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Dispense dal corso di Impianti industriali 1
Università degli Studi di Roma “Tor Vergata”
Facoltà di ingegneria
Cattedra di Impianti Industriali
CORSO IMPIANTI INDUSTRIALI 1
Dispensa integrativa sui
trasporti interni
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Dispense dal corso di Impianti industriali 1
INDICE
TRASPORTI INTERNI..........................................................................................................3
TRASPORTI INTERNI E MEZZI DI CONTENIMENTO...................................................................3Classificazione dei trasporti interni...................................................................................3Mezzi di contenimento........................................................................................................5
TRASPORTATORI A RULLI, ROTELLE E CATENE......................................................................7Trasportatori a rulli...........................................................................................................7Trasportatori a rotelle.....................................................................................................11Curve, deviatori, discensori e scivoli...............................................................................12Trasportatori a catene.....................................................................................................14
TRASPORTATORI A NASTRO..................................................................................................15PARANCHI E ARGANI............................................................................................................16CARROPONTI.........................................................................................................................16CARRELLI.............................................................................................................................19
Carrelli a traslazione manuale........................................................................................19Carrelli trasportatori-elevatori con azionamento manuale............................................20Carrelli motorizzati..........................................................................................................21Considerazioni generali...................................................................................................24
SISTEMI DI TRASPORTO AGV (AUTOMATIC GUIDED VEHICLES).........................................27Composizione di un sistema AGV....................................................................................27Sicurezza nei sistemi AGV...............................................................................................30Considerazioni conclusive...............................................................................................31
SISTEMI DI TRASPORTO AEREO CON CARRELLI AUTOMOTORI..............................................32Composizione dei sistemi di trasporto aereo...................................................................32Prestazioni degli AEM.....................................................................................................36Considerazioni conclusive...............................................................................................37
TRASLOELEVATORI...............................................................................................................38Struttura...........................................................................................................................38Sistema di gestione e controllo........................................................................................41Alimentazione e scarico dei traslatori.............................................................................42Prestazioni dei trasloelevatori.........................................................................................43Considerazioni conclusive...............................................................................................43
Operazioni automatizzate nel ciclo dei trasporti interni......................................................44
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Dispense dal corso di Impianti industriali 1
Trasporti interni
Trasporti interni e mezzi di contenimento
Si denominano correntemente trasporti interni le movimentazioni di materiali di qualsiasi
tipo e forma eseguite all’interno degli stabilimenti, dall’arrivo delle materie prime alla spedizione
dei prodotti finiti.
I trasporti interni riguardano quindi sia il trasferimento dei materiali nei reparti di lavoro e nei
magazzini, sia le operazioni di scarico e carico dei materiali in arrivo e partenza, sia le
movimentazioni in corrispondenza dei posti di lavoro.
L’ottimizzazione dei trasporti interni è un problema rilevante nelle imprese di tutte le
dimensioni, in quanto questi hanno diretta incidenza sui costi di fabbricazione, sulle condizioni di
lavoro e di sicurezza degli addetti, sulla produttività, sull’utilizzazione dello spazio e degli
impianti, sul livello tecnico dell’azienda.
Poiché il trasporto non aumenta il valore dei prodotti finiti, ma ne accresce il costo, una
buona sistemazione dei reparti produttivi dovrebbe sempre condurre ad un minimo di trasferimenti
e di riprese dei materiali, evitando congestioni, ritardi e trasporti inutili.
In sintesi, lo studio dei trasporti interni può consentire il raggiungimento dei seguenti
obiettivi:
Limitare i costi grazie ad un minor numero di movimentazioni e riprese dei materiali,
minori percorsi, migliore sfruttamento dello spazio e aumento della produttività;
Ridurre gli scarti e le perdite limitando i danni durante i trasporti e aumentando le
possibilità di controllo dei materiali immagazzinati;
Migliorare le condizioni di lavoro nel senso di assicurare una maggiore sicurezza e
richiedere un minore sforzo;
Aumentare l’efficienza dell’azienda attraverso la migliore organizzazione dei magazzini
e la rotazione dei materiali.
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Dispense dal corso di Impianti industriali 1
Classificazione dei trasporti interni
Innumerevoli sono le possibili classificazioni dei sistemi di trasporto, in questa sede ci
limitiamo ad accennare alcune delle più ricorrenti.
1. In base al tipo di materiale da trasportare. Si possono avere trasporti di materiali:
a. Solidi: sotto forma di unità di carico, colli (sacchi, pacchi, recipienti vari, ecc.) o
alla rinfusa (sabbie, terre, granulati, ecc.);
b. Liquidi: acqua, oli, ecc;
c. Gassosi: aria compressa, metano, azoto, ossigeno.
2. In base al funzionamento, che può essere continuo (elevatori a tazze, trasportatori a nastro,
a rulli, a tapparelle, a pneumatici, ecc.) o discontinuo (paranchi, carroponti, carrelli
elevatori, AGV e così via);
3. In base al tipo di energia motrice. Si hanno mezzi di trasporto a movimento manuale
(carrelli con traslazione a mano, convogliatori a rulli a spinta, scivoli, ecc,) e a movimento
motorizzato con motore elettrico, diesel, a benzina (carroponti, carrelli a motore,
trasportatori a catena, a nastro, pneumatici, autogrù, trattori, ecc.);
4. In base al tipo di movimento. A titolo esemplificativo si può considerare la seguente
classificazione la quale fa anche distinzione fra trasportatori continui e discontinui:
5. In base al tipo di comando:
a. Con manovratore a bordo: carroponti con comando da cabina, carrelli con
manovratore a bordo, paranchi scorrevoli su monorotaia con cabina per il
manovratore, autogrù, trattori, ecc.;
b. Con manovratore a terra: paranchi e carroponti con comando da terra, carrelli con
manovratore a terra, ecc.;
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c. Senza manovratore: convogliatori a catena o a nastro, trasportatori pneumatici, ecc.;
d. Automatici: paranchi o carrelli automotori scorrevoli su monorotaia, convogliatori
aerei birotaia a scambi prestabiliti, trasportatori per macchine transfert, ecc.
Poiché la scelta del sistema di trasporto è strettamente legata al tipo di materiale da
trasportare, nei paragrafi seguenti ci soffermeremo sui mezzi di contenimento dei materiali aventi
maggior interesse pratico nel campo dell’industria.
