Основные направления научного и технического развития пртСр у нас в стране и за рубежом

Технический прогресс в развитии машин внутризаводского транспорта ведется по многим направлениям: повышению производительности труда, скоростей рабочих движений механизмов, грузоподъемностям, качеству продукции. За последние десятилетия созданы новые типы машин: краны ‑ штабелеры, накопители, роботы, манипуляторы, автоматические тележки и другое оборудование.

Гибкие производственные системы (ГПС) потребовали создания автоматических транспортных накопительных систем (АТНС) и автоматических складов (АС), в составе которых работают новые конструкции подъемно-транспортных машин, не применявшиеся ранее в промышленности.

Огромный размах получили контейнерные и пакетные перевозки грузов. Для механизации перегрузки контейнеров созданы козловые краны, снабженные спредерами - устройствами, с помощью которых осуществляется механизация перегрузочных операций с одного вида транспорта на другой.

Пакетные перевозки грузов потребовали создания нового класса пакетирующих и распакетирующих машин. Эти машины способны в автоматическом и полуавтоматическом режимах создавать пакеты из однотипных штучных грузов без перевязки и с перевязкой шпагатом или лентой, а также паковать их в термоусадочную пленку.

Для механизации перегрузочных процессов с сыпучими грузами создано большое количество конструкций погрузочно-разгрузочных машин, способных «брать» грузы с грунта (пола) и производить загрузку их в транспортные средства и разгрузку последних. Транспортные средства: вагоны, грузовые автомобили, суда, грузовые самолеты, вертолеты, трейлеры и другое оборудование модернизируется с целью повышения качества, грузоподъемности, емкости, механизации погрузки - разгрузки.

Так для перегрузочных процессов в Тюменской области используются летающие краны - вертолеты, снабженные лебедкой подъема. При помощи этих машин транспортируются нефтяные вышки и оборудование нефтяных и газовых скважин в условиях бездорожья и болот.

Разработаны проекты сотен новых конструкций механизированных и автоматизированных схватов, клещей; лап и других грузозахватных приспособлений для механизации и автоматизации погрузочно-разгрузочных работ со штучными грузами: кранов - штабелеров, манипуляторов и роботов. Эти машины своими грузозахватными устройствами могут «брать» в автоматическом режиме штучные грузы с точностью позиционирования от нескольких сантиметров до нескольких десятых долей миллиметра.

Огромное распространение в народном хозяйстве получили вилочные погрузчики, способные «брать» штучный груз с пола, если груз установлен на специальной подставке - поддоне. В этом случае перегрузочный процесс не требует применения стропальщика, поскольку машинист вилочного погрузчика может легко перегрузить штучный груз с одного вида транспорта на другой или погрузить (разгрузить) его. Наличие груза на поддоне создает «подвижной склад». Груз находится на «складе» - поддоне, применение которого резко снижает стоимость перегрузочного процесса, что и демонстрируется диаграммой затрат, приведенной на рис. 1.

Развитие технического прогресса по внутризаводскому транспорту за рубежом началось уже более 70 лет назад.

Экономисты зарубежных фирм определили, что в себестоимости продукции затраты на внутризаводской транспорт составляют 25...40%. Чтобы снизить их, необходимо механизировать и автоматизировать перегрузочные процессы. Поэтому фирмы, изготовляющие подъемно-транспортное оборудование, стали получать много заказов на создание новых высокопроизводительных погрузочно-разгрузочных машин. За рубежом развилось производство вилочных погрузчиков, снабженных многими видами захватов, способных работать с различными грузами. Развилось также производство манипуляторов как автоматических (роботов), так и с ручным управлением.

В зарубежных странах производство подъемно-транспортных машин совершенствовалось по разным направлениям: повышению производительности, качеству продукции, номенклатуре, повышению мощности и грузоподъемности, скорости рабочих движений и т.д. Многие зарубежные страны поставляют нам свое погрузочно-разгрузочное оборудование.

