Xe nâng điện – Những điều cần biết để chọn mua được xe tốt

Xe nâng điện ngày nay là sự lựa chọn hàng đầu của nhiều doanh nghiệp cho kho hàng và nhà máy của mình, vì sự đa dạng, tiết kiệm, yên tĩnh và sạch sẽ của nó. Xe nâng điện được thiết kế rất đa dạng với nhiều chức năng trải rộng từ xe nâng điện tầm thấp dùng để kéo pallet , đến xe nâng điện 3 hoặc 4 bánh có thể chui vào container để rút cont; từ xe nâng điện Reach Truck có tầm nâng cao đến 12 mét cho đến các xe nâng VNA hoạt động trong các lối đi hẹp chỉ có 1600 mm; từ các xe nâng điện nhỏ bé chỉ có tải trọng nâng vài trăm kg cho đến những xe nâng điện có sức nâng đến 8 tấn như dòng xe nâng điện RX60-80 của STILL.

Đồng thời, hoạt động của các kho hàng, nhà máy đông đúc, hàng hóa giá trị cao đòi hỏi thiết bị nâng phải an toàn, hiệu quả, chống cháy nổ, tiết kiệm nhiên liệu, bền bỉ và sạch sẽ, thì xe nâng điện hoàn toàn đáp ứng tốt những yêu cầu này.

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều mẫu xe nâng điện khác nhau, từ chức năng, mẫu mã, chất lượng cho đến giá tiền và dịch vụ hỗ trợ. Mỗi dòng xe đều có những ưu nhược điểm riêng. Bài viết này sẽ đem lại cho các bạn một cái nhìn tổng quát để các bạn có thể tự mình cân nhắc việc lựa chọn dòng xe nâng điện nào phù hợp với nhu cầu của doanh nghiệp nhất.

1. Xe nâng điện là gì?

Xe nâng điện là loại xe nâng hàng sử dụng động cơ điện để di chuyển và nâng hạ hàng hóa. Năng lượng sử dụng cho xe nâng điện được lưu trữ trong các ắc quy acid chì và gần đây bắt đầu phổ biến các loại pin Lithium với nhiều ưu điểm vượt trội hơn và bắt đầu thay thế dần các loại ắc quy acid chì.

Lịch sử xe nâng bắt đầu từ thế kỷ thứ 19 với những chiếc xe nâng đầu tiên thậm chí được vận hành bằng tời kéo tay để nâng hạ  hàng hóa. Khi động cơ diesel xuất hiện, các xe nâng bắt đầu được trang bị đồng cơ diesel để có thể nâng tải trọng lớn hơn và di chuyển nhanh chóng hơn. Tuy nhiên, không như chúng ta nghĩ, thật ra xe nâng điện đã xuất hiện từ rất sớm. Vào năm 1906, hãng Đường sắt Pennsylvania đã giới thiệu chiếc xe nâng điện đầu tiên được trang bị ắc quy để vận chuyển hành lý và hàng hóa cho hành khách của họ trên tuyến đường Altoona, Pennsylvania. Vào thập niên 20-30 của thế kỷ 20, sự ra đời của hệ thống thủy lực cùng với sự hình thành tiêu chuẩn pallet đã thúc đẩy nhanh chóng sự phổ biến của xe nâng.

Trong thế chiến thế giới thứ II, sự thiếu hụt của lực lượng lao động càng làm thúc đẩy sự phát triển của các phương tiện xe nâng để đạt năng suất làm việc cao hơn trong các kho hàng, nhà máy. Các phương thức lưu trữ hàng hóa được phát triển và cải tiến liên tục để đáp ứng nhu cầu lưu trữ hàng hóa với sự luân chuyển hàng hóa nhanh chóng và không gian lưu trữ ngày càng cao hơn. Năm 1954, một công ty của Vương Quốc Anh là Lansing Bagnall (hiện nay là một công ty con thuộc tập đoàn xe nâng KION) đã phát triển một hệ thống kệ hàng với lối đi rất hẹp đầu tiên trên thế giới. để tăng công suất lưu trữ.

Vào thập niên 50-60, nhu cầu về an toàn vận hành trở nên quan trọng và các phát minh cải tiến của ngành xe nâng trong giai đoạn này chủ yếu xoay quanh sự an toàn nhằm để tăng cao chiều cao nâng và sức chứa.

