Приводная тележка для системы транспортировки и сортировки предметов
GEARED TROLLEY FOR TRANSPORTATION AND SORTING OF ITEMS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к приводной тележке для системы транспортировки и сортировки предметов.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Известны системы сортировки предметов, где приводная тележка выполнена с возможностью тяги грузовых тележек по ограниченному парой рельсов замкнутому пути, где по меньшей мере одна расположенная вдоль рельсов подающая предметы станция выполнена с возможностью погрузки предметов на тележки, и по меньшей мере одна расположенная вдоль рельсов разгрузочная станция выполнена с возможностью приема разгруженных с тележек предметов.
Например, каждая тележка может поддерживать механизированную ленту или лоток, который можно наклонить относительно оси вращения. В первом случае размещенный на механизированной ленте предмет активно удаляется в сторону на разгрузочной станции, а в случае использования лотка, последний может быть своевременно наклонен на этапе разгрузки, и находящийся на лотке предмет падает под действием силы тяжести.
Транспортируемые/сортируемые предметы могут, помимо прочего, быть следующими:
- багаж, обрабатываемый в аэропортовой системе сортировки багажа,
- почтовые отправления (пачки почтовых отправлений, бандероли, коробки, пакеты и другое), обрабатываемые почтовой системой сортировки,
- упакованные изделия (например коробки), взятые со склада и посланные в систему доставки.
Приводная тележка обычно содержит опорную раму, имеющую первое направляющее колесо и второе направляющее колесо, расположенные на противоположных сторонах рамы и выполненные с возможностью опоры соответственно на первую и вторую опорные поверхности первого и второго рельсов, при работе обращенные вверх. Приводная тележка также содержит по меньшей мере одно первое упорное направляющее колесо, расположенное на раме и выполненное с обеспечением его примыкания к первой внутренней стороне первого рельса, обращенной ко второй внутренней стороне второго рельса, причем к указанной второй внутренней стороне примыкает второе упорное колесо, чтобы удерживать приводную тележку между первым и вторым рельсами во время движения приводной тележки по рельсам.
Для обеспечения движения приводной тележки используются различные технологии. Например, приводные тележки могут содержать высокомощные постоянные магниты (обычно редкоземельные элементы), функционирующие как расположенные вдоль рельсов катушки ротора и статора, питаемые по очереди для получения подвижного магнитного поля, которое с помощью взаимодействия с постоянными магнитами приводит к движению тележки по пути.
С помощью подходящих механических решений гарантируется постоянный воздушный зазор несколько миллиметров между тележками и катушками статора, таким образом, что можно зафиксировать создаваемое постоянными магнитами магнитное поле и использовать это поле для управления питанием катушек.
Основным преимуществом такого решения является полное отсутствие контакта между деталями, образующими питающий тележку линейный электромотор. Поэтому очень мало техническое обслуживание и при движении деталей практически отсутствует износ.
Недостатком изложенного выше решения с магнитами является высокая стоимость постоянных магнитов и системы катушек, а также высокая механическая жесткость, необходимая для поддержания заданного воздушного зазора при любых условиях движения по пути.
Другие решения механического типа предполагают использование прижимных колес, питаемых моторами-редукторами и расположенными по пути под рельсами. Эти прижимные колеса выполнены с возможностью прижима ребер подходящей формы, жестко закрепленных под тележками, и таким образом придают ускорение тележкам.
Более конкретно, каждая группа прижимных колес образует зону движущей силы, участвующую в генерации части общей тяговой силы с тяговой нагрузкой, которая таким образом распределяется среди тележек на рельсах.
Основным недостатком такого решения механического типа является необходимость тщательного и постоянного обслуживания прижимных колес, а также опасность крушения тележек о прижимные колеса и о путь в случае заклинивания. Кроме того, проведение электропроводки прижимных колес вдоль пути часто является проблематичным.
