книги из ГПНТБ / Ретман А.А. Автоматика и автоматизация портовых перегрузочных работ учебник

Во время этой первой стадии при необходимости можно изме­ нять частоту вращения роторного колеса и глубину прохода. Ес­ ли штабель разрабатывался ранее, то длина первой полосы бу­ дет иной. Этот первый проход позволяет судить о длине полосы захвата, который фиксируется, а затем машинист на коммутато­ ре с десятичным делением в метрах от нуля до, например, 250 м устанавливает зафиксированный путь.

После указанной выше предварительной работы реклаймер подготовлен к автоматической, которая начинается после нажа­ тия кнопки «Автоматический пуск». Происходит поворот стрелы и забор груза. У края штабеля механизм вращения отключается в соответствии с заданным слоем и углом откоса, но включается механизм передвижения, и машина продвигается на расстояние, равное шагу заданной длины, останавливаясь в позиции II.

В это время начинается поворот стрелы в противоположном направлении и снятие груза по полосе б. При этом автоматически изменяется скорость поворота. Это связано с увеличением длины прохода, т. е. с изменением угла поворота стрелы. Обычно меха­ низм поворота рассчитывается примерно на пять различных ско­ ростей, которые автоматически последовательно переключаются. При достижении края штабеля поворот стрелы прекращается, машина снова передвигается на один шаг, и цикл повторяется. Это будет продолжаться до тех пор, пока не будет пройдена за­ данная длина. Таким образом, в системе автоматики имеются два счетчика: для отсчета передвижения «шаг за шагом» и для пол­ ной длины захвата.

Стреловой конвейер имеет те же приборы контроля, что и кон­ вейеры стаккера, и еще взвешивающее устройство, за показания­ ми которого может следить машинист на пульте в кабине управ­ ления. При этом можно узнать мгновенную и суммарную произво­ дительность.

Как стаккер, так и реклаймер имеют и ручное управление все­ ми операциями.

На складах высокопроизводительных комплексов находят при­ менение комбинированные машины стаккер-реклаймеры. Они пред­ ставляют собой реклаймер, к которому подведен приемный кон­ вейер, как у стаккера. При формировании штабеля груза роторное колесо стопорится и груз косым щитом отводится со стрелового конвейера в штабель. При расформировании штабеля груза при­ емный конвейер отключается. Такие машины полностью автома­ тизированы.

§39. СКЛАДЫ ДЛЯ ШТУЧНЫХ ГРУЗОВ

ИКОНТЕЙНЕРОВ

Склады для штучных грузов бывают закрытыми и открытыми. В нашей стране и за рубежом на заводах и оптовых базах уже созданы полностью автоматизированные закрытые склады с мно­ гоярусными роликовыми гравитационными или обычными полоч­ ными стеллажами.

260

Если ящики на склад прибывают сформированными в пакеты, на входе в склад пакеторазборная машина расформировывает пакет. Ящики системой автоматического адресования грузов с помощью конвейерной линии, погрузчиков, тягачей с прицепными тележками и автоматической стабилизацией курса распределяют­ ся по складу и устанавливаются на стеллажи автоматизирован­ ными кранами-штабелерами, лифтовыми штабелерами.

Если необходимо выдать со склада ящики, они снимаются со стеллажей и доставляются на выход склада, где из них пакето­ формирующей машиной создаются пакеты. Высота стеллажей таких складов 10—12 м, и они хорошо используются как по пло­ щади, так и по высоте.

В некоторые склады груз прибывает отдельными ящиками, пакетоформирующей машиной создаются пакеты, и хранение осу­ ществляется отдельными пакетами. На складах с роликовыми или полочными стеллажами установка пакетов на стеллажи и снятие их осуществляется мостовыми кранами-штабелерами или штабе­ лерами, которые перемещаются либо по напольному, либо по потолочному рельсу или по тому и другому одновременно между стеллажами.

Краны-штабелеры могут быть универсальными и специализи­ рованными. К универсальным относятся в основном мостовые, оснащенные вилочными захватами или сменными приспособле­ ниями для захвата грузов. Такие краны-штабелеры могут пере­ гружать различные по размерам и способу упаковки грузы в од­ ном складе, а также могут быть использованы для погрузки или разгрузки транспортных средств.

Существуют также подвесные краны-штабелеры, которые от­ личаются от мостовых конструкцией моста.

К специализированным кранам-штабелерам относятся стел­ лажные краны-штабелеры и краны-штабелеры для длинномер­ ных грузов. Стеллажные краны-штабелеры характерны тем, что они работают в проходе между двумя стеллажами, которые они обслуживают. Стеллажные краны-штабелеры позволяют в высо­ кой степени использовать складские объемы.

