Paweł Zając

Streszczenie: Artykuł przedstawia metodyczne podejście do doboru wózka widłowego przeznaczonego do pracy w przedsiębiorstwie przemysłu metalurgicznego, funkcjonującym w trybie ciągłym. Na podstawie studium przypadku zakładu hutniczego omówiono zarówno wymagania techniczne, jak i eksploatacyjne stawiane sprzętowi transportu bliskiego w warunkach produkcji nieprzerwanej. Szczególną uwagę poświęcono specyfice pracy wózków widłowych w środowisku o podwyższonej temperaturze, wysokim zapyleniu oraz przy intensywnym użytkowaniu sprzętu w cyklu wielozmianowym. W artykule dokonano analizy parametrów użytkowych i konstrukcyjnych niezbędnych do zapewnienia niezawodności i efektywności pracy wózka, w tym: udźwigu, wymiarów gabarytowych, typu napędu, rodzaju masztu, promienia skrętu, prześwitu, a także odporności jednostki napędowej na długotrwałe obciążenia. Uwzględniono również aspekty związane z ergonomią stanowiska operatora oraz koniecznością dostosowania konstrukcji do zróżnicowanych zadań produkcyjnych, magazynowych i pomocniczych. Wskazano na znaczenie właściwej specyfikacji technicznej jako elementu warunkującego ciągłość procesów logistycznych w zakładach przemysłowych o dużej zmienności operacyjnej. Słowa kluczowe: logistyka, transport, magazynowanie

W literaturze z zakresu inżynierii logistycznej [4–5] trudno znaleźć opisy metodologii doboru wózka widłowego. W pracach [1–2] podaje się i omawia przypadki doboru wózków widłowych w zakresie ich efektywnego wykorzystania, a więc zwraca się szczególną uwagę na problematykę harmonogramowania cykli roboczych samojezdnych urządzeń transportowych. Opisywane tam przypadki doboru można podzielić na te, które bazują na normach czasowych [3] oraz na wykorzystaniu równania ruchu [5].

Analizując sytuację w przedsiębiorstwach korzystających z wózków widłowych oraz firm, które zajmują się ich sprzedażą – można odnieść wrażenie, że dobór wózka widłowego traktuje się jako zagadnienie z kategorii trywialnych, szczególnie dla osób, które posiadają doświadczenie zawodowe. Autor z tym się nie zgadza, dlatego w poniższym artykule omówiono problematykę doboru wózka widłowego dla przykładowego zakładu pracy – huty.

Analizie poddano te elementy logistycznego systemu magazynowego, w którym pracuje wózek widłowy. Dokładna analiza stref pracy i zadań wymaga zastanowienia się nad:

• Typem wózka.
• Wielkością, udźwigiem, wymiarami zewnętrznymi.
• Przeznaczeniem – rodzajem pracy i typem zakładu.
• Konstrukcją – rodzajem napędu, silnikiem, rodzajem skrzyni biegów.
• Liczbą kół i rodzajem ogumienia.
• Warunkami pracy operatora.
• Wysokością masztu i wysokością podnoszenia.
• Pochyleniem masztu.
• Typem masztu i karetki wideł.
• Wyborem i znaczeniem dostawcy oraz serwisu.
• Odzyskiem energii.

W hucie metali kolorowych przerabia się paczki wsadowe, z których w procesie ciągłego topienia uzyskuje się walcówkę. Wózki widłowe wykorzystuje się przede wszystkim na produkcji, na przyjęciu dostawy materiałów i w magazynie wyrobów gotowych, gdzie trafiają wyroby z linii produkcyjnej. Jednym z głównych miejsc pracy wózka widłowego jest rampa rozładowcza, gdzie przyjmuje się dostawy materiału dostarczane drogą kolejową, oraz plac manewrowy, na który trafiają dostawy dostarczane taborem samochodowym.

