第3章 物流装卸搬运设备

第3章物流装卸搬运设备

【学习目标】

1．了解装卸搬运设施与设备在现代物流中的地位、作用及其发展趋势；2．理解装卸搬运、起重设备、装卸搬运车辆、自动导向搬运车、装卸堆垛机器人等概念，掌握装卸搬运设施与设备的主要类型；3．领会装卸搬运、起重设备、装卸搬运车辆、自动导向搬运车、装卸堆垛机器人的主要结构与特征；4．运用本章相关理论分析相应的案例。【案例导读】上海振华重工(集团)股份有限公司

想一想：振华重工是怎样成为世界上最大的港口机械及大型钢结构制造商？

§3-1起重机械

一、装卸起重机械的分类

1．轻小型起重设备包括千斤顶、滑车、葫芦、卷扬机。一般只有升降机构（卷扬机也可作水平移动）.2．桥式类起重机包括通用桥式、龙门式、装卸桥等。由起升机构、大车运行机构、小车运行机构组成。

3．臂架类起重机包括门座式、汽车吊、轮胎吊、铁路吊等。由起升、旋转、变幅和行走四大机构组成起重机械的详细分类臂架类起重机轻小型起重设备桥式起重机梁式起重机堆垛起重机龙门起重机装卸桥起重机桥式起重机通用桥式起重机和堆垛起重机龙门起重机和装卸桥千斤顶滑车及滑车组卷扬机葫芦固定臂架式起重机塔式起重机汽车起重机轮胎起重机履带起重机铁路起重机门座起重机悬臂起重机桅杆起重机自行动臂挂式起重机千斤顶滑车葫芦卷扬机龙门式起重机堆垛起重机门座式起重机塔式起重机汽车起重机轮胎式起重机履带式起重机浮式起重机铁路起重机二、起重机械的基本组成主要由驱动装置、工作机构、金属结构三大部分组成。1、驱动装置：起重机械的动力设备。现代起重机械驱动方式主要有电力驱动内燃机驱动内燃机-电力驱动内燃机-液压驱动2、工作机构：起升机构：使货物作升降运动的机械；运行机构：实现起重机械或起重小车沿地面或轨道运行的机构；变幅机构：使吊具移动而改变幅度的机构；回转机构：使起重机械在水平面内作旋转运动的机构。其中：起升机构是最基本的机构。与其他三种组合成不同的类型起重机械3、金属结构：起重机械的基体和骨架。作用：作为支承基础，布置和安装驱动装置及各机构。三、起重机的基本参数

1．额定起重量Q：起重机正常工作时，允许提升货物的最大重量与取物装置重之和。2．起升高度H：运行轨道面或地面到取物装置上极限位置的高度。当取物装置可降到地面以下时，起升高度还包括下放深度。3．跨度或幅度——表示起重机的工作范围大小的参数跨度L：桥式起重机大车运行两轨道中心线间的距离幅度R：臂架类起重机旋转中心到取物装置中心线间的距离

幅度主要根据工作范围确定跨度主要由工作需要或场地确定4．额定工作速度：按安全、工艺、生产率等方面综合考虑起升速度：取物装置的上升速度变幅速度：从最大幅度变到最小幅度的平均线速度旋转速度：回转式起重机每分钟的转数行走速度：桥式起重机的大车运行速度5．起重机和机构的工作级别：

表明起重机工作繁忙程度和载荷状态的参数。起重机受力特点：吊物及吊具的重力、自重、惯性力、缓冲器的撞击力。运行特点：周期性间歇运动。破坏特点：疲劳破坏影响起重机使用寿命的因素：

载荷的大小、工作忙闲程度、使用频繁程度。起重机工作级别：A1～A8共八级。起重机构件工作级别：M1～M8共八级。举例见表4-1。§3-2桥式类起重机桥式类起重机：由具有能运行的桥架结构和设置在桥架结构上的能运行的起升机构组成的起重机。种类：梁式、通用桥式、龙门式、装卸桥等特点：多为固定式，以完成固定空间的吊运作业；应用范围：工矿企业、仓库、露天堆场，进行物料装卸、搬运和吊运。一、梁式起重机1．单梁桥式起重机：

