Организация складского хозяйства на железнодорожном транспорте

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Склады в народном хозяйстве страны играют важную роль. Задачи складов очень разнообразны, но их можно свести к следующим главным: выравнивание грузопотоков в связи с циклическим характером производства и потребления во всех сферах народного хозяйства; создание резервов материалов, полуфабрикатов, готовой продукции для обеспечения деятельности отраслей народного хозяйства; обеспечение запасными частями эксплуатационных и ремонтных служб в промышленности, строительстве, на транспорте и в сельском хозяйстве, а также сфере бытового обслуживания.

В народном хозяйстве нет предприятий, не имеющих в своем составе складов. А в такой отрасли как материально-техническое снабжение, склады являются основными производственными подразделениями.

Склады в системе материально-технического снабжения должны обеспечивать в установленном ритме основное производство материально-техническими ресурсами в потребных количествах и ассортименте. Причем поставка продукции должна осуществляться в объемах менее транзитных норм отгрузки, чтобы не создавать излишних производственных запасов на промышленных предприятиях. Наиболее распространенной складской продукцией являются тарно-штучные грузы, к которым обычно относят грузы любых видов, упакованные в тару и хранимые на поддонах, в ящичной таре или в контейнерах.

На грузовых фронтах всех складов выполняют погрузочно-разгрузочные операции, которые отличаются высокой интенсивностью, особенно в пунктах стыка различных видов транспорта. Под влиянием технического прогресса, и прежде всего развития вычислительной и подъемно-транспортной техники, крупные складские системы превращаются в современные предприятия с четко организованным автоматизированным технологическим процессом - транспортно-складские (грузовые) комплексы (ТСК). Четкий ритм их функционирования обеспечивают сложные автоматизированные поточно-транспортные системы (ПТС), которые по структуре и масштабам напоминают автоматизированные поточные технологические линии современных промышленных предприятий. ПТС состоят из конвейеров, упаковочных, пакетоформирующих и пакеторазборочных агрегатов, автоматизированных складских и погрузочно-разгрузочных машин, накопителей и др. Классификация ТСК по функциональному принципу дана на рис. 1. Могут быть также предложены в зависимости от потребностей практики другие частные признаки классификации, например тип подъемно-транспортного оборудования, вариант объемно-планировочного решения, взаимное расположение погрузочно-разгрузочных путей и автопроездов и др.

Склады представляют собой сложное хозяйство, оснащенное высокопроизводительным специальным оборудованием. До недавнего времени основными средствами механизации работ на складах тарно-штучных грузов служили мостовые краны, напольные погрузчики и штабелеры. Однако по мере роста потребности в складских помещениях все более очевидными стали недостатки напольных погрузочно-разгрузочных машин - необходимость в устройстве широких проходов для движения погрузчиков и штабелеров и ограниченная высота подъема груза.

Поиски оборудования, обеспечивающего максимальное использование складских помещений, удобство доступа к грузам и высокую производительность, привели к созданию различных систем складирования грузов. Наибольшее распространение получили системы с кранами-штабелерами, укладывающими грузы в стеллаж с помощью грузозахватных устройств.

Краны-штабелеры позволяют рационализировать складское хозяйство, экономить площади, высвободить значительное количество вспомогательных рабочих и открывают широкие возможности для автоматизации складирования.

Краны-штабелеры применяют в самых различных отраслях промышленности, но особенно эффективно - в машиностроении, металлургической промышленности, материально-техническом снабжении.

Краны-штабелеры применяют в таких отраслях, в которых ранее использовали лишь традиционные подъемно-транспортные машины.

Основным видом подъемно-транспортного оборудования складов стеллажного типа являются мостовые краны-штабелеры и стеллажные штабелеры. Практика и исследования показывают, что мостовые краны-штабелеры целесообразно применять при высоте стеллажей до 10-12 м; при более высоких стеллажах более экономичными являются стеллажные штабелеры.

Мостовой кран-штабелер имеет вертикальную колонну, подвешенную к грузовой тележке, перемещающейся по мосту, передвигающемуся по крановым рельсам. По колонне перемещается грузозахватное устройство в виде вил 6, а нередко и кабина крановщика. Подъем (и опускание) кабины может осуществляться тем же механизмом, что и подъем груза. Находят применение раздельные механизмы подъема кабины и груза. Один такой кран-штабелер может обслуживать группу стеллажей и даже весь склад.

Стеллажный кран-штабелер имеет вертикальную колонну, перемещающуюся между стеллажами. В этих кранах тележка передвигается по рельсам, уложенным на стеллажах. Грузоподъемное устройство, перемещающееся по колонне, должно обслуживать оба стеллажа (правый и левый). Если колонна будет выполнена поворотной, то требуется увеличить расстояние между стеллажами. Грузозахватное устройство выполнено выдвижным.

Стеллажные краны могут перемещаться по напольному рельсовому пути.

По способу опирания на рельсовый путь краны-штабелеры бывают опорными или подвесными. Это деление является условным. Подвесной кран-штабелер подвешен к ходовым тележкам.

Грузоподъемность кранов-штабелеров обычно не превышает 5 т, но находят применение краны-штабелеры грузоподъемностью более 10 т.

Высота подъема отечественных кранов составляет 10 м. Скорость подъема 8--12 м/мин. Скорость передвижения моста 50 м/мин (при управлении с пола только 36 м/мин), скорость передвижения тележки 12--20 м/мин. Частота вращения колонны 4 об/мин. Одной из особенностей кранов-штабелеров, по сравнению с обычными крюковыми кранами, является точная остановка всех механизмов. Поэтому при достаточно высоких рабочих скоростях предусматривается возможность движения с пониженными (доводочными) скоростями. В отечественных кранах доводочные скорости: подъема 4 м/мин, передвижения моста 10 м/мин, передвижения тележки 5 м/мин.

