《物流设施与设备》第三章 起重设施与设备

第三章起重设施与设备第一节起重机械概述第二节起重机械的配置与选择第一节起重机械概述一、起重机械的概念起重机械是用来进行物料搬运作业的机械设备，广泛用于输送、装卸和仓储等作业场所。起重机械通过工作机构的组合运动，把物料提升，在空间一定范围内移动，然后按要求将物料安放到指定位置，空载回到原处，准备再次作业，从而完成一次物料搬运的工作循环。起重机械的搬运作业是周期性的间歇作业。现代工业企业要求有各种类型的起重运输机械来满足企业物流机械化需求，又要有效地运用和增加设备的利用能力，以达到最经济的效果。下一页返回第一节起重机械概述在现代生产中，起重机不仅在物料运输领域起着重要作用，而且有些起重机直接参与生产工艺过程，成为工艺设备的主要组成部分，大大提高了劳动效率，同时减轻了劳动强度。起重设备还进人人们的工作和生活领域，例如公共场所的电梯、娱乐场所的大型升降游艺机等，提高了人们的生活质量和生存质量。二、起重机械的组成1.起重机械的构成起重机械由驱动装置、工作机构、取物装置、操作控制系统和金属结构组成(见图3一1)。具体如下:上一页下一页返回第一节起重机械概述.通过对控制系统的操纵，驱动装置将动力能量输入，转变为机械能(即适宜的力或运动速度)，再传递给取物装置;.取物装置将被搬运物料与起重机联系起来，通过工作机构单独或组合运动，完成物料搬运任务;.可移动的金属结构将各组成部分连接成一个整体，并承载起重机的自重和吊重。2.各组成部分(1)驱动装置驱动装置是用来驱动工作机构的动力设备的。常见的驱动装置有电力驱动、内燃机驱动和人力驱动等。.电力驱动是现代起重机的主要驱动形式，几乎所有的在有限范围内运行的有轨起重机、升降机、电梯等都采用电力驱动;上一页下一页返回第一节起重机械概述.对于可以远距离移动的流动式起重机(如汽车起重机、轮胎起重机和履带起重机)多采用内燃机驱动。.人力驱动适用于一些轻小起重设备，也用做某些设备的辅助、备用驱动和意外(或事故状态)的临时动力。(2)工作机构工作机构包括起升机构、运行机构、变幅机构和旋转机构，也被称为起重机的四大机构。.起升机构起升机构是用来实现物料的垂直升降的机构，是任何起重机不可缺少的部分，因而是起重机最主要、最基本的机构。.运行机构运行机构是通过起重机或起重小车运行来实现水平搬运物料的机构，有无轨运行和有轨运行之分，按其驱动方式不同分为自行式和牵引式两种。上一页下一页返回第一节起重机械概述.变幅机构变幅机构是臂架起重机特有的工作机构。变幅机构通过改变臂架的长度和仰角来改变作业幅度。.旋转机构旋转机构是使臂架绕着起重机的垂直轴线做回转运动，在环形空间运移动物料。起重机通过某一机构的单独运动或多机构的组合运动，来达到搬运物料的目的。(3)取物装置取物装置是通过吊、抓、吸、夹、托或其他方式，将物料与起重机联系起来进行物料吊运的装置。根据被吊物料不同的种类、形态、体积大小，采用不同种类的取物装置。上一页下一页返回第一节起重机械概述.成件的物品常用吊钩、吊环;.散料(如粮食、矿石等)常用抓斗、料斗;.液体物料使用盛筒、料罐等;.针对特殊物料的特种吊具，如吊运长形物料的起重横梁，吊运导磁性物料的起重电磁吸盘，专门为冶金等部门使用的旋转吊钩;.螺旋却料和斗轮却料等取物装置，以及集装箱专用吊具等。合适的取物装置可以减轻作业人员的劳动强度，大大提高工作效率。防止吊物坠落，保证作业人员的安全和吊物不受损伤是对取物装置安全的基本要求。上一页下一页返回第一节起重机械概述(4)金属结构1)金属结构的含义金属结构是以金属材料轧制的型钢(如角钢、槽钢、工字钢、钢管等)和钢板作为基本构件，通过焊接、铆接、螺栓连接等方法，按一定的组成规则连接，承受起重机的自重和载荷的钢结构。金属结构的重量占整机重量的40%~70%，重型起重机可达90%;其成本约占整机成本的30%。