Также были предложены решения электромеханического типа, в которых колеса тележки моторизованы с использованием расположенных на тележке электромоторов. В этих решениях электромотор взаимодействует со сложным механическим приводным механизмом для передачи движущей силы от мотора к приводным колесам и для уменьшения числа оборотов электромотора. Использование механического приводного механизма связано с проблемами, так как он тяжелый, громоздкий и имеет объективные проблемы с надежностью, потому что в случае отказа в приводном механизме практически невозможно механически отсоединить трансмиссию от электромотора пока тележка двигается.
Следовательно, ни одно из предложенных решений не отвечает установленным для сортировочных систем требованиям.
Эти требования особенно важны, так как на рынке нужны транспортировочные и сортировочные системы, которые могут работать почти непрерывно, до двадцати трех часов в сутки, гарантируя при этом уровень резервирования примерно 99% даже в случае неисправности тележки.
В некоторых конкретных системах, например в почтовых, также требуется высокая производительность в плане скорости для обеспечения эффективного высокопроизводительного процесса сортировки (до 30000 позиций за час) и низкого предела погрешности (неправильно отсортировано менее одной позиции на 20000).
Например, в некоторых системах необходимо чтобы поезд сортировочных тележек двигался по замкнутому контуру с высокой постоянной скоростью, например 2,5 м/с.
Следовательно существует необходимость в создании приводной тележки, удовлетворяющей указанным выше требованиям, путем устранения недостатков известных магнитных, механических и электромеханических решений.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Указанная выше цель достигается путем создания приводной тележки для транспортной и/или сортировочной системы, выполненной с обеспечением тяги грузовых тележек, выполненных с возможностью перемещения по замкнутому пути, образованному первым рельсом и вторым рельсом, которые параллельны друг другу, причем указанная транспортная и/или сортировочная система имеет по меньшей мере одну подающую предметы станцию, размещенную на указанном пути и выполненную с возможностью погрузки предметов на указанные тележки, и по меньшей мере одну разгрузочную станцию, размещенную на указанном пути и выполненную с возможностью приема предметов с указанных тележек;
причем указанная приводная тележка содержит опорную раму, имеющую первое колесо и второе колесо, расположенные на противоположных сторонах рамы и выполненные с возможностью их размещения соответственно на первой опорной поверхности и второй опорной поверхности первого рельса и второго рельса, причем указанные поверхности при работе обращены вверх,
указанная приводная тележка также содержит по меньшей мере одно первое упорное устройство, расположенное на раме и выполненное с возможностью примыкания к первой внутренней стороне первого рельса, и второе упорное устройство, расположенное на раме и выполненное с возможностью примыкания ко второй внутренней стороне указанного второго рельса, обращенной к первой стороне, причем первое упорное устройство и второе упорное устройство удерживают приводную тележку между первым рельсом и вторым рельсом во время движения приводной тележки по рельсам,
первое колесо и второе колесо расположены на опорных кронштейнах, выполненных с возможностью перемещения в угловом направлении относительно указанной рамы вокруг первой оси и второй оси соответственно, параллельно друг другу, при этом тележка отличается тем, что
каждое колесо является колесом с прямым приводом, не имеет редукторов и содержит электромотор, имеющий статор, выполненный как единое целое с кронштейном, и имеющий ротор, окружная обращенная наружу часть которого образует цилиндрическую поверхность колеса, выполненную с возможностью качения по первой опорной поверхности и второй опорной поверхности соответственно,
указанное первое упорное устройство соединено с первым колесом для выполнения угловой регулировки положения первого колеса вокруг соответствующей первой оси, в соответствии с изгибом указанного первого рельса на указанном пути,