1. Обзор существующих конструкций и выбор рациональной схемы крана-штабелера

Стеллажные краны-штабелеры представляют собой широкую группу кранов-штабелеров, которые могут устанавливать грузы в один стеллаж, расположенный вдоль крановых путей или в два стеллажа, расположенные по обе стороны крановых путей. Стеллажным называется кран-штабелер с вертикальной колонной, перемещающейся в проходе между стеллажами.

Стеллажные краны-штабелеры являются наиболее эффективным складским оборудованием и интерес к ним, проявляемый со стороны потребителей и поставщиков, предопределил интенсивное развитие производства этих кранов-штабелеров.

Краны-штабелеры грузоподъемностью 1 т. представляют собой двухколонную раму, передвигающуюся по подвесному пути, укрепленному на стеллажах. По раме вертикально перемещается грузоподъемник. В нижней части рамы установлены ролики, которые катятся по направляющим рельсам и удерживают кран-штабелер в вертикальном положении. Рама подвешена на двух приводных каретках. Каждая каретка имеет два электродвигателя мощностью 0,18 и 0,8 кВт, оборудованных электромагнитными тормозами, дифференциальный редуктор и две пары ходовых колес, причем одна пара - приводная.

Приводные каретки сообщают крану-штабелеру скорость 60 м/мин при одновременной работе двух электродвигателей и скорость 10 м/мин при работе одного (малого) электродвигателя. На верхней балке рамы установлен привод механизма подъема, состоящий из электротали, оборудованной двухскоростным электродвигателем мощностью 5,0 кВт.

Грузоподъемник движется вдоль рамы крана-штабелера по направляющим рельсам с помощью четырех пар роликов, охватывающих эти рельсы. На верхней поперечной балке грузоподъемника установлен подпружиненный канатный блок, соединенный тягами с клиновыми ловителями, охватывающими направляющие рельсы. При обрыве несущего каната или поломке механизма подъема происходит заклинивание ловителей и посадка грузоподъемника на раму крана.

Кабины кранов-штабелеров изготовляли двух исполнений: полуоткрытой, применяемой в отапливаемых складах с температурой не ниже +5⁰, и закрытой, используемой в не отапливаемых складах. Закрытая кабина имела теплоизоляцию и была оборудована приборами отопления.

Конструкция описанного крана-штабелера характерна для всех подвесных кранов-штабелеров. Преимущества их, предопределившие достаточно широкое применение, заключались в следующем: простая и технологичная конструкция рамы; удобство установки и крепления ходовых механизмов и механизма подъема; возможность использования узлов и механизмов монорельсового транспорта.

Однако длительная эксплуатация стеллажных подвесных кранов-штабелеров различных конструкций, изготовленных многими фирмами, выявила ряд общих для них недостатков:

· во-первых, интенсивное изнашивание ходовых колес и монорельсовых путей, особенно при увеличившихся до 100-120 м/мин скоростях передвижения;

· во-вторых, значительное недоиспользование высоты склада, обусловленное необходимостью разместить под монорельсом верхнюю несущую балку рамы, привод механизма подъема и другие механизмы;

· в-третьих, неудобство эксплуатации связано с размещением основных механизмов в верхней части крана-штабелера и трудностью доступа к ним обслуживающего персонала.

В связи с этим выпуск подвесных стеллажных кранов-штабелеров был прекращен. Их заменили более совершенными опорными.

Как одно из направлений в дальнейшем развитии конструкции стеллажных кранов-штабелеров можно рассматривать появление кранов-штабелеров, опирающихся на рельсы, уложенные в стеллажи. Например, одноколонный кран-штабелер (рис.2.). Рельсы для него укладывают на верхние планки стеллажей и крепят к ним болтами. При этом должна быть обеспечена высокая точность их монтажа (отклонение - не более 2мм). Колея рельсовых путей в зависимости от размеров перерабатываемого груза и прохода между стеллажами составляет 1,5 - 2,5 м. По крановым рельсам передвигается тележка крана-штабелера, несущая на себе основные механизмы: приводы подъема и передвижения, шкаф с электроаппаратурой. К тележке крепят колонну или сплошного сечения (на кранах-штабелерах малой грузоподъемности), или решетчатую (на кранах-штабелерах большой грузоподъемности).

Опирающиеся на стеллаж краны-штабелеры имеют лучшие, чем подвесные краны-штабалеры, условия работы благодаря катанию ходовых колес по крановым рельсам, а также возможности увеличить их диаметры. Однако их конструкции присущи серьезные недостатки:

· во-первых, это верхнее расположение механизмов (недостаток подвесных кранов-штабелеров)

· во-вторых, - высокие требования, предъявляемые к монтажу направляющих путей.

Действительно, при большой высоте подъема груза небольшая разность установки крановых путей по вертикали приводит к значительному отклонению нижнего конца колонны от среднего положения. При установке направляющего пути в этом случае могут появляться нежелательные нагрузки от перекоса металлоконструкции крана-штабелера.

Основным преимуществом опирающихся на стеллажах кранов-штабелеров является относительно простая конструкция передаточных тележек, которые предназначены для перемещения кранов-штабелеров из одного межстеллажного прохода в другой.

Передаточные тележки обычно изготовляют в виде четырехколесной платформы, перемещающейся по двум рельсам, проходящим поперек фронта стеллажей, под перекрытием склада. Один из рельсов устанавливают на стеллаж, а другой крепят непосредственно к перекрытию склада. На передаточных тележках направляющие рельсы не предусматривают, так как возможный перекос колонны крана-штабелера, установленного на тележке, не имеет существенного значения. От рамы тележки вниз опускаются короткие кронштейны, несущие участок крановых путей, который стыкуется с крановыми путями, расположенными на стеллажах.

Передаточная тележка с краном-штабелером грузоподъемностью 1 т. изготовлена в виде сварной рамы, передвигающейся по двум крановым путям, один из которых установлен на стеллажах, другой на специальных металлоконструкциях. Рама тележки несет на себе участок крановых рельсов для передвижения крана-штабелера, оканчивающихся стыковыми замками, запирающими кран-штабелер при передвижении на передаточной тележке.