Краны-штабелеры по сравнению с вилочными погрузчиками обеспечивают большую высоту штабелирования грузов при зна­ чительном сокращении ширины проездов между стеллажами. Ис­ пользование кранов-штабелеров позволяет складировать грузы различной номенклатуры (что свойственно складам морских пор­ тов), увеличивает производительность и интенсивность перегру­ зочных работ на складе.

Для складирования тарно-штучных грузов различной номен­ клатуры могут применяться также штабелеры с элеваторным на­ копителем. В этом случае в основу штабелирующего устройства положен передвижной полочный элеватор. Штабелер представляет собой напольную тележку, на которой смонтированы элеватор, вер­ тикальная рама с вакуумными «ли электромагнитными грузоза­ хватными устройствами, приводы механизмов и пульт управле­

261

ния. Управление штабелером автоматическое. За одно движе­ ние штабелера по складу в соответствии с программой-зада­ нием производится загрузка-накопление груза на полках элева­ тора.

Существуют также штабелеры с элеваторной подвеской, ко­ торые могут осуществлять захват и транспортирование всего вер­ тикального ряда грузов, расположенных в стеллажах, или выбо­ рочный захват из ряда любого количества грузов. Следует отме­ тить, что время на захват вертикального ряда грузов необходимо такое же, что и для захвата единичного груза обычным кра- ном-штабелером при однотипных грузозахватных приспособле­ ниях.

Управление кранами-штабелерами автоматизировано. Кроме того, предусматривается система автоматического поиска ячеек стеллажа по вертикали и горизонтали. На пульте управления имеются клавиши, которыми устанавливаются координаты требу­ емой ячейки, а на раме крана-штабелера и вдоль подвесного пути установлены линейки из магнитного сплава, положение которых соответствует горизонтальным и вертикальным рядам стеллажей. При подходе крана-штабелера к соответствующим ячейкам маг­ нитные линейки взаимодействуют с индуктивными датчиками на

Автоматическое управление кранами-штабелерами может быть программным. В системе программного управления программо­ носителем обычно является перфокарта, на которой, кроме адре­ са, закодирована информация для материального учета грузов.

система пространственных координат. Каждая ячейка стеллажа, как и положение вилочного захвата, определяется тремя коорди­ натами. Вилочный захват крана-штабелера может осуществлять перемещение в трех координатах пространства. Информация о положении штабелера в плане и захватного устройства в верти­

жется каретка с захватом. Крайние положения каретки и захвата ограничиваются конечными выключателями.

После задания программы кран автоматически отправляется в заданном направлении, используя при этом все возможные пе­ ремещения. В процессе перемещения штабелера информация в виде последовательных импульсов сравнивается с программой (кодом адреса). При совпадении программы с поступающей ин­ формацией орган сравнения вырабатывает команду для пуска, остановки, реверсирования и уменьшения частоты вращения ме­ ханизмов. Движение штабелера осуществляется по ломаной ли­

262

нии, которая определяется положением проходов между стелла­ жами, при этом производится совмещение операций по времени, например передвижение штабелера и вертикальное перемещение грузоподъемника.

В настоящее время при автоматическом адресовании штучных грузов применяются два метода, принципиально отличных друг от друга; децентрализованный, когда носителем адреса является сам груз, и централизованный, когда адрес задается на пульте управления. Возможна и комбинация этих методов.

Механизация перегрузки генеральных грузов в портовых за­ крытых складах в настоящее время пока осуществляется только электропогрузчиками и лифтами.

Полностью автоматизированная система для перегрузки кон­ тейнеров на контейнерное судно и обратно состоит из: пятиэтаж­ ного склада, вмещающего свыше 40 тысяч контейнеров, где сор­ тируются контейнеры; специального судна-контейнеровоза с уст­ ройством для погрузки и разгрузки контейнеров через кормовые ворота; четырех конвейеров для передачи контейнеров со склада на судно или наоборот. Сортировку контейнеров производят счет­ но-решающие устройства, которые выдают о каждом контейнере следующую информацию; регистрационный номер, пункт назначе­ ния, массу и содержимое по упаковочному листу. Производитель­ ность такой установки на погрузке 25 контейнеров в час.

Открытые склады для генеральных грузов и контейнеров обо­ рудуются крановыми установками типа портальных кранов и мостовых перегружателей. Для автоматизации перегрузочного процесса необходима автоматизация управления этими маши­ нами.

Для обеспечения достаточной точности работы должен быть осуществлен контроль работы крановых механизмов в функции пройденного пути, что является обратной связью.

В зависимости от метода измерения и контроля пройденного пути системы автоматического управления бывают с дискретными и непрерывными методами измерения и контроля.