указанное второе упорное устройство соединено со вторым колесом для выполнения угловой регулировки положения второго колеса вокруг второй оси, в зависимости от изгиба указанного второго рельса на указанном пути.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее настоящее изобретение рассмотрено более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлен предпочтительный неограничительный вариант выполнения, где
Фиг. 1 схематически иллюстрирует в плане переднюю часть приводной тележки, выполненной в соответствии с принципами настоящего изобретения,
Фиг. 2 и 3 иллюстрируют в аксонометрии части (упорные устройства) тележки, показанной на фиг. 1,
Фиг. 4 иллюстрирует вид спереди части тележки, показанной на фиг. 1,
Фиг. 5 иллюстрирует вид в разрезе по V-V части показанного на фиг. 4 устройства,
Фиг. 6 иллюстрирует увеличенный вид элемента показанного на фиг. 4 устройства,
Фиг. 7 иллюстрирует вид в разрезе по VII-VII части показанного на фиг. 4 устройства,
Фиг. 8 иллюстрирует увеличенный вид в разрезе показанного на фиг. 4 устройства,
Фиг. 9, 10 и 11 иллюстрируют работу тележки в соответствии с настоящим изобретением,
Фиг. 12 иллюстрирует вид сверху тележки в соответствии с настоящим изобретением, и
Фиг. 13 иллюстрирует транспортную систему, использующую тележку согласно настоящему изобретению.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ВЫПОЛНЕНИЯ
На фиг. 13 номером 1 обозначена приводная тележка для транспортной и/или сортировочной системы 2 (показана схематически), выполненная с обеспечением тяги грузовых тележек 3, образующих поезд тележек, выполненный с возможностью перемещения по замкнутому пути Р, образованному первым рельсом 4 и вторым рельсом 5, параллельными друг другу. Рельсы 4 и 5 имеют прямые участки, на которых они прямые и параллельные, и изогнутые участки, имеющие по существу помимо прочего постоянную кривизну дуги окружности. Транспортная система 2 имеет по меньшей мере одну подающую предметы станцию 7, размещенную на указанном пути Р и выполненную с возможностью погрузки предметов на тележки 1 и 3, и по меньшей мере одну разгрузочную станцию 10, размещенную на указанном пути Р и выполненную с возможностью принимать предметы с тележек 1 и 3. Обычно предусмотрено несколько подающих станций 7 и несколько разгрузочных станций 10. Можно использовать различные типы транспортируемых и/или сортируемых предметов, например: багаж (система перемещения и/или сортировки багажа в аэропорту), почтовые предметы (система перемещения и/или сортировки почтовых отправлений), упакованные предметы (складская система перемещения и/или сортировки) и другие.
Рельсы 4 и 5 имеют прямоугольное сечение (фиг. 4 и 12), причем каждый из указанных рельсов ограничен обращенной вверх верхней плоской поверхностью 4s и 5s соответственно, ограничен обращенной к опорной поверхности нижней плоской поверхностью 4d и 5d соответственно, ограничен обращенной внутрь рельсов боковой поверхностью 41 и 51 соответственно, причем поверхности 41 и 51 обращены друг к другу, и ограничен обращенной наружу боковой поверхностью 4е. Поверхности 4s и 5s обычно компланарны в горизонтальной плоскости. Рельсы 4 и 5 обычно выполнены из полого экструдированного профиля из легкого металла, например алюминия. В других вариантах выполнения рельсы 4 и 5 могут быть выполнены из другого металла, например из сфальцованного металлического листа или из конструкционной стали.
Приводная тележка 1 содержит опорную раму (12), имеющую первое колесо 13 и второе колесо 13, расположенные на противоположных сторонах рамы 12 и выполненные с возможностью размещения соответственно на первой опорной поверхности 4s и второй опорной поверхности 5s рельсов 4 и 5.
Приводная тележка 1 также содержит первое упорное устройство 15, расположенное на раме 12 и выполненное с возможностью примыкания к внутренней боковой поверхности 41 первого рельса 4, и второе упорное устройство 16, расположенное на раме 12 и выполненное с возможностью примыкания к внутренней боковой поверхности 51 второго рельса 5 (фиг. 12 и фиг. 1). Первое упорное устройство 15 и второе упорное устройство 16 удерживают приводную тележку 1 между первым рельсом 4 и вторым рельсом 5 во время движения приводной тележки по рельсам 4 и 5, обеспечивая непрерывное расположение колес 13 на соответствующих верхних поверхностях 4s и 5s.