В настоящее время большинство фирм перешло к выпуску стеллажных кранов-штабелеров, перемещающихся по одному крановому пути, установленному на полу склада. В верхней части кранов-штабелеров устанавливают направляющие ролики, которые перемещаются по направляющему пути и удерживают кран-штабелер в вертикальном положении. Опорные (на пол) стеллажные краны-штабелеры по компоновке представляют собой одноколонную или двухколонную конструкцию, имеющую нижнюю ходовую балку с двумя безребордными колесами, одно из которых - приводное. К балке крепят одну или две вертикальные колонны, заканчивающиеся направляющими роликами, охватывающими с двух сторон направляющий путь, углового или чаще двутаврового профиля. При двух колоннах краны-штабелеры имеют в верхней части продольную балку, которая связывает их и образует таким образом замкнутую прямоугольную конструкцию. На нижней балке или на нижней части колонны устанавливают канатный или цепной механизм подъема, с помощью которого осуществляется вертикальное перемещение грузоподъемника совместно с кабиной оператора. Подобная конструкция, ставшая классической, имеет несомненные преимущества перед описанными выше подвесными и опирающимися на стеллаж кранами-штабелерами.

При перемещении крана-штабелера по специальному крановому рельсу с помощью двух безребордных колес, оборудованных горизонтальными роликами, катящимися по боковым граням рельса, изнашивание как ходовой части крана-штабелера, так и рельса, в том числе и при высоких (120 - 160 м/мин) скоростях перемещения, минимально. Причем возможно применение ходовых колес достаточно большого диаметра, что, в свою очередь, позволяет уменьшить сопротивление перемещению и улучшить энергетические показатели механизма передвижения. При расположении в нижней части крана-штабелера всех механизмов и электрооборудования улучшаются условия доступа к этим механизмам при эксплуатации. Крановый путь, установленный на полу склада (в межстеллажном проходе), позволяет создать более благоприятные условия для монтажа данного типа крана-штабелера (по сравнению с другими типами). чч Монтаж кранов-штабелеров сводится к установке на крановый путь опорной балки со смонтированными на ней механизмами и установке на эту балку колонны с помощью стрелового автомобильного крана или с помощью электрической или ручной тали, подвешиваемой к направляющему пути.

Однако главным преимуществом опирающихся на пол стеллажных кранов-штабелеров является более высокая степень использования высоты помещения, чем при применении стеллажных подвесных и опирающихся на стеллаж кранов-штабелеров, достигающая своего максимального значения в одноколонных кранах-штабелерах.

Претерпели значительное изменение и некоторые узлы кранов-штабелеров, среди которых прежде всего следует отметить грузозахватные устройства. На первых конструкциях стеллажных кранов-штабелеров преимущественно использовали роликовые столы, с помощью которых пакетированные грузы устанавливались на кран-штабелер и в стеллаж, а также выдвижные и поворотные вилочные захваты. Применение кранов-штабелеров с роликовыми столами на складах с интенсивной работой оказалось неприемлемым, прежде всего в результате тяжелых условий труда операторов.

Применение выдвижных (и поворотных) вилочных захватов, подобных используемым на автопогрузчиках, позволило полностью исключить ручной труд при пакетной переработке груза. Однако это влечет за собой увеличение прохода между стеллажами, так как необходимо оставлять определенное место для крепления вилочных захватов. Поэтому получили распространение выдвижные телескопические захваты, технологически более сложные, чем вилочные, но позволяющие создать проход между стеллажами минимальной ширины, равной практически сумме ширины перерабатываемого груза и зазоров (по 50 - 100 мм на сторону) между грузом и стеллажом.

Телескопические захваты представляют собой три секции одинаковой длины, из которых одна неподвижная, а две другие подвижные. Причем секция, которая несет на себе груз, движется с увеличенной вдвое скоростью по отношению к промежуточной. Телескопические захваты могут выдвигаться в обе стороны поперек прохода.

Значительные изменения претерпела система управления кранов-штабелеров, начиная от ручного управления оператором из кабины на первых кранах-штабелерах и кончая полностью автоматизированным управлением, применяемым на стеллажных кранах-штабелерах последних поколений. Изменился принципиальный подход к конструированию приводных механизмов. Переход от ручного к автоматическому управлению и возросшие скорости перемещения обусловили переход от применения асинхронных электродвигателей к электродвигателям постоянного и переменного тока с тиристорным регулированием скорости, а также к электродвигателям с микроприводом. Более широко стали применяться редукторы, специально предназначенные для использования на кранах-штабелерах, вместо редукторов общепромышленного применения.

Изменения в конструкции кабин операторов направлены в основном на улучшение условий труда, создание комфортных условий и обеспечение безопасности в работе.

В настоящее время стеллажные краны-штабелеры являются высокопроизводительным надежным оборудованием, которое отличает отработанность конструкции, ее высокая технологичность, тщательность отделки. Таким образом поиски наиболее оптимальных конструктивных решений завершились созданием современных стеллажных кранов-штабелеров, имеющих много общего в конструкции, но отличающихся один от другого техническим исполнением отдельных узлов, деталей, систем управления. Можно сделать предположение, что дальнейшие конструктивные поиски будут направлены в основном на повышение надежности, технологичности, расширение функциональных возможностей системы управления.

1.1 Общая компоновка

Стеллажные краны-штабелеры изготовляют в настоящее время в различных странах. Конструктивные их решения обусловлены традициями, технологическими возможностями, наличием освоенного производства узлов подъемно-транспортных машин, систем управления. В принципе компоновки стеллажных кранов-штабелеров однотипны.

Современный стеллажный кран-штабелер выполнен в виде нижней ходовой балки, оборудованной двумя безребордными колесами, к которой крепят одну или две колонны, имеющие сверху горизонтально расположенные направляющие ролики. Если устанавливают две колонны, то верхние их концы соединяют горизонтальной балкой. По колонне с помощью канатного или реже цепного привода механизма подъема перемещается консольно установленный грузоподъемник, несущий кабину управления и выдвижной телескопический захват. На стеллажных кранах-штабелерах, предназначенных для поштучного отбора грузов, так называемых комплектовочных кранах-штабелерах, вместо выдвижных телескопических захватов можно устанавливать гладкие или роликовые столы, а также другие приспособления для укладки в стеллажи и отбора из стеллажей грузов.

