Struktura wózka widłowego i zasada działania
W tym temacie omówiona zostanie zasada działania wózków widłowych. Na podstawie „Podręcznika bezpieczeństwa wózków widłowych” opublikowanego przez Taylora,-producenta wózków widłowych do dużych obciążeń w Stanach Zjednoczonych:
Większość wózków widłowych to wózki widłowe z przeciwwagą, takie jak huśtawka, dlatego należy najpierw znaleźć środek ciężkości ładunku. Ten środek ciężkości nazywany jest środkiem obciążenia, a jego długość stanowi połowę długości palety. Na przykład, jeśli wymiary palety to długość (d) 1000 mm i szerokość (w) 1200 mm, środek ciężkości ładunku wynosi 500 mm.
Środek ciężkości wózka widłowego wynosi często 500 mm lub 600 mm, więc aby poznać standardowy środek ciężkości wózka widłowego, należy go znaleźć w karcie specyfikacji wózka widłowego lub na rysunku wózka widłowego. Tonaż wózka widłowego odnosi się do maksymalnej wartości obciążenia wózka widłowego do załadunku, rozładunku i przenoszenia towarów, zaprojektowanej w oparciu o wytrzymałość konstrukcyjną każdej części, ciśnienie w układzie hydraulicznym i stabilność. Stabilność wózka widłowego z przeciwwagą opiera się po prostu na zasadzie dźwigni (huśtawka). W krytycznych warunkach, gdy na stronę ładunku zostanie przyłożona niewielka siła, wózek widłowy obróci się do przodu. Przy projektowaniu pojazdów zwykle ustala się współczynnik bezpieczeństwa wynoszący 1,4, aby zapewnić bezpieczną obsługę wózków widłowych. Krzywe obciążenia pokazują zależność pomiędzy dopuszczalnym obciążeniem a środkiem obciążenia; działanie w zakresie wartości na krzywej obciążenia może zapobiec wypadkom. Środek ciężkości obciążenia ma bezpośredni wpływ na masę ładunku. Środek ciężkości ładunku krótszy niż standardowy środek ciężkości nie wpływa na masę ładunku, ale środek ciężkości dłuższy niż standardowy środek ciężkości zmniejsza masę ładunku.
Na przykład, jeśli środek ciężkości ładunku wynosi 400 mm, ale standardowy środek ciężkości ładunku wynosi 500 mm, nie będzie to miało wpływu na masę ładunku. Jeśli jednak środek ciężkości ładunku wynosi 600 mm, a standardowy środek ciężkości ładunku wynosi 500 mm, masa ładunku zmniejszy się. Wózki widłowe-z napędem silnikowym, zwane także wózkami widłowymi spalinowymi, wykorzystują jako paliwo olej napędowy, benzynę lub gaz płynny i są napędzane silnikiem. Ich nośność waha się od 0,5 tony do 45 ton. Ogólnie dzieli się je na wózki widłowe spalinowe z przeciwwagą, wózki widłowe do kontenerów (z załadunkiem od przodu) i wózki widłowe z załadunkiem bocznym. Wózki widłowe dzieli się ogólnie na trzy typy: wózki widłowe z przeciwwagą, wózki widłowe do kontenerów (z załadunkiem od przodu) i wózki widłowe z załadunkiem bocznym. Wykorzystują one silniki wysokoprężne jako źródła zasilania i mają ładowność od 3,0 do 6,0 ton. Widły są montowane po bokach wózka widłowego, co pozwala na bezpośredni-załadunek towarów z boku, dzięki czemu wykorzystuje się je głównie do podnoszenia długich, cienkich przedmiotów, takich jak drewniane kije i stalowe pręty.
Chociaż istnieje wiele typów wózków widłowych, wszystkie składają się zasadniczo z czterech głównych części: jednostki napędowej, podwozia, części roboczych i układu elektrycznego. Różnice w budowie i miejscu montażu tych czterech części skutkują różnymi typami wózków widłowych.
Wózki widłowe z przeciwwagą są najpopularniejszym typem wózków widłowych. Omówimy teraz skład każdej części na przykładzie tego typu wózka widłowego.
01 Jednostka napędowa
Jednostka napędowa wózka widłowego dostarcza energię do części roboczych wózka widłowego w celu załadunku i rozładunku towarów oraz obsługi podwozia kołowego. Zwykle instaluje się go z tyłu wózka widłowego i służy również jako przeciwwaga.
