第3章物流裝卸搬運設備

【學習目標】

1．了解裝卸搬運設施與設備在現代物流中的地位、作用及其發展趨勢；2．理解裝卸搬運、起重設備、裝卸搬運車輛、自動導向搬運車、裝卸堆垛機器人等概念，掌握裝卸搬運設施與設備的主要類型；3．領會裝卸搬運、起重設備、裝卸搬運車輛、自動導向搬運車、裝卸堆垛機器人的主要結構與特征；4．運用本章相關理論分析相應的案例。【案例導讀】上海振華重工(集團)股份有限公司

想一想：振華重工是怎樣成為世界上最大的港口機械及大型鋼結構制造商？

§3-1起重機械

一、裝卸起重機械的分類

1．輕小型起重設備包括千斤頂、滑車、葫蘆、卷揚機。一般只有升降機構（卷揚機也可作水平移動）.2．橋式類起重機包括通用橋式、龍門式、裝卸橋等。由起升機構、大車運行機構、小車運行機構組成。

3．臂架類起重機包括門座式、汽車吊、輪胎吊、鐵路吊等。由起升、旋轉、變幅和行走四大機構組成起重機械的詳細分類臂架類起重機輕小型起重設備橋式起重機梁式起重機堆垛起重機龍門起重機裝卸橋起重機橋式起重機通用橋式起重機和堆垛起重機龍門起重機和裝卸橋千斤頂滑車及滑車組卷揚機葫蘆固定臂架式起重機塔式起重機汽車起重機輪胎起重機履帶起重機鐵路起重機門座起重機懸臂起重機桅桿起重機自行動臂掛式起重機千斤頂滑車葫蘆卷揚機龍門式起重機堆垛起重機門座式起重機塔式起重機汽車起重機輪胎式起重機履帶式起重機浮式起重機鐵路起重機二、起重機械的基本組成主要由驅動裝置、工作機構、金屬結構三大部分組成。1、驅動裝置：起重機械的動力設備。現代起重機械驅動方式主要有電力驅動內燃機驅動內燃機-電力驅動內燃機-液壓驅動2、工作機構：起升機構：使貨物作升降運動的機械；運行機構：實現起重機械或起重小車沿地面或軌道運行的機構；變幅機構：使吊具移動而改變幅度的機構；回轉機構：使起重機械在水平面內作旋轉運動的機構。其中：起升機構是最基本的機構。與其他三種組合成不同的類型起重機械3、金屬結構：起重機械的基體和骨架。作用：作為支承基礎，布置和安裝驅動裝置及各機構。三、起重機的基本參數

1．額定起重量Q：起重機正常工作時，允許提升貨物的最大重量與取物裝置重之和。2．起升高度H：運行軌道面或地面到取物裝置上極限位置的高度。當取物裝置可降到地面以下時，起升高度還包括下放深度。3．跨度或幅度——表示起重機的工作范圍大小的參數跨度L：橋式起重機大車運行兩軌道中心線間的距離幅度R：臂架類起重機旋轉中心到取物裝置中心線間的距離

幅度主要根據工作范圍確定跨度主要由工作需要或場地確定4．額定工作速度：按安全、工藝、生產率等方面綜合考慮起升速度：取物裝置的上升速度變幅速度：從最大幅度變到最小幅度的平均線速度旋轉速度：回轉式起重機每分鐘的轉數行走速度：橋式起重機的大車運行速度5．起重機和機構的工作級別：

表明起重機工作繁忙程度和載荷狀態的參數。起重機受力特點：吊物及吊具的重力、自重、慣性力、緩沖器的撞擊力。運行特點：周期性間歇運動。破壞特點：疲勞破壞影響起重機使用壽命的因素：

載荷的大小、工作忙閑程度、使用頻繁程度。起重機工作級別：A1～A8共八級。起重機構件工作級別：M1～M8共八級。舉例見表4-1。§3-2橋式類起重機橋式類起重機：由具有能運行的橋架結構和設置在橋架結構上的能運行的起升機構組成的起重機。種類：梁式、通用橋式、龍門式、裝卸橋等特點：多為固定式，以完成固定空間的吊運作業；應用范圍：工礦企業、倉庫、露天堆場，進行物料裝卸、搬運和吊運。一、梁式起重機1．單梁橋式起重機：

