dispii1_trasporti interni

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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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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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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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)


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)


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)


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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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


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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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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dispii1_trasporti interni

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