Elektryczne wózki widłowe wykorzystują akumulatory i silniki serii DC. Ich charakterystyka napędowa jest najbliższa wymaganiom miękkiej charakterystyki stałej mocy, a ich właściwości trakcyjne są lepsze niż w przypadku silników spalinowych. Ponadto pracuje płynnie i cicho, nie emituje spalin, jest łatwy w utrzymaniu i prosty w obsłudze; koszty eksploatacji są niskie, a ogólna żywotność pojazdu długa. Do wad można zaliczyć: konieczność stosowania sprzętu do ładowania, wysoką inwestycję początkową, długi czas ładowania (zwykle 7-8 godzin, szybkie ładowanie 2-3 godziny), krótki czas ciągłej pracy po pojedynczym ładowaniu oraz podatność akumulatora na wstrząsy i wibracje, co wymaga specyficznych nawierzchni dróg. Ze względu na ograniczoną pojemność akumulatora moc silnika elektrycznego jest niska, co skutkuje mniejszą prędkością pojazdu i mniejszą zdolnością do wspinania się. Dlatego wózki widłowe-z napędem akumulatorowym są używane głównie w magazynach i warsztatach z wąskimi korytarzami, krótkimi dystansami transportowymi, dobrą nawierzchnią dróg, małym udźwigiem i tam, gdzie nie jest wymagana duża prędkość. W magazynach towarów łatwopalnych lub miejscach wymagających czystego powietrza można używać wyłącznie wózków widłowych zasilanych akumulatorowo. Wózki widłowe zasilane akumulatorowo znajdują zastosowanie także w chłodniach, w których występują trudności z uruchomieniem silników spalinowych.
Charakterystyki mechaniczne silników spalinowych nie spełniają wymagań dotyczących miękkiej charakterystyki stałej mocy napędów wózków widłowych; ich moc wyjściowa wzrasta wraz ze wzrostem prędkości. Dlatego silniki spalinowe muszą być wyposażone w mechaniczne skrzynie biegów, przemienniki momentu obrotowego lub hydrauliczne urządzenia przenoszące, aby zwiększyć wyjściowy moment obrotowy, zanim będą mogły zostać użyte. Wózki widłowe spalinowe, w przeciwieństwie do wózków widłowych-zasilanych akumulatorowo, mają następujące główne zalety: brak konieczności stosowania sprzętu do ładowania, dłuższy czas pracy, większa moc, większa zdolność pokonywania wzniesień, mniejsze wymagania dotyczące nawierzchni drogi i niższa inwestycja początkowa. Dzięki odpowiedniej metodzie przekładni mogą osiągnąć idealne właściwości trakcyjne. Wady obejmują: hałas i wibracje podczas pracy, spaliny, częstszą konserwację, wyższe koszty eksploatacji i krótszą całkowitą żywotność. Dlatego wózki widłowe spalinowe są na ogół lepsze. W przypadku wózków widłowych o udźwigu od średniego do dużego preferowane są wózki spalinowe.
Wśród wózków widłowych spalinowych najpopularniejsze są silniki Diesla, przy czym prawie wszystkie wózki widłowe o udźwigu 3 ton i większym wykorzystują silniki Diesla. Dzieje się tak dlatego, że silniki wysokoprężne zużywają mniej paliwa. Jednak silniki wysokoprężne są stosunkowo ciężkie, hałaśliwe i bardziej wibrują. Wózki widłowe o mniejszym udźwigu mogą wykorzystywać silniki benzynowe, które są mniejsze i lżejsze, ale zużywają więcej paliwa; benzyna jest droga, a jej spaliny zawierają więcej szkodliwych składników i są łatwopalne. W niektórych krajach dostępne są również wózki widłowe wykorzystujące silniki na gaz płynny (LPG), które charakteryzują się niższymi cenami paliwa i wytwarzają mniej spalin.
W ostatnich latach zarówno w kraju, jak i za granicą wzrasta wykorzystanie silników na gaz płynny (LPG) jako jednostek napędowych wózków widłowych spalinowych. Wiele z nich to wózki widłowe-z podwójnym paliwem, które mogą wykorzystywać jako paliwo benzynę, olej napędowy lub LPG. Niemcy odnotowały 160% roczną stopę wzrostu wykorzystania wózków widłowych zasilanych LPG, a liczba ta rośnie również w USA i Japonii. Obecnie narasta protest przeciwko zanieczyszczaniu spalinami pojazdów. Dlatego coraz powszechniejsze jest stosowanie silników zasilanych LPG w pojazdach przemysłowych napędzanych silnikami spalinowymi, w tym w wózkach widłowych. Dzieje się tak dlatego, że używanie silników zasilanych LPG nie tylko pozwala uniknąć zanieczyszczenia powietrza i zmniejsza zagrożenia dla środowiska, ale także zmniejsza zużycie silnika i wydłuża jego żywotność. Obniża także koszty paliwa.
