◄ تجهیزات و ماشین آلات سنگین برقی از کمپرسی تا تراکتور برقی

بخش دوازدهم از سلسله مقاله های مربوط به موضوع «انرژی های تجدید پذیر در حمل‌ و‌ نقل» هفته گذشته منتشر شد، بخش سیزدهم آن در ادامه می آید.

تجهیزات و ماشین آلات سنگین برقی

مهمترین شرکت های تولید کننده‌ تجهیزات انبارداری و پایانه ها RAYMOND ، MITSUBISHI ، NISSAN ، CLARK  JUNGHEINRICH ، YALE ، CATERPILAR ، TOYOTA هستند. اما در زمینه ساخت تجهیزات سنگین، چند غول صنعتی دیگر نظیر Liebheir. Sany ، linde ، Calmar   و غیره هم وجود دارند.

شرکت کوماتسو هم در نظر دارد میزان انتشار گازکربنیک شرکت خود را تا سال 2030 در سطح 2010 نگه دارد. در این راه با یک ‌شرکت آمریکایی سازنده‌ خودروهای برقی تجاری همکاری را شروع کرده تا اولین ماشین آلات سنگین برقی ‌را تا سال 2023 تولید کند.

لیفت چنگکی برقی (forklift) دارای کاربری های فراوانی است و نحوه‌ بارگذاری آن به صورت جانبی، چندطرفه، مرتفع و در انبارهایی با ردیف های باریک است. لیفت های چنگکی بر چند نوع هستند: لیفت معمولی، لیفت stacker که پالت ها را حتی تا ارتفاع 10 متر هم جابجا می‌ کنند، لیفت سنگین یک پالتی (تصویر زیر) و لیفت سنگین دوپالتی.

باتری ها از نوع 36 یا 48 ولتی است. در تصویر زیر یک روش برای تعویض (swap) باتری های دشارژ با شارژ شده را نشان می‌ دهد. بدین ترتیب دستگاه ظرف 15 دقیقه به سر کار خود باز می‌گردد. 

ظرفیت دستگاه های لیفت چنگکی بین 1.3 تا 5 تن، سرعت با بار کامل بین 15 تا 18 کیلومتر در ساعت است. 

 مزایای لیفت چنگکی برقی:

• دارای فرمانپذیری بیشتر و شعاع حرکت کمتر نسبت به سایر رقبا، بنابراین قدرت مانور افزونتر در انبارهای تنگ.

• جاسازی شدن باتری ها زیر صندلی راننده و لذا فراهم گردیدن دید عقب بهتر برای او.

• لازم نبودن تنظیم موتور، نداشتن شمع، نبود وسیله‌ انتقال قدرت (transmission) و تبدیل گشتاور (torque converter).
• پایین تر بودن مرکز ثقل دستگاه، پایداری افزونتر و لذا  توانایی جابجایی بارهای حجیم‌تر یا در ارتفاعات بالاتر.
• بدون صدا بودن و سهولت مکالمه بین کارگران در کارگاه و انبار.
• طولانی بودن عمر باتری های امروزی به مدت  پنج سال، البته در صورت کارکرد درست متصدیان.

معایب لیفت چنگکی برقی:

• ضعیف‌تر بودن کارکرد آن در فضای باز نسبت به رقبای احتراق داخلی.
• بیشتر بودن قیمت خرید این نوع وسایل. ولی در کل ارزان تر محسوب شدن آنها با عنایت به کمتر بودن هزینه‌ های نگهداری مربوطه.
• لزوم قرار گرفتن باتری های اسیدی- سربی زیر شارژ به مدت هشت ساعت. با این وجود مناسب بودن برای یک یا 2 شیفت کاری و سپس شارژ در شب ها.
• گرانی سیستم شارژر و دشواری آموزش کارگران شارژ کننده برای افزایش طول عمر باتری ها.
• نازل شدن کارآیی باتری ها با کاهش دما و رطوبت هوا. لزوم قرار دادن آنها را در محفظه‌ های بسته برای کمتر کردن میزان اثرگذاری سرما و رطوبت بر باتری ها. ممنوعیت استفاده از این گونه تجهیزات برقی در فضای آزاد به هنگام بارش باران و برف.
• نیاز به هشت ساعت وقت برای شارژ کردن باتری های اسیدی- سربی و هشت ساعت دیگر برای خنک کردن آنها. به منظور تعویض سریع باتری ها، ضرورت دارای یک سری باتری اضافی تأمین شود که سرمایه‌بَر است. یا اینکه برای شارژ کردن سریع باتری ها می‌بایست یک جایگاه شارژ سریع حدود 65 مترمربعی با تهویه و دمای مناسب و محیطی خشک ایجاد شود، که این نیز سرمایه‌بر است. باتری ها در فضای باز مرطوب کارایی کمتری دارند. امروزه با استفاده از باتری های لیتیوم- یونی (که البته بهای خرید آنها بالاتر است)، فقط با زدن دوشاخه به پریز ظرف 2 ساعت باتری ها شارژ می‌شوند و سرمایه گذاری های جانبی همگی منتفی می‌گردند. بنا بر همین مزایا، فروش باتری های لیتیومی از 2 میلیارد دلار در سال 2016 به 7.7 میلیارد دلار در سال 2021 افزایش می‌ یابد.