组成

桥梁——用型钢（工字型）或型钢与钢板的组合截面梁。

起重小车——手拉葫芦、电动葫芦或用葫芦作起升机构部件装配而成。

种类：按桥架支承方式分：支承式和悬挂式。按驱动方式分：手动和电动两种常用类型：电动单梁桥式起重机

组成：桥架+大车运行机构+电动葫芦+电气设备。特点：起重量大、工作速度高、生产效率高。a)电动支承式；b)手动悬挂式2．双梁式起重机由直轨、主梁、电动葫芦、小车、配电系统组成。应用：大悬挂跨度和大起重量的平面范围物料输送。图4-2轻型双梁起重机二、通用桥式起重机桥式起重机的三大机构及三种运动：

三大机构：大车运动机构小车运行机构起升机构

三大运动：

大车的纵向运动小车的横向运动起升机构的升降运动三大运动构成一个长方体的运动空间。应用：将大车轨道安装于仓库、作业场所的两侧梁柱或两侧地面上。起重量大、占地面积少、运行不妨碍其他工具的作业。桥式起重机的基本组成：组成：起重小车、桥架（大车）、电气控制、安全装置等。1、起重小车

组成：起升机构+小车运行机构+小车架

驱动方式：分别驱动

主副钩的设置：起重量<10t时，只设一套起升机构，一个吊钩；起重量>10t时，设两套起升机构：起重量大的为主起升机构——主钩起重量小的为副起升机构——副钩

一般副钩起重量是主钩起重量的15%～20%2、起重大车组成：金属桥架+大车运行机构驱动方式：分别驱动和集中驱动

分别驱动——两套单独的驱动装置分别驱动两端梁下的主动车轮。靠桥架本身的刚性和控制系统保持两侧车轮同步

集中驱动——一套驱动装置同时驱动两端车轮。易保持同步，但传动轴长，安装复杂。集中驱动方式主要用于小起重量起重机上二、门式起重机

结构特点：具体有门型框架，承载主梁下安装两条支脚。可沿地面轨道行走，主梁两端可具有外伸悬臂梁。

性能特点：场地利用率高作业范围大、适应面广通用性强。

应用：港口货场（一）门式起重机的类型按门框结构形式分类：全门式起重机半门式起重机双悬臂门式起重机单悬臂门式起重机图4-4门式起重机结构类型按主梁结构形式分：1．单主梁门式起重机结构简单，制造安装方便，自重轻，主梁为偏轨箱型结构。起重量≤50吨、轨距S≤35米。按门腿形式分有：L型（受力情况好，货物横向通过空间小）C型（横向通过空间大）图4-5L型单主梁门式起重机

C型门腿图4-5C型单主梁门式起重机

2．双梁式起重机：承载力大，跨度大，整体稳定性好，造价高有箱形梁和桁架两种形式（目前多用前者）。

箱形梁双梁式起重机

（二）门式起重机表示方法

例：MDN20/5-22A4GB/T14406-1993ME50/10+50/10-35A4GB/T14406-1993起重机标准代号工作级别跨度m额定起重量（t）代号（三）门式起重机的选用1、单主梁和双梁门式起重机的选用按起吨位、工作速度、货物大小来选用。50吨以下，跨度小于35米、无特殊要求时选用单主梁式。要求门脚宽度大、工作速度大或常吊运长大件时，选用双梁式。2、跨度和悬臂长度根据影响起重机自重的主要因素，在满足其它要求时，尽是使跨度小些。3、轮距的确定原则满足稳定性要求；货物的横向通过性；一般轮距B=（1/4～1/6）S。4、门式起重机间距尺寸的确定运输车辆在跨度内装卸时，与门脚相距0.7m以上；吊具不工作时与运输车辆相距0.5m以上；货物过门脚时，应有0.5m以上的间隙。5、门式起重机电气设备的选用应符合通用门机国标。三、装卸桥指跨度大于35m，起重量大于40t的大型门式起重机1．特点：（1）用于装卸大批量的散装物料或成批物件。（2）工作机构为小车和起升机构，速度快，效率高；（3）大车为非工作机构，只用来调整装卸桥的工作位置。2．种类：按门架形式分：桁架门架式（自重小）箱形门架式（便于制造）。按小车形式分：普通抓斗小车式带回转臂架抓斗小车式载重小车式牵引小车式图4-8双悬臂桁架结构装卸桥图4-9双悬臂箱形结构装卸桥3．抓斗卸船机——岸壁装卸桥。结构特点：门架上装有大型有轨架桥，小车可沿轨架桥运动。应用：从船舱取货后经门框内的漏斗，经胶带运输机送到货场。性能特点：起升和小车运行速度高，受料斗靠近船舶，作业行程短，生产效率高。4．抓斗卸船机的主要参数起重量、生产率、抓斗外伸距、起升高度、各机构工作速度。§3-3臂架类起重机臂架类起重机的特点：工作机构由行走、起升、变幅、旋转四大机构组成；工作活动空间为圆柱形一、门座式起重机（一）门座式起重机的类型