Одноколонный стеллажный кран-штабелер имеет нижнюю ходовую балку, на которой установлены приводное и холостое колеса. К балке крепят колонну, на верхней части которой установлены горизонтальные ролики, удерживающие кран-штабелер в вертикальном положении.

По колонне перемещается консольный грузоподъемник с кабиной оператора. Кабина оператора имеет небольшой свободный ход относительно грузоподъемника для того, чтобы полностью использовать высоту склада. На два телескопических захвата грузоподъемника устанавливается груз. грузоподъемник по колонне перемещается с помощью канатного механизма подъема. шкаф с электрооборудованием соединен с колонной кронштейном.

Двухколонные стеллажные краны-штабелеры применяют при больших высоте подъема и грузоподъемности. Кран-штабелер имеет нижнюю опорную балку, на которой установлены приводное и холостое колеса. К опорной балке крепят две колонны и соединенные верхними концами продольной балки. На этой балке установлены две пары горизонтальных роликов и механизм синхронизации, применяемый для уменьшения амплитуды перемещения верхней части колонны относительно ее нижней части.

Между колонн перемещается грузоподъемник, представляющий собой платформу, с двух сторон оборудованную каретками, ролики которых обкатываются по направляющим колонн. На грузоподъемнике установлена кабина оператора и выдвижные телескопические захваты, служащие для установки в стеллажи пакетированного груза. грузоподъемник поднимается с помощью канатного механизма подъема, который установлен на одной колонне, а на второй - шкаф с электрооборудованием. Для обслуживания механизма подъема и механизма синхронизации на одной из колонн крепят рабочие площадки, к которым по лестнице поднимается обслуживающий персонал.

Сравнивая схемы этих кранов нетрудно увидеть, что использование полезной высоты склада при применении двухколонных кранов-штабелеров хуже, чем в одноколонных. Во-первых, из-за наличия верхней балки, соединяющей колонны, и, во-вторых, из-за того, что кабина не может вертикально перемещаться относительно грузоподъемника.

Одноколонную или двухколонную схему крана-штабелера выбирают прежде всего из условий обеспечения фиксированного положения груза на грузоподъемнике. При выдвижении груза инерционные силы приводят к поперечному перемещению рамы грузоподъемника в результате зазоров направляющих роликов грузоподъемника и закручивания колонн в поперечной плоскости. Очевидно, что это поперечное перемещение консольного грузоподъемника существенно больше, чем перемещение грузоподъемника, имеющего направляющие ролики, расположенные с обеих сторон по направлению движения крана-штабелера. Поэтому при грузах массой более 2 т, при грузах, длина которых более 2 - 2,5 м и при большой высоте подъема (свыше 20 м) применяют двухколонные краны-штабелеры.

Одноколонные краны-штабелеры по сравнению с двухколонными имеют минимальные собственные массу и размеры; позволяют лучше использовать высоту помещения и более удобны при монтаже. Недостатками одноколонных стеллажных кранов-штабелеров являются относительно большое поперечное перемещение грузоподъемника и увеличенные нагрузки на направляющие катки грузоподъемника в результате его консольного расположения, и, как следствие этого, - большой износ катков и направляющих колонны.

Эти недостатки не оказывают существенного влияния при грузоподъемности кранов-штабелеров до 2,0 - 2,5 т. Однако при грузоподъемности свыше 2 т и при больших (свыше 2,5 м) размерах груза устранение этих отрицательных влияний путем увеличения прочности и жесткости металлоконструкций, увеличения диаметров направляющих катков грузоподъемника и расстояния между ними приводит к неоправданному увеличению массы и размеров крана-штабелера. В этих случаях предпочтение следует отдать двухколонной схеме, при которой кран-штабелер работает в значительно более благоприятных условиях.

1.2 Механизмы

Механизмы подъема стеллажных кранов-штабелеров принципиально мало отличаются от соответствующих механизмов других грузоподъемных машин. В подавляющем большинстве на стеллажных кранах-штабелерах применяют канатные механизмы подъема. Механизм подъема, как правило, состоит из электродвигателя, тормоза, редуктора и канатного барабана. Эти механизмы имеют определенные ширину, ограниченную шириной межстеллажного прохода, и длину, непосредственно зависящую от длины крана-штабелера. Поэтому наибольшее распространение получила вертикальная компоновка механизма подъема. Основой механизма является вертикальный конусно-цилиндрический редуктор, который крепят к задней стенке колонны. Канатные барабаны устанавливают или на двух концах выходного вала по обе стороны редуктора (в этом случае используют канат без полиспаста), или на одном конце вала, тогда груз поднимают с помощью полиспаста, а свободный конец каната через блоки крепят к ограничителю грузоподъемности. На редуктор сверху помещают фланцевый вертикальный электродвигатель. Тормоз устанавливают на тормозной муфте, соединяющей редуктор с электродвигателем.

Стеллажные краны-штабелеры могут иметь иную компоновку механизма подъема. На них используют стандартные червячные или цилиндрические крановые редукторы и тормозы вертикального исполнения. Редуктор и электродвигатель установлены горизонтально по продольной оси крана-штабелера. Канатный барабан установлен или на выходном валу редуктора, или соединен с редуктором зубчатой передачей. Длина подобного механизма больше, чем механизма при вертикальной компоновке. Однако на размерах крана-штабелера такая компоновка механизма подъема не сказывается, так как его встраивают внутрь решетчатой колонны.

Описанная компоновка механизма подъема выгодна тем, что при ее использовании не требуются специальные конусно-цилиндрические редукторы, стоимость которых больше, чем червячных или цилиндрических.