За последние четыре десятилетия в мире значительно вырос грузооборот. Интенсивно развивались контейнерные и пакетные перевозки грузов. Более всего это вызвало повышенный спрос на электро- и автопогрузчики. Максимальный пик производства погрузчиков приходился на конец 1970-х годов, после которого наметился некоторый спад. Однако спады выпуска погрузчиков наблюдались и в прежние годы, что в некоторой степени объясняется экономическим кризисом, а также насыщением рынка сбыта. Скачкообразное развитие производства погрузчиков — естественный процесс, который, несмотря на имеющиеся спады, имеет общую тенденцию к возрастанию. Это подтверждают и ведущие зарубежные обозреватели, которые отмечают, что, несмотря на экономические кризисы, общий объем производства подъемно-транспортного оборудования в мире непрерывно растет и ежегодно увеличивается на 5—6%. В процессе этого развития происходят переливы капиталовложений из одного вида подъемно-транспортной техники в другой.

Ведущими странами по производству погрузчиков являются Япония, США, Германия, Великобритания. Среди других стран, выпускающих погрузчики в значительном количестве, следует отметить Францию, Италию, Финляндию, Болгарию и Россию.

В структуре производства Болгарии соотношение электро- и автопогрузчиков примерно одинаково, а России — существенно преобладают электропогрузчики. Япония занимает в настоящее время по объему и темпам производства погрузчиков первое место, США - второе. Совместное их производство составляет примерно половину производства всех погрузчиков в мире. Около 25% мирового объема выпуска погрузчиков приходится на страны Западной Европы.

В начале 1980-х годов в западных странах в связи с энергетическим кризисом и подорожанием натурального топлива стали уделять внимание энергосберегающим машинам. Так, при оценке энергетических затрат фирмами США выявлено, что если стоимость потребленной энергии при эксплуатации в течение 1500 часов автопогрузчика с карбюраторным двигателем принять за 100%, то уровень этого показателя для его аналога с дизельным двигателем составит немногим более 90%, а электропогрузчика — около 28%. Несмотря на такое преимущество зарубежные фирмы не проявили поспешности в переходе на эксплуатацию электропогрузчиков. Это объясняется тем, что автопогрузчики являются более универсальными машинами и лучше подходят для работы в различных условиях, а применение на них нейтрализаторов выхлопных газов значительно расширяет сферы применения. В результате структура производства рассматриваемых машин в Японии включает 80% авто- и 20% электропогрузчиков. В США и Германии на долю производства автопогрузчиков приходится 50%, а во Франции и Великобритании — около 60%.

Вместе с тем отмечается тенденция небольшого роста производства электропогрузчиков во всех вышеперечисленных странах, однако этот рост не сказывается кардинальным образом на структуре производства машин напольного безрельсового транспорта.

Зарубежные фирмы ведут большую работу по созданию энергоэкономичных автопогрузчиков, вследствие чего отмечается резкое сокращение производства машин с бензиновыми двигателями. Газобаллонный вариант автопогрузчиков по целому ряду не оправдал тех надежд, которые на него возлагались. Все это привело к увеличению выпуска автопогрузчиков с дизельными двигателями. Анализ продукции, выпускаемой рядом ведущих фирм Японии, США, Германии, Великобритании и других стран, изготовляющих основную долю автопогрузчиков в мировом производстве, показывает, что в последние 30 лет этими фирмами производилось около 50% дизельных, 30% бензиновых и 20% работающих на сжиженном газе автопогрузчиков. К этому следует добавить, что 90% мирового выпуска автопогрузчиков грузоподъемностью свыше 12,0 т оснащены только дизельными двигателями, а доля автопогрузчиков, оснащенных бензиновыми двигателями, неуклонно снижается.

Зарубежные фирмы выпускают погрузчики, номенклатура которых очень широка по грузоподъемности и конструктивному исполнению. Например, грузоподъемность автопогрузчиков варьируется от 0,9 до 40,0 т, а количество моделей фронтальных универсальных машин превышает 160.

По мнению ведущих специалистов, за два последних десятилетия конструкция вилочных автопогрузчиков не претерпела каких-либо радикальных изменений. В настоящее время на определенном уровне стабилизировались основные технические характеристики и в дальнейшем не следует ожидать их резкого изменения при существующем уровне конструкций.

