Напольный транспорт завтрашнего дня. Тенденции и прогнозы

Огромный спрос на технику, обслуживающую грузовые перевозки в таких стремительно развивающихся странах и регионах, как Китай, Индия и Ближний Восток, позволяет сделать вывод, что мировой рынок погрузчиков с противовесом будет быстро расти и дальше. Одновременно среди производителей техники могут появиться (и уже появляются) новые игроки, сильным конкурентным преимуществом которых будет не только снижение расходов на производственный персонал, но также весомое увеличение объемов выпуска. Уже в недалеком будущем будет сформирован значительный рынок недорогих и простых в техническом отношении погрузочных средств («low cоst trucks»).

В промышленно развитых странах Запада из-за сложной демографической ситуации в обозримый период по-прежнему будет ощущаться недостаток рабочей силы, особенно квалифицированной. Дефицит людских ресурсов станет оказывать все большее давление на рынок, определяя его развитие в направлении дальнейшей автоматизации логистических процессов и автоматизации средств обеспечения грузоперевозок. Это будет реализовано за счет стандартизации логистических процессов, и прежде всего путем передачи логистических операций на аутсорсинг специализированным фирмам. Чтобы «выжить» в такой обстановке, вилочные погрузчики и другая техника с захватами для паллет должны выполнять свои задачи с высокой производительностью и минимальными расходами. Усовершенствование здесь возможно в разных вариантах: полная автоматизация (эти функции выполняет новая линейка серийных робокаров финской фирмы Rocla), частичная автоматизация (системы автоматического и автоматизированного вождения), радикальная перестройка компонентов с далеко идущими последствиями (погрузчик Jungheinrich EFG D30 с поворотной кабиной) и интеграция дополнительных функций, например, мобильных устройств для идентификации изделий по технологии RFID.

Нормативы обязывают

Концептуальный погрузчик RXX компании STILL

Другими важными стимулами для инноваций являются новые предписания, нормы, директивы и законы, которые в последние годы принимались в странах ЕС и в значительной степени определяли техническое развитие вилочных погрузчиков. В качестве примера можно привести предписания, принятие которых привело к созданию систем, надежно удерживающих водителя на сиденье. Директивы ЕС по нормативным уровням вибрации предположительно приведут к тому, что, с одной стороны, вибрационная нагрузка на водителя и дальше будет снижаться за счет технических мер, например, использование эластичной подвески осей и демпфирующих опор кабины, а с другой – будет увеличиваться количество датчиков на погрузчике, с тем чтобы обеспечить возможность контроля граничных значений его динамических параметров и устойчивости. В рамках инициированного мандатом Евросоюза и действующего на кафедре деталей машин и технической логистики университета Хельмута Шмидта (Гамбург) совещания по нормативам будет проведено исследование по повышению боковой динамической устойчивости погрузчиков с противовесом.

Если выводы, полученные на основе его результатов, действительно дополнят перечень уже существующих сегодня нормативных испытаний на статическую устойчивость, то это отразится и на конструкции погрузчиков. В этом случае в будущем большинство погрузчиков с противовесом должны будут в обязательном порядке оснащаться электронной системой устойчивости, снижающей скорость машины в зависимости от угла поворота и высоты подъема вилочной каретки. Такие системы под названием СurveControl (Jungheinrich), Comfort Раkеt или DRIVER ASSISTANT уже сейчас используются на электропогрузчиках.

Цветной дисплей модели RXX обеспечивает отличное наблюдение за трассой позади машины

В фокусе инноваций – привод

Важнейшим объектом инноваций на ближайшие годы были и остаются приводы погрузочных машин. Это стимулируется необходимостью сократить потребление электроэнергии из-за ее постоянного удорожания, а также возрастающими требованиями экологов по сокращению эмиссии СO2. Из множества существующих в этой области новых технических решений перспективными можно назвать только два. Во-первых, это гибридный привод как альтернатива приводу с двигателем внутреннего сгорания на погрузчиках с противовесом и, во-вторых, гибридная батарея. Под общим понятием «гибридный привод» скрыты самые различные технические концепции. Их спектр простирается от простого последовательного гибридного привода (mildhуbrid) до комплексных полных гибридных приводов с разделением мощности. Эксперименты, проведенные на полных гибридных приводах с разделением мощности для легковых автомобилей, позволяют рассчитывать на 30%-ное сокращение расхода топлива. Учитывая, что стоимость топлива при односменной работе 4-тонного дизельного погрузчика составляет около 7000 евро в год, при сегодняшних ценах применение этих систем позволит экономить примерно 2000 евро. Оценки показывают, что применение такой более сложной приводной техники окупилось бы за короткое время. Гибридный привод не только создает предпосылки для работы первичного преобразователя энергии дизельного двигателя в режиме, оптимальном по расходу энергоносителя, но и открывает возможность для рекуперации и накопления энергии при опускании груза и торможении машины, точно так, как это реализуется сейчас на электропогрузчиках в случае применения технологий переменного тока.