Na rampie kolejowej pracuje jednocześnie kilka wózków widłowych, w skład paczki wchodzi 15–24 szt. blach o wadze około 1,8 t każda. Dzienna dostawa kolejowa składa się z 19 wagonów paczek wsadowych. Po podjęciu paczki, jednej lub dwóch (w zależności od ułożenia na wagonie), operator wycofuje wózek z towarem od wagonu i udaje się w miejsce składowania paczek, znajdujące się w pobliżu rampy kolejowej. Równorzędnym miejscem pracy wózka jest plac manewrowy, gdzie rozładowują samochody ciężarowe z takich samych paczek, jak wagony kolejowe. Tu trafiają paczki wsadowe o wadze około 2,5 t każda. Dziennie dostarcza się ich około 300 t. Praca w tych miejscach odbywa się w zmiennych i ciężkich warunkach atmosferycznych. W zakładzie występuje ogólnie duże zapylenie i zakurzenie. Dlatego też wózek powinien posiadać potrójny system filtrowania powietrza.

Najważniejszym miejscem pracy wózka widłowego jest jednak linia produkcyjna. Wózek widłowy znajduje się w magazynie wsadu topielnego przy windzie towarowo-wsadowej, która zasila piec hutniczy. Zadaniem operatora jest pobieranie wsadu za pomocą wózka widłowego z rampy lub placu manewrowego (zgodnie z założeniami produkcyjnymi), włożenie go do windy wsadowej, skąd wsad trafia do pieca topielnego. Praca odbywa się tu w sposób ciągły, nieprzerywalny i trzyzmianowy. W czasie jednej zmiany topi się około 350 t materiału wsadowego. Warunki pracy są zmienne, podobnie jak w przypadku przyjmowania dostaw. Dodatkowo wózki obsługujące produkcję często wywożą ciekły materiał o wysokiej temperaturze, która sięga nawet 900 °C . Wówczas temperatura w kabinie operatora wzrasta gwałtownie do około 65°C. Wózki widłowe pracujące przy wagonach, samochodach i obsługujące produkcję często pokonują duże odległości, zarówno z towarem jak i bez. Towar wsadowy, który trafia do zakładu dzieli się na 8 klas, dla których utworzono sektor składowania, wyznaczony wzdłuż rampy kolejowej i placu manewrowego, do których trafiają dostawy. Poza głównymi miejscami pracy, wózki widłowe prowadzą w ciągu zmiany szereg innych prac związanych z utrzymaniem ruchu na rzecz pozostałych wydziałów zakładu – czyli prace gospodarcze, do których należą: codzienne zaopatrywanie wydziałów w gazy techniczne, sole oraz środki chemiczne, dostarczanie z magazynów materiałów technicznych niezbędnych do utrzymania ruchu produkcyjnego, zaopatrywanie wydziałów pakowania w taśmy stalowe i strecz, ponadto magazyny wyrobów gotowych i magazyny techniczne, gdzie rozładowują dostawy części służące do utrzymania zakładu produkcyjnego, dalej wykorzystuje się je do prac: konserwacyjnych, remontowych (naprawa obiektów i maszyn) oraz utrzymania ruchu ulicznego (w zimie odśnieżanie, posypywanie solą, piachem; konserwacja oświetlenia).

Trasy wózka widłowego są zmienne, do najczęstszych i regularnych operacji należą załadunek pieca – obsługa produkcji i przyjmowanie dostaw. Dzienny średni limit przepracowanych mtg przez wózek widłowy w wyżej wymienionych miejscach wynosi ok. 7 mtg. Poniżej rysunek obrazuje trasę wózków widłowych przy załadunku pieca topielnego.