ظرفیت بلند کردن بار توسط لیفت چنگکی با حجم بار رابطه معکوس دارد. زیرا خارج شدن مرکز ثقل از حوزه‌ی بدنه‌ دستگاه، توان بلند کردن آن را کاهش می‌ دهد. بارهای کوچک ولی سنگین برای جابجایی مناسب‌ تر هستند. در این مورد وزن سنگین و در عین حال جمع و جور بودن باتری ها، برای آن یک مزیت عمده محسوب می‌شود. در هر حال قیمت لیفت چنگکی به حداکثر ظرفیت بلند کردن بار، حداکثر ارتفاع جابجایی بار، شرکت سازنده، وابسته است. قیمت لیفت چنگکی از نوع باتری های اسیدی- سربی  با ظرفیت جابجایی 900 کیلوگرمی بین 22 تا 30 هزار دلار و 4.5 تنی حدود 30 تا 45 هزار دلار و 16 تنی 115 هزار دلار است. قیمت آنها با باتری های جدید لیتیومی و در ظرفیت 2.3 تنی بین 25 تا 37 هزار دلار ، 5 تنی بالغ بر 37 تا 80 هزار دلار است. قیمت لیفت با موتورهای احتراق داخلی 15 تا 30 هزار دلار است. 

میانگین عمر این گونه دستگاه های برقی پنج سال یا 10 هزار ساعت کار است. البته دستگاه های ساخت کارخانه‌ های معتبری چون تویوتا تا 20 هزار ساعت کار می‌ کنند. در هر ساعت کار سنگین لیفت برقی، میزان مصرف انرژی 15 سنت به ازای هر کیلو وات ساعت در برابر 1.1 دلار در ساعت برای موتورهای احتراق داخلی است. میانگین هزینه‌ بهره برداری یک لیفت چنگکی برقی در سال با 2000 تا 2500 ساعت کار، حدود 1500 تا 2000 دلار است. در حالی که هزینه‌ بهره برداری نمونه‌ی دارای موتور احتراق داخلی و با سوخت گازوئیلی 12 تا 15 هزار دلار و با سوخت LPG 10 تا 12.5 هزار دلار می‌ باشد. ضمن اینکه هزینه‌ نگهداری سالانه‌ی لیفت چنگکی برقی 500 دلار و موتورهای احتراق داخلی 1500 دلار است. این اختلاف در هزینه‌ های بهره‌ برداری و نگهداری در طول عمر چنین دستگاه هایی، نه تنها اختلاف در قیمت خرید را جبران می‌کند، بلکه آنها را اقتصادی‌ تر می‌نماید.

لیفت پالت وسیله‌ ای کوچک و بدون راننده است که برای بلند کردن و قراردادن  پالت ها در قفسه ها یا بر روی هم استفاده می‌شود. این وسیله‌ به صورت دستی یا مکانیزه حرکت می‌کند و ظرفیت بلند کردن و حمل آن بسته به توان باتری هایش متفاوت است. قیمت خرید آنها بر اساس سطح مکانیزه بودن، اندازه چنگک ها، ظرفیت جابجایی، اندازه و ارتفاع قابل بارگذاری و کارخانه سازنده تعیین می‌ شود. اخیراً اکثر لیفت های پالتی از نوع برقی می‌ باشند تا در کارگاه ها و انبارها آلودگی ایجاد نکنند.  در تصویر زیر محل قرارگرفتن باتری ها در بدنه و نحوه‌ هدایت این وسیله‌ی نیمه خودکار دیده می‌شود. وزن باتری ها و طرز قرار گرفتن مرکز ثقل در مرکز این وسیله باعث ایجاد ظرفیت بالاتر برای بلند کردن پالت های سنگین‌تر می‌شود. 