Механизм передвижения

Механизм передвижения принципиально не отличается от механизмов передвижения других грузоподъемных устройств. Они состоят из электродвигателя, тормоза и редуктора, соединенного с ходовым колесом. Подобно механизмам подъема, механизмы передвижения, как правило, имеют вертикальную компоновку. Механизмы передвижения большинства зарубежных фирм выполнены в виде вертикального конусноцилиндрического или червячного редуктора, установленного на валу приводного колеса или соединяемого с ним открытой зубчатой передачей. На редукторы вертикально устанавливают фланцевые электродвигатели со встроенным тормозом. Широко применяют электродвигатели с микроприводом, обеспечивающие большой диапазон регулирования скоростей при постоянном крутящем моменте.

На многих типах кранов-штабелеров, в том числе на стеллажных кранах-штабелерах отечественного производства, механизм передвижения выполнен в виде вертикального цилиндрического редуктора с полым выходным валом, насаженного на вал приводного колеса. Выходной вал редуктора соединен с электродвигателем с помощью тормозной муфты. Электродвигатель расположен горизонтально над ходовой балкой крана-штабелера. Такая компоновка более эффективна, так как этот механизм лучше вписывается в габариты крана. С целью сокращения длины кранов-штабелеров механизм подъема, как правило, расположен над механизмом передвижения. При большой высоте механизма передвижения механизм подъема приходится устанавливать достаточно высоко, что усложняет его обслуживание.

Механизм передвижения всегда выполняют на одном из ходовых колес, расположенном для двухколонных кранов-штабелеров со стороны более нагруженной колонны и для одноколонных - со стороны колонны.

Телескопический захват

Выдвижные телескопические захваты разного конструктивного исполнения в настоящее время применяют на всех стеллажных кранах-штабелерах, предназначенных для пакетной переработки грузов.

Телескопические захваты независимо от конструктивного исполнения выполнены по единой схеме. Они обычно состоят из трех секций: неподвижной, промежуточной и выдвижной. Последняя служит опорной площадкой для установки груза. Она расположена несколько выше остальных секций, чтобы при выдвижении груз не задевал за неподвижную и промежуточную секции. Промежуточная секция имеет ролики, благодаря которым она может передвигаться по направляющим неподвижной секции. В свою очередь выдвижная секция с помощью роликов движется по промежуточной секции. Ширина всех секций одинакова и равна максимальной ширине перевозимого груза.

Промежуточная секция выдвигается примерно на половину ее длины; выдвижная секция выступает из промежуточной на ту же величину. Обе секции выдвигаются одновременно с помощью привода. Захват может выдвигаться в обе стороны прохода. Таким образом, взятый из загрузочного устройства груз может быть установлен в любую сторону без какого-либо поворота грузового захвата. Благодаря этому ширина прохода между стеллажами может быть снижена до минимального размера, определяемого шириной перевозимого груза с учетом необходимых зазоров между грузом и стеллажами (от 50 до 100 мм на сторону).

Выдвижной телескопический захват с вертикальным расположением секций состоит из выдвижной площадки 3 с закрепленной на ней роликовых батарей 5 и 6, промежуточной секции 2, неподвижных роликовых батарей 1 и 7 и приводного вала с шестернями 8. на верхней выдвижной площадке 3, промежуточной секции 2 и на неподвижной секции закреплены зубчатые рейки 4, длина которых равна длине секции.

Работа телескопического захвата происходит следующим образом. При вращении вала 8 установленные на нем шестерни, входящие в зацепление с рейками, на средней секции 2, сообщают средней секции некоторую скорость. На оси, закрепленной в средней секции, свободно вращается шестерня, входящая в зацепление одновременно с рейкой, закрепленной на неподвижной секции, и с рейкой, закрепленной на верхней выдвижной площадке. При перемещении средней секции со скоростью v1 шестерня, входящая в зацепление с неподвижной рейкой, сообщает верхней секции скорость v2 = 2*v1. Таким образом, при включении привода захвата одновременно перемещаются на одинаковую величину: средняя секция по неподвижной со скоростью v1; выдвижная площадка по средней секции с удвоенной скоростью v2.

После взятия груза привод захвата переключает и обе секции одновременно перемещаются и приходят в среднее положение. Выдвижной телескопический захват другого типа имеет горизонтальное расположение секций. На неподвижной секции его, установленной на грузоподъемнике, крепят ролики 9, по которым перемещается промежуточная секция 2 с роликами 8, служащими для передвижения выдвижной площадки 3. На валу промежуточного элемента смонтирована шестерня, входящая одновременно в зацепление с зубчатой рейкой, закрепленной на неподвижной секции захвата.

Привод захвата состоит из электродвигателя, редуктора и тормоза. На выходном валу редуктора размещена шестерня, входящая в зацепление с шестерней приводного вала захвата, имеющего также две шестерни 10, сопряженные с зубчатыми рейками, установленными на промежуточной секции захвата.

Работает захват таким образом. При включении привода шестерни посредством зубчатых реек сообщают поступательное движение промежуточной секции 2. Шестерня промежуточной секции, движущаяся вместе с ней, входит в зацепление с неподвижной зубчатой рейкой и передает движение с удвоенной скоростью зубчатой рейке, установленной на выдвижной площадке захвата. Промежуточный и выдвижной элементы захвата движутся одновременно, но выдвижной элемент перемещается вдвое быстрее первого.

Захваты с горизонтальным расположением секций имеют меньшую высоту, что позволяет лучше использовать вместимость склада. К недостаткам следует отнести сложность конструкции и относительно высокую ее стоимость.

Система управления

Рабочие скорости механизмов - подъема, передвижения, выдвижения телескопических захватов достаточно высоки. Работа механизмов при таких скоростях возможна только при большом диапазоне регулирования скоростей механизмов. Для остановки крана-штабелера (грузоподъемника) точно против требуемой ячейки (позиционирование) необходимо, чтобы кран-штабелер и грузоподъемник подходили к ячейке на низких установочных скоростях. При ручном управлении эти скорости не должны превышать 6 - 8 м/мин, при автоматическом -2 - 4 м/мин. При этих скоростях можно с точностью до нескольких миллиметров останавливать соответствующий механизм. Для приводов подъема и передвижения наиболее часто применяют тиристорные преобразователи постоянного или переменного тока. За рубежом находят применение специальные электродвигатели с микроприводами, позволяющие получить низкие установочные скорости (0,8 - 1,2 м/мин) при сохранении необходимого крутящего момента. Эти приводы значительно дороже, чем приводы с обычными электродвигателями, однако позволяют достигать высокой точности позиционирования.