02 Podwozie
Podwozie to mechanizm bezpośrednio działający, który przenosi cały ciężar towaru i wykonuje takie zadania, jak podnoszenie, podnoszenie i układanie w stosy. Składa się z urządzenia roboczego, które bezpośrednio wykonuje operacje załadunku i rozładunku oraz układu przekładni hydraulicznej obsługującej urządzenie robocze. W zależności od projektu, produkcji i różnych warunków pracy, występuje w różnych formach konstrukcyjnych. Widły to elementy w kształcie widelca,-które bezpośrednio przenoszą towar. Montowane są na wózku wideł za pomocą haków, a odległość pomiędzy widłami można regulować w zależności od potrzeb eksploatacyjnych i blokować za pomocą urządzenia pozycjonującego.
Wspornik wideł to element konstrukcyjny spawany z blach stalowych, wyposażony w zespół rolek. Maszt wewnętrzny ma po wewnętrznej stronie ustawione pionowo rowkowane gąsienice. Karetka wideł jest połączona z masztem wewnętrznym w ten sam sposób i może poruszać się wyłącznie w pionie po torach masztu zewnętrznego.
Maszt wewnętrzny to konstrukcja ramowa zespawana z dwóch rowkowanych sekcji służących jako kolumny i belki. Jej dolna część łączy się z osią napędową wózka widłowego (osią przednią). Za pomocą przechylanego siłownika hydraulicznego maszt może przechylać się pod określonym kątem w przód i w tył. Przechylenie do przodu ułatwia załadunek i rozładunek, natomiast przechylenie do tyłu zapobiega zsuwaniu się towarów na widłach podczas jazdy wózka widłowego.
Dolny koniec siłownika hydraulicznego podnoszenia znajduje się na zewnętrznej belce poprzecznej masztu, a górny koniec łączy się z wewnętrzną belką poprzeczną masztu i kołem łańcuchowym. Jeden koniec łańcucha podnoszącego jest połączony z dolną częścią masztu zewnętrznego, a drugi koniec przechodzi przez koło łańcuchowe i łączy się z karetką wideł. Kiedy olej pod ciśnieniem jest dostarczany do cylindra hydraulicznego, tłoczysko porusza się w górę z prędkością v, powodując podniesienie koła zębatego i masztu wewnętrznego z tą samą prędkością v. Ze względu na zasadę ruchomego koła pasowego, łańcuch ciągnie karetkę wideł do góry z prędkością 2v. Kiedy cylinder hydrauliczny osiągnie koniec pełnego skoku, maszt wewnętrzny znajduje się w skrajnym położeniu nad masztem zewnętrznym, a karetka wideł znajduje się w skrajnym położeniu nad masztem wewnętrznym. Po zwolnieniu ciśnienia oleju ładunek, widły i inne elementy opadają pod własnym ciężarem.
Układ kierowniczy służy do wprawiania wózka w ruch w kierunku wyznaczonym przez kierowcę. Układy kierownicze wózków widłowych można podzielić na dwa typy w zależności od energii wymaganej do kierowania: mechaniczne układy kierownicze i układy wspomagania kierownicy. Ten pierwszy wykorzystuje energię fizyczną kierowcy jako energię kierowania i składa się z trzech części: przekładni kierowniczej, mechanizmu przeniesienia napędu i mechanizmu operacyjnego. Ten ostatni jest urządzeniem kierowniczym, które jako energię kierowania wykorzystuje zarówno energię fizyczną kierowcy, jak i moc silnika. W normalnych okolicznościach kierowca dostarcza tylko niewielką część energii potrzebnej do kierowania wózkiem widłowym; większość z nich jest dostarczana przez silnik za pośrednictwem urządzenia wspomagającego kierowanie. Jednakże nawet w przypadku awarii urządzenia wspomagającego kierowanie kierowca powinien zasadniczo nadal być w stanie samodzielnie wykonać zadanie kierowania. Podczas obsługi wózka widłowego sterowanie i jazda często zachodzą naprzemiennie; aby zmniejszyć obciążenie kierowcy, wózki widłowe spalinowe często wykorzystują układy wspomagania kierownicy. Powszechnie stosowane układy wspomagania kierownicy obejmują zintegrowane wspomaganie kierownicy, pół-zintegrowane wspomaganie kierownicy i urządzenia wspomagające kierowanie. Układ hamulcowy to układ, który spowalnia lub zatrzymuje wózek widłowy. Składa się z hamulców i mechanizmu przenoszenia hamulca.