Mezzi di contenimento
Per questioni economiche si cerca di evitare il trasporto di colli o pezzi singoli oppure in
piccole quantità ricorrendo ad unità di carico, vale a dire ad un raggruppamento di materiali
disposto in modo tale da poter essere movimentato e trasportato mediante mezzi di trasporto
meccanici.
Naturalmente le unità di carico devono essere il più possibile semplici ed economiche, si
distinguono:
Unità di carico costituite disponendo i materiali su pallet di legno, metallo, materie
plastiche, cartone o altro materiale (figura 1a) di dimensioni unificate.
Rappresentano una soluzione molto vantaggiosa nei reparti di lavorazione, per i
trasporti interni, per l’immagazzinamento, per la spedizione dei prodotti finiti. Il
risparmio che si ottiene dalle manipolazioni in questi casi è facilmente superiore al
costo derivante dall’adozione del pallet;
Unità di carico costituite con l’impiego di contenitori (figura 1b e c). In questo caso
l’unità di grado è anche in grado di proteggere i materiali al suo interno;
Unità di carico costituite dallo stesso materiale trasportato, raggruppato mediante
reggettatura;
Unità di carico costituite con accessori a perdere quali cartoni, listelli di legno, ecc;
Unità di carico costituite con accessori a recuperare, quali incastellature, regoli, ecc.
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Figura 1: mezzi di movimentazione
a. Pallet;
b. Contenitori i n lamiera;
c. Contenitore in rete metallica.
La movimentazione di tali unità di carico è affidata a mezzi di trasporto adatti a prelevarle,
trasportarle e depositarle in condizioni di sicurezza e di massima economicità.
E’ bene che le unità di carico:
Risultino sovrapponibili;
Possano essere movimentate con le forche;
Risultino stabili anche nel caso in cui appoggino solo parte della superficie teorica di
appoggio;
Siano adatte al carico su autocarro o altri mezzi di trasporto interno o esterno;
Abbiano la resistenza necessaria per resistere agli urti e ai sovraccarichi statici e dinamici
dovuti alle stesse unità di carico ed alla loro movimentazione sui mezzi di trasporto;
Siano resistenti alle deformazioni sotto l’azione di tutte le forze alle quali possono essere
sottoposte durante l’impiego.
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Trasportatori a rulli, rotelle e catene
Trasportatori a rulli
I trasportatori a rulli consistono in una serie di rulli montati su apposite strutture montanti
(vedi figura 2). Essi sono impiegati per il trasferimento e l’accumulo di colli rigidi tali da evitare
impuntamenti con i rulli sottostanti, quindi colli che presentino piano di appoggio regolare e
lunghezza L maggiore del doppio dell’interasse tra i rulli.
Figura 2: Trasportatore a rulli
Sui materiali movimentati con un trasportatore a rulli possono essere effettuate operazioni di
vario genere quali montaggi, lavorazioni, imballaggi, pesature, ecc.
I rulli possono essere anche utilizzati come elementi di sostegno e di scorrimento nei
trasportatori a nastro.
I rulli dei trasportatori sono costituiti da tubi di acciaio montati su cuscinetti a sfere, i quali
sono calettati su di un albero di sostegno, fisso, che attraversa il rullo ed appoggia sulla struttura
portante come mostrato dalla figura 3.
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Figura 3: Esempio di montaggio dei rulli
La figura 4 mostra invece una modalità di installazione degli alberi dei rulli sui correnti
dell’incastellatura portante.
Figura 4: Modalità di installazione dei rulli sui correnti di sostegno
I rulli si differenziano dal punto di vista della lubrificazione e del grado di protezione esterna,
ovviamente devono essere scelti tenendo conto dell’impiego cui essi saranno destinati e delle
condizioni ambientali alle quali si troveranno sottoposti.
Le principali dimensioni dei rulli, vale a dire diametro del rullo, diametro dell’albero,
diametro del cilindro esterno e interasse tra i rulli sono unificate dalla normativa UNI 4181.
Le strutture portanti dei trasportatori a rulli sono in genere costituite da un’incastellatura in
profilati metallici che sorregge due correnti longitudinali sui quali appoggiano i rulli (figura 5).
Quando è possibile si realizza l’incastellatura ad elementi di uguale lunghezza che vengono
accoppiati tra loro, solitamente mediante bullonatura, all’atto del montaggio. A sua volta,
l’incastellatura è fissata con bulloni al pavimento o alla struttura sottostante (figura 5).
Figura 5: Elemento di struttura portante di un trasportatore a rulli
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I trasportatori a rulli possono essere classificati,in base al sistema di attuazione del moto del
materiale sui rulli stessi, nel modo seguente:
Trasportatori a rulli orizzontali: le strutture portanti sono disposte in piano, per
cui il movimento dei materiali sui piani a rulli avviene solo dietro intervento
dell’uomo o di un mezzo meccanico;
Trasportatori a rulli a gravità: la pendenza delle strutture portanti provoca
l’avanzamento del materiale per gravità. Anche una pendenza abbastanza modesta
assicura già l’avanzamento dei colli, in genere è sufficiente una pendenza del 1-6%,
in relazione al peso dei colli ed al tipo di materiale che viene in contatto con i rulli. Se
da una parte la pendenza assicura il moto senza alcuna spesa di energia, dall’altra
pone un limite alla lunghezza dei trasportatori, per ovviare a tale inconveniente ai trati
in discesa si alternano dei tratti in salita effettuati tramite trasportatori motorizzati per
far riprendere quota ai materiali;
Trasportatori a rulli motorizzati: la rotazione di tutti o parte dei rulli è
assicurata da:
o motori accoppiati direttamente ad alcuni rulli opportunamente
intervallati;
o catene motorizzate che comandano la rotazione dei rulli (figura 6) o
l’avanzamento degli stessi (figura 7). In questo secondo caso, i rulli possono
ruotare in folle quando il materiale trasportato incontra un ostacolo
consentendo così la formazione di accumuli;
o nastro di gomma che viene fatto scorrere contro la generatrice inferiore
dei rulli (figura 8). Il contatto del nastro con i rulli portanti è assicurato da una
serie di rulli sottostanti, opportunamente distanziati e premuti contro il nastro
(la cui larghezza è la minima richiesta per la trasmissione del moto).
