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输送机设计

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物料输送机设计基础教程之重力输送机
作者:输送机械设备网  发布于:2014-4-23 11:48:57  浏览量:
 
 [摘要]本文将探讨物流中心常用的各型单元负载式输送机及立体输送机的规格与应用方式,以期作为用户在选用物料输送机及设计时参考。重力输送机主要有重力式滚筒输送机,重力式滚轮输送机,重力式滚珠输送机。

   在仓库(物流中心)中使用最普遍的输送机就是单元负载式输送机及立体输送机。单元负载式输送机包括滚筒输送机皮带输送机或链条输送机等型式。这些输送机主要是用来做固定路线的输送。输送的单元负载包括栈板、纸箱或其它固定尺寸的物品,输送机型式的选择主要是基于物品的特性及系统的需求。

   单元负载式输送机的分类如图-1 所示。以动力源区分,可分为重力式( Gravity )及动力式( Powered )二种,重力式输送机即是利用所输送物品本身的重量为动力,在一倾斜的输送机上,由上往下滑动。重力式输送机,因滚动转子的不同,可分为滚轮、滚筒及滚珠等三种型式。动力式输送机,一般均以马达为动力。以传送的介质区分,主要可分为链条式、动力滚筒输送机及皮带式输送机,以其应用而言,除最基本输送的功能之外,尚可做储积及分类等多种用途。
单元负载式输送机的分类
图 -1 单元负载式输送机之分类
   立体输送机则以输送机空间所在位置区分,主要分为垂直输送机、悬挂输送机及地轨三大类。本文将探讨物流中心常用的各型单元负载式输送机及立体输送机的规格与应用方式,以期作为用户在选用物料输送机及设计时参考。
   1 重力输送机( Gravity Conveyor )
   重力输送机除了成本较低的优点外,且易于安装、扩充或配置上的变更。理论上重力输送机,在使用时需要两个倾斜角,一个倾斜角是作为负载的激活用,另一个倾斜角则是维持负载的滑动(图-2)。但实际上在一个输送机上不可能有两个倾斜角,因此就在较陡的激活角度与较不陡的滑动角度之间,取一个折衷角度。但如此,在两个地方会特别有问题:
   (1)倾斜角度是以较轻的负载设计,却可能放有较重的负载。
   (2)第一个负载激活后,滚轮的摩擦力因旋转而变小使得第二个负载滑动速度变快而追撞前一个负载。
   追撞之后,这两个负载结合有如一个较重的负载,而加快滑行速度,这两种情况会导致负载滑行至输送机尾端,因撞击停止器而损坏或是伤及作业员。解决这些问题可使用速度控制器,
但有其重量范围的限制,且增加成本。除了上述问题,重力式应是优先考虑的最经济的方式。
重力式输送机倾斜角的构成理论
图 -2 重力式输送机倾斜角的构成理论
   1.1 重力式滚轮输送机
   重力式滚轮输送机(图-3 所示),有时称为“溜冰鞋滑轮( Skate Wheel )”。主要特点为重量轻,易于搬动,在转弯段部份,滚轮为独立转动。对于较轻的物品,滚轮的转动惯量较低。且组装、拆装快速容易。
重力式滚轮输送机
图 -3 重力式滚轮输送机
   (1)应用范围
   对于一些表面较软的物品,如布袋,滚轮较滚筒型式有较佳的输送性。在这种应用,可选择排成一列的方式,如此物品会循迹滑动。底部有挖空的容器及篮子,则不适合使用滚轮输送机。为使物品输送平顺,在任何时候一个物品至少要有五个滚轮以上支撑(分布在三支轴上),如图 -4 所示。
物品至少要有五个滚轮支撑 
图 -4 物品至少要有五个滚轮支撑 
   (2)材质选择
   滚轮式输送机的骨架有钢及铝两种材质可供选用,铝的骨架材质用于负载较轻且可移动装设的情况,与钢骨架相较,其负载能力较小,而滚轮则有钢质、铝质、塑料之区分,一般钢质滚轮的负载能力为11~23 kg,铝质的在4.5~18 kg,塑料的则在 10 kg以下。
   (3)尺寸规格
   大部份的输送机制造厂商提供输送机的内缘宽度为300 mm、500 mm及600 mm,标准的长度为1.5 m、2 m、3 m。每单位长度的滚轮数由经验决定,一般而言,对于较小的物品,需更多的滚轮,而滚轮排列由于其每一排滚轮数及交错排列之不同而有多种的型式组成,如图 -5 所示。常用标准的滚轮输送机骨架是由两支60 mm×25 mm 的型钢组合。滚轮需少许的油脂润滑。如使用的温度范围在 0~38℃ 之外,则须向制造商接洽咨询,以避免产生润滑的问题,另有特殊的滚轮输送机,可应用在较高或较低温度的环境。
滚轮排列型式
图 -5 滚轮排列型式
   骨架的强度与负载的多寡及支撑架的距离有关。大部份制造商均会提供骨架容许变形量的表,如表 -1 所示。计算时,如会超过容许的变形量,则可考虑增加支撑架,或使用不同的支撑方式。 

