Электротягач тянет за собой сцепку тележек и сам груз не поднимает. Ниже разобрано, как считать тягу, сцепление и число тележек в составе, на какой длине маршрута сцепка заменяет рейсы вилочного погрузчика и что в паспорте машины определяет запас хода.
На многих предприятиях внутренние перевозки устроены похоже: паллеты и порожняя тара идут из цеха на склад и обратно по одному и тому же маршруту, а везет их погрузчик, по одной паллете за рейс. Когда маршрут длинный, погрузчик большую часть смены ездит между точками, а штабелирование, ради которого его покупали, не выполняется. Для регулярной развозки по постоянному маршруту берут электротягач: низкую машину с поводком или площадкой для оператора, к которой цепляют несколько тележек.
Устройство электротягача и область применения
Электрический тягач состоит из рамы, ведущей оси с тяговым электроприводом, аккумуляторной батареи, органов управления и сцепного устройства. Грузовой платформы у классического электротягача нет: груз лежит на тележках за ним. Поэтому их применяют там, где потоки идут по постоянным маршрутам: от линии к складу, от склада сырья в цех, между цехами, от приемки к зоне комплектации. Поднять груз на стеллаж электротягач не умеет, эту работу выполняет погрузчик или штабелер.
На складе электрические тягачи возят паллеты из зоны приемки в зону хранения и подают комплектующие со склада на линию. В цехах предприятий с длинными пролетами они заменяют несколько рейсов погрузчика одним проходом. Из систем безопасности на машине есть аварийный выключатель, звуковой сигнал и стояночный тормоз; тормозной путь проверяют с учетом массы состава.
Тяговое усилие и масса состава
Паспорт электрического тягача называет два близких показателя: тяговое усилие на крюке в ньютонах и максимальную массу буксируемого состава в тоннах. У электротягачей, о которых идет речь в статье, паспортная масса состава встречается от 1 до 6 т. Цифра относится к ровному твердому полу без уклона и к нормальным условиям эксплуатации. Эти данные приведены в технических характеристиках паспорта. Ухудшение этих условий (уклон, мокрый пол, мягкое покрытие) уменьшает допустимую массу, поэтому состав проверяют расчетом под свой маршрут.
Расчет сопротивления движению
Тяга складывается из трех слагаемых: сопротивления качению, подъема на уклон и разгона. Возьмем пример. Электрический тягач весит 1000 кг. К нему прицеплены четыре тележки по 150 кг, на каждой паллета 500 кг. Масса состава 4 × (500 + 150) = 2600 кг, вместе с тягачом 3600 кг. Принимаем коэффициент качения 0,03 (небольшие полиуретановые колеса на бетоне), уклон 2 процента и разгон 0,3 м/с².
- Качение: 3600 × 9,81 × 0,03 = 1060 Н.
- Уклон: 3600 × 9,81 × 0,02 = 706 Н.
- Разгон: 3600 × 0,3 = 1080 Н.
- Сумма: 1060 + 706 + 1080 = 2846 Н.
Это тяговая сила на колесах ведущей оси; усилие на крюке меньше на величину сопротивления самого тягача. Для другой сцепки в первую очередь меняются масса и коэффициент качения, который уточняют у изготовителя тележек.
Сцепление ведущей оси с полом
Тяговую силу на пол передает только ведущая ось. Пусть на нее приходится 700 кг веса машины. При коэффициенте сцепления 0,5 (сухой бетон) предел по сцеплению равен 700 × 9,81 × 0,5 = 3433 Н. Запас над 2846 Н составляет около 20 процентов. Если пол запылен или мокрый и коэффициент упал до 0,3, предел становится 700 × 9,81 × 0,3 = 2060 Н, и колеса ведущей оси буксуют. Массу состава ограничивают оба показателя: тяговое усилие привода и сцепление ведущей оси с полом.