組成

橋梁——用型鋼（工字型）或型鋼與鋼板的組合截面梁。

起重小車——手拉葫蘆、電動葫蘆或用葫蘆作起升機構部件裝配而成。

種類：按橋架支承方式分：支承式和懸掛式。按驅動方式分：手動和電動兩種常用類型：電動單梁橋式起重機

組成：橋架+大車運行機構+電動葫蘆+電氣設備。特點：起重量大、工作速度高、生產效率高。a)電動支承式；b)手動懸掛式2．雙梁式起重機由直軌、主梁、電動葫蘆、小車、配電系統組成。應用：大懸掛跨度和大起重量的平面范圍物料輸送。圖4-2輕型雙梁起重機二、通用橋式起重機橋式起重機的三大機構及三種運動：

三大機構：大車運動機構小車運行機構起升機構

三大運動：

大車的縱向運動小車的橫向運動起升機構的升降運動三大運動構成一個長方體的運動空間。應用：將大車軌道安裝于倉庫、作業場所的兩側梁柱或兩側地面上。起重量大、占地面積少、運行不妨礙其他工具的作業。橋式起重機的基本組成：組成：起重小車、橋架（大車）、電氣控制、安全裝置等。1、起重小車

組成：起升機構+小車運行機構+小車架

驅動方式：分別驅動

主副鉤的設置：起重量<10t時，只設一套起升機構，一個吊鉤；起重量>10t時，設兩套起升機構：起重量大的為主起升機構——主鉤起重量小的為副起升機構——副鉤

一般副鉤起重量是主鉤起重量的15%～20%2、起重大車組成：金屬橋架+大車運行機構驅動方式：分別驅動和集中驅動

分別驅動——兩套單獨的驅動裝置分別驅動兩端梁下的主動車輪。靠橋架本身的剛性和控制系統保持兩側車輪同步

集中驅動——一套驅動裝置同時驅動兩端車輪。易保持同步，但傳動軸長，安裝復雜。集中驅動方式主要用于小起重量起重機上二、門式起重機

結構特點：具體有門型框架，承載主梁下安裝兩條支腳。可沿地面軌道行走，主梁兩端可具有外伸懸臂梁。

性能特點：場地利用率高作業范圍大、適應面廣通用性強。

應用：港口貨場（一）門式起重機的類型按門框結構形式分類：全門式起重機半門式起重機雙懸臂門式起重機單懸臂門式起重機圖4-4門式起重機結構類型按主梁結構形式分：1．單主梁門式起重機結構簡單，制造安裝方便，自重輕，主梁為偏軌箱型結構。起重量≤50噸、軌距S≤35米。按門腿形式分有：L型（受力情況好，貨物橫向通過空間小）C型（橫向通過空間大）圖4-5L型單主梁門式起重機

C型門腿圖4-5C型單主梁門式起重機

2．雙梁式起重機：承載力大，跨度大，整體穩定性好，造價高有箱形梁和桁架兩種形式（目前多用前者）。

箱形梁雙梁式起重機

（二）門式起重機表示方法

例：MDN20/5-22A4GB/T14406-1993ME50/10+50/10-35A4GB/T14406-1993起重機標準代號工作級別跨度m額定起重量（t）代號（三）門式起重機的選用1、單主梁和雙梁門式起重機的選用按起噸位、工作速度、貨物大小來選用。50噸以下，跨度小于35米、無特殊要求時選用單主梁式。要求門腳寬度大、工作速度大或常吊運長大件時，選用雙梁式。2、跨度和懸臂長度根據影響起重機自重的主要因素，在滿足其它要求時，盡是使跨度小些。3、輪距的確定原則滿足穩定性要求；貨物的橫向通過性；一般輪距B=（1/4～1/6）S。4、門式起重機間距尺寸的確定運輸車輛在跨度內裝卸時，與門腳相距0.7m以上；吊具不工作時與運輸車輛相距0.5m以上；貨物過門腳時，應有0.5m以上的間隙。5、門式起重機電氣設備的選用應符合通用門機國標。三、裝卸橋指跨度大于35m，起重量大于40t的大型門式起重機1．特點：（1）用于裝卸大批量的散裝物料或成批物件。（2）工作機構為小車和起升機構，速度快，效率高；（3）大車為非工作機構，只用來調整裝卸橋的工作位置。2．種類：按門架形式分：桁架門架式（自重小）箱形門架式（便于制造）。按小車形式分：普通抓斗小車式帶回轉臂架抓斗小車式載重小車式牽引小車式圖4-8雙懸臂桁架結構裝卸橋圖4-9雙懸臂箱形結構裝卸橋3．抓斗卸船機——岸壁裝卸橋。結構特點：門架上裝有大型有軌架橋，小車可沿軌架橋運動。應用：從船艙取貨后經門框內的漏斗，經膠帶運輸機送到貨場。性能特點：起升和小車運行速度高，受料斗靠近船舶，作業行程短，生產效率高。4．抓斗卸船機的主要參數起重量、生產率、抓斗外伸距、起升高度、各機構工作速度。§3-3臂架類起重機臂架類起重機的特點：工作機構由行走、起升、變幅、旋轉四大機構組成；工作活動空間為圓柱形一、門座式起重機（一）門座式起重機的類型