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Figura 6: La motorizzazione dei rulli può essere ottenuta tramite
una catena tangenziale superiore od inferiore, guidata da un pattino in polietilene
Figura 7: Trasportatore a rulli con catene traenti continue sui due lati
Figura 8: Trasportatore a rulli messi in rotazione da un sottostante nastro motorizzato
Accessori indispensabili dei trasportatori a rulli sono i dispositivi di arresto che
possono essere automatici o manuali, di cui le figure 9 e 10 forniscono alcuni esempi.
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Figura 9: Arresto doppio installato su un trasportatore a rulli
Figura 10: Dispositivo di arresto per un trasportatore a rulli
Trasportatori a rotelle
Quando i carichi da movimentare sono leggeri ed hanno fondo piano, si impiegano a volte
trasportatori a rotelle (figura 11), costituiti cioè da rulli stretti montati su cuscinetti a sfere. In tali
trasportatori, due o più rotelle sono calettate su un solo albero. Il diametro esterno delle rotelle si
aggira intorno ai 50 mm con passi tra gli alberi di circa 75 – 100 mm.
Figura 11: Trasportatori a rotelle
Si realizzano anche trasportatori a rotelle montati su strutture portanti estensibili (figura 11),
impiegati solitamente per operazioni di carico e scarico manuale dei veicoli. Spesso tali tipi di
trasportatori sono montati su ruote pivottanti, al fine di facilitare il loro trasferimento.
I vantaggi dei trasportatori a rotelle sono sostanzialmente:
leggerezza;
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costo relativamente basso;
minima resistenza d’attrito;
per contro la loro durata è limitata.
Curve, deviatori, discensori e scivoli
Per far compiere al materiale movimentato mediante trasportatori a rulli percorsi non
rettilinei oppure per dirottare i carichi da uno o più trasportatori a rulli ad uno o più trasportatori
dello stesso tipo, ma disposti secondo angolazioni differenti, si ricorre a:
curve, costituite da rulli normali o tronco-conici (figura 12a) comandati o no, con
conicità tale da assicurare ai colli una velocità tangenziale costante;
curve a rotelle montate in genere su strutture portanti estensibili (figura 12b);
piattaforme girevoli nel caso di carichi che consentano adeguati interassi fra i rulli
della piattaformae quelli dei trasportatori fissi (figura 12c);
piattaforme a sfere adatte per colli a fondo liscio e piano (figura 12d);
carrelli sui quali sono installati elementi di trasportatori a rulli (figura 12e);
deviatori mobili del tipo esemplificato in figura 12f;
curve adeguatamente inserite in un trasportatore a rulli rettilineo (figura 12g);
dislivelli opportuni fra i trasportatori di alimentazione e quello ricevente (figura 12h).
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a) b)
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Figura 12: Curve e deviatori
a. Curve con rulli conici e cilindrici;
b. Curva di un trasportatore a rotelle a struttura portante estensibile;
c. Piattaforma a rulli girevole;
d. Piattaforma a sfere;
e. Carrello con rulli per lo smistamento di colli fra due o più trasportatori a rulli;
f. Deviatore mobile a rulli;
g. Collegamento di due trasportatori a rulli mediante curva inserita fra gli stessi;
h. Trasportatori a rulli atti a scaricare colli leggeri su un trasportatore a rulli di ricevimento.
Disponendo gli assi dei rulli conici secondo un elicoide si ottengono dei discensori elicoidali
(figura 13a) nei quali l’azione frenante dovuta all’attrito sulla parte esterna è tanto più intensa
quanto maggiore è la velocità dei colli.
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g)
c) d)
e)f)
h)
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Spesso però ai discensori a rulli si preferiscono gli scivoli, costituiti da canali a profilo
elicoidale a sezione rettangolare o parabolica, rivestiti in lamiera d’acciaio con sponde laterali
(figura 13b). Per brevi percorsi si preferiscono canali rettilinei.
Anche negli scivoli a profilo elicoidale l’azione frenante è dovuta all’attrito sulla parete
esterna, cosicché la discesa del collo avviene a velocità relativamente bassa e pressoché costante.
Discensori e civoli sono particolarmente adatti nel caso in cui si devono trasferire materiali
non fragili da un’altezza ad un’altra più bassa (ad esempio da un piano all’altro).
Figura 13: Discensori e scivoli
a. Discensore elicoidale a rulli;
b. Scivoli elicoidali.
Trasportatori a catene
Si è già detto dei trasportatori a rulli motorizzati mediante catene, qui si vuole evidenziare
una vera e propria alternativa ai trasportatori a rulli motorizzati, vale a dire i trasportatori a catena
(figura 14). Questi consistono in due o più catene, ognuna formante un circuito chiuso, mosse da
ruote dentate collegate ad un gruppo motoriduttore, le catene invertono il senso di marcia in
corrispondenza di una testata motrice ed una di rinvio.
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a) b)
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Figura 14: Due esempi di trasportatori a catene
Ovviamente questi trasportatori possono essere utilizzati esclusivamente con carichi che
possano poggiare sulle catene.
I trasportatori a catena possono integrarsi con altri sistemi di trasporto ed in particolare con
quelli a rulli, come nella soluzione mostrata in figura 15, che illustra come i carichi possano essere
deviati di 90°, senza ingombri dovuti a curve, tavole od elementi girevoli quali quelli visti nel
paragrafo precedente (figure 11.a, b e c), semplicemente ricorrendo a sollevamenti e abbassamenti
delle catene nell’ambito dei rulli, gli uni e le altre essendo ovviamente motorizzati.
Figura 15: Particolare di un deviatore
Trasportatori a nastro
Si vedano dispense: capitolo 22 “Trasportatori a nastro”, da par. 1 a par.6.
Paranchi e argani
Si vedano dispense: capitolo 16 “Paranchi e argani”.
Carroponti
Concettualmente un carroponte è costituito da un paranco o da un argano mobile su una
struttura metallica a sua volta scorrevole su via di corsa sopraelevate.
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La figura 16 schematizza un carroponte evidenziando le principali parti costituenti: il paranco
o carrello-argano, il ponte e la testata del ponte.
Figura 16: Schema di un carroponte
La figura 17 illustra la vista prospettica di un carroponte.
Figura 17: Vista prospettica di un carroponte
Con i carroponte è possibile effettuare manovre di sollevamento e traslazione di carichi in
uno spazio la cui proiezione orizzontale ha forma rettangolare (figura 18), senza avere alcuno
intralcio sul pavimento.