Краны-штабелеры оборудованы тиристорными преобразователями и электродвигателями постоянного тока с диапазоном регулирования 50: 1. недостатком применения тиристорных приводов является уменьшение крутящего момента на валу электродвигателя (приводного колеса) и отсюда - повышение требований к качеству монтажа кранового пути.

Краны-штабелеры с относительно низкими скоростями механизмов (подъема - 8 - 12 м/мин, передвижения - 60 - 80 м/мин), с ручным управлением оборудуют двух или многоскоростными асинхронными электродвигателями. Стоимость таких приводов значительно меньше стоимости тиристорных приводов, равно как и стоимость обслуживания и ремонта. Двухскоростные электродвигатели с соотношением скоростей 8:1 широко применяют на стеллажных кранах-штабелерах производства НРБ.

2. Анализ различных вариантов конструктивного исполнения и основных расчетов крана-штабелера

2.1 Назначение, специфика и нормативные основы

Все вновь проектируемые или модернизируемые краны-штабелеры подвергаются тщательному расчету. Оформленный расчет является обязательным документом технического проекта крана-штабелера; расчеты элементов или узлов, размеры которых становятся известными на стадии рабочего проектирования или корректируются по результатам испытаний опытного образца, оформляют затем в виде дополнительных частей или разделов.

Такое внимание к расчетам обусловлено тем, что краны-штабелеры являются объектами повышенной ответственности. Прежде всего, кран-штабелер - это подъемно-транспортная машина, разрушение или повреждение которой представляет опасность для жизни обслуживающего персонала. Во-вторых, кран-штабелер в большинстве случаев является единственным средством доступа к грузам, находящимся в обслуживаемом им хранилище. Поэтому даже рядовые отказы крана-штабелера нарушают работу склада, что особенно чувствительно для складов интенсивных производств и технологических линий.

Таким образом, основным назначением расчетов является проверка безопасности и надежности крана-штабелера в работе.

Безопасность крана-штабелера должна быть проверена также и для процесса его испытаний, поскольку этот процесс характеризуется увеличенной массой применяемых грузов, повышенной вероятностью возникновения отказов, искусственным созданием отказов некоторых видов, а также значительной численностью персонала испытателей, безопасность которых должна быть гарантирована.

Другим назначением расчетов является проверка соответствия технических параметров проекта крана-штабелера требованиям технического задания и нормативно-технических документов. Некоторые из перечисленных параметров, например расчетный ресурс, запасы прочности, жесткость элементов конструкции крана-штабелера, имеют прямое отношение к вопросам безопасности и надежности крана-штабелера. Другие параметры - скорость, ускорения и замедления, обеспечиваемые механизмами, характеризуют производительность крана-штабелера.

Очевидно, что сравнение различных образцов кранов-штабелеров может быть правильно выполнено только в том случае, если расчеты выполнены по одной и той же методике, на основании одинаковых нормативов. Этим определяется первая предпосылка необходимости стандартизации норм расчета кранов-штабелеров. Другая и не менее важная предпосылка вытекает из самой ответственности разработки стандарта как официального и обязательного документа; из широкой гласности при обсуждении проекта стандарта заинтересованными и специализированными организациями, в результате чего стандарт, как правило, отражает передовой научный, технический и проектно-конструкторский опыт.

В результате специального изучения условий эксплуатации и нормирования расчетов кранов-штабелеров разработаны и введены в действие ОСТ 24.090.68-82 «Краны-штабелеры стеллажные. Нормы расчета» и ОСТ 24.091.14-85 «Краны-штабелеры мостовые. Нормы расчета». Излагаемые ниже основные положения расчета кранов-штабелеров даны в полном соответствии с упомянутыми стандартами.

Оба стандарта предназначаются для кранов-штабелеров по ГОСТ 16553-82. однако основные принципы и нормы расчета этих стандартов могут быть использованы для кранов-штабелеров других типов и параметров, например, для подвесных мостовых и стеллажных кранов-штабелеров, для кранов-штабелеров с облегченным режимом работы. Для того чтобы конструктор мог в таких случаях самостоятельно внести в нормативы необходимые изменения, здесь даются пояснения о происхождении тех или иных нормативных требований.

Наконец, следует сказать, что отчетный расчет, как документ проекта, представляет собой итоговую часть расчетной работы, которой предшествует большое число предварительных и вариантных расчетов. Последние особенно важны, так как представляют собой в большинстве случаев единственный инструмент для получения конструкции необходимого технического уровня. Вариантные расчеты в настоящее время с успехом выполняются на ЭВМ, принимая форму так называемых оптимизационных расчетов. В качестве критерия оптимизации для крана-штабелера обычно выбирают его массу, которую следует минимизировать. Возможно применение и стоимостного или смешанного критерия.

Известно, что для расчетов с помощью ЭВМ необходима четкая формализация расчетных схем и требований. И в этом отношении стандартизованные нормы расчета кранов-штабелеров дают необходимый материал.

2.2 Общие положения

Исходные данные для предварительных расчетов принимают в соответствии с техническим заданием и схемами предварительных конструктивных проработок крана-штабелера. Исходные данные оформляемого расчета должны полностью соответствовать параметрам, указанным в конструкторской и эксплуатационной документации на кран-штабелер; отдельные несоответствия должны оговариваться в отношении их причин и следствий.