Первое упорное устройство 15 соединено с первым колесом 13 для выполнения угловой регулировки положения первого колеса вокруг соответствующей первой оси 32, в зависимости от изгиба первого рельса 4 на пути Р, и второе упорное устройство 16 соединено со вторым колесом 13 для выполнения угловой регулировки положения второго колеса 13 вокруг второй оси 32, в зависимости от изгиба второго рельса 5 на пути Р. Более конкретно, когда рельсы 4 и 5 прямые, первое упорное устройство 15 и второе упорное устройство 16 удерживают колеса 13 с обеспечением получения мгновенного направления перемещения параллельно рельсам, однако на изгибах рельсов колеса автоматически поворачиваются, сохраняя направление перемещения тангенциальным к пути Р/направлению перемещения.
Таким образом предотвращается образование скользящего компонента, который может привести к увеличению расхода и износу, что помешало бы должной работе устройства.
Как видно на фиг. 1, 12 и 13, рама 12 имеет Т-образную форму и содержит прямую поперечину 20 (обычно квадратного сечения), на противоположных свободных концах которой расположены первое и второе колеса 13 (подробнее описано далее), и содержит продольный элемент 21, проходящий от центральной части поперечины 20 перпендикулярно указанной поперечине 20. На свободном конце продольного элемента 21 предусмотрено шаровое соединение 22 (фиг. 13) для соединения двух соседних тележек 1 и 3. Соединение между приводной тележкой 1 и ведомой грузовой тележкой 3 выполнено таким образом, что задняя часть продольного элемента расположена в поднятом положении относительно плоскости рельсов 4 и 5. Поперечина 20 и продольный элемент 21 обычно выполнены из алюминиевого профиля. На каждой торцевой части поперечины выполнены резьбовые отверстия для крепления плоской квадратной пластины 24 (фиг. 4 и 6), имеющей выступ 25 с сечением формы равнобедренной трапеции, проходящий наружу соосно с поперечиной 20.
Выступ 25 имеет цилиндрическое сквозное отверстие 26 (фиг. 6), имеющее ось 32, перпендикулярную оси поперечины 20, в котором размещают металлическое резьбовое кольцо 27, установленное на самосмазывающиеся втулки для высоких нагрузок и выполненное с возможностью удержания кронштейна 30, несущего колесо 13 и выполненного с возможностью перемещения в угловом направлении вокруг выступа 25, что обеспечивает регулировку высоты. Таким образом, первое колесо 13 и второе колесо 13 расположены на опорных кронштейнах 30, выполненных с возможностью перемещения в угловом направлении относительно рамы 12 вокруг первой оси 32 и второй оси 32 соответственно, параллельно друг другу.
Кронштейн 30 имеет С-образную форму и содержит пару плоских прямоугольных торцевых стенок 34, которые параллельны друг другу (фиг. 6), перпендикулярны оси 32 и соединены друг с другом промежуточной плоской прямоугольной стенкой 35, перпендикулярной плоским стенкам 34.
Согласно настоящему изобретению каждое колесо 13 является колесом с прямым приводом, не имеет редукторов и содержит электромотор 36 (фиг. 5), имеющий статор 37, выполненный как единое целое с кронштейном 30 (в примере статор 37 соединен с плоской стенкой 35), и имеющий ротор 38, наружная часть которого образует цилиндрическую поверхность колеса 13, выполненную с возможностью качения по первой опорной поверхности 4s и второй опорной поверхности 5s соответственно.
Показанный на фиг. 5 статор 37 имеет первый чашеобразный элемент 40, расположенный на кронштейне 30 и в котором целиком размещена тороидальная конструкция 41, образованная магнитными металлолистовыми пластинами, вокруг которых намотаны обмотки статора 37. Чашеобразный элемент 40 имеет плоскую круглую стенку 43, жестко прикрепленную к стенке 35, и короткую трубчатую стенку 44, соосную с осью 47 вращения колеса 13.