Wózek widłowy czołowy posiada zdolność realizacji kilku funkcji: transportu, rozładunku, przeładunku i składowania. Na nich też przede wszystkim zależy opisywanemu wcześniej zakładowi. W tym przypadku powinien być wózek czołowy, z uwagi na duże obciążenie wynikające z charakteru pracy musi występować w wersji czterokołowej, z pneumatycznym ogumieniem. Wybór pneumatycznego ogumienia jest podyktowany intensywnością pracy operatorów wózków widłowych. Wózki są nieresorowane, co ujemnie wpływa na jakość i charakter pracy operatorów. Opony pneumatyczne zdecydowanie lepiej amortyzują niż pełne, które są odporne na przebicia, ale nie posiadają zdolności tłumienia i amortyzacji nierówności i wibracji. Ten sam ciężki charakter pracy powoduje, że wózek wymaga jednostki napędowej o dużej mocy, bardzo wytrzymałej na zmienny cykl obciążenia. Należy wziąć pod uwagę, aby wózek przez przynajmniej 18 godzin pracy nie wymagał obsługi związanej z ładowaniem (wymianą akumulatora) czy tankowaniem. Takie warunki skłaniają do wyboru mocnych i wydajnych silników wysokoprężnych diesla z automatyczną skrzynią biegów. Ciężkie, zmienne warunki pracy oraz system trzyzmianowy wymaga natomiast zastosowania w wózku widłowym pozycji operatora siedzącej.

Dobierany wózek widłowy będzie głównie przeznaczony do obsługi produkcji, gdzie będzie przewoził paczki wsadowe o wadze od 1,5–2,0 t, a zadania dodatkowe i prace gospodarcze nie przewidują większych obciążeń – dlatego wybieramy dopuszczalny ciężar podnoszenia: 4 t.

Wózek widłowy najczęściej pokonuje duże odległości oraz porusza się w korytarzach roboczych o szerokości od 1,8 m, a także na wytyczonych drogach dojazdowych do pieca czy linii produkcyjnej o szerokości 2 m. Wymiary determinują wybór wózka czołowego o udźwigu 4[t] o następujących wymiarach zewnętrznych: długość wózka musi się mieścić w przedziale do 3,15 m, a szerokość wózka musi się zawrzeć w przedziale około 1,45 m. Wysokość wózka z opuszczonym masztem nie może być większa niż 2,25 m, z uwagi na warunki linii produkcyjnej i podczas obsługi magazynów technicznych, gdzie wózek przejeżdża przez bramy przejazdowe o wymiarach 2,35 m. Wysokość opuszczonego masztu wynosi 2,1 m plus 2 m uniesienia do bezpiecznego poruszania się wózkiem widłowym. W ten sposób zostaje 0,45[m] wolnej przestrzeni podczas przejazdu przez bramę.

Towar pobiera się z wagonów na wysokości 1,4 m i z samochodów ciężarowych na wysokości 1,2 m, załadunek pieca na wysokości 1,3 m jest wysokością znacznie niższą niż znaczna większość producentów wózków widłowych proponuje w wariancie podstawowym. Poza tym zadania wykonywane na tej wysokości i w tych miejscach pracy są prowadzone znacznie niżej niż na przykład prace naprawczo-remontowe na pozostałych wydziałach. Na przykład prace takie jak wymiana grzałek elektrycznych czy też naprawa silników na linii produkcyjnej są prowadzone na wysokości około 2,5 m. Prace konserwacyjno-naprawcze natomiast: oświetlenie hal, magazynów czy ulic prowadzone są nawet na wysokości 3 m. Dlatego też wózek powinien realizować funkcję podnoszenia w zakresie 3,3 m. Kąt pochylenia masztu przód/tył w tym przypadku nie wpływa znacząco na pracę wózka w zakładzie, wystarczająca będzie zatem wartość pochylenia zawarta w przedziale 6–12°. Jeśli przyjmiemy mniejsze pochylenie do przodu, zapewne wpłynie to na pracę sprzętu i spowoduje znaczne utrudnienie w pobieraniu towarów (przede wszystkim paczek wsadowych z klocków). Natomiast jeśli pochylenie do przodu zwiększy się, nie będzie to utrudnieniem, ale także nie będzie zaletą. Wózek będzie musiał być wyposażony w standardowe widły.