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Figura 18: Area servita da un carroponte
Si tratta pertanto di mezzi di trasporto discontinui per la movimentazione in orizzontale ed in
verticale di materiali sotto forma di colli o simili. L’impiego di opportuni dispositivi consente di
trasportare anche materiali raggruppati in unità di carico o alla rinfusa.
La movimentazione dei carichi è generalmente motorizzata, solo per carroponti caratterizzati
da piccole portate e limitati impieghi le movimentazioni possono essere, tutte o in parte, manuali.
Nei carroponti motorizzati il manovratore opera da un’apposita cabina posta sulla gru oppure
stando a terra.
A seconda del carico da movimentare (portata del carroponte), della lunghezza della struttura
metallica costituente il ponte (interasse delle rotaie di scorrimento), delle velocità di
movimentazione, delle esigenze di servizio e delle condizioni di esercizio della gru, si scelgono: la
struttura del ponte, il tipo di argano o paranco, il numero di ruote portanti, le rotaie di scorrimento e
così via.
Valori indicativi delle velocità di funzionamento sono fornite dai seguenti valori:
traslazione carrello: 30 m/min per i ponti comandati da terra, 60 m/min per i ponti con
cabina;
traslazione ponte: 50 m/min per ponti con comando sia da terra sia da cabina;
sollevamento: inferiori ai 25 m/min.
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Carrelli
Si tratta di mezzi di trasporto e spesso anche di sollevamento discontinui a traslazione
manuale o motorizzata.
L’impiego dei carrelli per la movimentazione dei materiali all’interno degli stabilimenti si è
andato sempre più diffondendo, in particolare i carrelli dotati di attrezzature atte a prelevare
direttamente il carico (forche o altri implement).
Si può introdurre la seguente suddivisione:
Carrelli a traslazione manuale;
Carrelli trasportatori-elevatori azionati manualmente;
Carrelli trasportatori-elevatori motorizzati.
I criteri di scelta di un carrello si basano sulla portata massima, dipendente dall’entità e dalle
dimensioni del carico, e sul tipo di gommatura delle ruote, dipendente dalla pavimentazione
presente all’interno dell’impianto e influente sulla resistenza al moto che incontrerà il carrello (a
titolo indicativo, con riferimento a carrelli con ruote rivestite in gomma dura montate su cuscinetti
a sfere, la resistenza.unitaria al moto su pavimenti in cemento è di 15 kg/t).
Carrelli a traslazione manuale
Le figure 19 mostra due tipi di carrelli a traslazione manuale di frequente impiego. Il primo, a due
ruote, è adatto al trasporto di fusti, barili, sacchi, ecc., mentre il secondo, a quattro ruote, serve ai
trasporti più svariati e spesso è dotato di ruote pivottanti, le due posteriori nel caso della figura,
che riducono gli spazi di manovra a scapito della controllabilità del carrello stesso.
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Figura 19: Carrelli a traslazione manuale
La portata massima dei carrelli a traslazione manuale dipende strettamente dallo sforzo richiesto
all’operatore per la loro traslazione, tenuto conto del tipo di pavimentazione su cui devono
muoversi.
Carrelli trasportatori-elevatori con azionamento manuale
La figura 20 mostra i tipi più noti di carrelli dotati di movimenti di sollevamento e di
traslazione azionati manualmente. Sono impiegati per la movimentazioni di pedane, palette, colli
aventi forma opportuna, ecc.
Figura 20: Carrelli trasportatori-elevatori ad azionamento manuale
Anche per questi carrelli la portata massima dipende essenzialmente dallo sforzo richiesto per
muoverli, con il carico a bordo, con una pavimentazione manuale avente determinate
caratteristiche.
Il sollevamento del piano di carico può essere comandato, con manopola o mediante pedale,
da un dispositivo solitamente di tipo idraulico.
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Tali carrelli sono caratterizzati da spazi di manovra limitati, pertanto i corridoi nei quali
operano sono molto più ristretti di quanto non richiedano i carrelli motorizzati. Per contro, una
limitazione sensibile al loro impiego proviene dalle modeste velocità di movimentazione.
Il primo tipo di carrello riportato in figura 20, denominato transpallet, è caratterizzato da
modeste velocità di traslazione e modestissime altezze di sollevamento (12cm), ma d’altra parte ha
un ridotto ingombro ed un’elevata precisione di posizionamento. Può essere potenziato con
longheroni sollevabili e abbassabili tramite gruppo idraulico azionato dal timone (transpallet
elettrici).
Potenziando il carrello con forche per il sollevamento si ottengono i transpallet elevatori, il secondo
tipo di carrello rappresentato in figura, che permettono altezze di sollevamento maggiori (oltre i tre
metri).
Le forche sono montate su un’apposita piastra scorrevole lungo un montante verticale (figura
21), il quale può essere fisso alla struttura del carrello oppure avere una parte fissa ed una o più
parti dotate di moto relativo (montanti telescopici) allo scopo di raggiungere con le forche altezze
maggiori. Il sollevamento e l’abbassamento delle forche sono in genere comandati, attraverso due
catene, dal sistema motore montato a bordo del carrello oppure da un sistema idropneumatico.
Figura 21: Principio di funzionamento delle forche di un carrello elevatore:
a) con montante fisso; b) con montante telescopico.
Carrelli motorizzati
La figura 22 mostra alcuni tra i più noti tipi di carrelli dotati di movimenti di sollevamento e
di traslazione motorizzati. Il primo presenta il manovratore a bordo mentre il secondo prevede il
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manovratore ancora a terra, quest’ultimo tipo di carrello è adatto nei casi in cui il numero dei
trasporti è limitato e si vuole ridurre al minimo la larghezza dei corridoi di manovra.
Figura 23: Carrelli trasportatori-elevatori motorizzati
I movimenti di sollevamento e traslazione possono essere motorizzati tramite motori elettrici
(batteria di accumulatori) o a combustione interna a seconda dei costi di acquisto, gestione e
manutenzione ed eventuali condizioni ambientali particolari. In generale i primi sono caratterizzati
da tempi di avviamento più brevi e sono più semplici da gestire, di contro i secondi sono più
robusti e adatti a lavori pesanti e terreni irregolari. Entrambi possono creare il deterioramento delle
condizioni ambientali in ambienti di lavoro poco ventilati, i primi a causa di emissioni di aerosol di
acido solforico (se gli accumulatori non sono a secco) e i secondi per l’emissione dei gas di scarico.