2)金属结构的构成金属结构按其构造可分为实腹式(由钢板制成，也称箱型结构)和格构式(一般用型钢制成，常见的有根架和格构柱)两类，它们是组成起重机金属结构的基本受力构件。这些基本受力构件有柱(轴心受力构件)、梁(受弯构件)和臂架(压弯构件)，各种构件的不同组合形成功能各异的起重机。受力复杂、自重大、耗材多和整体可移动性是起重机金属结构的工作特点。上一页下一页返回第一节起重机械概述3)金属结构的作用起重机的金属结构是起重机的重要组成部分，它是整台起重机的骨架，将起重机的机械、电气设备连接组合成一个有机的整体，承受和传递作用在起重机上的各种载荷并形成一定的作业空间，以便使起吊的重物顺利搬运到指定地点。金属结构的垮塌破坏会给起重机带来极其严重甚至灾难性的后果。(5)控制操纵系统通过电气、液压系统控制操纵起重机各机构及整机的运动，进行各种起重作业。控制操纵系统包括各种操纵器、显示器及相关元件和线路，是人-机对话的接口。安全人机学的要求在这里得到集中体现。该系统的状态直接关系到起重作业的质量、效率和安全。上一页下一页返回第一节起重机械概述三、起重机械的分类根据起升机构的活动范围不同，起重机械分为简单起重机械、通用起重机械和特种起重机械。1.简单起重机械简单起重机械一般只做升降运动或一个直线方向移动，只需要具备一个运动结构，包括手拉葫芦、手扳葫芦、环链电动葫芦和升降机等。它们起升货物重量不大，作业速度及效率较低。各种简单起重机械如图3一2所示。上一页下一页返回第一节起重机械概述2.通用起重机械通用起重机械具有使物品做水平方向的直线运动或回转运动机构，通用不仅指搬运物品的多样性，而且也包括使用场所的广泛性。通用起重机主要有:通用桥式起重机，龙门式起重机，固定回转式起重机和移动回转式起重机(如汽车起重机)等。下面主要介绍桥架式起重机和回转式起重机。(1)桥架式起重机1)含义桥架式起重机是指以桥架为承载结构，由起升机构、小车运行机构和大车运行机构等几部分组成的起重机械。2)构成按其结构不同可分为梁式起重机、通用桥式起重机、龙门式起重机、装卸桥等类型(图3一3).上一页下一页返回第一节起重机械概述3)主要参数桥式起重机的基本参数有:起重量、起升高度、跨度、各种机构的工作速度及各机构的工作级别。另外，机械的生产率、轨距、外形尺寸、最大轮压等也是重要参数。这些参数说明起重机的工作性能和技术经济指标，是设计起重机的技术依据，也是生产使用中选择起重机技术性能的依据。(2)回转类起重机1)含义这种起重机是利用臂架式或整个起重机的回转来搬运物品，臂架的吊钩幅度可以改变，起重机的工作范围是一个圆柱或扇形立体空间。2)分类回转类起重机分为两大类:固定回转起重机和移动回转起重机。上一页下一页返回第一节起重机械概述前者装在固定地点工作，后者安装在有轨或无轨的运行车体上，随着工作需要可以改变其工作地点，回转类起重机如图3一4所示。转柱式回转起重机、定柱式回转起重机和转盘式回转起重机属于固定回转起重机。塔式、港口门座式和铁路起重机属于有轨运行回转起重机。汽车式、轮胎式和履带式起重机等属于无轨运行回转起重机。3.特种起重机械(1)桥式堆垛起重机1)适用范围桥式堆垛起重机作为仓库作业机械用于高层货架仓库存取作业，同时也适用于无货架堆垛，其起重量一般在0.5~5t，个别特殊的也可以达到10t,15t,20t。这种起重机一般都是中、小跨度，如22.5m以下，并主要适用于高度12m以下的仓库。上一页下一页返回第一节起重机械概述2)构成桥式堆垛起重机主要由桥架、大车运行机构、小车、电器设置四部分组成。这种起重机的桥架与通用桥式起重机的桥架基本相似。①大车运行机构大车运行机构有悬挂式和支承式两种基本形式:.悬挂式运行机构多用于跨度为12m以下、起重量为2~3t以下的起重机;.支承式运行机构使用广，除支承在仓库的吊车梁上运行外，也可以支承在货架上运行，而小车比较复杂。②小车小车上的吊钩用立柱和货叉所替代，立柱可旋转，其上的货叉和司机室随立柱一起旋转，又可同时或分别沿着立柱升降，可视为桥式起重机和叉车的结合物，如图3一5所示。