Zaplecze serwisowe jest bardzo istotne, gdyż niefachowa i niestaranna obsługa prowadzi do degradacji sprzętu, skraca jego żywotność i prowadzi do licznych awarii, co następnie stwarza zagrożenie dla bezpieczeństwa w zakładzie.

Uzupełnienie parametrów technicznych wózka widłowego dotyczących wagi, udźwigu i wymiarów wózka widłowego. Ustalono, że wózek będzie miał udźwig 4 t. Ważne jest podanie środka ciężkości ładunku (ładunki przewożone przez wózek widłowy mają różne kształty, od prostopadłościanów po elementy płaskie i długie. Aby móc ocenić stabilność wózka, trzeba znać położenie środka ciężkości ładunków o różnych kształtach. Następnie trzeba sprawdzić odległość osi koła do czoła wideł. Przy zastosowaniu wideł 55 × 150 × 1220 wózki 4 t mieszczą się w granicach od 560 do ok. 590 mm. Dla zakładu produkcyjnego opisanego wcześniej, odległość od osi kół do czoła wideł w wymiarze około 570 mm będzie dobrą odległością, zapewniającą poprawną i zwartą konstrukcję wózka. Podobnie będzie z odległością obu osi od siebie. Odległość około 2000 mm zapewni również zwartą i kompaktową bryłę wózka widłowego. Jeśli chodzi o dane dotyczące masy wózka i nacisku na osie to są to dane, które nie zawsze są równie istotne dla wszystkich potencjalnych nabywców wózka widłowego. W tym przypadku jest to ważny parametr, gdyż wózki widłowe pracują na rzecz np. wydziału energetycznego, poruszają się po tzw. kanałach energetycznych (puste luki w drogach, gdzie biegną całe linie prądowe). Większość dróg w zakładzie jest odpowiednio utwardzona, jednak tam, gdzie występują kanały czy drogi szutrowe, wózek powinien się mieścić z naciskiem na oś przednią pod obciążeniem maksymalnie do 9 t. Natomiast oś tylna – skrętna również pod obciążeniem powinna posiadać nacisk maksymalnie 1,4 t. Te same dane dla obu osi bez obciążenia wyglądają następująco: oś przednia ok. 2,6 t, oś tylna ok. 6,4 t. Po określeniu danych dotyczących masy i nacisku na osie, przejdziemy do podania dodatkowych wymiarów geometrycznych wózka widłowego, które w znacznym stopniu przyczynią się do wyeliminowania nieprawidłowości i błędu przy wyborze sprzętu. Znając charakter pracy wózków widłowych w zakładzie i ich zadania wykonywane na co dzień, przyjmuje się wolny skok wideł 1,6 m. Następnymi parametrami będą do tej pory pomijane dwie wysokości wózka: wysokość wózka z wysuniętym masztem i wysokość wózka z kabiną operatora. Przy zachowaniu, że wózek widłowy będzie realizował podnoszenie na wysokość ok. 3,3 m, wysokość rozłożonego masztu wraz z karetką i kratką bezpieczeństwa nie powinna przekraczać 4,44 m. Natomiast wysokość wózka w najwyższym punkcie na kabinie operatora nie powinna przekraczać 2,24 m. Ta wysokość jest zależna od pracy wózka w miejscach często ciasnych i niskich. Do wymiarów geometrycznych wózka zalicza się również długość wózka widłowego. W przypadku wysokości wózka, nie występuje tylko jedna wartość. W pierwszej części podaliśmy długość wózka do czoła wideł 3145 mm. Do kompletnego zwymiarowania długości wózka widłowego potrzebna jest długość wózka z widłami. Wózek ma długość 3,145 m, a widły w tym wózku będą miały rozmiar 55 × 150 × 1220. Tak więc całkowita długość wózka widłowego z widłami powinna wynosić 4,365 m. W dotychczasowym zestawieniu pominięto dobór karetki wideł, do której mocuje się widły i która wraz z nimi porusza się wzdłuż masztu. Szerokość karetki w tym przypadku nie powinna przekraczać szerokości wózka, zarówno ze względów bezpieczeństwa, jak i ze względu na szerokość korytarzy roboczych. Szerokość tę określa się na podstawie wymiarów paczek wsadowych i korytarzy roboczych. Karetka o szerokości 1190 mm jest karetką optymalną w tym przypadku. Dodatkowo, łańcuch w tym przypadku powinien być łańcuchem standardowym i znormalizowanym, co zapewni w przyszłości łatwy dostęp do nowych, zamiennych łańcuchów i ułatwi wymianę np. układu płytek 1-2-1-2-1.