جرثقیل برقی کانتینربر (forklift container handler) که نوعی لیفت‌ گیره‌ای است، عموماً برای استفاده در پایانه‌های مورد استفاده قرار می‌گیرد. برقی شدن این تجهیزات ضمن کاهش هزینه‌ ها، به دلیل شتاب حرکتی و کنترل پذیری افزون تر، باعث تسریع در انجام عملیات اجرایی می‌شود.

جرثقیل دروازه‌ ای کانتینری (electric straddle carrier) وسیله‌ ای غیر جاده ای است که عموماً در بنادر و پایانه‌های چند وجهی و به منظور جابجایی و بر روی هم نهادن کانتینرها، مورد بهره برداری قرار می‌گیرد (تصویر زیر). دارای چرخ های لاستیکی برای حرکت در پایانه و همچنین جک های (spreader)  است تا در مواقع بارگذاری مورد استفاده قرار گیرند. این نوع جرثقیل ها به دلیل ساختار بسیار مستحکم و قابل اعتماد، کاربری بسیار دارند. نسبت به موتورهای احتراق داخلی دارای قطعات کمتر، مصرف انرژی نازلتر و سرعت جابجایی بیشتر است. شرکت کالمار (Calmar) آمریکایی یکی از سازندگان بزرگ تجهیزات تخلیه و بارگیری است. بزرگترین جرثقیل دروازه‌ای کانتینری برقی آن دارای توان بلند کردن 2 کانتینر به میزان 60 تن و انباشتن آنها به روی هم تا ارتفاع 4 کانتینر را دارد. فواصل سرویس های دوره‌ای آن 10 هزار ساعت است. این تجهیزات سیستم های کنترل نوسان کانتینرها حین حرکت را دارد تا از ایجاد حادثه جلوگیری کند. سیستم شارژ آن خودکار و بسیار سریع است. قیمت آنها بسته به ظرفیت، سرعت و کارخانه‌ی سازنده بین 30 تا 75 هزار دلار است.  

انواع کامیون های جرثقیل دار برقی (truck mounted crane) برای بارگیری و تخلیه‌ی مواد سنگین (به/ از) کامیون کاربری مناسبی دارند، زیرا با یک وسیله جابجایی و حمل بار به طور یکجا صورت می‌پذیرد. این جرثقیل ها به نسبت بزرگی بار و کامیون، در اندازه‌ های مختلف ساخته می‌شود (تصویر زیر).

برای بارهای سنگین یا در صورت نیاز به استفاده از حداکثر طول بوم، از جک (spreader) کامیون استفاده می‌شود. برخی از جرثقیل ها قادرند که تا 360 درجه دوران داشته باشند. فرق بین کامیون جرثقیل دار با جرثقیل متحرک (mobile crane) (تصویر زیر) اینست که در اولی بار بر کامیون سوار و حمل می‌ شود و در دومی کامیون فقط برای حمل جرثقیل طراحی شده است.

از آنجایی که عامل محرک جرثقیل ها بر 2 نوع هیدرولیکی و برقی است، در کامیون های جرثقیل‌ دار برقی، سیستم محرکه‌ کامیون و جرثقیل با یکدیگر همخوانی دارد.

 اولین جرثقیل بزرگ چرخ زنجیری برقی بندری در سال 2020 توسط یک شرکت نروژی ساخته و مورد بهره‌ برداری قرار گرفته است (تصویر زیر). و این موضوع نشان از حرکت به سمت برقی کردن تجهیزات سنگین پایانه‌های حمل، ساختمانی، معدنی و غیره است.

کمپرسی برقی (eDumpTruck) در انواع اندازه ها و کاربری ها گوناگون ساخته می‌شود. در کمپرسی‌ های برقی معدنی، از برق برگشتی (بر اثر ترمز دینامیک) استفاده‌ بهینه می‌شود. در کشور سوئیس در ابتکاری جالب، از شیب های کوهستانی بهره گیری شده است. در مسیرهای سرپایین که کمپرسی باردار است، برق زیادی از سازوکار ترمز دینامیک تأمین و در باتری ها ذخیره می‌شود. در سربالایی که کمپرسی بدون بار است، از انرژی ذخیره شده در باتری ها استفاده می‌ گردد. در واقع مقدار مصرف انرژی بسیار اندک می‌ شود. بنابراین از نکات مثبت کمپرسی برقی در مسیرهای کوهستانی که حمل بار در سمت سراشیب قرار دارد، برابر بودن میزان انرژی تولیدی با مصرفی است و هدر روی انرژی به حداقل می‌رسد.