上一页下一页返回第一节起重机械概述3)立柱桥式堆垛机的立柱(门架)分为固定式和伸缩式两大类。①固定式固定式具有固定不变的高度，结构较为简单，自重较轻，但不能跨越较高的地面障碍物和货垛，因而主要用于货架式仓库。②伸缩式伸缩式一般为2~4节，立柱结构较为复杂。在库内作业时，可以自由地跨越地面障碍，装卸各种型号车辆，多适用于不用货架、单元货物直接堆垛的仓库。上一页下一页返回第一节起重机械概述4)特点从仓库物流和总体分布的角度来看，桥式堆垛起重机有如下特点:.堆垛高度比叉车高，但不如巷道堆垛起重机;.占用巷道宽度比叉车小，但比巷道堆垛起重机大;.能同时服务于若干巷道，机动性比巷道式堆垛机好，但不如叉车灵活，不能开出仓库作业;.既能用于高架储存，又能实现无货架堆垛，并能跨越货垛;.桥架能顺利通行，在仓库顶棚与货架之间需要有较大净空;.生产率较巷道式堆垛起重机低;.适合重、长、大件物进行高堆垛。上一页下一页返回第一节起重机械概述5)安全设置桥式堆垛起重机的安全保护装置和普通起重机基本相同。为了确保司机的人身安全，司机室的起升钢丝绳安全系数大于10，并在司机室顶端装有安全保护装置，如图3一6所示。一旦司机室起升钢丝绳断裂，在司机室上面的安全装置的弹簧发挥作用，立即使其安全爪转到水平位置，司机室刚下坠其安全爪就很容易插到立柱挖空的椭圆孔内，防止司机室下坠，有了安全的保障。(2)巷道式堆垛起重机1)特点巷道式堆垛起重机是自动化立体仓库内主要作业机械。美国称它是“高层储藏之王”，是随立体仓库的出现而发展起来的专用起重机。上一页下一页返回第一节起重机械概述巷道式堆垛起重机起重量一般在2t以下，有的达4一5t，使用这种设备的新建仓库最高达40m、大多数在10一25m。这种作业工艺对巷道式堆垛起重机在结构和性能方面提出了一系列严格的要求:.整机结构高而窄;.起重机有特殊的取物装置;.起重机配备有特殊的取物装置;.起重机的电力拖动系统要同时满足快速、平稳和准确三方面要求;.必须配备齐全的安全装置;.在电气控制上采取一系列连锁和保护措施。上一页下一页返回第一节起重机械概述2)用途它的主要用途是:.在立体仓库的货架巷道间来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存入货格;.或者相反取出货格内的货物运送到巷道口。3)构成巷道式堆垛起重机由升降机构、运行机构、货叉、伸缩机构、机架以及电气部分等组成。巷道式堆垛起重机一般分为单立柱和双立柱两种型式，如图3-7所示。上一页下一页返回第一节起重机械概述①起升机构起升机构由电动机、制动器、减速机、巷筒或链轮以及柔性件组成。常用的柔性件有钢丝绳和起重链两种。除了一般的齿轮减速机外，由于需要比较大的速比，因而蜗轮蜗杆减速机和行星减速机的使用也不少。起重链装置多数装在上部，而常配有平衡重块，以减少提升功率。为了使起升机构结构紧凑，常常使用带制动器的电机。起升机构的工作速度一般经常用15~25m/min，最高可达45m/min。但不管选多大的工作速度，都应备有一个慢速挡，一般3~5m/min。主要使运动机构能平稳、准确地停在规定位置，以便存取货物。上一页下一页返回第一节起重机械概述②运行机构运行机构由电机、联轴节、制动器、减速箱和行走轮组成。按运行机构所在位置的不同可以分为地面运行式、上部运行式、中间运行式等。.地面运行式地面运行式使用最广泛。这种方式一般用两个或四个车轮，沿敷设在地面上的单轨运行。在起重机的顶部有两组水平轮沿着固定在屋架下弦上的轨道导向。如果起重机车轮与金属结构能过垂直小轴铰接，起重机就可以走弯道，从一个巷道转移到另一个巷道工作。上一页下一页返回第一节起重机械概述.上部运行式上部运行式起重机又可分为支承式和悬挂式两种，前者支承在货架顶部敷设的两条轨道上运行，起重机下部有两组水平轮导向。