Ротор 38 содержит второй чашеобразный элемент 50, выполненный с возможностью вращения относительно чашеобразного элемента 40 вокруг оси 47. Более конкретно, чашеобразный элемент 40 содержит плоскую круглую стенку 52, перпендикулярную оси 47 и трубчатый цилиндрический элемент 53, на внутренней поверхности которого расположены постоянные магниты 54, причем указанные магниты равномерно разнесены в угловом направлении и обращены к тороидальной конструкции 41. Металлическая трубка 55 проходит внутри чашеобразного элемента 50 соосно с осью 47 и в направлении стенки 53. В металлической трубке 55 размещен шариковый подшипник 57, расположенный на соосном с осью 47 валу 58, и выполненный как единое целое со стенкой 52. Подшипник 47 обеспечивает вращение чашеобразного элемента 50 относительно чашеобразного элемента 40 вокруг оси 47 и, следовательно, вращение ротора (магниты 54) относительно статора (тороидальная конструкция 41).
Как показано на фиг. 5 и 6, каждое колесо 13 содержит кольцевой элемент 60, с возможностью удаления установленный (можно использовать винты в соответствии с известными техниками крепежа) на втором чашеобразном элементе 50 (т.е. на роторе) и ограниченный цилиндрической боковой поверхностью, выполненной с возможностью качения по первой опорной поверхности 13s и по второй опорной поверхности 13d. Кольцевой элемент обычно выполнен из пластика, имеющего хороший коэффициент трения с металлом, из которого выполнены рельсы 4 и 5. Кольцевой элемент 60 изнашивается при эксплуатации тележки и может быть легко снят и заменен без необходимости замены других элементов колеса 13.
Согласно варианту выполнения изобретения, кольцевой элемент 60 может быть покрыт слоем материала, образующим упругую поверхность качения. Упругим материалом обычно является резина.
Фиг. 1 и 4 иллюстрируют первое упорное устройство 15 и второе упорное устройство 16, установленные под тележкой 12 и обращенные к боковым поверхностям 41 и 51 рельсов 4 и 5. Каждое из упорных устройств, устройство 15 и устройство 16, содержит первое упорное колесо 62 и второе упорное колесо 63, установленные с возможностью перемещения в угловом направлении на опорах 64 и 65 соответственно, имеющих первую концевую часть 64а и первую концевую часть 64b, причем указанные части шарнирно закреплены (фиг. 1, 9, 10 и 11) на общей части 67 рамы 12 для обеспечения вращения первой опоры 64 и второй опоры 65 вокруг третьей оси 66, параллельной первой/второй оси 32. Более конкретно, общая часть 67 рамы выполнена из плоской квадратной металлической стенки, закрепленной на обращенной вниз поверхности поперечины 20, рядом с концевой частью поперечины 20.
Каждое из упорных устройств, устройство 15 и устройство 16, также содержит первый приводной элемент 70 и второй приводной элемент 71, расположенные между вторыми концевыми частями 64b и 65b опор 64 и 65 и кронштейном 30, и выполненные с возможностью приложения упругой силы, обеспечивающей давление катящейся части каждого из упорных колес 62 и 63 на первую боковую поверхность 41 и вторую боковую поверхность 51.
Более конкретно (см. также фиг. 2 и 3) каждый из приводных элементов, элемент 70 и элемент 71, содержит телескопический соединительный стержень, имеющий симметричный в осевом направлении корпус 70b и 71b соответственно, шарнирно закрепленный на соответствующей концевой части 64b и 65b, и содержит стержень 70р и 71р соответственно, подвижный в осевом направлении относительно корпуса 70b и 71b соответственно, причем концевая часть каждого из указанных стержней 70р и 71р шарнирно соединена с кронштейном 30.
Более подробно, обращенная к рельсам 4 и 5 стенка 34 кронштейна 30 имеет пару прямых выступов 73, каждый из которых выступает из стенки 34 (не показано на фиг. 2 и 3) и имеет концевую часть, шарнирно прикрепленную к концевой части стержня 70р и 71р соответственно.
