книги из ГПНТБ / Зерцалов, А. И. Краны-штабелеры

новые конвейеры. Примером может служить типовая транспортная система, используемая для загрузки мостовых и стеллажных йранов-штабелеров, выпускаемых Кадиевским машиностроитель­ ным заводом (рис. 62). Поддоны с грузом транспортируются по рольгангу, состоящему из чередующихся приводных и непривод­ ных роликов, установленных на опоры. Ролики приводятся в дви­ жение втулочно-пальцевыми цепями. Все ролики имеют реборды, служащие для направления движения поддона.

При использовании стеллажных кранов-штабелеров пакеты приходиться перемещать поперек фронта стеллажей на значитель­ ную длину. Для этого применяют цепные конвейеры и специаль­ ные тележки, перемещающиеся по напольным рельсовым путям

(см. рис. 58).

Поддоны или связки хранят чаще всего в стеллажах, реже в штабелях. Стеллажи для хранения длинномерных грузов де­ лают в основном в виде стоек, к которым приварены консольные полки. Стойки стеллажей связаны в продольном направлении го­ ризонтальными тягами и раскосами. Стеллажи, обслуживаемые мостовыми кранами-штабелерами, не имеют поперечных связей. Стеллажи, обслуживаемые стеллажными кранами-штабелерами, связаны между собой в поперечном направлении и образуют жест­ кую раму. Благодаря этому, при прочих равных условиях, масса металлоконструкций стеллажей, обслуживаемых стеллажными кранами-штабелерами, несколько меньше, чем масса стеллажей, обслуживаемых мостовыми кранами-штабелерами.

Помимо полезного груза, стеллажи в некоторых случаях несут на себе нагрузку от веса кранов-штабелеров (при использовании стеллажных двухрельсовых кранов). Ввиду сравнительно большого веса кранов-штабелеров масса стеллажей при опирании на них кранов увеличивается весьма существенно. Так, при высоте склада 10 м вертикальная нагрузка от веса крана-штабелера по от­ ношению к нагрузке, воспринимаемой стойкой стеллажа от веса хранимого груза, возрастает на 40%. При увеличении высоты склада это соотношение уменьшается. Учитывая, что масса ме­ таллоконструкций стеллажей на складах металла составляет 4—6% от номинальной вместимости складов, можно утверждать, что на крупных складах металла нецелесообразно применять опор­ ные двухрельсовые стеллажные краны-штабелеры.

Перспективными являются склады металла, в которых стел­ лажи служат несущей конструкцией для опоры стен и покрытия здания (отделения хранения). Дополнительные нагрузки на стел­ лажи: вертикальная от массы кровли и снегового покрова и гори­ зонтальная от действия ветра не учитываются при расчете метал­ локонструкций, так как они весьма малы по отношению к основ­ ной нагрузке от веса хранимого на стеллажах груза.

102

РАСЧЕТ КРАНОВ-ШТАБЕЛЕРОВ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Краны-штабелеры мостового и стеллажного типов и их эле­ менты подвергаются действию весовых и инерционных нагрузок от переносимого груза и от элементов конструкции крана. При расчете проверяют прочность и жесткость кранов-штабелеров при действии рабочих нагрузок в течение нормального рабочего цикла и прочность при однократном действии случайных (особых) нагрузок. В результате расчета должны определяться статические нагрузки от веса крана; статические нагрузки от веса подни­ маемого груза; динамические нагрузки рабочего состояния; особые динамические нагрузки.

При расчете жесткости крана учитывают статические нагрузки от веса конструкции и груза и динамические нагрузки рабочего состояния. При расчете прочности элементов конструкции крана необходимо учитывать также особые динамические нагрузки. При действии таких нагрузок не должно происходить необратимых изменений в конструкции. При действии особых динамических нагрузок расчет на прочность ведется относительно напряжения, равного 0,9 от предела текучести примененного материала.

Специфика конструкции кранов-штабелеров, заключающаяся, независимо от типа, в наличии вертикального элемента (колонны, рамы), определяет необходимость более внимательного учета горизонтальных нагрузок, возникающих при работе.

Нагрузки, появляющиеся при зацеплении вилами за стеллаж при работе механизма подъема, определяются регулировкой ограничителя грузоподъемности. Нагрузки, возникающие при наезде низом колонны мостового крана-штабелера на препят­ ствие с установочной скоростью, не вызывают, как правило, перенапряжений конструкции.

