵离合器和制动器来实现。这种驱动装置的主要优点是起重机的机动性好,可以经常改变作业地点,而且结构紧凑;主要缺点是内燃机不能有载启动,各机构须安装离合器,调速困难,运行时噪声大,排放废气污染环境。

内燃机-电力驱动是一种综合的驱动形式,它以一台内燃机为动力,拖动一台直流发电机为各机构的直流电动机提供动力,分别实行电力驱动。其主要的优点是既有独立的电源,又有电力驱动的良好性能,调速性能好,传动系统简单,所以这种驱动形式在移动式起重机中得到了广泛的应用;其缺点是造价高、结构较庞大。

还有一种驱动方式是内燃机-液压驱动,它以一台内燃机作为原动机,驱动高压油泵把机械能转换为液体压力能,通过管路系统把高压油传至各工作机构的液压马达或工作油缸,把液体压力转换为回转运动或直线往复运动的机械能,实现各机构的运作。其主要优点是结构简单,重量轻,可实现无级调速,传动比大,操作简单等;其缺点是对液压件精度要求高,传动效率低,油液易泄漏。

(2)工作机构

工作机构是指实现升降及移动货物的机构,一般分为起升机构、运行机构、变幅机构和回转机构。其中起升机构是用来升降货物的机构,运行机构是实现起重机械沿固定轨道或路面行走的机构,变幅机构是使吊具移动而改变幅度的机构,回转机构是起重机械的回转部分在水平面内绕回转中心转动的机构。任何一种起重机械都是起升机构与其他三种机构的不同组合。

(3)金属结构

金属结构是起重机械的基本和骨架。它主要用来布置和支撑起重机械的各种驱动机构和工作机构,承受各种载荷并将载荷传递给起重机构的支撑基础。起重机械的主要金属结构有臂架、门架、桥架、人字架等。

起重机械除了上述三大机构以外,为了保证工作的安全可靠,还可以配备一些安全保护装置,比如上升高度限位器、运行极限限位器、缓冲器、锚定装置、夹轨器、防风铁鞋、安全钧、防后倾装置、起重重量限制器、力矩限制器和防碰撞装置等。

3.起重机械的参数

起重机的主要参数主要有起重量、幅度、起升高度、工作速度、生产率、轨距、跨度、基距、工作级别等。

①起重量是指起重机械的最大额定起重量,它表示起重机械正常工作时允许起升的最大重量。对于吊钩式起重机,它是指允许吊钩吊起的最大重物的重量。对于使用吊钩以外的其他吊具的起重机械,比如抓斗、电磁洗盘等吊具的起重机,这些吊具的重量应该包括在内,即允许起升的最大重量是货物与吊具重量的总和。

②幅度(或外伸距)是指起重机械吊具伸出起重支点以外的水平距离。不同形式的起重机械采用不同的计算起点,比如回转臂架起重机的幅度是指回转中心线与吊具中心线的水平距离,非回转臂架起重机的幅度是指臂架下铰点到吊具中心的水平间距。

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