Vào thập niên 80, thiết kế công thái học (ergonomic design) bắt đầu thịnh hành để cải thiện sự tiện nghi cho  người lái, giảm tai nạn và tăng năng suất.

Vào thập niên 90, ô nhiễm khí thải của xe nâng bắt đầu được quan tâm mạnh mẽ, tiêu chuẩn khí thải được ban hành ở nhiều quốc gia đã dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ của dòng xe nâng sử dụng ắc quy và động cơ điện. Ngày nay, số lượng được tiêu thụ của xe nâng điện đã vượt số lượng tiêu thụ của xe nâng dùng động cơ dầu diesel và xăng gas hợp lại.

1.1 Cấu tạo của xe nâng điện

 

Động cơ điện

Động cơ điện là thiết bị cung cấp lực kéo để di chuyển cho xe nâng điện. Do năng lượng được truyền từ ắc quy đến motor điện bằng các dây điện nên không cần một hệ thống truyền động phức tạp bao gồm ly hợp, trục truyền động, hộp số .v.v. như đối với xe nâng động cơ xăng dầu. Các motor điện tùy theo mục đích sử dụng có thể được thiết kế, bố trí và số lượng khác nhau. Có loại motor dùng dòng điện một chiều DC, có chổi than. Loại này thường có mô men xoắn tốt hơn, nhưng đòi hỏi phải bảo dưỡng và thay thế chổi than định kỳ. Phổ biến nhất hiện nay là loại motor điện xoay chiều AC, không chổi than, không cần bảo dưỡng.

 

Tùy từng dòng xe sẽ có dòng trang bị motor điện tích hợp, có dòng trang bị 2 motor điện riêng biệt, một cái dùng cho di chuyển, một cái dùng cho bơm thủy lực để nâng hạ hàng hóa.

Bình ắc quy

Đây chính là trái tim của xe nâng điện. Bình ắc quy cung cấp toàn bộ năng lượng cần thiết để cho xe nâng điện hoạt động. Bình ắc quy trang bị trên xe nâng là loại chuyên dụng gọi là Traction Battery. Các bạn lưu ý rằng loại bình này có cấu tạo rất khác so với các bình ắc quy sử dụng trên ô tô thông thường để khởi động. Đặc điểm của ắc quy khởi động là nó cung cấp một dòng điện khởi động rất lớn, nhưng chỉ cần trong một thời gian rất ngắn. Ắc quy xe nâng có dòng điện không cần quá lớn như  ắc quy khởi động nhưng lại phải cung cấp dòng điện trong suốt thời gian ca làm việc, do đó ắc quy xe nâng cần dung lượng lớn hơn nhiều so với ắc quy khởi động.

 

Dòng ắc quy thông dụng phổ biến hiện nay vẫn đang là ắc quy acid chì. Tuy nhiên xu hướng sử dụng ắc quy đang thay đổi rất nhanh chóng do sự xuất hiện của ắc quy Lithium, kết hợp với sự ảnh hưởng rất mạnh từ ngành công nghiệp ô tô với mức độ phổ biến cực kỳ nhanh chóng của xe ô tô điện, giúp kéo lùi giá thành sản xuất pin Lithium nhờ quy mô sản xuất ngày càng lớn. Do khoảng cách về giá giữa ắc quy acid chì và pin Lithium ngày càng thu hẹp, ngày càng có nhiều khách hàng đang sử dụng xe nâng điện cân nhắc chuyển qua sử dụng pin Lithium thay cho bình ắc quy acid chì truyền thống, do các lợi ích vượt trội của dòng pin Lithium.

Để tìm hiểu thêm về pin Lithium các bạn có thể xem ở đây, và ở trong video clip dưới đây:

Hệ thống ga điều khiển 

 

Có 2 cách thức điều khiển mức độ nhanh chậm của xe nâng điện: bằng chân ga hoặc bằng tay vặn.

Trên các xe nâng điện ngồi lái thì thường sử dụng chân ga để điều khiển tốc độ di chuyển. Hướng di chuyển sẽ được điều khiển bằng cần gạt tiến – lùi.