По условиям работы мостовых кранов-штабелеров случайные наезды низом колонны на препятствие при движении крана с но­ минальной скоростью являются чрезвычайно редкими, но воз­ можными. Возникающие при этом нагрузки (отобые динамические) могут оказаться опасными для конструкции мостового кранаштабелера. Опасность нагрузок наезда (особых динамических

103

нагрузок) возрастает с увеличением номинальных скоростей. Учету таких нагрузок должно быть уделено особое внимание при расчете мостовых кранов-штабелеров, скорость передвижения которых превышает 50 м/мин. Мостовые краны-штабелеры, управ­ ляемые с пола, номинальная скорость передвижения которых не превышает 50 м/мин, могут не рассчитываться на действие особых нагрузок.

Для стеллажных кранов-штабелеров особыми являются дина­ мические нагрузки, возникающие при срабатывании ловителей. В качестве максимальных нагрузок рабочего состояния для стел­ лажных кранов-штабелеров при скорости передвижения свыше 120 м/мин следует принимать нагрузки, вызываемые неровно­ стями рельсового пути.

Нагрузки, действующие на мостовые краны-штабелеры при различных расчетных сочетаниях, приведены в табл. 4. Расчетные сочетания нагрузок выбирают в соответствии с табл. 5.

Для стеллажных кранов-штабелеров виды нагрузок, одно­ временно учитываемые в различных расчетных сочетаниях, соот­ ветствуют указанным в табл. 6. Расчетные сочетания нагрузок

Обозначения:

X Масса тележки с оборудованием;

+имеется;

—отсутствует.

104

Т а б л и ц а 6

Нагрузки, действующие на стеллажные краны-штабелеры

105

Т а б л и ц а 7

Нагрузки, учитываемые при расчетах элементов стеллажных кранов-штабелеров

ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОСТОВЫХ КРАНОВ-ШТАБЕЛЕРОВ

Для исследования динамических процессов при движении крана-штабелера последний можно представить в виде двухмас­ совой односвязной модели (рис. 63, а) при следующих допуще­

ниях:

масса т 1 моста, тележки, приведенная масса колонны и при­

веденная к поступательно движущейся массе вращающаяся масса механизма передвижения сосредоточены в середине пролета моста;

масса т2 груза, захвата, кабины и приведенная масса колонны

сосредоточены в нижней точке колонны (при жестком защемле­ нии консоли коэффициент приведения для массы колонны ра­ вен 0,236; при упругом защемлении консоли, обусловленном подат­ ливостью балок моста, коэффициент приведения можно принять равным 0,305);

Рис. 63. Динамическая модель мостового крана-штабелера:

а — двухмассовая (груз в нижнем по­

106

движение определяется координатами х ± и х 2\

упругая связь между массами невесома и характеризуется постоянной жесткостью с\

элементы привода абсолютно жесткие; перекос конструкции при движении крана не рассматривается; сцепление колес с рельсами не нарушается;

двигатели включаются одновременно, также одновременно накладываются тормоза;

демпфирующие свойства двигателей не учитываются, их харак­ теристики принимаются статическими.

Движение крана-штабелера в основных случаях нагружения (при нормальной работе, при наезде мостом крана на концевые упоры и при наезде низом колонны на препятствие) может быть описано следующими системами уравнений.

Пуск и торможение крана при нормальной работе

т1х1-)-Ь (х1 — х2) с (х1— х2) = Р (t) — sign xW;

т2х2— b (хх— х2) — с (хх— х2) = О,

затухания колебаний массы т 2 (натуральный логарифм отношения двух соседних амплитуд); Т — период колебаний массы т 2 относительно массы тх.

Наезд мостом крана на концевые упоры

тххх+ Ь (хг — х2) + с (хх— х2) = Р (t) — Рб (t) — sign xW\

т2х2 — b(xi — х2) — с (хх— х2) = о,

где Рб (t) — реакция буферов.

т2х2 — b(x1 — х2) — с (хх — х2) = —Ря(О,

где Рн (t) — усилие, действующее на нижнюю точку колонны при

наезде.