Circa la gommatura delle ruote, valgono le considerazioni fatte per i carrelli in generale.
Con riferimento alla figura 24, la funzionalità di un carrello a forche può essere caratterizzata
tramite le seguenti grandezze:
Massima capacità portante: espressa dal prodotto tra il peso lordo del carico
trasportato Q e la distanza l tra il baricentro del carico e l’asse delle ruote anteriori, è
limitata dal rischio di ribaltamento del carrello per effetto del momento ribaltante
esercitato dal carico;
Distanza tra l’asse delle ruote anteriori e la superficie frontale forche;
Altezza di sollevamento delle forche;
Dimensioni di ingombro;
Brandeggio dei montanti porta-forche.
Il brandeggio è il movimento di inclinazione in avanti e all’indietro dei montanti sui quali
scorre la piastra porta forche di cui sono dotati la maggior parte dei carrelli a forche motorizzati.
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Inclinando i montanti in avanti (fino ad un massimo di 2° o 3° rispetto alla verticale), risultano
facilitate le operazioni di introduzione delle forche negli appositi vani delle unità di carico;
inclinandoli all’indietro (fino ad un massimo di 8° o 10°), si migliora la stabilità del carrello in fase
di marcia.
Figura 24: Principali caratteristiche di un carrello a forche
Le prestazioni di un carrello elevatore motorizzato possono essere invece espresse tramite le
seguenti grandezze:
Velocità di marcia con o senza carico: 10-20 km/h;
Velocità di sollevamento forche con o senza carico: 0,2-0,5m/s;
Velocità di discesa forche con o senza carico: 0,4-0,6 m/s;
Massima pendenza superabile con o senza carico: 6-9%.
Al fine di utilizzare i carrelli anche per la movimentazione di colli non costituenti unità di
carico o semplicemente di limitare l’impiego di palette o di contenitori forcolabili, è possibile
installare sui carrelli apposite attrezzature (implement) adatte per la movimentazione di specifiche
tipologie di carico (si veda figura 25).
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Figura 25: Attrezzature speciali per carrelli a forche
Considerazioni generali
La scelta del tipo di carrello più idoneo tra le differenti tipologie introdotte è evidentemente
funzione, oltre che del costo, delle esigenze di movimentazione, da valutare in termini di entità del
carico da trasportare, frequenza di trasporto e tipo di movimentazione da effettuare (solo
traslazione o trasloelevazione) ma anche della tipologia del layout utilizzato.
In particolare, una delle principali problematiche da tener conto nella scelta dei carrelli è la
minimizzazione della larghezza dei corridoi, risultato che può essere ottenuto adottando particolari
modalità di sistemazione dei materiali lungo i lati dei corridoi o impiegando carrelli aventi
caratteristiche adatte allo scopo.
Per quanto riguarda la prima soluzione è possibile passare da una disposizione delle unità di carico
normale all’asse del corridoio ad una disposizione obliqua (si veda figura 26). Tale accorgimento
però, se da una parte riduce la larghezza dei corridoi dall’altra ne incrementa sensibilmente la
lunghezza, sempre che la nuova disposizione sia compatibile con le esigenze del layout utilizzato.
(a) (b)
Figura 26: Modalità di disposizione delle unità di carico
(a) normale all’asse del corridoio (b) obliqua rispetto all’asse del corridoio
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Per quanto riguarda la seconda soluzione, un primo esempio è costituito dal carrello riportato in
figura 27(a) che presenta, rispetto al carrello classico della prima parte della figura 23 e a parità di
portata, minori raggi di ingombro in fase di sterzatura, minore ingombro in lunghezza e una
maggiore stabilità. Per contro, i carrelli di questo tipo presentano l’inconveniente che per prelevare
o depositare il carico i due bracci anteriori devono affiancare il carico stesso, di conseguenza le
unità di carico devono essere disposte a maggiore distanza o su di un piano di appoggio sollevato
rispetto al pavimento. Una soluzione alternativa è costituita dal carrello a forche retrattili, riportato
nella figura 27(b), caratterizzato da montanti spostabili in avanti su di apposite slitte tramite un
sistema di azionamento comandato elettro-idraulicamente. Un’altra soluzione sono i carrelli
elevatori a forche laterali (si veda figura 27(c)), caratterizzati dal fatto che le operazioni di prelievo
e scarico avvengono senza richiedere la sterzatura del carrello.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 27: Alcune soluzioni di carrelli trasportatori-elevatori
per la minimizzazione della larghezza dei corridoi
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Un perfezionamento di questo sistema viene ottenuto con i carrelli a presa bilaterale (si veda figura
27(d)) in grado di depositare e prelevare su entrambi i lati carichi impilati o sovrapposti sopra
scaffali. Infine, con i carrelli a forche ad azione trilaterale (si veda figura 27(e)) si possono
movimentare carichi sia frontalmente sia sui due lati del corridoio senza che il carrello debba
effettuare manovre di sterzatura. Le forche, inoltre, si spostano anche lateralmente, per cui possono
spingere le unità di carico da immagazzinare fin dentro i vani degli scaffali. Se poi i montanti sono
di tipo telescopico, le forche sono in grado di raggiungere altezze di sollevamento di circa 10 m.
Quelle elencate sono solo alcune tra le più diffuse soluzioni utilizzate in industria.
L’utilizzo dei carrelli si è diffuso molto all’interno dei magazzini anche per le operazioni di
prelievo e scarico di una parte soltanto del materiale costituente le unità di carico (picking). In tal
caso, quando è possibile, si evita di movimentare l’intera unità di carico preferendo avvicinare
l’operatore alla stessa, ovviamente nel caso in cui i singoli pezzi da movimentare abbiano
dimensioni e peso tali da poter essere maneggiati dall’uomo.
(a) (b) (c)
Figura 28: Alcune soluzioni di carrelli trasportatori-elevatori per le operazioni di picking
(a) carrello con piattaforma applicata alle forche, in fase di lavoro in un magazzino;
(b) carrello a piattaforma sollevabile per la movimentazione dei materiali in corrispondenza degli scaffali dei magazzini;
(c) carrello a piattaforma sollevabile per la movimentazione di contenitori per mezzo di elementi a rulli.