1．按應用范圍分：通用式和專用式。

2．按補償方式分：組合臂架補償式和繩索補償式。

3．按門架形式分：門座式和半門座式。（二）構造和工作原理由金屬結構、四大機構、電氣系統三大部分組成。金屬結構部分：起重臂系統平衡系統轉盤人字架梯子平臺機器房運行機構均衡梁圖4-10門座起重機結構1-變幅機構；2-司機室；3-旋轉機構；4-起升機構；5-電氣系統；6-電纜卷筒；7-行走機構；8-門架；9-轉柱；10-轉盤；11-機房；12-人字架；13-平衡系統；14-起重臂系統；15-吊鉤四大機構部分1、起升機構：為使用雙繩抓斗裝卸散貨時，起升機構采用雙卷筒結構。由兩臺電動機經減速裝置，帶動兩鋼絲繩卷筒轉動，通過補償裝置使抓斗升降裝卸貨物。圖4-11門座起重機起升機構l-減速器；2-機架；3-制動器；4聯軸器；5-卷筒；6-電動機；7-控制元件；8-渦流制動器2、變幅機構：門機一般采用工作性的帶載變幅機構。

其特點是：工作次數頻繁、變幅阻力大、變幅速度高；

缺點：變幅過程中會引起臂架重心、取物裝置和吊重物在水平移動的同時產生升降運動。增大了變幅阻力和驅動功率。R1R2HGG圖4-12變幅過程中吊物的移動

解決辦法：采用補償法——使重物在變幅過程中按接近于水平的軌道移動。

Ⅰ、繩索補償法：在變幅過程中適當放出或收進一定長度的起升繩來補償貨物懸掛點的升降。缺點：起升繩長且磨損較快，小幅度時貨物顛簸大，用于中小起重量的港口起重機。Ⅱ、組合臂架補償法

依靠組合臂架象鼻架端部滑輪在變幅過程中的特殊運動（雙葉曲線運動）來保證貨物的水平移動。

組合臂架補償法目前多采用剛性四連桿機構（可承受工作過程中可能產生的軸向壓力），目前在門機應用最多。

3、回轉機構一個或兩個驅動電機經蝸輪蝸桿或行星齒輪減速后，經大小齒輪驅動轉盤轉動。4、行走機構由兩臺或四臺電機減速后，經開式齒輪驅動四個腿上的行走輪使門機沿軌道行走。門機的起升、旋轉、變幅機構可單獨或聯合作業。二、地面動臂式起重機

特點：

機體貼近地面，依靠動臂的長短或仰角的大小及旋轉運動，使貨物作垂直和水平運動；機動靈活，轉移快，作業范圍大。

廣泛用于碼頭、車站、貨場及工地等場所物料裝卸、搬運和設備、結構的安裝。（一）典型地面動臂式起重機

1、履帶起重機

裝在履帶運行底盤上的全旋轉動臂式起重機，多帶有萬能挖掘機，能進行正鏟、反鏟或抓斗作業。一般采用集中內燃機和電力驅動。液壓和機械傳動。

特點接地面積大，爬坡能力大，通過性能好，轉彎半徑小。行走慢，對地面有破壞作用，多用于野外和工地上。履帶起重機`2、汽車起重機：裝于載重汽車底盤上的全旋轉動臂式起重機。行走性能如汽車，轉臺上設司機室，作業時打支腿。吊臂有伸縮式或折疊式兩種。特點：行駛速度高，通過性好；適用于流動性作業。表4-3。3、輪胎起重機裝于專用輪胎底盤上的全旋轉動臂式起重機。采用剛性懸架，可帶載行走，作業時要打支腿。吊臂多為桁架結構，分段組裝，也有用伸縮臂的。表4-4

特點：穩定性好，使用方便，生產效率高，多用于港口、鐵路站場、堆場及工地。圖4-17輪胎起重機輪胎起重機`（二）動臂式起重機的性能及主要參數

1．工作幅度

回轉中心軸離吊鉤中心線的水平距離。隨幅度增加或仰角的減小（工作幅度變大），起重量會減小，故規定了最大和最小工作幅度。吊臂最大仰角一般不超過800，一般工作范圍為30～750。考慮吊臂工作時的彈性變形，規定了反映起重機實際工作能力大小的有效工作幅度：即前支腿中心到吊鉤中心的最小水平距離。2、起重力矩最大起重量與相應的工作幅度之積。表示起重機的起重能力。3、支腿跨度支腿工作時的最大外伸尺寸。以確定起重機的穩定性。4、工作速度