Minimalny prześwit w najniżej położonej części wózka widłowego, w tym przypadku między dolnym wspornikiem masztu a podłożem, jest bardzo ważny ze względu na drewniane podkłady używane pod paczki wsadowe na rampach i placach. Jest to wymiar istotny, gdyż wózek widłowy przejeżdża nad podkładami i nie może o nie w żaden sposób zahaczać. Podkład, czyli drewniany klocek, posiada wymiary: długość 0,850 m, wysokość i szerokość 0,6 × 0,6 m. Prześwit musi być o 0,85 m większy od klocka, ze względu na bezpieczeństwo i zużywanie bieżnika opon. Opona nowa posiada bieżnik o wysokości 0,20 m, podczas pracy zużywa się praktycznie do 0 i pozostaje sama gładka opona. Zatem minimalna wysokość prześwitu musi wynosić 0,145 m. Prześwit bryły wózka od podłoża jest w tym przypadku mniej ważny, ponieważ zakład nie posiada ostrych załamań dróg i podjazdów. Same drogi, miejsca pracy są dość płaskie, zaś wzniesienia nie posiadają znaczących pochyleń, wymagających określonego prześwitu między wózkiem a podłożem. Przyjęto wartość prześwitu 230 mm.

Promień skrętu należy dobrać tak, aby praca na rampie czy placu manewrowym, gdzie odległość między wagonami a miejscem składowania wynosi 5,0 m, była możliwa do zrealizowania. Pracę szybką, sprawną i bezpieczną w tych miejscach pracy zapewni promień skrętu nie przekraczający 2,78 m.

Do parametrów eksploatacyjnych wózka widłowego zalicza się prędkość jazdy z ładunkiem i bez ładunku. Ze względu na intensywność pracy, duży ruch wózków widłowych i samochodów ciężarowych w zakładzie wynosi on 20 km/h. Jeśli wózek widłowy będzie poruszał się bez ładunku około 19 km/h i z ładunkiem 18 km/h, to jest zadowalające. Następną prędkością do określenia jest prędkość podnoszenia i opuszczania zarówno z ładunkiem/bez ładunku. Prędkość podnoszenia z ładunkiem w granicach 0,53 m/s i bez ładunku 0,570[m/s] to odpowiednie prędkości, zapewniające sprawną i wydajną pracę. Opuszczanie z ładunkiem na poziomie ok. 0,48 m/s i bez ładunku 0,55 m/s także zapewni optymalną pracę operatora i sprzętu. Jeśli chodzi o jednostkę napędową – wysokoprężny, z systemem elektronicznego wtrysku tzw. common rail, silnik 4-cylindrowy o pojemności skokowej 3200 cm3 i mocy 63 KW zapewni wystarczającą moc użyteczną do sprawnej i bezpiecznej pracy. By sprostać zadaniom stawianym do wykonania przez wózek widłowy, pompa hydrauliczna musi wytwarzać ciśnienie nominalne 180 barów wraz ze zbiornikiem oleju hydraulicznego o pojemności ok. 50 l.