In figura 28 sono rappresentate alcune versioni di carrelli atti a consentire tali operazioni, essi
sono dotati di una piattaforma, fissa al veicolo oppure amovibile, sulla quale il manovratore può
salire per comandare il sollevamento della stessa fino all’altezza desiderata. Spesso è possibile
comandare dalla piattaforma anche la traslazione (eventualmente a velocità ridotta) del carrello.
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Sistemi di trasporto AGV (Automatic Guided Vehicles)
L’automazione sempre più spinta delle fasi produttive ha provocato, come ricaduta,
innovazioni tecniche e gestionali anche nel settore dei trasporti interni e dell’immagazzinamento
dei materiali. In questo e nei successivi paragrafi verranno illustrate brevemente alcune delle
soluzioni più diffuse in ambito industriale.
Nella figura 29 è riportato un reparto produttivo in cui il flusso dei materiali è affidato a
carrelli a guida e commando automatici (Automatic Guided Vehicles).
Figura 29: Carrelli filoguidati per il trasporto di porte
per autovetture lungo una linea di saldatura
Composizione di un sistema AGV
In linea generale, tali sistemi di trasporto sono composti da quattro componenti fondamentali
(si veda figura 30):
I veicoli (carrelli) a guida automatica che presiedono al trasporto vero e proprio mossi
mediante motori a corrente continua alimentati da batterie e accumulatori;
Un impianto che provvede a guidare i carrelli lungo i tragitti prestabiliti (Guida induttiva,
Guida ottica a luce riflessa, Guida ottica, Guida libera);
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Un impianto atto a trasmettere comandi, informazioni, situazioni di carico, ecc. tra il
sistema di gestione carrelli e viceversa in maniera continua o meno lungo il tracciato
(Tastiera alfanumerica, Via induttiva, Raggi infrarossi, Via ottica, Onde radio);
Un sistema di gestione dell’intero impianto AGV che provvede alla programmazione ed
alla ottimizzazione delle missioni dei veicoli, nonché al controllo del traffico.
All’occorrenza può essere supportato inferiormente da uno o più supervisori e collegato con
un computer di livello superiore per una gestione globale della produzione, della
movimentazione e dell’immagazzinamento dello stabilimento.
Figura 30: Esempio di architettura gestionale dei sistemi AGV
I veicoli, o carrelli, che provvedono al trasporto dei materiali sono costituiti da:
Telaio montato su ruote;
Motori di trazione e sterzatura;
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Microprocessori o PLC di comando;
Tastatori di guida;
Lettori di codici;
Dispositivi antiurto e sicurezza;
Elementi di supporto e bloccaggio dei carichi trasportati;
Dispositivi di carico e scarico (se non sono a terra);
Eventuali attrezzature per la movimentazione dei materiali trasportati.
A seconda delle necessità i carrelli possono muoversi in avanti e all’indietro, inoltre, se devono
operare in spazi ristretti, è possibile effettuare degli spostamenti laterali attrezzando i carrelli con
ruote pivottanti ed adeguati sensori, infine, ricorrendo a veicoli particolari, si possono prevedere
rotazioni fino a 360°.
Come anticipato, i carrelli nelle configurazioni più diffuse sono dotati di attrezzature di
supporto dei carichi trasportati (costituiti da contenitori, palette, particolari meccanici, ecc.) atte a
facilitare il prelievo e lo scarico automatici dei carichi stessi in corrispondenza delle stazioni di
partenza e di arrivo. La figura 36 mostra uno dei dispositivi più frequentemente impiegati, il
trasportatore a rulli motorizzati (fissi o sollevabili), altre soluzioni sono costituite da trasportatori a
catene motorizzate, piattaforme girevoli, forche sollevabili laterali o frontali, ecc.
Figura 36: Trasportatore a rulli motorizzati
Ovviamente i dispositivi elencati devono interfacciarsi in maniera adeguata con le strutture a terra
alle quali i sistemi AGV devono alimentare, o dalle quali devono prelevare, i carichi. La figura 37
illustra alcune soluzioni di carico e/o scarico dei materiali trasportati con veicoli AGV.
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Figura 37: Prelievo e/o scarico di unità di carico trasportate da AGV mediante:
a) rulli motorizzati; b) sollevamento/abbassamento del carico;
c) forche frontali; d)presa laterale del carico.
I carrelli di più corrente impiego sono in grado di fornire le seguenti prestazioni:
Massa del carico trasportato: fino a 2000kg/carrello;
Velocità massima in entrambi i sensi di marcia: 1,2 m/s;
Accelerazione/decelerazione media: 0,5-0,7 m/s2;
Tempo minimo di presa o di rilascio del carico: 20s;
Tempo medio richiesto per organizzare le missioni ed effettuare le comunicazioni: 10s per
ogni missione;
Tempo minimo di attesa agli incroci: 5 s/incrocio;
Raggio minimo di curvatura: 1500mm;
Precisione di avvicinamento alle postazioni di carico/scarico: 5mm.
Sicurezza nei sistemi AGV
I principali dispositivi di sicurezza da prevedere per i carrelli dei sistemi AGV sono di
seguito elencati:
Pulsanti di arresto ed emergenza in punti accessibili del carrello;
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Segnalatori ottici a bordo carrello: entrano in funzione alla partenza dei veicoli e ne
evidenziano la marcia fino alla fine della missione;
Paraurti dotati di sensori di contatto che provocano l’arresto del carrello a contatto con un
ostacolo;
Distanziatori di sicurezza basati su sensori fotoelettrici, ad ultrasuoni, ecc.: eventuali
ostacoli che si presentino davanti al carrello, riflettono o modificano il flusso luminoso o
sonoro proveniente dal veicolo, di conseguenza il carrello può rilevarli e decelerare ed
arrestarsi evitando di venirne a contatto.
Considerazioni conclusive
I punti di forza per la diffusione dei sistemi AGV nell’industria sono i seguenti:
Consentono di trasportare materiali lungo percorsi complessi, con punti di carico e scarico
lungo il percorso modificabili secondo le esigenze;
L’organizzazione dei trasporti può essere programmata e non richiede personale;
Si può ottimizzare il percorso dei veicoli (by-pass, sorpassi o missioni speciali);
Sono possibili modifiche ed ampliamenti dei percorsi;
La potenzialità di trasporto può essere adeguata in maniera sensibile;
Sono facilmente integrabili con altri sistemi di movimentazione;
Il livello di automazione può essere esteso dalla produzione ai trasporti interni.