Каждая из опор, опора 64 и опора 65 имеет пару по существу прямолинейных параллельных друг другу рычагов 75 и 76 (фиг. 2 и 8), имеющих соединенные друг с другом первые свободные концы, причем указанные концы имеют отверстия, расположенные соосно с осью 66 и взаимодействующие со стержнем 77 (фиг. 8), проходящим вниз перпендикулярно от квадратной металлической стенки 67. Стержень 77 имеет концевую гайку 79 для прикрепления опор 64 и 65 к раме 12, но с обеспечением при этом возможности поворота указанных опор вокруг оси 66. Рычаги 75 и 76 (фиг. 8) имеют вторые обращенные друг к другу концы, удерживающие вал 80 параллельно третьей оси 66 (и осям 32). На валу 80 расположен шариковый подшипник 81, обеспечивающий свободное вращение упорных колес 62 и 63, которые таким образом свободно вращаются вокруг своих осей, параллельных оси 66 и осям 32.
От соединенных первых концевых частей рычагов 75 и 76 проходит С-образный элемент 83, повторяющий наружный профиль указанных колес 62 и 63 и имеющий концевую часть, к которой шарнирно прикреплен корпус 70b и 71b приводного элемента 70 и 71 соответственно.
Прямой элемент 84 жесткости проходит между С-образным концевым элементом 83 и вторым концом рычага 75.
Угловое перемещение колес при повороте вокруг первой оси 32 и второй оси 32 (фиг. 9, 10 и 11) следует различным углам на основании известного принципа рулевой геометрии Аккермана (шарнирный четырехугольник), согласно которому угол поворота внутреннего колеса больше угла поворота наружного колеса.
Эффект рулевого управления получается автоматически благодаря действию упорных колес 62 и 63, которые повторяют различный изгиб рельсов 4 и 5 на изгибах, чтобы сообщать различные углы поворота колесам 13 внутри и снаружи изгиба с помощью шарнирного четырехугольника, содержащего приводные элементы 70 и 71 и опоры 64 и 73.
Таким образом, каждое отдельное колесо 13 независимо направляет себя, следуя правильному профилю кривой, по которому колесо должно катиться, и минимизируя износ и расход.
Электромоторы 36 (бесщеточного типа) питаются и управляются специальным электронным устройством управления, которое можно удобно разместить в контейнере 87 (фиг. 12), расположенном на продольном элементе 21. Специальное электронное устройство управления с помощью известных алгоритмов реализует программы, управляющие скоростью вращения электромоторов 36, для реализации таких функций, как предотвращение скольжения, управление скоростью и моментом и функция электронного управления дифференциалом. Контур регулировки скорости поворота сортировочной системы замыкается контроллером (не показан) системы 2, использующим беспроводную связь между системой 2 и электронным устройством управления.
Питание электромоторов 36 реализовано в соответствии с известными технологиями, например скользящие контакты (не показаны) или электромагнитная индукция для бесконтактной передачи мощности.
Таким образом, колеса 13 выполнены с прямым приводом, что исключает какую-либо кинематическую цепь или передаточное соединение. Такая система значительно уменьшает вероятность отказа, обеспечивая крайне высокий уровень готовности оборудования (примерно 99%).
В одном поезде тележек можно использовать несколько приводных тележек 1, и в случае неисправности электромотора 36 на колесе, система 2 управления просто выключает мотор 36 и его ответную часть на этом приводном колесе, и, благодаря наличию резервных приводных тележек 1 в поезде, указанный отказ не угрожает движению поезда вперед. Приводное колесо 13 эффективно трансформируется в обычное поддерживающее тележку направляющее колесо (второй чашеобразный элемент 50 может поворачиваться вокруг первого чашеобразного элемента 40) без особых эффектов торможения или опасности заклинивания.
Кроме того, колеса 13 «автоматически» поворачиваются благодаря упорным устройствам 15 и 16, которые регулируют угловое положение колес вокруг оси 32 таким образом, что колеса «следуют» изгибу рельсов 4 и 5.
Более того, тележка 1 имеет крайне высокую эффективность по сравнению с тележками, работающими согласно известным технологиям.
Согласно проведенным испытаниям, были изготовлены колеса 13 (с радиусом качения 78-75 мм), выполненные с обеспечением непрерывного момента 11,8 Нм и 19,7 Нм в течение 10 с и при максимальной скорости 38,1 рад/с, что соответствует максимальной скорости качения тележек 1 и 3 по пути Р, равной 3 м/с.