支撑距离

每50 kg负载 变形量

1,500 mm

0.326 mm

0.602 mm

3,000 mm

2.414 mm

5.284 mm


表 -1 骨架负载变形量
   输送机的倾斜度与输送物品的重量及表面的条件有关。对于纸箱,平均的倾斜度是每3 m高7.5 cm。物品如较坚实,需要的倾斜角度较小。表面较软的物品则需要较大的倾斜角。经验及测试是决定最后倾斜角度的唯一方法,一般而言,如无减速装置,最大长度在12~15 m。
   (4)功能模块
   滚轮输送机,依功用有多种应用模块,例如直送模块、转弯模块及分歧模块。不同功用模块的组合,可完整地满足系统需求。
   转弯模块一般有 45°及 90°的型式。滚轮平均的倾斜度只有直送模块的一半。因为在转弯模块的滚轮是独立旋转,而外侧的滚轮旋转较快,因此为维持物品的方向性,转弯内侧的半径至少需等于物品的最大长度。一般而言,较大的转弯半径,物品较易输送,而不会塞在转弯部份。计算转弯模块输送机的宽度公式如下图 -6 所示。
转弯模块之宽度尺寸规格
图 -6 转弯模块之宽度尺寸规格
   分歧模块具有直送、左右送,可用于包裹的分送处理。可与重力式或动力式的系统相连接,以手动的方式用一个杠杆控制分歧的滑道,或是利用遥控的方式,以按钮来控制。
   1.2 重力式滚筒输送机
   滚筒输送机的特点就是在于滚筒、轴、轴承、骨架、支撑架等组件的组合非常多样(图-7),可满足各种不同的应用需求。选择组合的方式,需考虑输送的物品特性,安装的环境及设备的成本等条件。物品特性会影响输送的稳定性,一般至少需有三支滚筒同时接触物品(图-8 )。
重力式滚筒输送机
图 -7 重力式滚筒输送机
滚筒支撑数与物品输送稳定性的关系
图 -8 滚筒支撑数与物品输送稳定性的关系
   (1)应用范围
   重力式滚筒输送机的应用范围较滚轮式为广(表-2)。一般不适用于滚轮的负载,如塑料篮、容器、桶形物等均适用于滚筒式输送机。虽然有一些模块的骨架及滚筒是使用铝质材料来减轻重量,但还是较滚轮输送机重,故并不适用于需常移动或拆装的场合。
   在重力式滚筒输送机的应用中,使用开放式或钢质遮蔽盖可避免增加轴承的摩擦力。虽然轴承的应用温度可高达170℃,但钢质遮蔽式的轴承,使用温度不能超过 100℃,因为遮蔽盖会变形。在 0℃~65℃的范围之外时,则需考虑到特别的润滑问题。在较高温度的使用场合,输送带上负载的间隔要加大,并且快速移动,以减少滚筒热量的吸收。而且最好有滚筒的散热装置。
   滚筒的负载能力是由轴承负载能力及滚筒的宽度决定。基本轴承负载能力(Basic Bearing Capacity)是由经验公式及实验测试而定。而且是以宽度较窄的输送机来额定,如宽度增加时,则因轴的变形致使滚筒的负载能力下降,重力式滚筒输送机之负载能力与所选用的组件有很大关系。大部份制造商均会提供一输送机负载能力的分布表,依据滚筒、骨架、支撑架的组合方式而定。