В связи с этим в настоящее время в мире ведутся большие изыскательские и опытные работы по дальнейшему совершенствованию автопогрузчиков, которые включают мероприятия как по улучшению отдельных агрегатов и узлов этих машин, так и по разработке и созданию новых.

Значительным преимуществом электропогрузчиков является высокая маневренность, относительная бесшумность, отсутствие выхлопных газов в условиях их применения в закрытых складах, простота управления и обслуживания. В мировой практике широкое применение нашли вилочные электропогрузчики, которые в конструктивном отношении выполняются трех- и четырехопорными.

Трехопорные электропогрузчики в зависимости от типа привода механизма передвижения изготовляются с задним или с передними ведущими колесами. Номенклатура их достаточно широка и включает унифицированный ряд по грузоподъемности 0,8-1,65 т, модифицированный по высоте подъема.

Как свидетельствует опыт, трехопорные электропогрузчики с задним ведущим колесом (одиночным или спаренным) обладают бóльшей маневренностью и меньшей энергоемкостью. Однако, эти электропогрузчики при использовании на наклонных участках пути имеют высокую склонность к буксованию. Поэтому погрузчики с приводом на заднее колесо рекомендуется применять при уклонах не более 30%.

Другим характерным свойством этих машин является то, что при выборе типа привода механизмов передвижения необходимо учитывать их грузоподъемность. В частности, при грузоподъемности до 1,0 т целесообразно применять электропогрузчики с задним ведущим колесом, а при грузоподъемности более 1,0 т - с приводом на передние колеса. Привод на передние колеса может быть общим или раздельным на каждое колесо. Раздельный привод считается более прогрессивным.

Несмотря на имеющиеся рекомендации, конструкторы и изготовители продолжают уделять много внимания вопросам устойчивости трехопорных погрузчиков. Так, в Германии разработаны трехопорные вилочные электропогрузчики с переменной базой и приводом на заднее колесо. Изменение базы погрузчика осуществляется с помощью наклонной передней рамы, верхняя часть которой на уровне панели управления шарнирно связана с основной рамой машины. Посредством гидроцилиндра передняя рама может менять наклон, что приводит к перемещению нижней ее части вместе с передними колесами. При этом устойчивость погрузчика повышается за счет увеличения его базы и некоторого понижения центра тяжести машины. Однако с увеличением базы несколько ухудшаются маневровые свойства погрузчика.

Несмотря на проводимые работы по совершенствованию трехопорных погрузчиков, широко применяются четырехопорные малогабаритные погрузчики. Ведущие фирмы Японии, Великобритании, Германии и других стран в большом количестве изготовляют малогабаритные авто- и электропогрузчики специального и общего назначения.

Четырехопорные погрузчики по сравнению с трехопорными менее маневренны, но более скоростные и производительные машины. В связи с этим, а также из-за лучшей продольной и поперечной устойчивости, четырехопорные погрузчики могут применяться не только на работах с транспортными средствами и контейнерами, но и на складах при штабелировании грузов, где работа трехопорных погрузчиков, как правило, связана с принятием повышенных мер предосторожности против их опрокидывания.

Имеющиеся данные свидетельствуют также о том, что зарубежные электропогрузчики оснащаются электрооборудованием с номинальным напряжением 56 и 48 В (отдельные образцы - с напряжением 72 В). Для увеличения межзарядных периодов на погрузчиках устанавливают аккумуляторные батареи повышенной емкости (1000 и более А-ч). Повышение мощности приводов значительно улучшает эксплуатационные свойства электропогрузчиков и делает эти машины более производительными и надежными в работе. Поэтому оптимальным является применение электрооборудования напряжением 72 В, батарей емкостью 1000 и более А-ч и систем управления, которые оснащаются электронными устройствами. Так, на погрузчиках ряда фирм установлены электронные узлы в системе управления, обеспечивающие постоянный контроль за работой гидравлики и электродвигателей, регулирование скоростей движения погрузчика, подъема и опускания груза, а также выпрямление переменного тока в процессе подзарядки аккумуляторных батарей. В результате облегчается управление погрузчиком и уменьшается его стояночное время при перемене рабочих режимов. С этой же целью фирмы применяют на тормозных колодках колес специальные устройства, автоматически регулирующие зазоры между колодками и барабанами колес, а также усиливающие тормозной эффект. Кроме того на гидроподъемниках устанавливаются выравниватели груза, обеспечивающие его правильное положение на грузозахватных устройствах в случае внецентренного захвата. Расположение рычагов и педалей управления на погрузчиках осуществляется в соответствии с эргономическими требованиями.