Рекуперация на вилочных погрузчиках может быть организована еще более эффективно, чем на легковых автомобилях, так как погрузчики в отличие от автомобилей постоянно передвигаются по коротким участкам трассы с частым чередованием фаз разгона и торможения. Однако, чтобы накапливать кратковременно возникающую при этом большую электрическую мощность, необходима новая система аккумуляторов.

Модель погрузчика STILL
с интегрированной RFID-системой считывания

Многообещающим решением является комбинация нескольких электрических накопителей энергии с разными специфическими свойствами, например, надежного свинцового аккумулятора с суперконденсатором. Использование таких гибридных батарей также позволит увеличить к.п.д. и в электроприводных, и в гибридных погрузчиках. Можно с уверенностью сказать, что даже если маркетинговые отделения производителей
новых приводов, которые появятся в недалеком будущем, дадут своим детищам другое название, по существу они будут гибридными.

Не должна быть забыта и водородная техника, основанная на топливных элементах. Этот источник энергии для приводов транспортного оборудования, особенно вилочных погрузчиков, будет, конечно, совершенствоваться и дальше. Когда произойдет внедрение таких устройств в крупносерийное производство, в настоящее время сказать трудно, но выпуск небольших партий «гибридов» на топливных элементах и масштабное опробование их в производственных условиях планируется начать уже в этом году.

Гибриды с топливными элементами: премьера погрузчика Triple-Нуbrid

13 сентября 2007 г. фирма Proton Motor Fuel Cell GmbH (Proton Motor, ФРГ) представила двумстам гостям, представителям политических кругов, общественности и городской администрации свой новый корпус в Пуххайме (Puchheim), около Мюнхена. В здании площадью 3000 м2 расположились производственный и исследовательский отделы компании, а также ее руководство. Proton Motor разрабатывает и изготавливает топливные элементы, блоки топливных элементов и гибридные системы. Стимулом к созданию и совершенствованию приводов на базе этих новых технологий стало все то же постоянно растущее во всем мире стремление к снижению выброса СО2 в атмосферу. Компания создает собственные оригинальные топливные элементы и комбинирует их со специально подобранными и ориентированными на соответствующие области применения компонентами.

Поворотная кабина на погрузчике Jungheinrich FFG D30 позволяет значительно повысить производительность работ

Как известно, гибридные приводы на топливных элементах дают значительную экономию энергии. От двигателей внутреннего сгорания и обычных топливных элементов они отличаются меньшей величиной стоимости владения (total cost of ownership), при том что максимальная развиваемая мощность у них остается такой же. За счет системы накопления энергии, которая рекуперируется в процессе торможения транспортного оборудования, гибридные системы более эффективны и расходуют в три раза меньше топлива, чем, например, обычный дизельный двигатель. Если дизельному погрузчику на час работы необходимо 2,1 л топлива, то после оборудования гибридным приводом на топливных элементах ему понадобится всего 0,7 л. Это весьма серьезный аргумент в пользу новинок, весомость которого еще более повысится при использовании их в городских автобусах. Чем чаще транспортное средство вынуждено трогаться с места или останавливаться, тем нагляднее проявляются преимущества использования гибридного привода.

Наиболее подходящим для внедрения новой технологии Proton Motor считает сектор промышленного транспорта. Речь идет прежде всего о применении гибридных систем на транспорте типа «bаck-to-bаsе», т. е. на транспорте, который ежедневно возвращается на базу, в строго определенный пункт, как, например, вилочные погрузчики и городские общественные автобусы. Потенциальными объектами для внедрения новинок станут также небольшие речные суда (лодки), транспорт для коммунальных работ (уборка мусора, подметальные машины) и транспорт для курьерской службы и местных перевозок. Другой перспективной сферой их использования являются стационарные источники питания, например системы бесперебойного снабжения электроэнергией, запасные электростанции и генераторы тока.