Tuy nhiên trên một số dòng xe thì điều khiển tốc di chuyển được kiểm soát bằng tay, như trên dòng xe nâng điện VNA (Very Narrow Aisle) MX-X của STILL

Xe nâng tự hành VNA lối đi rất hẹp (Very Narrow Aisle Automated Guided Vehicles)

Xe nâng VNA là loại xe được thiết kế chuyên biệt dành riêng cho các ứng dụng đặc biệt: làm việc trong một lối đi rất hẹp và nâng tải trọng lên độ cao rất lớn.

Đây là dòng xe rất được ưa chuộng hiện nay cho các kho hàng đòi hỏi sức chứa lớn. Không gian để mở rộng kho bãi ngày càng chật hẹp và đắt đỏ, đặc biệt là ở các đô thị lớn. Do đó, đòi hỏi các kho hàng ngày càng phải làm cao hơn và các lối đi phải hẹp hơn, để dành không gian kho cho việc chứa ngày càng nhiều hàng hóa hơn. Xe nâng lối đi rất hẹp VNA được thiết kế chuyên biệt nên có khả năng nâng tải trọng lên rất cao và có tốc độ nâng hạ tải trọng nhanh nhất trong các dòng xe nâng forklift. Xe nâng VNA cũng có khả năng tiết kiệm không gian kho khoảng 50% so với các dòng xe nâng reach truck.

Vậy lối đi tiêu chuẩn của xe VNA như thế nào?

Thường có 2 kích thước lối đi chính: Pallet-to-pallet là kích thước lối đi thực tế dành cho xe nâng VNA di chuyển. Thông thường kích thước này rơi làm khoảng 1600 mm cho đến 1850 mm. Chúng ta cần lưu ý là kích thước này càng nhỏ thì càng có nhiều không gian hơn để chứa hàng hóa, nhưng sẽ càng làm xe nâng VNA mất ổn định, do đó giảm khả năng nâng tải trọng của xe.

Kích thước quan trọng tiếp theo là khoảng cách hành lang di chuyển và khoảng không gian cho xe nâng VNA quay vòng từ hàng kệ này đi sang hàng kệ khác.

Xe nâng tự hành VNA AGVs giống như một con voi vậy, nên lối đi dành cho nó quay vòng yêu cầu khoảng 7 m trở lên. Chúng ta cũng cần nhớ nên chừa khoảng trống an toàn cho các cấu trúc cố định của kho bãi (xem bài 7: An toàn cho xe tự hành để biết thêm chi tiết). Khả năng nâng tải của xe nâng lối đi rất hẹp VNA là bao nhiêu? Các xe nâng VNA có thể nâng tải trọng lên đến 1500 kg. Chiều cao nâng tiêu chuẩn cho xe VNA là bao nhiêu? Thông thường xe nâng VNA có chiều cao nâng lên đến 18 m. Xe nâng VNA có thể chạy nhanh như thế nào? Tốc độ di chuyển của xe nâng VNA lối đi rất hẹp có thể lên đến 14 km/h.

Loại công nghệ dẫn hướng nào được sử dụng trên xe nâng VNA?

Một số xe nâng VNA có thể sử dụng công nghệ dẫn hướng bằng các tấm phản chiếu laser (xem thêm ở bài 6 – Các công nghệ dẫn hướng trên xe tự hành AGV), chúng còn được gọi là Laser Navigation AGV, hay là LGV. Một số xe nâng VNA có thể sử dụng công nghệ dẫn hướng bằng dải băng từ (magnetic tape). Tuy nhiên đối với xe nâng VNA thì công nghệ dẫn hướng phổ biến nhất hiện nay vẫn là hai loại dẫn hướng bằng ray (Rail Guidance) và dẫn hướng bằng cáp điện từ (Wire Guidance).

Công nghệ dẫn hướng bằng cáp điện từ (Wire Guidance)

Ưu điểm của công nghệ dẫn hướng bằng cáp điện từ là nó ẩn giấu ngầm bên dưới mặt sàn, cho phép mặt sàn phẳng phiu, dễ vệ sinh. Đồng thời nó cho phép đặt pallet trực tiếp lên mặt sàn, giúp giảm tải cho hệ thống racking và tiết kiệm chi phí làm rack. Tuy nhiên, hệ thống dẫn hướng bằng cáp điện từ đòi hỏi phải thiết kế cốt thép sàn phù hợp, cách dây cáp điện từ một khoảng cách an toàn để tránh nhiễu.

Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ hiện đại, bắt đầu xuất hiện các loại sàn bê tông được thay thế cốt thép bằng loại sợi fiber dạng lưới (mesh) cho phép lắp đặt cáp điện từ mà không phải lo lắng về việc nhiễu tín hiệu nữa.

Công nghệ dẫn hướng bằng ray thép (Rail Guidance)

Hệ thống hỗ trợ thông minh STILL iGo Pilot cho người lái xe nâng lối đi rất hẹp VNA?

Chức năng tự định vị và dẫn hướng iGo Pilot Navigation và chức năng an toàn iGo Pilot Safety kết nối địa hình đặc thù của nhà kho với chiếc xe nâng VNA chạy trong nó. Giao diện iGo Pilot Navigation kết nối với hệ thống quản lý kho bãi WMS (Warehouse Management System) và phối hợp các quy trình vận hành như một hệ thống tổng thể thông minh. Kết quả là, chiếc xe nâng biết chính xác vị trí pallet nào cần đi đến, giảm thời gian chết cho người vận hành. Khi người vận hành xác nhận đơn hàng tiếp theo, chiếc xe nâng tự tìm đường đi tối ưu. Nhờ vào hệ thống an toàn iGo Pilot Safety đã cài đặt sẵn bản đồ kết cấu nhà kho, xe nâng tự kiểm soát các vị trí nguy hiểm, tự điều chỉnh độ nâng hạ và tốc độ phù hợp. Khi xe nâng VNA đi đến vị trí pallet cần thiết, hệ thống iGo Pilot Navigation sẽ tự dừng chính xác tại vị trí theo đơn hàng đã nhận. Khi nhiệm vụ hoàn thành, thông tin xác nhận sẽ được gửi về hệ thống WMS để tránh xảy ra lỗi sai sót như lấy nhầm hàng, đặt pallet nhầm vị trí kệ. Kết quả là sự cải thiện rõ rệt năng suất bốc xếp và mức độ an toàn vận hành. Tham khảo thêm chi tiết về hệ thống hỗ trợ người lái thông minh STILL iGo Pilot.

Đặc điểm nĩa nâng của xe nâng lối đi rất hẹp VNA?

Có hai loại nĩa nâng chính của xe nâng VNA, đó là loại 3 chiều (trilateral) còn gọi là trụ quay (turret head), và loại kia là loại 2 chiều (bilateral) còn gọi là telescopic.

Loại 3 chiều turret head

Loại 3 chiều turret head được sử dụng phổ biến hơn, nó cho phép quay 3 chiều (100º…0º…+100º) giúp xúc và trả hàng dễ dàng, linh hoạt hơn. Với loại trụ quay 3 chiều, xe nâng VNA có thể quay nĩa nâng để xúc và chuyển hàng hóa từ bên này kệ hàng sang bên kia kệ hàng, cũng như phía trước đầu xe. Chúng cũng có thể đặt pallet trực tiếp lên mặt đất, điều mà loại 2 chiều telescopic không làm được.

Loại 2 chiều telescopic fork

Với loại 2 chiều telescopic fork, các nĩa nâng được gắn trên một cơ cấu thủy lực cho phép xe nâng VNA lấy hàng hóa ở 2 bên xe. Khác với loại trụ xoay 3 chiều, loại telescopic 2 chiều này không lấy hàng ở trên mặt sàn hoặc ở phía trước xe được. Ưu điểm của loại này là có thể vận hành ở lối đi hẹp hơn so với loại trụ xoay 3 chiều, và nó có hiệu suất làm việc cao hơn.

Cơ cấu giá đỡ thủy lực cũng được trang bị cảm biến để phát hiện sự hiện diện của kiện hàng trên kệ hàng cũng như trên nĩa nâng. Cảm biến cũng đảm bảo kiện hàng được xếp ngay ngắn, cân bằng.