Другое направление в совершенствовании приводов электропогрузчиков — замена двигателей постоянного тока на двигатели переменного тока, которые устанавливаются, например, в последних моделях электропогрузчиков японской фирмы "Тайота". Такая замена вызвана, превосходством схем с применением двигателей переменного тока над схемой двигателя постоянного тока. Тем самым повышается надежность техники, снижаются затраты на ее ремонт.

Наряду с отмеченными направлениями совершенствования привода электропогрузчика проводятся работы по замене аккумуляторных батарей на вторичные источники электроэнергии нового поколения, например, на основе конденсаторов с двойным электрическим слоем.

Таким образом, можно отметить следующие тенденции в развитии зарубежных автопогрузчиков:

• постоянно совершенствование агрегатов и узлов автопогрузчиков, особенно таких, как двигатели, трансмиссия, грузоподъемные механизмы, рулевое управление, ходовая часть;

• создание энергоэкономичных погрузчиков. В связи с этим, широкое распространение за рубежом получили погрузчики с дизельными двигателями. Идет поиск создания энергосберегающих машин на основе совместного использования двигателей внутреннего сгорания и электрических агрегатов;

• специализация погрузчиков на основе базовых универсальных моделей с приданием им специфических свойств с помощью целенаправленного выбора некоторых параметров (малоскоростные, высокоскоростные, для работы в помещениях с низкими или высокими потолками и др.);

• ведется разработка и внедрение эргономических и экологических мероприятий, улучшается ремонтопригодность машин;

• применение микропроцессоров, различных предохранительные устройства, что повышает эффективность использования погрузчиков, их долговечность и безопасность производства работ;

• ведется поиск и разработка автопогрузчиков на основе новых конструктивных решений в целях создания более совершенных и экономичных машин.

Сводные технические характеристики зарубежных автопогрузчиков приведены в таблицах 1 и 2.

	Таблица 1 Основные технические характеристики зарубежных автопогрузчиков массового производства
Параметры			Значения параметров при грузоподъемности погрузчиков, т
			До 5	10-20	20-50
Мощность двигателя,		л.с.	30-77	30-105	110-380
Скорость передвижения,		км/ч	16-25	20-35	25-40
Скорость подъема груза,		м/с	0,3-0,55	0,25-0,35	0,2-0,33
Высота подъема груза,		м	2,7-6,0	5,0-10,0	5,0-11,0
Радиус поворота,		м	1,3-3,3	4,0-6,0	5,4-8,5
Колесная база,		м	1,3-2,6	2,6-3,7	4,3-5,6
Масса погрузчика,		т	2,1-7,9	7,0-14,0	40,0-55,0
Удельная масса по грузоподъемности,		т/т	1,5-2,1	1,1-1,3	1,3-1,6

В качестве тенденций развития электропогрузчиков зарубежного производства следует отметить следующие.

Зарубежные фирмы создали к настоящему времени широкую номенклатуру различных электропогрузчиков с компактной конструкцией и технологическими характеристиками, обеспечивающими экономичную работу в определенных условиях. Основная задача при разработке современных электропогрузчиков состоит в создании быстродействующих и высокоэффективных машин, что достигается следующими мерами:

• оснащением погрузчиков автоматизированными и электронными устройствами, повышающими и улучшающими технические возможности машин;

• компоновкой погрузчиков блоками их узлов и агрегатов, что позволяет просто и удобно выполнять техническое обслуживание и ремонт за минимальное время;

• оснащением электропогрузчиков аккумуляторными батареями повышенной емкости (свыше 1000 А-ч) и напряжением до 72 В;

• автоматизацией управления погрузчиками с целью устранения однообразных, часто повторяющихся и утомляющих водителя операций и передачи их на мини-компьютеры;

• оборудованием погрузчиков сенсорными и другими предохранительными устройствами, которые устраняют внецентренные, внеосевые и прочие нагрузки, дестабилизирующие равновесие погрузчика, и повышают технику безопасности;

• оснащением погрузчиков, работающих на потоках с полной нагрузкой, микропроцессорными, телевизионными и экранными установками в целях использования погрузчиков в максимальном режиме работы;

• увеличением грузоподъемности электропогрузчиков.