قیمت کمپرسی عادی برقی بر حسب اندازه متفاوت است. از کمپرسی‌های 2 تا 3 تنی چینی به قیمت حدود 4 هزار دلار تا کمپرسی BYD 12 چرخ 30 تنی بین 25 تا 35 هزار دلار، معدنی معمولی بین 1 تا  1.2 میلیون دلار و معدنی 110 تنی با بهای 1.7 میلیون دلار وجود دارند. مجموعه باتری های معدنی 110 تنی خود به تنهایی 4.5 تن است که برای مقابله با اتصالی و جرقه زدن، از سازوکار خاص استفاده می‌گردد (تصویر زیر).

در تصویر زیر بزرگترین کمپرسی معدنی برقی جهان با ظرفیت 110 تن نشان داده شده است. این کمپرسی می‌تواند در سال 300 هزار تن محمولات معدنی را جابجا کند و از این طریق طی 10 سال نزدیک به 1300 تن گارکربنیک و 500 هزار لیتر نفت گاز صرفه جویی نماید.

عموماً یک تراکتور به اندازه‌ 14 خودرو معمولی آلودگی ایجاد می‌ کند. با وجودی که تراکتورها در محیط های باز و روستایی کار می‌کنند، ولی تقاضا برای استفاده از آنها وجود دارد. بسته به مقاصد استفاده و نوع مزارع، تراکتورها دارای انداره و قدرت های متفاوتی از 22 کیلووات به بالا هستند. در راستای کاهش انتشار گازهای آلاینده و گلخانه‌ ای حین عملیات کشاورزی، یک کمک یک میلیون دلاری از طرف ایالت کالیفرنیا به 2 شرکت برای ساخت تراکتور برقی اعطاء شده است. این کار اولین تحقیقات از نوع خود است. علاوه بر آن یک کمک دیگر به مبلغ 4 میلیون دلار برای ساخت تراکتوری توانمند برای انجام  تمامی کارهای قابل انجام توسط تراکتورهای دیزلی اعطاء گردیده است.

اولین تراکتور برقی جهان توسط شرکت مونارک (Monarch) ساخته شده است. به منظور ارتقای عملیات کشاورزی و افزایش محصول، در این تراکتور امور برقی کردن، خودکار شدن، یادگیری ماشینی، تجزیه و تحلیل داده‌ ها منظور شده است. پیش‌ ران برقی در حالت عادی 30 کیلوات و در حالت حداکثر قدرت 55 کیلووات نیرو ایجاد می‌کند. این تراکتور نیمه خودران است و چند نوع عملیات را به طور همزمان انجام می‌ دهد. دارای دوربین 360 درجه قابل دید در روز و شب است و به وسیله‌ موبایل از راه دور قابل کنترل و هدایت می‌ باشد. دارای سیستم های نرم افزاری قوی ضد تصادم، ضد واژگونی، قدرت ذخیره سازی 240 گیگابایت اطلاعات عملیاتی و ثبت آنها در ابر، قدرت فراگیری کارهای تکراری، قدرت کمک کردن به کشاورزان با گردآوری و پردازش داده‌ها، توان برنامه ریزی با استفاده از سیستم های برنامه‌ ریزی شده، توان تعیین سلامت مزرعه توسط پردازش اطلاعات چند ساله است. این شرکت جایزه‌ تراکتور سال 2020 را دریافت کرده است و قیمت آن حدود 50 هزار دلار است. تاکنون سفارشات زیادی را دریافت کرده است.  

یک شرکت ترکیه‌ ای در سال 2020 برای ساخت اولین تراکتور پرقدرت برقی 77 کیلوواتی به قیمت 19 هزار دلار اقدام کرده است (تصویر زیر). پیش‌ران این تراکتور 236 باتری با عمری معادل 20 سال است.

قرار است که متعاقباً تراکتور عظیم  183 کیلو واتی برای صادرات هم تولید شود.

(این نوشتار ادامه دارد)

* مشاور انجمن صنفی شرکت‌های حمل و نقل ریلی و خدمات وابسته