1．按应用范围分：通用式和专用式。

2．按补偿方式分：组合臂架补偿式和绳索补偿式。

3．按门架形式分：门座式和半门座式。（二）构造和工作原理由金属结构、四大机构、电气系统三大部分组成。金属结构部分：起重臂系统平衡系统转盘人字架梯子平台机器房运行机构均衡梁图4-10门座起重机结构1-变幅机构；2-司机室；3-旋转机构；4-起升机构；5-电气系统；6-电缆卷筒；7-行走机构；8-门架；9-转柱；10-转盘；11-机房；12-人字架；13-平衡系统；14-起重臂系统；15-吊钩四大机构部分1、起升机构：为使用双绳抓斗装卸散货时，起升机构采用双卷筒结构。由两台电动机经减速装置，带动两钢丝绳卷筒转动，通过补偿装置使抓斗升降装卸货物。图4-11门座起重机起升机构l-减速器；2-机架；3-制动器；4联轴器；5-卷筒；6-电动机；7-控制元件；8-涡流制动器2、变幅机构：门机一般采用工作性的带载变幅机构。

其特点是：工作次数频繁、变幅阻力大、变幅速度高；

缺点：变幅过程中会引起臂架重心、取物装置和吊重物在水平移动的同时产生升降运动。增大了变幅阻力和驱动功率。R1R2HGG图4-12变幅过程中吊物的移动

解决办法：采用补偿法——使重物在变幅过程中按接近于水平的轨道移动。

Ⅰ、绳索补偿法：在变幅过程中适当放出或收进一定长度的起升绳来补偿货物悬挂点的升降。缺点：起升绳长且磨损较快，小幅度时货物颠簸大，用于中小起重量的港口起重机。Ⅱ、组合臂架补偿法

依靠组合臂架象鼻架端部滑轮在变幅过程中的特殊运动（双叶曲线运动）来保证货物的水平移动。

组合臂架补偿法目前多采用刚性四连杆机构（可承受工作过程中可能产生的轴向压力），目前在门机应用最多。

3、回转机构一个或两个驱动电机经蜗轮蜗杆或行星齿轮减速后，经大小齿轮驱动转盘转动。4、行走机构由两台或四台电机减速后，经开式齿轮驱动四个腿上的行走轮使门机沿轨道行走。门机的起升、旋转、变幅机构可单独或联合作业。二、地面动臂式起重机

特点：

机体贴近地面，依靠动臂的长短或仰角的大小及旋转运动，使货物作垂直和水平运动；机动灵活，转移快，作业范围大。

广泛用于码头、车站、货场及工地等场所物料装卸、搬运和设备、结构的安装。（一）典型地面动臂式起重机

1、履带起重机

装在履带运行底盘上的全旋转动臂式起重机，多带有万能挖掘机，能进行正铲、反铲或抓斗作业。一般采用集中内燃机和电力驱动。液压和机械传动。

特点接地面积大，爬坡能力大，通过性能好，转弯半径小。行走慢，对地面有破坏作用，多用于野外和工地上。履带起重机`2、汽车起重机：装于载重汽车底盘上的全旋转动臂式起重机。行走性能如汽车，转台上设司机室，作业时打支腿。吊臂有伸缩式或折叠式两种。特点：行驶速度高，通过性好；适用于流动性作业。表4-3。3、轮胎起重机装于专用轮胎底盘上的全旋转动臂式起重机。采用刚性悬架，可带载行走，作业时要打支腿。吊臂多为桁架结构，分段组装，也有用伸缩臂的。表4-4