Таблица 2 Технические характеристики зарубежных трех- и четырехопорных электропогрузчиков массового производства
Параметры			Значения параметров погрузчиков
			трехопорных	четыреопорных
Грузоподъемность,		т	0,6-1,5	1,2-2,0
Скорость передвижения,		км/ч	7,0-13,5	9,7-15,3
Скорость подъема груза,		м/с	0,17-0,40	0,17-0,49
Высота подъема груза,		м	2,7-3,3	2,7-5,6
Колесная база,		м	0,9-1,8	1,06-1,6
Радиус поворота,		м	1,1-1,5	1,6-2,0
Аккумуляторная батарея:	напряжение,	В	24;48	24;36;48; 72
	емкость,	А*ч	300-800	500-1000
Масса погрузчика,		т	1,6-2,0	2,5-3,9
Удельная масса, т/т, при грузоподъемности	0,6	т	1,8-3,9	3,0-5,2
	1,0-1,2	т	2,75	-
	1,5	т	2,9-2,7	-
	1,75	т	1,8-2,15	1,9-2,0
	2,0	т	-	1,9-2,

Совершенствование приводов электропогрузчиков

Анализ схем применяемых в электропогрузчиках

Рис. 2. Схема с двигателем постоянного тока
Достоинства	1. Простая и проверенная временем электросхема и конструкция: аккумуляторная батарея большой емкости, реостатное регулирование, мотор-колесо либо электродвигатель - главная передача - колеса) 2. Способность электродвигателей постоянного тока выдерживать значительные перегрузки 3. Возможность использовать генераторное торможение, осуществляя рекуперацию энергии, затраченной на разгон.
Недостатки	1. Дороже асинхронного двигателя переменного тока на 30% - 40%. 2. Бóльшая, чем у асинхронного двигателя переменного тока масса и габариты, 3. Подверженность коллектора интенсивному износу; образующаяся при работе углемедная пыль заполняет промежутки между коллекторными пластинами, что приводит к интенсивному искрению с обгоранием пластин и даже замыканию между щетками. Неисправность коллектора приводит к нагреву двигателя и повышенному шуму при работе. 4. Требует постоянного технического обслуживания (чистка, лужение коллектора, замена щеток) 5. Из-за искрения в коллекторе не допускается работе во взрыво- и пожароопасных помещениях.

Мировые тенденции говорят о бóльшей перспективности схем электропогрузчиков с двигателем переменного тока (рис. 3.).

Разработкой и выпуском таких погрузчиков успешно занимается фирма ”Тайота”.

Рис. 3. Cхема с асинхронным электродвигателем переменного тока
Достоинства	1. Схема обладает меньшими удельными энергозатратами, благодаря чему должны окупиться затраты на приобретение более дорого электропогрузчика 2. Надежность, большие межремонтные периоды и периоды технического обслуживания 3. Дешевле двигателя постоянного тока на 30% - 40%. 4. Меньшие, чем у двигателя постоянного тока масса и габариты, 5. Устойчив к агрессивным средам (вода, лед, техническая грязь, пыль). 6. Долговечен и прост по конструкции привода за счет отсутствия трущихся поверхностей в двигателе 7. Возможность использовать генераторное торможение, осуществляя рекуперацию энергии, затраченной на разгон.
Недостатки	1. Требует дорогостоящих, современных электросхем и конструкций: аккумуляторная батарея большой емкости (свыше 1000 А-ч) и напряжением до 72 В, инвертор (преобразующий постоянный ток в переменный), устройство частотного регулирования скорости вращения вала двигателя, мотор-колесо либо двигатель главная передача, колеса. 2. Оборудование силовой электроники требует обслуживания специализированной организацией взявшей на себя сервисные обязательства.