Систему Triple-Hybrid PM Package MH30 мощностью 10 кВт можно устанавливать на напольный транспорт класса 1 с АКБ 80 В; 700 А•ч. Система обеспечивает нормальную работу 3-тонного погрузчика в течение 8 ч от одной подзарядки

Компания предоставляет три категории продукции для различных вариантов использования: с РМ Basiс, РМ Расkage и РМ Тunkey. Устройства РМ Basiс охватывают гибкий спектр систем на основе топливных элементов для интеграции их в оборудование, выпускаемое ОЕМ-производителями. Клиенты могут выбирать между четырьмя системами мощностью 5, 10, 50 и 150 кВт. В случае категории РМ Тunkey речь идет о полностью готовых гибридных системах с топливными элементами мощностью от 5 до 20 кВт. Эти системы пригодны, например, для использования на региональных автобусах, а также для оснащения коммунального транспорта. Под РМ Расkage подразумеваются гибридные системы для применения на погрузчиках и городских автобусах, которые в настоящее время составляют 75% всего объема продукции. Эти устройства готовы к немедленному применению, точно сопрягаются с посадочным местом в транспортном средстве и вырабатывают ток нужного напряжения.

Система РМ Расkage обеспечивает непрерывную автономную работу вилочного погрузчика в течение 8 ч и построена по принципу plug & drive, что означает «батарею вон – РМ Расkage внутрь». Для повторного заполнения ее топливом необходимо менее 2 мин. Proton Motor уже опробовала систему на практике в период с 2001-го по 2004 г. на первом в мире гибридном погрузчике совместно со партнерами по этому проекту компаниями STILL GmbH (изготовитель транспортного оборудования) и Linde Gas (поставщик водорода). Испытания проводились логистической фирмой Сargogate в аэропорте Мюнхен.

Для совместного проекта Proton Motor предоставила свою оригинальную систему, в которую входят топливные элементы и промежуточный накопитель энергии. После замены традиционной аккумуляторной батареи погрузчик можно заправить на водородной колонке так же просто, как работающий на бензине легковой автомобиль. Топливный бак вмещает до 2 кг водорода, который обеспечивает машине мощность примерно 70 кВт и возможность интенсивно работать в течение 8 ч.

Погрузчики Crayler BM фирмы Palfinger
с дистанционным управлением и складывающейся мачтой

Дополнительно в привод встроен электрический накопитель энергии, рекуперируемой при торможении транспортного средства, отдающий ее при ускорении. Тем самым система может выравнивать пиковые нагрузки и значительно сокращать суммарный расход энергии.

Гвоздем программы торжественной церемонии в Пуххейме стала презентация первого в мире погрузчика Triple-Нуbrid. Triple-Нуbrid-технология соединяет три компонента: топливный элемент, батарею и суперконденсатор в единую, эффективную систему привода. Благодаря новой технологии оказалось возможным сделать накопитель и топливные элементы компактными и недорогими. За распределение энергии между топливным элементом, батареей и суперконденсатором отвечает система интеллектуального менеджмента. Вырабатываемая в процессе торможения энергия распределяется и накапливается в батарее и суперконденсаторе и может расходоваться при крайней необходимости, например, при подъеме тяжелых грузов. Потребители могут получить от конфигурации Triple-Нуbrid большую выгоду, так как технология на сегодняшний день не имеет себе равных с точки зрения экономии энергии и представляет оптимальную конструкцию системы гибридного привода. Чтобы теория наконец воплотилась на практике, Proton Motor предполагает развернуть широкомасштабное испытание техники, оборудованной по новой технологии. Так, уже в 2008 г. парки погрузчиков разных предприятий должны пополниться 50...100 машинами с системой Triple-Нуbrid.

Первый гибридный погрузчик на топливных элементах с системой PM Package

Взгляд в будущее

Выше были описаны разработки, ставшие продуктом эволюции сегодняшних концепций напольного транспорта, а теперь мы хотим представить еще две перспективные идеи, которые разрабатываются сотрудниками университета Хельмута Шмидта. Они пока реализуются не столь активно, как представленные выше концепции, уже доведенные до стадии внедрения, но имеют право на жизнь.