输送物品

建议型式

说 明

倾斜角度(度)

布袋

滚轮

间距较密

5~20

薄纸箱

滚轮

15-20轮/呎,18吋宽

5~15

硬纸箱

滚轮或滚筒

16-18轮/呎,18 吋宽

2~12

木箱

滚轮或滚筒

10轮/呎,12 吋宽

2~8

表 -2 重力式输送机的应用

   (2)选用设计
   ①滚筒设计型式
   滚筒依环境及负载之不同需求而设计有开放式、遮蔽式、含油脂式等三种设计型式,开放式使用在一般室内场合,遮蔽式使用在灰尘较高或室外之场合,而较重负载及不方便润滑保修之场合比较适合采用含油脂式之设计。
   ②滚筒组装方式
   滚筒因加工形状的不同有直压式、卷曲式及成型式三种组装方式,如图 3-9所示,在骨架轨道上的滚筒组装,可高于或低于骨架,完全视应用的需求而定,如滚筒低于骨架轨道,则骨架轨道即可当导轨用,不需另装安全栏;但是如使用较宽的负载,因负载会与骨架干涉而无法使用。相对地滚筒高于骨架的方式,另装安全栏架,在应用上较具弹性。
轴承与滚筒组装方式
图 -9 轴承与滚筒组装方式
   (3)骨架型式
   最普遍的骨架型式有槽钢,L 型钢或平板成形的型式。以成形方式区分,可分为折弯成型(Formed)及构造用型钢(Structural),如图 -10 所示。构造用型钢重量较重,强度较佳,用于重负载。通常在输送机的两侧是使用相同的型钢,利用撑梁加以焊接或螺栓固定。然而,有些特定需求的应用,两侧骨架的型式并非相同。
骨架型式
图 -10 骨架型式
   (4)功能模块
   ①三支骨架之滚筒转弯模块:
   图-11所示,装有较多的滚筒,具有较佳的输送性及负载能力且转弯时有较佳的循迹性。另外这种构造也有三支骨架鱼骨形式设计的模块(图-12),由于其有自动对正中心的循迹性,能使负载能在输送机的中心线上移动,最适合装在需对正的封箱机之前。
三支骨架之滚筒转弯模块
图 -11 三支骨架之滚筒转弯模块
三支骨架鱼骨式设计的模块
图 -12 三支骨架鱼骨式设计的模块
   ②分歧接合模块:
   图 -13a 所示,分歧接合模块可连接转弯或直送模块。
   ③合流模块:
   转弯合流及直送合流二种,图 -13b、c 所示。
重力式滚筒输送机 分歧与合流模块
图 -13 分歧与合流模块
   ④歪斜模块:
   如图 -14 所示,歪斜模块(Skewed Roller Section),可将负载移到输送机的一侧,以便于做条形码扫描、分类及累积等应用,一般按装于条形码读取机或动力推杆之前。
重力式滚筒输送机 歪斜模块
图 -14 歪斜模块
   ⑤其它应用模块:
   例如悬吊于天花板之悬吊模块,图 -15 所示( 轻中负荷用 )、双层式模块,图 -16 所示( 轻中负荷用 )。
重力式滚筒输送机悬吊模块
图 -15 悬吊模块
重力式滚筒输送机双层模块
图 -16 双层模块
 
   1.3 重力式滚珠输送机
   滚珠输送机(图 -17 ),是在一床台上装有可自由任意方向转动的万向滚珠,用于较硬表面的物品在输送机之间的传送。滚珠输送机使用时不需润滑,并且不能使用于有灰尘多的环境中。定期维护时,可清理灰尘及其它物质。在作业时,滚珠滚动会在物品的表面留下滚痕,如铜、软木材或高精度的钢板。
滚珠输送机
图 -17 滚珠输送机
   应用范围
   对于底部较软的物品,如湿的纸箱,或是栈板、桶状物及篮子等,则不适合使用滚珠输送机来传送。使用滚珠输送机来移动物品所需的力量大小与物品的重量及物品表面的硬度有相对关系。愈硬表面的物品愈容易移动,所需力量通常为 5~15% 负载的重量。 

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