Рекомендуемая литература

а) основная:

1. Коновалов В.С. Организация, механизация и экономика заводского транспорта. М.: Машиностроение, 1980 - 312с.

2. Промышленный транспорт. Справочник проектировщика. /Под ред. А.С. Гельмана и С.Д. Чубарова. М.: Стройиздат, 1984 - 41с.

б) дополнительная литература:

3. Падня В.А. Погрузочно-разгрузочные машины. Справочник. М.: Транспорт, 1980 - 321с.

4. Склады промышленных предприятий. Справочник /Под ред. О.Б. Маликова. Л.: Машиностроение, 1989-671с.

5. Аллегри Т. Транспортно-складские работы. М.: Машиностроение, 1989 - 334с.

6. Грузоведение, сохранность и крепление грузов /Под ред. А.А. Смехова. - М.: Транспорт, 1989-237с.

7. Стоцкая Л.В. Комплексная механизация и автоматизация погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ. Методические указания к практическим занятиям (ч. 1,2). Свердловск, УПИ, 1989. - 90с.

8. Гибкое автоматизированное производство. Изд. 2-е перераб. и доп. /Под ред. С.А. Майорова. Л.: Машиностроение, 1985 -454с.

9. Егоров В.А, Лузанов В.Д., Щербаков С.М. Транспортно-накопительные системы для ГПС. Л.: Машиностроение, 1989 - 243с.

10. Маликов О.В. Склады гибких автоматизированных производств. Л.: Машиностроение, 1986-187с.

11. Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, принципы, методология. М.: Наука, 1980 - 208с.

12. Зуховицкий С.И., Авдеева Л.И. Линейное и выпуклое программирование. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Наука, 1967 - 460с.

13. Организационно-технологическое проектирование ГПС / Под общ. ред. С.П. Митрофанова. Л.: Машиностроение, 1986-294с.

14. Дусье В.Е., Петухов П.З. Автоматизированные Транспортно-накопительные системы и склады штучных грузов в машиностроении. Методические указания по дисциплинам «Проектирование транспортных систем автоматизированных производств» и «Комплексная механизация и автоматизация ПРТС работ». Часть 1. ГПС - общие принципы построения. Екатеринбург, УПИ, 1994 - 39с.

15. Завалищин Д.С. Операционные методы исследования и оптимизации ГАП. Методические указания по дисциплине «Проектирование транспортных систем автоматизированного производства». Екатеринбург, УПИ, 1994 - Збс.

16. Смехов А.А. Автоматизированные склады. Изд. 4-е, перераб.и доп. М.: Машиностроение, 1987-276с.

17. Контейнеры: Справочник/Ф.А. Пладио, В.А. Шкурин, Г.Э. Сурмаев; Под ред. В.А. Шкурина. М.: Машиностроение, 1981 – 191 с., ил.

18. Смехов А. А. Автоматизированные склады. М.: Машиностроение, 1979, 288 с.

19. Планирование перевозок: учебно-методическое пособие/В.Е. Дусье, В.П. Жегульский. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. 19 с.

20. Генеральный план и транспорт промышленных предприятий / Под редакцией И.И. Костина, В.И. Тиверевского; М.: Стройиздат, 1981.

21. Технические средства транспорта в металлургии / Хоружий А.С., Тиверовский В.И., Забелин Г.Д. др. М., «Металлургия», 1980г. С.336

22. Погрузочно-разгрузочные работы/М. П. Ряузов, И. П. Малевич, М. Д. Полосин и др.; Под редакцией М. П. Ряузова. – М.: Стройиздат, 1988. – 442 с.

23Погрузочно-разгрузочные машины и складское оборудование промышленных предприятий. Колл. Авт. Под ред. Инж. Я. Л. Немец. М., «Машиностроение», 1970, 526 стр.

24. Комплексная механизация погрузочно - разгрузочных работ. Учеб. Пособие /В.А. Голутвин, А.Л. Клейнерман: Тул.гос.ун-т. Тула 1997.118 с.

25. Гриневич Г. П. , Каменская О. П. Транспортно-складские работы промышленных предприятий. 1982г.