Поводковые и платформенные исполнения
У поводкового электрического тягача оператор идет рядом и управляет поводком. Скорость ограничена темпом пешехода, обычно до 5–6 км/ч, а масса состава, как правило, меньше, чем у платформенных машин. Преимущества поводковой машины: малые габариты и простое управление. Такой электротягач выбирают для коротких маршрутов внутри цеха, для складов с узкими проходами и для условий, где ходьба оператора рядом с составом допустима.
На платформенном исполнении оператор стоит на площадке или сидит в кресле, иногда в закрытой кабине. Системы защиты оператора на платформе включают ограждение и датчик присутствия. Скорость выше, смена не превращается в многокилометровую ходьбу, а масса буксируемого состава выше. Кабина желательна на неотапливаемых складах, а при длительной работе на холоде и на улице нужна. Для длинных маршрутов между производственным корпусом и складом платформенные исполнения используют чаще, а на крупных предприятиях и распределительных складах платформенные тягачи нередко выделяют в отдельный парк.
Длина маршрута: граница применимости
На территории предприятий с несколькими корпусами маршруты длиннее. Сравним погрузчик и сцепку на одном маршруте. Допущения: перевозка по четыре паллеты по 500 кг; тягач с составом идет 5 км/ч (83 м/мин), погрузчик 6 км/ч (100 м/мин); погрузчик берет и ставит паллету за 1,5 мин; ручная гидравлическая тележка грузит и разгружает паллету по 1 мин в каждом конце; смена сцепки занимает 2 мин. Считаем суммарное время водителя и грузчика, занятое перевозкой.
- Маршрут 300 м в одну сторону. Сцепка: 600 / 83 + 2 + 8 = 17 мин. Погрузчик: 4 × (600 / 100 + 1,5) = 30 мин.
- Маршрут 30 м. Сцепка: 60 / 83 + 2 + 8 = 11 мин. Погрузчик: 4 × (60 / 100 + 1,5) = 8 мин.
Преимущества сцепки видны на длинном маршруте и пропадают на коротком. Приравняв оба времени, получаем границу около 72 м в одну сторону: на маршрутах короче этой границы выгоднее погрузчик, на более длинных сцепка. Время погрузчика растет с длиной маршрута более чем втрое быстрее, чем время электротягача (0,08 против 0,024 мин на метр). Для маршрутов в десятки метров с одной-двумя паллетами хватает гидравлической тележки. Граница сильно зависит от скоростей: при скорости погрузчика 10 км/ч (167 м/мин) она уходит примерно к 167 м. Свои цифры берут хронометражем, а форма расчета остается той же.
Тип батареи и запас хода
Емкость аккумуляторной батареи указывают в ампер-часах. Умножив ее на напряжение, получают энергию. Для аккумулятора 24 В и 200 А·ч это 24 × 200 = 4800 Вт·ч, или 4,8 кВт·ч. Свинцово-кислотный аккумулятор разряжают не глубже 80 процентов, поэтому доступно 3,84 кВт·ч. Это ограничение входит в правила обслуживания и продлевает срок службы. Чем выше емкость, тем больше запас хода при том же расходе.
Расход на ходу считаем по силе качения из прошлого раздела: 1060 Н при 5 км/ч (1,39 м/с) дают механическую мощность 1060 × 1,39 = 1473 Вт. Привод с КПД 0,75 потребляет 1473 / 0,75 = 1964 Вт. Запас хода во времени: 3,84 / 1,96 = 2 ч чистого движения. Если электротягач едет 40 процентов смены, заряда хватит на 2 / 0,4 = 5 ч работы. Расчет не учитывает разгоны и уклон, поэтому цифра завышена, и на восьмичасовую смену нужна замена аккумулятора или подзарядка.
Обслуживаемый свинцово-кислотный аккумулятор требует после заряда остывания, а при зарядке выделяет водород, поэтому для него оборудуют вентилируемую зону заряда на складе или в цехе и систему вытяжки. Для обслуживания такого аккумулятора нужны доливка дистиллированной воды и контроль плотности электролита. Преимущества литий-ионного аккумулятора проявляются в сменной работе: он заряжается в перерывах короткими подзарядками, не требует замены в течение смены, не выделяет водорода при штатной зарядке и не нуждается в таком обслуживании. Запас хода у него считают по той же формуле, но с допустимой глубиной разряда, которую указывает изготовитель, и выбирать приходится между стоимостью аккумулятора и организацией зарядки.