Ưu điểm và nhược điểm của xe nâng tự hành lối đi rất hẹp VNA (Very Narrow Aisle AGV trucks)

Ưu điểm của xe nâng tự hành VNA

• Tốc độ làm việc nhanh hơn trong các kệ hàng có lối đi rất hẹp, nếu so sánh với xe nâng tầm cao reach truck
• Giảm khả năng sai sót do người lái gây ra
• Giảm bề rộng lối đi, tăng khả năng chứa hàng hóa cho kho bãi, nếu so sánh với reach truck
• Cho phép tăng thêm năng suất vào các ca làm việc ban đêm và cuối tuần mà không đòi hỏi tăng thêm chi phí
• Khả năng kết nối rộng rãi với các hệ thống bên ngoài như hệ thống quản lý kho WMS và hệ thống quản trị doanh nghiệp ERP
• Tăng độ an toàn nhờ các tiêu chuẩn cao cấp của dòng xe nâng lối đi hẹp VNA và xe tự hành AGV

Nhược điểm của xe nâng tự hành VNA

• Khả năng linh hoạt kém. Xe nâng tự hành VNA được thiết kế đặc biệt để làm việc trong các kệ hàng có lối đi hẹp. Nếu bắt chúng làm việc ở bên ngoài, bất kỳ nơi nào, chúng đều làm lãng phí thời gian và tiền bạc
• Chúng cần sự hỗ trợ của các loại xe nâng khác (xe kéo pallet, xe nâng đối trọng …) để làm các nhiệm vụ ở bên ngoài lối đi

Xe nâng tự hành Reach Truck AGV

Tham khảo thêm chi tiết về xe nâng VNA tự hành AGV của hãng STILL tại đây.

Xe tự hành Reach Truck AGV là các robot dạng xe nâng được thiết kế để làm việc trong những nhà kho có lối đi chật hẹp. Chúng có 2 chân vươn ra phía trước để tăng chân đế cho tâm tải trọng. Giàn khung nâng có khả năng di chuyển về trước để tăng khả năng vươn xa lấy hàng hóa, tăng độ linh hoạt cho xe nâng. Tải trọng làm việc tối đa của xe nâng tự hành Reach Truck AGV là bao nhiêu? Chúng có khả năng nhấc tải trọng hàng hóa lên đến 2500 kg ở tâm tải 600 mm. Chiều cao nâng tối đa của xe nâng tự hành Reach Truck AGV là bao nhiêu? Các xe nâng tự hành Reach Truck AGV có khả năng nâng tải trọng lên đến tầm cao 13 m. Tốc độ làm việc tối đa của xe nâng tự hành Reach Truck AGV là bao nhiêu? Tốc độ nâng tải theo phương thẳng đứng có thể lên đến 0.3 m/s trong khi khả năng di chuyển theo phương ngang có thể lên đến vận tốc tối đa 2 m/s. Để tăng độ an toàn, các xe nâng tự hành Reach Truck AGV được trang bị tính năng tự động giảm tốc khi qua các chỗ góc ngoặt CSC (Curve Speed Control).

Xe xếp pallet AGV (Stacker AGV)

Kệ hàng là cách thức phổ biến nhất để chứa hàng hóa. Xe tự hành AGV có thể làm việc với kệ hàng nhưng có vài điểm cần phải lưu ý khi thiết kế hệ thống giá kệ cho xe tự hành AGV.