悬挂式的起重机是在悬挂在位于巷道上方的工字钢下翼缘上运行，下部同样有水平轨导向。.工作速度起重机运行机构的工作速度视仓库长度和需要的出、入库频率而定。一般为80m/min以下，较高为120m/min，最高可达180m/min。除工作速度外，还需要一档慢速，如4m/min，这是为了便于存取货物，保证需要的停止精度。对于自控制的起重机，为了在近距离运行(例如小于6个货格的距离)时缩短起重机慢速爬行时间，在工作速度和慢速之间还需要一档中速，如20m/min。上一页下一页返回第一节起重机械概述③载货台及取货装置.载货台载货台是货物单元承接装置，通过钢丝绳或链条与起升机构连接。载货台可沿立柱导轨上下升降而升降。.取货装置取货装置安装在载货台上，有司机室的堆垛机，司机室也一般装在载货台上，随载货台的升降。对只需要拣选一部分货物的拣选式堆垛机，则载货台上不设取货装置，只有平台供放置盛货容器之用。取货装置一般是货叉伸缩机构，货叉可以横向伸缩，以便向(从)两侧货格送入(取出)货物。货叉结构常用三节伸缩式，由前叉、固定叉以及导向滚轮等组成货叉的传动方式主要有齿轮一齿条和齿轮一链条两种。货叉伸缩速度一般为15m/min以下，高的可达30m/min，在超过10m/min时需配备慢速挡，在启动和制动时用。上一页下一页返回第一节起重机械概述④机架机架由立柱和上、下横梁连接而成，是堆垛机的承载构件。机架有单立柱和双立柱两大类。.单立柱单立柱结构的机架只有一根立柱和一根下横梁。这种结构重量比较轻，制造工时和消耗材料少，起重机运行时，司机的视野比双立柱好得多，但刚度较差，一般适应于高度不到10m，轻载荷的堆垛机。.双立柱双立柱的机架由两根立柱和上、下横梁组成一个长方形框架。这种结构度和刚性都比较好，适用于起重量较大或起升高度较高的起重机。上一页下一页返回第一节起重机械概述⑤电力拖动巷道式堆垛起重机的电力拖动除极个别外，都采用变速的电力拖动系统，常用的有以下几种:.可控硅供电直流高速系统;.交流变极电机换速;.交流双电机变速;.可控硅交流定子调压调速;.涡流制动器调速;.变上频调速等。上一页下一页返回第一节起重机械概述4)堆垛机的分类堆垛机可进行如下分类:①按支持形式分类可分为:.悬垂式堆垛机图3-8所示的是悬垂式堆垛机，所谓悬垂式堆垛机即堆垛机悬挂在导轨上;.地面式堆垛机图3-9所示的是地面式堆垛机，即堆垛机在地面导轨上行走。上一页下一页返回第一节起重机械概述②按控制方式分类可分为:.手动式堆垛机手动式堆垛机就是操作者在操作室或操作平台上，对行走、升降和移载等运动实行手动操作的堆垛机;.半自动堆垛机半自动堆垛机就是在手动式堆垛机的基础上对行走、升降的空位和货叉运动实行自动控制;.自动式堆垛机自动式堆垛机，即在基础体上设计有设定器，操作者只需通过计算机进行出/入库设定便可实现自动存取货物的堆垛机。③按有无人搭乘分类可分为:.人、货升降式堆垛机图3-10所示为人、货升降堆垛机。这种堆垛机的货台和操作室为一体，操作者与货物一起上下;.专用货台升降式堆垛机图3-11和图3-12所示为具有专用货台的堆垛机。图3-12还具有独立的检查室。上一页下一页返回第一节起重机械概述④按使用环境分类可分为:.一般用堆垛机温度在0~40℃范围内，湿度在45%~85%范围内;.低温用堆垛机在40℃以下工作的堆垛机;.高温用堆垛机大于40℃以上的温度条件下工作;.防爆用堆垛机在防爆条件下工作。⑤按轨道配置分类可分为:.直线导轨式堆垛机如图3-13所示，这是在直线导轨上往复运动的堆垛机。.曲线导轨式堆垛机如图3-14所示，这是在曲线导轨上往复运动的堆垛机。上一页下一页返回第一节起重机械概述.在移动台车导轨上行走的堆垛机图3-15所示为在移动台车导轨上行走的堆垛机。由图可知，因为堆垛机可随移动台车移动，所以堆垛机可进人其他巷道工作，这样可以节约堆垛机的数量，从而减少投资。⑥按移载方式分类可分为:.