Di contro la diffusione dei sistemi AGV nell’industria è ostacolata dai seguenti punti di debolezza:
Elevati investimenti;
Elevati costi di gestione;
Velocità necessariamente limitata;
Criticità legate all’affidabilità (il guasto di un carrello può provocare problemi all’intero
sistema di movimentazione AGV);
Fragilità del sistema.
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Sistemi di trasporto aereo con carrelli automotori
I sistemi di trasporto aereo in esame (Automatic Electrified Monorail - AEM) consistono in
carrelli motorizzati che, scorrendo su vie di corsa sopraelevate, sono in grado di svolgere
operazioni di trasporto completamente automatizzate da uno o più punti di partenza ad uno o più
punti di arrivo (figura 38).
Figura 38: Carrelli automotori impiegati per la movimentazione di padiglioni per autovetture
Composizione dei sistemi di trasporto aereo
I principali componenti di tali sistemi sono:
(a) Carrelli che provvedono al trasporto di materiale;
(b) Vie di corsa aeree che sostengono i carrelli e li guidano lungo il percorso;
(c) Sistema di gestione e controllo delle missioni dei carrelli;
(d) Dispositivi automatici di carico e scarico dei carrelli;
(e) Sicurezze antinfortunistiche.
Di seguito si descrivono brevemente i vari componenti.
a) Carrelli
Sono costituiti da un elemento motore collegato con più elementi non motorizzati mediante
barre di accoppiamento atte a sostenere il carico da trasportare (si veda figura 39) e comprendono
un gruppo di codificazione e comando delle destinazioni (costituito solitamente da un PLC
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supportato da sistemi di trasmissione dei segnali di comando e controllo analoghi a quelli visti per
gli AGV) ed un elemento di sospensione del carico.
Figura 39: Carrello doppio (conduttore più condotto) con barra di accoppiamento
b) Vie di corsa aeree
Sono generalmente costituite da rotaie in leghe leggere, il cui profilo è definito in modo da
assicurare contemporaneamente funzioni di sostegno e di guida. Infatti la parte superiore della via
di corsa sopporta il carico, mentre le facce laterali fungono da guida (si veda figura 40).
Lungo le rotaie corrono i conduttori di alimentazione elettrica e di trasmissione dei segnali di
comando ai carrelli e di ricevimento delle informazioni riguardanti la loro posizione, lo stato di
carico, ecc.
Figura 40: Via di corsa e carrello automotore
con motore installato al di sopra della via di corsa
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Le vie di corsa aeree collegano una o più stazioni di carico con uno o più punti di scarico,
seguendo percorsi prestabiliti comprendenti percorsi rettilinei, in piano od in pendenza, curve,
scambi, ecc (si veda figura 41). E’ ormai consolidata la tendenza verso costruzioni modulari delle
vie di corsa, facilitando così modifiche od estensioni del layout iniziale.
Figura 41: Layout di un sistema AEM
Spesso il carrello deve spostarsi in posizione verticale, ad esempio per caricare e scaricare i
materiali oppure per superare dislivelli che gli spazi disponibili non consentono di raggiungere con
le pendenze massime consentite dal sistema o, ancora, perché tale spostamento è richiesto in
corrispondenza di posti di lavoro. A tale fine si ricorre a stazioni di sollevamento od elevatori-
discensori, che provvedono ad alzare ed abbassare un tratto della via di corsa fino all’altezza
necessaria.
c) Sistema di gestione e controllo
L’intero circuito dell’AEM è suddiviso in tratti collegati direttamente con il calcolatore
dedicato (e livello superiore). E’ così possibile:
Gestire le missioni dei carrelli (tipo di materiale da trasportare, destinazione secondo il
percorso ottimale, cambi di velocità, arresti, ecc.);
Aggiornare ed eventualmente visualizzare la situazione dell’impianto (materiali
movimentati, avarie ai vari livelli, fermate od emergenza, ecc.);
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Ovviamente il quadro elettrico di bordo gestisce i segnali e dialoga con il calcolatore
dedicato. Inoltre la gestione computerizzata del sistema AEM può interfacciare il sistema di livello
superiore dello stabilimento.
Figura 42: Sistema gestionale di un impianto di trasporto con carrelli automotori
d) Dispositivi automatici di carico e scarico
I dispositivi automatici di carico e scarico dei carrelli devono consentire prelievi e depositi
rapidi e sicuri dei materiali da movimentare oppure il loro trasferimento da o su altri trasportatori
(rulliere, AGV, ecc.), macchine operatrici, magazzini (si veda figura 43).
Il carico e lo scarico automatico dei carrelli automotori hanno via via sostituito le rispettive
operazioni di tipo manuale, ormai adottate solo negli impianti leggeri e a bassa movimentazione.
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Figura 43: Dispositivi per il carico e lo scarico automatici
di unità di carico trasportate con carrelli automotori
e) Sicurezze antinfortunistiche
Le predisposizioni antinfortunistiche adottate per i sistemi di trasporto in esame sono
analoghe a quelle illustrate per gli AGV. In questo caso però, nei tratti di percorso in cui le vie di
corsa sono sopraelevate, è necessario prevedere delle protezioni fisse al di sotto del tragitto dei
carrelli, in modo da evitare cadute del materiale trasportato nelle aree sottostanti e consentire gli
interventi manutentivi a quelle altezze in condizioni di sicurezza.
Prestazioni degli AEM
Si riportano valori orientativi di alcuni dati caratteristici dei trasportatori aerei con carrelli
automotori, in particolare per la soluzione carrello doppio (conduttore più condotto):
Massa del carico trasportato: da 500 a 2500kg/carrello;
Velocità massima in entrambi i sensi di marcia: da 1 a 2 m/s (al diminuire del carico);
Pendenza massima superabile: alcuni gradi (fino a 45° per applicazioni particolari a basse
velocità 0,5m/s);
Raggio minimo di curvatura orizzontale: 800-2000mm;
Raggio minimo di curvatura verticale: 2500-5000mm.