При определении усилия в упругой связи или наибольшей амплитуды колебаний во время торможения механизма передви­ жения моста при нормальной работе силами неупругого сопро­ тивления пренебрежем. При этом Р (t) = РТ — const и система

уравнений (1) решается без труда.

Перепишем систему уравнений (1) с учетом упрощений:

«■Л + с (хх— х2) = — (Рт + W);

т2х2— с (хх— х2) = 0.

107

Чтобы определить деформацию упругой связи (хх ^2)»

преобразуем систему уравнений (4):

Деформация упругой связи достигает наибольшего значения при at = я. В этом случае она определяется зависимостью

Результаты моделирования на установке МНБ-1 (рис. 64, а, б)

и осциллограмма, полученная при натурном испытании мосто­ вого крана-штабелера грузоподъемностью 1 т (рис. 64, в), пока­

зывают, что при принятых допущениях моделирование дает весьма небольшую погрешность по сравнению с экспериментом как по частотным характеристикам, так и по силовым.

Нагрузки, действующие на кран-штабелер при переходных процессах во время нормальной работы, зависят от массы при­ веденной к нижней точке колонны, и от ускорения (замедления) движения крана. Результаты испытаний кранов-штабелеров раз­ личной грузоподъемности, пролетов и оборудованных различ­ ными системами привода, позволили установить некоторую зако­ номерность в изменении величины нагрузок, действующих на кран при нормальной работе.

108

ю

Рис. 64. Осциллограммы процесса нормальной работы кранов грузоподъемно­ стью:

телей установочной и номинальной скоростей; о — скорость передвижения крана; / дв1) /д В2 — сила тока ротора двигателей установочной и номинальной скоростей; Гт — время торможения; Т — период колебаний массы m2; Ядв1 — P%Bi ~ Движущая сила двига­ теля на различных ступенях контроллера; aR — напряжение в корневом сечении колонны;

I — процесс разгона до номинальной скорости; II — V — процесс торможения при раз­ личных значениях тормозной силы

Если заменить инерционные горизонтальные нагрузки, дей­ ствующие на кран при торможениях механизма передвижения, приведенной горизонтальной силой, приложенной к нижней точке колонны и эквивалентной действительным нагрузкам по вызы­ ваемым напряжениям и деформациям конструкции, то ее величина, оцененная в долях номинальной грузоподъемности крана, сос­ тавит по данным испытаний шести кранов-штабелеров 0,12—0,17 QH.

Для инженерных расчетов при проектировании мостовых крановштабелеров грузоподъемностью до 5 т, пролетом до 22,5 м и высо­ той подъема до 10 м можно принять горизонтальную силу при нормальной работе, равной 0,15 QH.

Таким же образом, приведенная горизонтальная сила, вызы­ вающая напряжение и деформации, равные напряжениям и дефор­ мациям, получающимся при наезде на препятствие на установоч­ ной скорости, может быть оценена как 0,3—0,5 QH (для инженер­

ных расчетов рекомендуется 0,5 QH).

Решение задачи наезда на препятствие на установочной ско­ рости на электронно-моделирующей установке МНБ-1, а также

109

Рис. 65. Осциллограммы наезда на препятствие низом колонны для крана гру­ зоподъемностью 1 т, полученные:

а — при решении на МНБ-1; б — при натурных испытаниях (наезде при движении с уста­ новочной скоростью без разгона); I — установочная скорость без разгона; II — большая скорость без разгона; I I I — установочная скорость при установившемся движении, остальные обозначения см. на рис. 64

осциллограмма, полученная при натурном исследовании мосто-

тельную сходимость результатов моделирования и эксперимента по силовым характеристикам.

Из анализа результатов исследования мостовых кранов-шта- белеров следует, что наиболее опасным для кранов-штабелеров является наезд нижней точки колонны на препятствие при дви­ жении моста. Усилие наезда при этом зависит от скорости движе­ ния моста и приведенной жесткости системы, а также от массы mlt

приведенной к середине моста крана. Наибольшей величины масса тх достигает при грузе, поднятом в верхнее положение.

Рис. 6 6 . Структурная схема одномассовой модели при наезде на препятствие

низом колонны крана грузоподъемностью 3,2 т:

БДН — блок делитель напряжения; БСН — блок стандартных нелинейностей; Б ВС— блок входных сопротивлений

110