Далекое будущее напольного транспорта принадлежит, конечно, автономно действующему «интеллектуальному» напольному транспорту, а проще говоря, мобильным транспортным роботам, или робокарам. И все же, поскольку технический прогресс, как правило, происходит не резкими скачками, а постепенно, можно ожидать, что в переходный период от сегодняшних управляемых вручную погрузчиков к автономным транспортным робокарам появятся и другие, «промежуточные» технические решения. Одним из них вполне могло бы стать дистанционно управляемое напольное транспортное оборудование RСТ (Remote Control Truck), ведь в отличие от обычных автомашин присутствие оператора на напольном транспортном оборудовании в принципе не является обязательным и необходимо только для управления. Затраты, которые вызваны необходимостью обеспечить оптимальные условия работы водителя на напольном транспортном оборудовании, оказываются огромными. Они закладываются в стоимость машины, начиная с разработки концепции надстройки погрузчика и заканчивая конструированием дисплея с хорошо читаемой информацией.

Многие элементы и узлы – защитная крыша водителя, сиденье, демпферы вибрации, штурвал рулевого управления, педали, рычаги управления и приборы – требуются только водителю. Кроме того, отсутствие кабины с «начинкой» позволяет значительно уменьшить строительную высоту машины и даже сделать грузоподъемник «складным». Концепция RСТ со складной мачтой и шарнирно-сочлененным шасси уже реализована компанией Palfinger на погрузчиках серии Crayler BM (Box Mounted). Эти модели-внедорожники используются в основном для погрузки паллетированных грузов в самолеты и вертолеты в вооруженных силах. Возможно, и другим производителям следует подумать о том, чтобы отделить рабочее пространство и компоненты, необходимые исключительно водителю, от самого напольного транспортного оборудования.

В отличие от транспортных систем, работающих без водителя, напольный транспорт должен управляться человеком. Благодаря существующим в настоящее время технологиям оператор может не перемещаться вместе с транспортным оборудованием, а выполнять свою задачу в чистом, обогреваемом и тихом помещении. Сюда с помощью радиосвязи с использованием технических средств (мониторы, микрофоны, рычаги управления Fееdbасk) ему будет передана вся необходимая визуальная и акустическая информация. Оператор в свою очередь управляет действиями напольного транспорта, манипулируя педалями, многофункциональными рычагами и другими органами, команды от которых также передаются по радио.

Первый в мире серийный робокар от компании Rocla

Дистанционное управление уже сейчас успешно применяют на кранах, что позволяет значительно снизить требования к физической выносливости управляющего персонала, в частности, в качестве водителей погрузчиков можно было бы привлечь людей пожилых или с ограниченными физическими возможностями. При угрожающем сокращении рабочей силы в индустриально развитых странах этим не следует пренебрегать. Дистанционное управление позволяет автоматизировать такие стандартизированные процессы на складе, как укладка и разборка штабелей поддонов. В результате персонал можно освободить от выполнения этих задач и задействовать на других работах или на управлении иными транспортными средствами. Кроме того, RСТ не требуется подъемная мачта со свободным сквозным обзором, ведь водителя, который должен смотреть сквозь ее проем, нет. Для ее изготовления в этом случае конструкторы вполне могли бы использовать алюминий или даже пластмассу, с помощью ходовых роликов с покрытием устранив высокие точечные нагрузки. Меньшая масса мачты из алюминия будет способствовать сокращению расхода энергии и повышению устойчивости машины.

Заправка водородом погрузчика компании Raymond на топливных элементах

Другая идея довольно необычно реализует проблему повышения плотности хранения. Для этого предлагается организовать склад, стеллажные ячейки которого будут расположены не только выше, но и ниже уровня пола. Для работы на таком складе потребуется погрузчик, грузоподъемник которого должен не только подниматься, но и опускаться на достаточную глубину ниже уровня пола. Машина будет передвигаться по специальным направляющим, а ее вилы должны быть выполнены телескопическими или поворотными.

В фокусе данной статьи находились тенденции технического совершенствования вилочных погрузчиков с противовесом, однако многие из рассмотренных аспектов, безусловно, можно отнести и к развитию других типов напольного транспортного оборудования. Горизонт прогнозов на представленные выше конкретные инновации составляет приблизительно от 10 до 15 лет. Конечно, в более отдаленной перспективе нельзя исключить и появление других, совершенно неожиданных технических решений.

По материалам журналов H+F и Hebezeuge und Fordermittel (ФРГ) публикацию подготовил Л. Цинцевич