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Considerazioni conclusive
I principali vantaggi conseguibili con un sistema di trasporto aereo a carrelli automotori sono:
L’installazione aerea libera da intralci il pavimento;
Limitati ingombri dei carrelli;
Elevate potenzialità di trasporto adeguabili alle esigenze operative;
Attuazione di percorsi complessi, su diversi piani e livelli, con possibilità di ampliamento;
Possibilità di accumulo lungo il percorso di carrelli carichi o scarichi;
Rapidità di montaggio;
Funzionamento silenzioso e consumo energetico limitato;
Possibilità di equipaggiare i carrelli con implement per il sollevamento, l’abbassamento e la
rotazione dei pezzi.
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Trasloelevatori
I trasloelevatori rappresentano l’unico mezzo di trasporto atto a consentire la realizzazione di
magazzini intensivi, aventi cioè altezze superiori a 12 m (si veda figura 44).
Figura 44: Magazzino servito da trasloelevatori automatici
Struttura
Un trasloelevatore è essenzialmente costituito (si veda figura 45) da:
Montante/i costituenti la struttura portante, unitamente alle travi di base (con le ruote di
scorrimento) e superiore;
Telaio mobile scorrevole lungo una colonna verticale (asse y), che a sua volta può traslare
lungo il corridoio posto tra le scaffalature (asse x);
Contrappesi per la riduzione degli sforzi di sollevamento;
Dispositivo per il prelievo ed il deposito dei carichi (spesso una piastra porta forche di tipo
telescopico);
La cabina per il manovratore o per le operazioni di emergenza;
Il sistema di automazione e di coordinamento dei cicli operativi;
La linea elettrica di alimentazione.
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Figura 45: Trasloelevatore monocolonna con forche telescopiche,
cabina per l’operatore e contrappeso
La struttura mobile, spesso denominata piattaforma, può in sostanza compiere,
contemporaneamente, due movimenti, uno orizzontale ed uno verticale, ai quali consegue un moto
composto lungo un tragitto inclinato rispetto ai due movimenti di base. Ciò permette di raggiungere
qualunque disposizione rispetto alle scaffalature, entro le quali il trasloelevatore si muove, con un
percorso di lunghezza minima. Una volta giunto in quella posizione, il trasloelevatore provvede a
depositare o a prelevare le unità di carico od il materiale, per il cui scopo ha intrapreso la missione
(si veda figura 46).
Tutti i movimenti possono essere gestiti da un sistema automatico centralizzato oppure
affidati ad operatori a bordo macchina, ai quali vengono trasmesse in qualche modo indicazioni
sulle operazioni da eseguire. I movimenti lungo gli assi x ed y possono essere contemporanei,
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mentre il movimento trasversale delle forche telescopiche (asse z) è consentito solo a macchina
ferma e correttamente posizionata.
Figura 46: Trasloelevatore con forche telescopiche atte a movimentare
due unità di carico disposte normalmente rispetto all’asse longitudinale del corridoio.
cabina per l’operatore e contrappeso
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Sistema di gestione e controllo
Figura 48: Esempio di architettura gestionale del magazzino dotato di trasloelevatori automatici
Il sistema di gestione provvede ad effettuare:
Ottimizzazione missioni dei trasloelevatori;
Ricerca automatica della postazione da raggiungere nel magazzino;
Riconoscimento del materiale (codici a barre o magnetici);
Posizionamento orizzontale e verticale;
Deposito e prelievo dei carichi;
Gestione magazzino (posizioni, codici, quantità, ecc.);
Utilizzo ottimale degli scaffali, sia destinando il materiale in arrivo al posto più conveniente
come cammino da compiere o frequenza di movimentazione, sia svincolando
l’immagazzinamento dal concetto superato che vedeva preferenzialmente ogni articolo
stoccato sempre nello stesso posto.
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Alimentazione e scarico dei traslatori
Le unità di carico in arrivo dal magazzino, e quindi in attesa di essere prelevate dal o dai
trasloelevatori, sostano normalmente su trasportatori motorizzati (rulli, catene, ecc.) dai quali
vengono prelevati dalle forche dei traslatori (si veda figura 49).
A loro volta, le unità di carico prelevate dai trasloelevatori sono deposte sopra trasportatori
motorizzati a rulli o a catene oppure stazioni fisse da cui sono prelevate da carrelli motorizzati ed
alimentate ad altri trasportatori, le unità di carico possono essere accumulate e poi smistate alle
successive destinazioni (si veda figura 49).
(a) (b)
Figura 49: Modalità di alimentazione e di allontanamento delle unità di carico in
corrispondenza delle testate di scaffalature servite da trasloelevatori mediante trasportatori a rulli.
Le unità di carico destinate all’immagazzinamento devono essere dotate di un documento di
identificazione (etichetta o codice a barre) sul quale vengono letto e trasmesse al sistema di
gestione da un operatore o da un lettore automatico le informazioni necessarie (codice od articolo,
quantità, peso, ecc.).
Oltre all’identificazione, viene sempre effettuato il “controllo sagoma” (si veda figura 51(a)),
al fine di verificare che le dimensioni delle unità di carico rispettino le dimensioni massime
prestabilite. Spesso si effettua anche il controllo del peso delle unità di carico in arrivo al
magazzino, attraverso l’utilizzo di celle di carico.
In caso di anomalie (etichetta illeggibile, dimensioni o pesi inaccettabili), l’unità di carico
viene smistata su un by-pass (si veda figura 51(b)) sul quale si effettuano le operazioni necessarie
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per renderla adatta all’immissione nel magazzino oppure se ne constata l’inadeguatezza e quindi la
si allontana.
(a) (b)
Figura 51: (a) Stazione di controllo dimensionale; (b) Postazione di
controllo-sagoma con linea di by-pass su cui dirottare le unità di carico fuori misura
Prestazioni dei trasloelevatori
La seguente tabella riporta, a titolo indicativo, le principali prestazioni dei trasloelevatori.
Figura 55: Principali caratteristiche dei trasloelevatori di normale produzione
Considerazioni conclusive
L’impiego dei trasloelevatori presenta, in sintesi, i seguenti vantaggi:
Possibilità di sviluppare il magazzino ad altezze maggiori di quelle raggiungibili
impiegando altri mezzi di movimentazione, con conseguente risparmio di aree;
Rapidità di movimentazione dei materiali immagazzinati;
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Dispense dal corso di Impianti industriali 1
Facilità di attuazione dei criteri FIFO e LIFO e di automatizzazione della gestione del
magazzino.
Operazioni automatizzate nel ciclo dei trasporti interni
Si vedano dispense: Appendice VIII “Operazioni automatizzate nel ciclo dei trasporti interni”.
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