Các Công nghệ dẫn hướng áp dụng trên các xe nâng tự hành AGV

Hiện nay khoảng 90% các xe nâng tự hành AGV đang áp dụng công nghệ dẫn hướng bằng tia laser phản xạ (Laser Navigation). Vì lý do này, các xe nâng tự hành AGV được gọi rộng rãi bằng cái tên LGV – xe nâng tự hành dẫn hướng laser (Laser Navigation Vehicles). 10% xe nâng tự hành còn lại sử dụng các công nghệ dẫn hướng khác như dẫn hướng bằng dây cáp điện từ (Wire Guidance), dẫn hướng bằng ray (Rail Guidance) hoặc dẫn hướng tự nhiên (Natural Navigation). Xem thêm chi tiết về các công nghệ dẫn hướng trên xe nâng tự hành AGV tại đây. Mỗi xe nâng tự hành được trang bị một máy quét laser trên đỉnh khung nâng cho phép nó phát ra tia laser đến khắp các vị trí xung quanh nơi xe làm việc. Máy quét laser này phát ra các tia laser xoay 360 độ xung quanh. Các tia laser này gặp các tấm gương phản chiếu bố trí ở các vị trí phù hợp quanh nơi làm việc. Các tấm phản chiếu này sẽ phản xạ tia laser trở lại máy quét laser. Máy quét laser thu nhận các tia laser phản chiếu này, căn cứ vào thời gian di chyển của tia laser để tính khoảng cách của xe đến tấm phản xạ. Chỉ cần tín hiệu từ 3 tấm phản xạ là đủ để bộ điều khiển tính toán ra vị trí của xe bằng một thuật toán phức tạp. Trong các nhà kho có lối đi hẹp, chủ yếu sử dụng xe nâng tự hành VNA sử dụng cáp dẫn hướng điện từ để tính toán vị trí nhanh và chính xác hơn. Với sự phát triển của công nghệ, ngày càng nhiều các xe nâng tự hành AGV sử dụng công nghệ dẫn hướng tự nhiên Natural Navigation hơn là Laser Navigation, bởi vì sự linh hoạt, nhanh chóng và dễ dàng triển khai của nó. Đồng thời Natural Navigation cũng cho phép sửa đổi lại lộ trình và cách bố trí rất nhanh chóng. Các xe nâng tự hành sử dụng công nghệ dẫn hướng tự nhiên cũng thường được gọi là các robot tự hành AMR (Autonomous Mobile Robots). Thông số kỹ thuật của xe nâng tự hành AGV Bảng bên dưới tóm tắt một số thông số kỹ thuật chính của các loại xe nâng tự hành Forklift AGV. Các thông số này có thể thay đổi, do đó chúng ta cần tham khảo với các nhà cung cấp để có số liệu cập nhật chính xác.

FORKLIFT AGV TYPE	PALLET MOVER	COUNTER BALANCED	OUTRIGGER	REACH TRUCK	VNA
Bề rộng lối đi (Pallet-to-pallet)	3,6m	4,5m	3,7m	3m	1,6m
Tốc độ di chuyển tối đa	2 m/s	2 m/s	2 m/s	2 m/s	2 m/s
Chiều cao nâng	4,5 m	10 m	4 m	13 m	18 m
Tải trọng tối đa	2.000 kg	8.000 kg	1.500 kg	2.500 kg	1.500 kg
Giá tham khảo	$60.000	$85.000	$80.000	$110.000	$150.000 – $200.000

Tự động hóa kho bãi bằng xe nâng tự hành (Automated Forklifts) Phần này sẽ cung cấp một số thông tin về xe nâng tự hành với một số tùy chọn đặc biệt chuyên dùng cho việc bốc xếp hàng hóa.

Khoảng trống cần thiết

Khi thiết kế hệ thống giá kệ cần phải đảm bảo các khoảng cách tối thiểu để hệ thống xe tự hành AGV có thể làm việc thuận lợi và an toàn: Standard tolerances pallet racking for fluent load handing are: 1/ Khoảng cách giữa 2 pallet phải cách nhau tối thiểu 75 mm 2/ Khoảng cách giữa đỉnh kiện hàng và thanh beam phía trên nó phải cách nhau tối thiểu 100 mm

Thông thường việc xếp hàng lên hệ thống giá kệ sẽ do xe nâng đối trọng (counter balance) hoặc xe nâng reah truck đảm nhiệm, vì nó không cần khoảng trống dưới gầm hệ thống giá kệ để xếp hàng hóa. Ngược lại, các xe xếp pallet (stacker) sẽ cần khoảng trống dưới gầm kệ hàng (hệ thống giá kệ cần có beam chân) để đưa được các chân đỡ (support legs) vào trong kệ.

Khoảng cách giữa các pallet khi đối lưng vào nhau trên 2 dãy kệ (back-to-back) thì sẽ cần khoảng cách tối thiểu là 100 mm.

Xếp kiện hàng chồng lên nhau không cần giá kệ

Kiểu xếp này không cần giá kệ, nhưng đòi hỏi các kiện hàng phải phẳng phiu và đủ cứng vững để chịu được sức nặng của các kiện hàng phía trên nó. Mặt trên kiện hàng phải không được nghiêng quá 3 độ để tránh việc kiện hàng xếp trên nó bị trượt xuống. Đồng thời hàng hóa cũng phải được lấy theo thứ tự vào sau ra trước LIFO (last-in, first-out).