W informacjach uzupełniających należy zaznaczyć, że wózek widłowy musi być obowiązkowo wyposażony w pełne oświetlenie drogowe, lampy i kierunkowskazy oraz w halogeny do pracy w nocy i lampy błyskowe ostrzegawcze, ponadto sygnał dźwiękowy i światło biegu wstecznego oraz sygnał dźwiękowy – klakson.

Z uwagi na określoną przez warunki publikacji liczbę stron pominięto problematykę doboru kabiny operatora w wózku widłowym oraz zagadnienie odzysku energii.

Podsumowanie

Dobór wózka widłowego dla zakładu o charakterze produkcji ciągłej, takiego jak huta metali kolorowych, wymaga znacznie bardziej kompleksowego podejścia niż jedynie ocena parametrów katalogowych. Warunki eksploatacyjne, zróżnicowanie zadań, trudne środowisko pracy oraz konieczność zapewnienia niezawodności w cyklu trzyzmianowym wymuszają precyzyjne dopasowanie sprzętu do potrzeb. W przedstawionym studium przypadku przeanalizowano szeroki wachlarz wymagań technicznych, organizacyjnych i środowiskowych, które należy wziąć pod uwagę przy zamówieniu nowego wózka.

Zastosowanie metodycznego podejścia do doboru sprzętu transportu bliskiego pozwala ograniczyć ryzyko przestojów, poprawić efektywność logistyki wewnętrznej oraz zwiększyć bezpieczeństwo i komfort pracy operatorów. Przypadek opisanej huty pokazuje, że błędne decyzje zakupowe mogą prowadzić do długofalowych problemów organizacyjnych i technicznych, których koszt często przewyższa oszczędności z zakupu sprzętu o niższej specyfikacji.

Kompleksowa analiza środowiska pracy jako podstawa doboru wózka. Dobór sprzętu musi wynikać z dokładnej analizy warunków pracy – rodzaju nawierzchni, temperatur, zapylenia, dystansów transportowych oraz częstotliwości cykli roboczych. Tylko takie podejście pozwala uniknąć problemów z trwałością i wydajnością urządzenia.

Parametry techniczne muszą być dostosowane do konkretnych zadań. Krytyczne są: udźwig, geometria wózka (wysokość, długość, promień skrętu), typ masztu, widły, prześwit oraz napęd. Wybór silnika wysokoprężnego i ogumienia pneumatycznego był uzasadniony charakterem pracy – intensywnym, ciągłym i z dużymi obciążeniami.

Aspekty serwisowe i eksploatacyjne nie mogą być pomijane. Niezawodność eksploatacyjna wózka widłowego w systemie trzyzmianowym zależy od jakości obsługi serwisowej, dostępności części oraz odporności jednostki napędowej na długotrwałe obciążenia. Wózek musi być możliwie niezależny od częstych przestojów serwisowych.

Zaniedbanie wymagań logistyczno-organizacyjnych skutkuje realnymi stratami. Błędne decyzje przy zakupie skutkują kosztownymi przestojami, koniecznością sprzedaży niedopasowanego sprzętu oraz zagrożeniami dla bezpieczeństwa. Metodyczne planowanie i analiza techniczno-logistyczna redukują to ryzyko niemal do zera.

Literatura

1. Instrukcja użytkowania i konserwacji wózków widłowych marki KOMATSU, Japonia, 2011
2. Korzeń Z.: „Logistyczne systemy transportu bliskiego i magazynowania”, tom 1, Poznań, 1998
3. Krawczyk S.: „Logistyka i praktyka” T.1, DIFIN, Warszawa, 2012
4. Misiak J.: „Dobór wózków widłowych dla zakładu produkującego na przykładzie huty metali kolorowych”, Praca nie publikowana Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2012
5. Raczyk R.: „Środki transportu bliskiego i magazynowania”, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań, 2009

dr inż. Paweł Zając
e-mail: pawel.zajac@pwr.edu.pl
Politechnika Wrocławska