特点：稳定性好，使用方便，生产效率高，多用于港口、铁路站场、堆场及工地。图4-17轮胎起重机轮胎起重机`（二）动臂式起重机的性能及主要参数

1．工作幅度

回转中心轴离吊钩中心线的水平距离。随幅度增加或仰角的减小（工作幅度变大），起重量会减小，故规定了最大和最小工作幅度。吊臂最大仰角一般不超过800，一般工作范围为30～750。考虑吊臂工作时的弹性变形，规定了反映起重机实际工作能力大小的有效工作幅度：即前支腿中心到吊钩中心的最小水平距离。2、起重力矩最大起重量与相应的工作幅度之积。表示起重机的起重能力。3、支腿跨度支腿工作时的最大外伸尺寸。以确定起重机的稳定性。4、工作速度

变幅速度：取物装置从最大幅度变到最小幅度的平均线速度。一般速度较小（带载变幅），15m/min。

吊臂伸缩速度：液压起重机的吊臂从基本臂到各节吊臂完全伸出的平均速度。由于伸缩缸两腔作用面积不同，一般外伸速度小于回收速度。

额定回转速度：电动机在额定转速时，起重机绕旋转中心的转动速度。一般为3r/min，过大时，惯性冲击大。

行走速度：自行式起重机在地面或轨道上的行走速度。有一般行驶速度和带载行驶速度之分。5、通过参数

最小转弯半径、最小离在间隙、最大爬坡度。6、外形尺寸整机长、宽、高的最大尺寸。影响通过性。7、轴荷单轴的最大载荷。适应公路要求，一般为大于12t。8、自重工作状态时的机械总重。9、特性曲线

重量—幅度曲线幅度—高度曲线幅度大时，起重量减小，起升高度降低。（三）主要结构和工作原理1．构造由动力装置、工作机构、金属结构和控制系统四大部分组成。（1）动力装置及传动方式：柴油机、电力或蒸汽三种。固定式或中小移动式起重机

——用外接电源驱动和机械传动轮胎式起重机

——用内燃机+机械传动或电力传动或液压传动（2）工作机构①起升机构：升降卷扬装置；②变幅机构：改变旋转中心与取物装置垂线间的距离；③回转机构：实现起重机回转的机构；④行驶机构：实现起重机位置转移的非工作性机构。（3）金属结构吊臂、回转平台、人字架、立柱和底盘车架、支腿等组成。（4）控制装置包括操纵装置（起动、调速、换向和停止）安全装置（保护、监控）。（5）支腿和平衡重——用来提高起重机工作时的稳定性2．工作原理：①电力驱动外接电源动力—集电环、配电环和开关控制—减速装置——连接器—卷筒齿轮—转动卷筒—钢丝绳驱动取物装置升降。②蒸汽机动力蒸汽机—传动轴—分动箱—离合器—拉杆—曲轴—减速装置—起升卷筒—取物装置升降。③内燃机驱动机械集中式驱动。也可用内燃-电动装置进行分别驱动。

特点：灵活性好、适应性强、能远距离运动、可在一定范围内吊运货物。为最主要的驱动方式§3-4起重机的主要属具起重机属具分索具和取物装置两大类。常用索具有钢丝绳、麻绳、化学纤维等。常用的取物装置有吊钩、抓斗、电磁盘等。

一、起重机常用索具

(一)钢丝绳

1。钢丝绳的构造结构：双重绕绳，先用钢丝拧成股，绳股绕绳芯拧绳。

①钢丝材料：50#、60#、65#优质碳素钢。工艺：先热扎成Φ6，再冷拉，热处理。Φ2.2～Φ3.2，σb=130～200kgf/cm2

分类：按耐弯折次数（韧性号）分：特级——载客电梯；Ⅰ级——起重机；Ⅱ级——捆绑系物②钢丝绳的绳芯

作用——增加挠性和弹性，润滑（浸泡绳芯）。

有机芯——麻芯，挠性弹性好，不能用于高温；

石棉芯——用于高温（铸造用机）

金属芯——软钢丝，用于高温或多层卷绕处，可承受横向挤压力。③钢丝绳的断面结构分普通型（x）、外粗型（X）、粗细型（W）三种。图4-19钢丝绳的断面结构A-普通型；B-复合型粗细式；C-复合型外粗式2.钢丝绳的捻向按捻绕方向分：绳股绕向分为左向、右向。股的绕向与钢丝绕向是否相同分为顺绕和交绕。顺、交绕绳的优缺点：