變幅速度：取物裝置從最大幅度變到最小幅度的平均線速度。一般速度較小（帶載變幅），15m/min。

吊臂伸縮速度：液壓起重機的吊臂從基本臂到各節吊臂完全伸出的平均速度。由于伸縮缸兩腔作用面積不同，一般外伸速度小于回收速度。

額定回轉速度：電動機在額定轉速時，起重機繞旋轉中心的轉動速度。一般為3r/min，過大時，慣性沖擊大。

行走速度：自行式起重機在地面或軌道上的行走速度。有一般行駛速度和帶載行駛速度之分。5、通過參數

最小轉彎半徑、最小離在間隙、最大爬坡度。6、外形尺寸整機長、寬、高的最大尺寸。影響通過性。7、軸荷單軸的最大載荷。適應公路要求，一般為大于12t。8、自重工作狀態時的機械總重。9、特性曲線

重量—幅度曲線幅度—高度曲線幅度大時，起重量減小，起升高度降低。（三）主要結構和工作原理1．構造由動力裝置、工作機構、金屬結構和控制系統四大部分組成。（1）動力裝置及傳動方式：柴油機、電力或蒸汽三種。固定式或中小移動式起重機

——用外接電源驅動和機械傳動輪胎式起重機

——用內燃機+機械傳動或電力傳動或液壓傳動（2）工作機構①起升機構：升降卷揚裝置；②變幅機構：改變旋轉中心與取物裝置垂線間的距離；③回轉機構：實現起重機回轉的機構；④行駛機構：實現起重機位置轉移的非工作性機構。（3）金屬結構吊臂、回轉平臺、人字架、立柱和底盤車架、支腿等組成。（4）控制裝置包括操縱裝置（起動、調速、換向和停止）安全裝置（保護、監控）。（5）支腿和平衡重——用來提高起重機工作時的穩定性2．工作原理：①電力驅動外接電源動力—集電環、配電環和開關控制—減速裝置——連接器—卷筒齒輪—轉動卷筒—鋼絲繩驅動取物裝置升降。②蒸汽機動力蒸汽機—傳動軸—分動箱—離合器—拉桿—曲軸—減速裝置—起升卷筒—取物裝置升降。③內燃機驅動機械集中式驅動。也可用內燃-電動裝置進行分別驅動。

特點：靈活性好、適應性強、能遠距離運動、可在一定范圍內吊運貨物。為最主要的驅動方式§3-4起重機的主要屬具起重機屬具分索具和取物裝置兩大類。常用索具有鋼絲繩、麻繩、化學纖維等。常用的取物裝置有吊鉤、抓斗、電磁盤等。

一、起重機常用索具

(一)鋼絲繩

1。鋼絲繩的構造結構：雙重繞繩，先用鋼絲擰成股，繩股繞繩芯擰繩。

①鋼絲材料：50#、60#、65#優質碳素鋼。工藝：先熱扎成Φ6，再冷拉，熱處理。Φ2.2～Φ3.2，σb=130～200kgf/cm2

分類：按耐彎折次數（韌性號）分：特級——載客電梯；Ⅰ級——起重機；Ⅱ級——捆綁系物②鋼絲繩的繩芯

作用——增加撓性和彈性，潤滑（浸泡繩芯）。

有機芯——麻芯，撓性彈性好，不能用于高溫；

石棉芯——用于高溫（鑄造用機）

金屬芯——軟鋼絲，用于高溫或多層卷繞處，可承受橫向擠壓力。③鋼絲繩的斷面結構分普通型（x）、外粗型（X）、粗細型（W）三種。圖4-19鋼絲繩的斷面結構A-普通型；B-復合型粗細式；C-復合型外粗式2.鋼絲繩的捻向按捻繞方向分：繩股繞向分為左向、右向。股的繞向與鋼絲繞向是否相同分為順繞和交繞。順、交繞繩的優缺點：