Сцепные устройства и число прицепов
Основных типов сцепных устройств три: крюк с петлей дышла и фиксатором, шкворневая сцепка с замком и автоматическая сцепка, где защелка срабатывает при заезде, а расцепка идет рычагом или педалью, без выхода оператора. Высота сцепки тележки и электрического тягача должна совпадать, иначе дышло работает с перекосом. Преимущества автоматической сцепки видны при частой смене составов. Защелку и петли дышел проверяют ежесменно, это входит в перечень обслуживания.
Число прицепов за электрическим тягачом ограничивают три условия. Первое: паспортная масса состава. При паспортных 3000 кг и 650 кг на тележку (грузоподъемность тележки при этом должна превышать 500 кг груза) получаем 3000 / 650 = 4,6, то есть четыре тележки. Второе: геометрия поворота. Каждая тележка срезает поворот, и чем длиннее сцепка, тем шире зона, которую она занимает; тележки с поворотной осью идут по следу точнее жестких. Третье: торможение. Большинство тележек не имеют тормозов, поэтому состав тормозит только тягач, и тормозной путь растет с массой.
Уклоны, покрытие пола и требования к проезду
Уклон 5 процентов для состава из примера требует 3600 × 9,81 × 0,05 = 1766 Н, вместе с качением 2826 Н. Без разгона это почти столько же, сколько давал уклон 2 процента с разгоном, а на мокром полу предел по сцеплению (2060 Н) ниже потребной силы, и колеса буксуют. Спуск проверяют по торможению.
Покрытие пола влияет через сопротивление качению мелких колес тележек и через сцепление ведущей оси. На наружных участках предприятий встречаются асфальт и бетонные плиты со стыками, и приведенный ниже расчет относится к ним в той же мере, что и к цеховому полу. Порог высотой h для колеса радиуса r требует горизонтальной силы W × √(h × (2r − h)) / (r − h). При диаметре колеса 200 мм и пороге 10 мм это 0,484 нагрузки на колесо. Если колесо несет 160 кг, нужны 160 × 9,81 × 0,484 = 760 Н, то есть 72 процента от сопротивления качению всего состава на ровном полу, а порог берут сразу два колеса оси. Поэтому швы, трещины и стыки плит выравнивают, а пороги заменяют пандусами.
Ширина проезда складывается из габарита тележки с грузом и зазоров. При ширине 1,0 м и зазоре 0,5 м с каждой стороны получаем 2,0 м на прямом участке. В поворотах ширина растет по длине сцепки. Отдельно проверяют высоту проемов между складом и цехом с учетом кабины и пересечения с пешеходными зонами.
Вопросы и ответы
Чем электротягач отличается от погрузчика?
Погрузчик поднимает и штабелирует груз, электротягач только буксирует. Преимущества тягача проявляются на длинном ровном маршруте. За один рейс электрический тягач увозит несколько паллет вместо одной, а погрузчик остается на складе для стеллажей.
Можно ли транспортировать багажные тележки электрокаром?
Можно, если сцепное устройство тележек подходит к электрическому тягачу, а общая масса состава не превышает паспортную и расчет по уклону и сцеплению проходит. Число тележек считают так же: паспортную массу делят на массу одной тележки с грузом.
Сколько работает электротягач на одном заряде?
Время работы в первую очередь зависит от емкости аккумулятора, массы состава и доли времени в движении. В примере выше для свинцово-кислотного аккумулятора 24 В и 200 А·ч это около двух часов хода и до пяти часов смены, на практике меньше; литий-ионный аккумулятор растягивает смену подзарядками в перерывах.
ИП «КазМеханика» занимается складским и грузоподъемным оборудованием в Астане и Алматы.