顺绕：挠性好，表面光滑，易自行松散和扭转，用于刚性导轨吊挂情况（电梯）。

交绕：不易松散，挠性小，表面粗糙，滑办、卷筒接触面积小，易磨损。图4-20钢丝绳的捻向3.钢丝绳的型号钢丝绳：①②③④⑤⑥⑦⑧⑨①股数（6股）;②结构形式：x、X、W③每股钢丝数（19、37或61）；④钢丝绳外径（mm）⑤公称抗拉强度（kgf/cm2）；⑥钢丝韧性号（Ⅰ、Ⅱ、特级）⑦表面情况（光、镀、甲、乙、丙）⑧捻绕方向（左、右、交、同）⑨国标代号例：6x19-21.5-155-特-光-右交GB/T8918-19963.钢丝绳的使用和维护1)使用合格证的钢丝绳，其力学性能和规格符合设计要求；2)保证足够的安全系数，不得使用报废的钢丝绳；3)使用中避免两绳交叉、叠压受力、打结、扭曲、过度弯曲4)减少弯折次数，避免反向弯曲；5)保持钢绳处于良好的润滑状态，防止拖拉时的地面划伤。（二）麻绳优点：柔软、轻便、易于打结。缺点：强度低（同直径钢丝绳的10%），易破损。用途：捆吊500kg以下的物体。结构：麻纤维细线捻成股，合三（四、九）股捻成绳，用交绕。材料：剑麻（白棕绳）混合麻（剑麻+苎麻）大麻（线麻绳）图4-21麻绳的种类及构造（a）三股麻绳；（b）四股麻绳；（c）九股麻绳（三）化学纤维绳特点：轻便、柔软、耐腐蚀、弹性好、不耐热。用途：吊运不允许擦伤的精密机件和设备及强酸、强碱等物件。种类及性能：种类强度耐酸耐碱耐油弹性尼龙绳最大×√√最大涤纶绳次之√×√最小维尼纶绳最小√√√一般丙纶绳第三√√√一般安全使用注意事项：

三忌：忌火、忌高温、忌割伤。二、起重机常用取物装置1、吊钩——用于吊运成件货物。材料：主要用低碳钢（高碳钢对裂纹缺陷敏感）。种类：工艺不同分——锻造钩、板钩。结构不同——单钩和双钩。

锻造单钩——75t以下的货物；

锻造双钩——50～100t的货物。

板钩——75t以上的货物（20#、A3或16Mn）图4-22吊钩（a）锻造吊钩；（b）锻造双钩；（c）叠板单钩；（d）叠板双钩；(a)(b)(c)(d)吊钩安全使用注意事项不准超负荷使用（负荷试验）；禁止使用铸造吊钩；不准焊接修补吊钩缺陷；吊挂于钩底，防止开口变形或拉直；设防意外脱钩保险装置。安全检查：每年1～3次。包括：裂纹检查（超声波、浸油）；测危险断面磨损量；负荷试验（125Q额，10min，无塑变及裂纹）。报废标准：①裂纹；②危险断面磨损量≥10%；③开口度增加15%；④扭转变形量超过100；⑤危险断面和吊钩颈部有塑变；⑥板钩衬套磨损量≥15%（报废衬套）；⑦心轴磨损量≥5%（报废心轴）。2．抓斗主要用于装卸散货或长大物件。种类：按货物不同分：散粮抓斗、煤碳抓斗、矿石抓斗和木材抓斗。按货物密度不同分：特轻型、轻型、中型、重型和特重型。表4-5。按操纵原理不同分：单绳抓斗、双绳抓斗和电动抓斗。双绳抓斗工作原理结构：鄂板、撑杆、上承梁和下承梁4个部分组成。由支持绳和开闭绳共同动作完成抓斗的各种运动。

（1）降斗

靠自重降至散货堆上，开闭绳和支持绳索以相同速度下降（开闭绳较松）

（2）闭斗

支持绳不动，收紧开闭绳，鄂板关闭，抓货入斗。

（3）升斗两绳以同样的速度上升，达所需同高度。（4）开斗支持绳不动，开闭绳放松，自重及下横梁共同作用卸货图4-23双绳抓斗工作原理图1-颚板；2-撑杆；3-上承梁（抓斗头部）；4-支撑杆；5-开闭绳；6-支持绳；7、8-驱动卷筒

双绳抓斗的两绳由单联滑轮组操纵；四绳抓斗由双联卷筒驱动两支持绳和两开闭绳操纵图4-24抓斗开装滑轮组a）双绳抓斗单联滑轮组；b）四绳抓斗双联滑轮组；1-支持绳；2-开