В конструкции крана-штабелера обычно используют материалы и комплектующие изделия, выпускаемые промышленностью для общего потребления. К ним относятся металлический прокат, электродвигатели, стандартные редукторы, подшипники, муфты, тормоза и т.п. Их технические параметры, приводимые в сортаментах и каталогах, также являются исходными данными для расчета, в результате которого должны быть выявлены минимально необходимые типоразмеры материалов и комплектующих изделий (с учетом возможностей поставки, которые учитываются в расчете как ограничители сортаментов).

Желательно, чтобы полученные расчетом скорости механизмов крана-штабелера составляли от 0,9 до 1,1 их номинальных значений. Следует отметить, что согласно ГОСТ 16553-82 допускаемое отклонение фактических скоростей от номинальных составляет 15%. Сужать поле допуска расчетных скоростей целесообразно для компенсации возможного расхождения расчетных и фактических скоростей.

Расчетное ускорение (замедление), обеспечиваемое механизмом передвижения крана-штабелера, должно составлять 0,3 - 0,6 м/с². Это объясняется тем, что при ускорениях (замедлениях), меньших, чем 0,3 м/с², процессы разгона или торможения чрезмерно затягиваются. Например, при ускорении 0,2 м/с² и номинальной скорости 2,0 м/с разгон будет длиться 10 с; увеличение ускорения до 0,4 м/с² сокращает время разгона до 5 с, а общая экономия времени за цикл работы крана-штабелера составит 20 с, что равносильно увеличению производительности крана-штабелера не менее чем на 20%. Ускорение, большее, чем 0,6 м/с², во многих случаях недостижимо по условию необходимого запаса сцепления приводных колес с рельсами. Однако и тогда, когда имеется избыточный запас сцепления (например, у кранов-штабелеров с малой высотой подъема), увеличение ускорения свыше 0,6 м/с² нецелесообразно: увеличение производительности получается несущественным, а габарит электродвигателя может возрасти, так как требуется повышенный пусковой момент.

Расчетное ускорение грузозахватного органа должно быть не более 1,0 м/с². ускорения, большие, чем указанное, не применяют, потому что скорость подъема обычно не превышает 0,5 м/с и сокращать время разгона по сравнению с величиной 0,5 с не только не имеет смысла, но и невыгодно во всех отношениях.

Нижняя граница ускорения при подъеме не регламентируется. Дело в том, что электродвигатель механизма подъема подбирают таким образом, чтобы требуемый момент установившегося движения на валу электродвигателя был близок к его номинальному моменту. Пусковой момент электродвигателя в 2 - 3 раза больше номинального, поэтому ускорение разгона обычно получается не менее 0,4 - 0,5 м/с², что вполне приемлемо, так как время разгона не превышает 1,0 - 1,5 с.

Верхняя граница замедления торможения при опускании грузозахватного органа также равна 1,0 м/с², а нижняя не ограничивается по причинам, аналогичным вышеизложенным, так как основной процесс торможения обеспечивается электродвигателем.

Расчетное ускорение (замедление) при выдвижении телескопических захватов должно быть не более 1,0 м/с². Такое ограничение необходимо для предотвращения смещения груза относительно захвата под действием инерционных сил. Поэтому указанное ограничение проверяется для случаев пуска и торможения захвата, на котором установлена порожняя тара, так как при этом ускорение (замедление) получается наибольшим. Вследствие того, что скорость выдвижения захватов сравнительно невелика (до 0,25 м/с), инерционная доля массы порожней тары в приведенном моменте инерции привода захвата также невелика, и можно рассчитывать ускорение для захвата без груза. Этим объясняется то, что в ОСТ 24.090.68-82 не оговаривается, для какого случая нагружения захватов следует проверять ускорение, поскольку очевидно, что наибольшее его значение будет в случае порожних захватов.

Нижний предел расчетного ускорения (замедления) захватов не регламентируется ввиду того, что скорость выдвижения, как уже отмечалось, сравнительно невелика и время разгона практически никогда не превышает 1 с даже в наиболее тяжелом случае - при взятии номинального груза из ячейки стеллажа.

Расчетный срок службы кранов-штабелеров принимается равным 20 годам при односменной работе. В течение этого срока металлоконструкции кранов-штабелеров должны проработать безотказно, и такое требование практически выполнимо.

Календарный срок службы крана-штабелера и его узлов удобен для эксплуатационника. Между этой величиной и долговечностью существует определенная связь, зависящая от продолжительности цикла крана-штабелера и от соотношения продолжительностей включения различных механизмов в течение цикла.

При индивидуальном проектировании крана-штабелера, предназначенного для склада с определенными заданными параметрами - длиной, высотой, числом ячеек, грузооборотом, - характеристики цикла можно определить однозначно путем их осреднения по складу с учетом принятых приоритетов загрузки и выгрузки.

Для крана-штабелера серийного производства условия работы заранее не известны. Поэтому приходится задаваться некоторым условным складом, параметры которого были бы представительны по частоте практической применяемости и создавали бы в то же время достаточно напряженный режим работы крана-штабелера. При этом для определения характеристики цикла стеллажного крана-штабелера практически достаточно задаться длиной склада. Для мостового крана-штабелера существует некоторое множество пар значений длины и ширины склада, при которых может быть обеспечен заданный грузооборот. Этому множеству соответствует множество возможных циклов, из которых следует выбрать наиболее характерные, принимаемые в качестве нормативных.

Такая работа выполнена при разработке ОСТ 24.090.68-82 и ОСТ 24.091.14-85. Отметим, что выбор нормативного цикла работы крана-штабелера позволяет помимо ресурса установить и другие важные характеристики режима работы механизмов крана-штабелера. К ним относятся число включений в час и продолжительность включения (ПВ,%), необходимые для выбора электродвигателей.

К ним также относятся циклограммы работы механизмов, показывающие изменение нагрузки механизмов в течение цикла и необходимые для расчета всех звеньев механизмов, в том числе и электродвигателей. Для получения циклограмм приходится рассматривать процессы установившегося движения, а также разгона и торможения механизмов, и, кроме того, учитывать статистическую изменчивость массы складируемых грузов.