Układy hamulcowe można podzielić na trzy typy w zależności od źródła energii hamowania: ręczne układy hamulcowe, układy hamulcowe ze wspomaganiem i układy hamulcowe ze wspomaganiem. Ten pierwszy wykorzystuje energię fizyczną kierowcy jako energię hamowania; układy hamulcowe ze wspomaganiem opierają się całkowicie na energii potencjalnej w postaci ciśnienia powietrza lub ciśnienia hydraulicznego przetworzonego z mocy silnika; ten ostatni jest kombinacją dwóch pierwszych.
Skład, funkcja i zasada działania podwozia wózka widłowego i innych części są bardzo podobne do tych w samochodach. Dlatego też, ze względu na ograniczenia przestrzenne, nie będą rozwijane treści identyczne z samochodami, natomiast wprowadzone zostaną treści odmienne od samochodów.
W wózku widłowym z przeciwwagą przeciwwaga znajduje się z tyłu, aby zrównoważyć ciężar towaru z przodu. Zespół napędowy wózka widłowego (silnik spalinowy) lub akumulator jest zwykle umieszczony z tyłu, aby zapewnić częściowe zrównoważenie.
03 Sekcja Robocza
Część robocza wózka widłowego bezpośrednio przenosi cały ciężar towaru i wykonuje zadania takie jak pobieranie, podnoszenie i układanie. Składa się z urządzeń roboczych, które bezpośrednio wykonują operacje załadunku i rozładunku oraz układu przekładni hydraulicznej obsługującej urządzenia robocze. Ze względu na konstrukcję, produkcję i różne warunki pracy, ma różne formy konstrukcyjne.
Widły to elementy w kształcie widelca,-które bezpośrednio przenoszą towar. Montowane są na wózku wideł za pomocą haków. Odległość pomiędzy dwoma widłami można regulować w zależności od potrzeb operacyjnych i jest ona blokowana za pomocą urządzenia pozycjonującego.
Wspornik wideł to element konstrukcyjny spawany z blach stalowych, wyposażony w zespół rolek. Maszt wewnętrzny ma po wewnętrznej stronie ustawione pionowo rowkowane gąsienice. Karetka wideł jest połączona z masztem wewnętrznym w ten sam sposób i może poruszać się wyłącznie w pionie po torach masztu zewnętrznego.
Maszt wewnętrzny to konstrukcja ramowa zespawana z dwóch rowkowanych sekcji służących jako kolumny i belki. Jej dolna część łączy się z osią napędową wózka widłowego (osią przednią). Za pomocą siłownika hydraulicznego przechylania maszt może przechylać się pod określonym kątem zarówno w przód, jak i w tył. Pochylenie masztu do przodu ułatwia załadunek i rozładunek, natomiast przechylenie masztu do tyłu zapobiega zsuwaniu się towaru na widłach podczas jazdy wózka widłowego.
Dolny koniec siłownika hydraulicznego podnoszenia znajduje się na zewnętrznej belce poprzecznej masztu, a górny koniec jest połączony z wewnętrzną belką poprzeczną masztu i kołem łańcuchowym. Jeden koniec łańcucha podnoszącego jest połączony z dolną częścią masztu zewnętrznego, a drugi koniec przechodzi przez koło łańcuchowe i łączy się z karetką wideł. Po dostarczeniu oleju pod ciśnieniem do cylindra hydraulicznego, tłoczysko porusza się w górę z prędkością v, powodując podniesienie koła zębatego i masztu wewnętrznego z tą samą prędkością v. Ze względu na zasadę ruchomych kół pasowych, łańcuch ciągnie karetkę wideł do góry z prędkością 2v. Kiedy siłownik hydrauliczny osiągnie pełny skok, maszt wewnętrzny znajduje się w skrajnym górnym położeniu nad masztem zewnętrznym, a karetka wideł znajduje się w skrajnym górnym położeniu nad masztem wewnętrznym. Po zwolnieniu ciśnienia oleju ładunek, widły i inne elementy opadają pod własnym ciężarem.