选货式堆垛机这种堆垛机是操作者直接通过手工操作对货架中的货物进行存取的作业，如图3一16所示。.货叉移载式堆垛机通过货叉移动来实现存取货物的堆垛机，其中有分单叉、双叉和多叉几种，如图3一17所示。.台车移载式堆垛机通过台车移动来实现货物的移载作业的堆垛机，如图3-18所示。.输送机移载式堆垛机通过输送机运送来实现货物移载作业的堆垛机，如图3-19所示。上一页下一页返回第一节起重机械概述5)控制方式①自动控制方式这种方式的主要特点是堆垛机上不需要司机。在机上便于地面操作的部位装有设定器，操作人员站在巷道口的地面，通过机上的设定器，设定出人库作业方式和地址等数据。②半自动控制方式这种控制方式是手动控制方式的改进，半自动控制巷道堆垛自动化程度各不相同，其基本功能:当司机用手柄或按钮发出运行(升降)机构的换速信号后，堆垛机的运行(升降)机构所配置的检测装置自动发出该机构的停车信号。上一页下一页返回第一节起重机械概述③手动控制方式这种方式是由操作人员在司机室内，用手柄或按钮来操纵运行、起升、货叉伸缩等动作。认址、变速、对准等全部靠司机来完成。该方式控制设备简单、经济，司机劳动强度较大，作业效率低，适用于出人库频率不高、规模不大的仓库。④远距离集中控制方式操作者通过设定出人库地址和作业方式，并输人到地面或机上的控制装置(包括计算机)中，经过计算和判断，发出堆垛机运行的控制命令，实现堆垛机的远距离集中控制。上一页下一页返回第一节起重机械概述6)安全保护由于巷道式堆垛起重机要在又高又窄的巷道内快速运行，对于它的安全必须特别重视。除了一般起重机常备的一些安全保护装置和措施，如各种机构的终点限位开关、缓冲器、紧急停车、电机过电流和过热保护、控制路的零位保护等外，还应根据实际需要，增加以下各种安全保护措施:.入库时货物要虚实探刚，自动堆垛到某货格入库，在伸叉存入货物之前，需要先探刚货格内有无货物，以防双重入库，造成事故。探刚器可以是反射式光电开关或机械式探杆。.货叉与运行，起升机构的连锁。当堆垛运行和高速升降时，堆垛机的运行和高速升降中路要闭锁。上一页下一页返回第一节起重机械概述.载货台断绳保护，钢丝绳一旦断裂，载货台连同司机室就会自由下落，这时，保护装置的安全挂钩和楔块动作，迅速把载货台夹在立柱导轨上。.钢丝绳松绳和过载弹簧变形量最小，过载时弹簧变形过大。两种情况下，均碰压行程开关发出报警信号，使堆垛机停止动作。也可用压力传感器和电子线路代替行程开关作负载限制器。.声光信号，堆垛机开动前先用电铃或闪光灯发出信号，以警告机上或巷道内的检修人员及过往行人。除上述几种主要的安全装置外，还要设置巷道端头迫换速，起升机构超速下降保护的超越限制器，货台上货物不正报警等多种安全设施。上一页下一页返回第一节起重机械概述(3)高架叉车1)含义高架叉车又称作无轨巷道堆垛机，是一种变型叉车，对于作业不太频繁或临时保管，高度不太大的仓库以及为提高仓库储存能力，把现有仓库改造成中、低层货架的仓库时，这种高架叉车尤为适用。高架叉车既保留了叉车的一些特点，又发展了适用于在高货架中工作的性能。2)特点高架叉车的特点是:.高架叉车备有特殊的货叉机构，货叉不但能单独侧移、旋转，而且也能实现侧移和旋转联动。上一页下一页返回第一节起重机械概述.高架叉车的控制方式一般分为有人操作和无人操作两种。有人操作又分为手动控制和半自动控制;无人操作又分为自动控制和远距离集中控制(多数用计算机)。.高架叉车采用多节门架，起升高度比一般叉车高，可达12m，但比巷道式堆垛起重机所能达到的高度低得多。.高架叉车一般都采用蓄电池作为电源。.高架叉车机动性比巷道堆垛起重机高，它可以在道外作业;一台设备可以进行多道工作，也可开出仓库外作为一般叉车使用。上一页返回第二节起重机械的配置与选择一、起重机械的主要性能参数表征起重机械基本工作能力的最主要的性能参数是起重量和工作级别。1.起重量起重量是指在规定工作条件下允许起吊的重物的最大重量，即额定起重量。