順繞：撓性好，表面光滑，易自行松散和扭轉，用于剛性導軌吊掛情況（電梯）。

交繞：不易松散，撓性小，表面粗糙，滑辦、卷筒接觸面積小，易磨損。圖4-20鋼絲繩的捻向3.鋼絲繩的型號鋼絲繩：①②③④⑤⑥⑦⑧⑨①股數（6股）;②結構形式：x、X、W③每股鋼絲數（19、37或61）；④鋼絲繩外徑（mm）⑤公稱抗拉強度（kgf/cm2）；⑥鋼絲韌性號（Ⅰ、Ⅱ、特級）⑦表面情況（光、鍍、甲、乙、丙）⑧捻繞方向（左、右、交、同）⑨國標代號例：6x19-21.5-155-特-光-右交GB/T8918-19963.鋼絲繩的使用和維護1)使用合格證的鋼絲繩，其力學性能和規格符合設計要求；2)保證足夠的安全系數，不得使用報廢的鋼絲繩；3)使用中避免兩繩交叉、疊壓受力、打結、扭曲、過度彎曲4)減少彎折次數，避免反向彎曲；5)保持鋼繩處于良好的潤滑狀態，防止拖拉時的地面劃傷。（二）麻繩優點：柔軟、輕便、易于打結。缺點：強度低（同直徑鋼絲繩的10%），易破損。用途：捆吊500kg以下的物體。結構：麻纖維細線捻成股，合三（四、九）股捻成繩，用交繞。材料：劍麻（白棕繩）混合麻（劍麻+苧麻）大麻（線麻繩）圖4-21麻繩的種類及構造（a）三股麻繩；（b）四股麻繩；（c）九股麻繩（三）化學纖維繩特點：輕便、柔軟、耐腐蝕、彈性好、不耐熱。用途：吊運不允許擦傷的精密機件和設備及強酸、強堿等物件。種類及性能：種類強度耐酸耐堿耐油彈性尼龍繩最大×√√最大滌綸繩次之√×√最小維尼綸繩最小√√√一般丙綸繩第三√√√一般安全使用注意事項：

三忌：忌火、忌高溫、忌割傷。二、起重機常用取物裝置1、吊鉤——用于吊運成件貨物。材料：主要用低碳鋼（高碳鋼對裂紋缺陷敏感）。種類：工藝不同分——鍛造鉤、板鉤。結構不同——單鉤和雙鉤。

鍛造單鉤——75t以下的貨物；

鍛造雙鉤——50～100t的貨物。

板鉤——75t以上的貨物（20#、A3或16Mn）圖4-22吊鉤（a）鍛造吊鉤；（b）鍛造雙鉤；（c）疊板單鉤；（d）疊板雙鉤；(a)(b)(c)(d)吊鉤安全使用注意事項不準超負荷使用（負荷試驗）；禁止使用鑄造吊鉤；不準焊接修補吊鉤缺陷；吊掛于鉤底，防止開口變形或拉直；設防意外脫鉤保險裝置。安全檢查：每年1～3次。包括：裂紋檢查（超聲波、浸油）；測危險斷面磨損量；負荷試驗（125Q額，10min，無塑變及裂紋）。報廢標準：①裂紋；②危險斷面磨損量≥10%；③開口度增加15%；④扭轉變形量超過100；⑤危險斷面和吊鉤頸部有塑變；⑥板鉤襯套磨損量≥15%（報廢襯套）；⑦心軸磨損量≥5%（報廢心軸）。2．抓斗主要用于裝卸散貨或長大物件。種類：按貨物不同分：散糧抓斗、煤碳抓斗、礦石抓斗和木材抓斗。按貨物密度不同分：特輕型、輕型、中型、重型和特重型。表4-5。按操縱原理不同分：單繩抓斗、雙繩抓斗和電動抓斗。雙繩抓斗工作原理結構：鄂板、撐桿、上承梁和下承梁4個部分組成。由支持繩和開閉繩共同動作完成抓斗的各種運動。

（1）降斗

靠自重降至散貨堆上，開閉繩和支持繩索以相同速度下降（開閉繩較松）

（2）閉斗

支持繩不動，收緊開閉繩，鄂板關閉，抓貨入斗。

（3）升斗兩繩以同樣的速度上升，達所需同高度。（4）開斗支持繩不動，開閉繩放松，自重及下橫梁共同作用卸貨圖4-23雙繩抓斗工作原理圖1-顎板；2-撐桿；3-上承梁（抓斗頭部）；4-支撐桿；5-開閉繩；6-支持繩；7、8-驅動卷筒

雙繩抓斗的兩繩由單聯滑輪組操縱；四繩抓斗由雙聯卷筒驅動兩支持繩和兩開閉繩操縱圖4-24抓斗開裝滑輪組a）雙繩抓斗單聯滑輪組；b）四繩抓斗雙聯滑輪組；1-支持繩；2-開