Методической основой для установления расчетных характеристик режима работы механизмов является ГОСТ 25835-83 «Краны грузоподъемные. Классификация механизмов по режимам работы», а также стандартные значения ПВ и числа включений в час, применяемые в отечественной промышленности.

Согласно ГОСТ 25835-83, найденные с помощью нормативного цикла значения чистого времени работы каждого из механизмов за срок службы округляются до стандартных ближайших значений. Таким образом, устанавливается класс использования механизма по времени. По циклограммам работы механизмов вычисляют коэффициент нагружения, равный сумме произведений относительной длительности нагрузки на куб относительной нагрузки, взятой по всем элементарным прямоугольникам циклограммы. По коэффициенту нагружения устанавливают класс нагружения, который в сочетании с классом использования определяет группу режима работы механизма крана-штабелера.

Как показали исследования, для стеллажных кранов-штабелеров по ГОСТ 16553-82 все механизмы должны быть отнесены к группе режима работы 5М по ГОСТ 25835-83, что соответствует тяжелому режиму работы по классификации Госгортехнадзора.

Элементы механизмов должны быть проверены на прочность по наибольшим нагрузкам пусковых и тормозных режимов, а также на выносливость с учетом требуемого ресурса и циклограмм нагружения элементов, получаемых путем образмеривания исходных циклограмм по данным о величинах нагрузки, передаточных чисел и коэффициентов полезного действия звеньев передачи.

При этом расчет цилиндрических эвольвентных зубчатых передач внешнего зацепления следует выполнять по ГОСТ 21354-75, подшипников качения - по ГОСТ 18854-82 и ГОСТ 18855-82. ходовые колеса кранов-штабелеров следует проверять по ОСТ 24.090.44-82 «Колеса крановые. Выбор и расчет» с учетом изложенных ниже рекомендаций. Для расчета поворотных опор колонн мостовых кранов-штабелеров следует применять ОСТ 22-1401-79 «Опоры поворотные роликовые однорядные с зубьями внутреннего зацепления». Прочие элементы механизмов рекомендуется рассчитывать по соответствующим РТМ ВНИИПТмаша. Для стандартных редукторов, подлежащих согласованию, следует применять РТМ 2-056-80 «Редукторы общего назначения. Методика выбора редукторов и моторов-редукторов».

Электродвигатели механизмов должны быть проверены по наибольшим нагрузкам пусковых и тормозных режимов, а также на нагрев с учетом их расчетных характеристик и соответствующих циклограмм.

При расчете металлоконструкций кранов-штабелеров проверяют прочность, устойчивость, жесткость и выносливость конструкций в целом и их отдельных элементов. Для стеллажных кранов-штабелеров выполняют также расчет затухания колебаний колонны при остановке крана-штабелера.

Стальные конструкции рассчитывают по методике СНиП II-23-81 «Нормы проектирования. Стальные конструкции», а алюминиевые конструкции - по методике СНиП II-24-74 «Нормы проектирования. Алюминиевые конструкции», с учетом излагаемых здесь специфических требований.

При формировании исходных данных для расчета следует убедиться, что принятые в проекте крана-штабелера материалы металлоконструкций и сварочные материалы соответствуют требованиям обязательного РТМ 24.090.52-79 «Краны грузоподъемные. Материалы для сварных металлических конструкций», а примененные для болтовых соединений стальные болты, гайки и шайбы соответствуют требованиям СНиП II-23-81. следует также проверить, что кран-штабелер оборудован всеми устройствами безопасности в соответствии с требованиями ОСТ 24.090.38-83 и ОСТ 24.090.39-83.

В заключение следует указать, что в расчетах, выполняемых на группу исполнении крана-штабелера, отличающихся пролетом, высотой, грузоподъемностью и скоростями механизмов, должны быть рассмотрены все исполнения группы, а не только исполнения с наибольшими характеристиками.

Краны-штабелеры, рассчитанные в соответствии с настоящими рекомендациями, могут быть использованы для эксплуатации в сейсмических районах без ограничений, так как применяемые здесь экстремальные расчетные нагрузки превосходят наибольшие сейсмические нагрузки по СНиП II-7-81.

3. Расчет стеллажных кранов-штабелеров

Расчетные характеристики режима работы механизмов стеллажных кранов-штабелеров, соответствующие ГОСТ 25835-83, приведены в табл.

В расчетных циклограммах загрузки механизмов по оси абсцисс отложено относительное число циклов или относительная продолжительность действия нагрузки. Строго говоря, число циклов нагрузки не пропорционально времени ее действия ввиду наличия периодов разгона и торможения, и следовало бы давать отдельные циклограммы по числу циклов и по времени в качестве аргументов. Однако для механизмов подъема и выдвижения относительная продолжительность неустановившихся режимов движения всегда невелика - менее 3%. Для механизма передвижения при нормировании режима работы принят стеллаж длиной 100 м. При этом средний путь передвижения крана-штабелера за простой цикл составит также 100 м. Можно показать, что, например, при скорости передвижения 2,0 м/с и ускорении (замедлении) 0,5 м/с² погрешность в вычислении числа циклов, если не учитывать неустановившиеся режимы движения, составит 8% в сторону увеличения, т.е. в запас. Такая погрешность находится в пределах точности исходных предпосылок, поэтому и в данном случае достаточно ограничиваться одной циклограммой.

Переход к абсолютному времени для элементов, рассчитываемых на полный срок службы крана-штабелера, производится по общему времени работы. Для прочих элементов это время уменьшается в 2 раза или более.

Для нахождения полного числа циклов нагружения какого-либо элемента механизма необходимо общее время работы разделить на длительность одного цикла. Для вращающихся элементов - валов, шестерен, подшипников и т.д. - циклом является один оборот (особенности существуют только для планетарных редукторов). При этом частоту их вращения следует брать для установившегося режима движения. Например, для вала механизма подъема, вращающегося с частотой 1000 об/мин и рассчитываемого на полный срок службы, получим полное расчетное число циклов 1000*60*12500 = 7,5*10⁸.