При дискретном методе прямоугольная площадь склада, об­ служиваемая мостовым перегружателем, делится датчиками-ми­ кропереключателями на ряд равных участков. Датчики-микропе­ реключатели устанавливаются на подкрановых путях и на путях передвижения тележки по мосту перегружателя. Благодаря это­

При движении моста по подкрановым путям и тележки вдоль моста считывающее устройство на металлоконструкции тележки воздействует на электромеханические, индуктивные, фотоэлектри­ ческие или другие датчики. Сигналы от взаимодействия считы­ вающего устройства с датчиками поступают по линии обратной связи в вычислительный блок системы, построенный на логиче­ ских элементах, например феррит-диодные ячейки. Количество

2 6 3

сигналов (импульсов) пропорционально пути, пройденному пере­ гружателем и его тележкой. В органе сравнения вычислительного блока информация, поступившая по линии обратной связи, сопо­ ставляется с заданной программой. В результате сравнения выра­ батывается соответствующая команда, которая по линии связи подается в схему управления электроприводом механизма.

Дискретные системы отличаются простотой и надежностью ме­ тода контроля пройденного пути, но требуют установки большого количества датчиков.

В системах автоматического управления с непрерывным мето­ дом измерения и контроля пройденного пути устанавливается один датчик-сельсин на металлоконструкции механизма. Сельсиндатчик механически соединяется с ходовыми колесами механизма и работает в индикаторном или трансформаторном режиме. В ка­ честве датчика может быть использован поворотный трансформа­ тор или аналогичное устройство.

С помощью датчика происходит преобразование механическо­ го перемещения механизма передвижения в непрерывно изменя­ ющее напряжение, которое увеличивается по мере увеличения пройденного расстояния. Эта информация по линии обратной свя­ зи поступает в счетно решающее устройство, где происходит ее сравнение с заранее заданной программой и выработка соответ­ ствующих команд исполнительным механизмам.

Система автоматического управления с дискретным методом измерения и контроля пройденного пути чувствительна к коле­ баниям питающего напряжения, что влияет на точность ее ра­ боты.

Для перегрузки контейнеров на открытых складах, кроме пор­ тальных кранов, используются мостовые перегружатели с подъем­ ными консолями, которые поднимаются с помощью гидропривода. При подъеме консоли можно обслуживать суда с надстройками различной высоты, а автономный привод механизма передвиже­ ния дает возможность производить перегрузочные работы на бе­ регу при поднятой консоли. Перегрузка контейнеров на железно­ дорожные платформы или автотранспорт может осуществляться как в пролете мостового перегружателя, так и под береговой кон­ солью.

Для перевозки контейнеров на небольшие расстояния и по­ грузки их на автомобильный транспорт, а также для складиро­ вания используют портальные контейнеровозы, специальные пневмоколесные краны.

Большинство машин, предназначенных для перегрузки контей­ неров, снабжается специальными грузозахватными приспособле­ ниями. Наиболее совершенными и удобными в работе являются автоматизированные захваты с дистанционным управлением, на­ зываемые спредерами. '

Спредер состоит из трех частей: подвески, рамы и захватов. Тип подвески определяется способом соединения грузозахватного приспособления с перегрузочной машиной, но для кранового обо­

264

рудования она состоит из канатов, навешиваемых на крюк или крюки грузоподъемной машины. Рама представляет собой пря­ моугольного очертания (в плане) металлоконструкцию.

По ее углам находятся штыковые захваты, которые при на­ кладывании спредера на контейнер заходят в верхние отверстия верхних фитингов, а затем поворачиваются на 90°. Тем самым контейнер оказывается скрепленным с рамой. Каждый штык име­ ет гидравлический привод, и их поворот происходит одновремен­ но. В некоторых конструкциях раму выполняют телескопической, и с помощью механизма можно 'изменять ее размеры, приспо­ сабливая один и тот же спредер под контейнеры различных типов.

Поскольку при перегрузке контейнера со склада, либо с одно­ го вида транспорта на другой необходимо изменять его положе­ ние, выставляя вдоль или поперек, например платформы транс­ портного средства, рама может состоять из двух частей: верхней рамы, связанной с подвеской, и нижней, связанной с захватами.

ся направляющими, которые установлены по ее углам. Они «на­ целивают» раму при опускании приспособления сверху на кон­ тейнер. Однако при загрузке судов ячеистой конструкции боковой зазор между контейнером и стенкой ячейки настолько мал, что выступающие за габарит рамы направляющие мешают опусканию контейнера в ячейку. Поэтому имеется механизм подъема направ­ ляющих в вертикальное положение.

При перегрузке контейнер вместе с грузозахватным приспособ­ лением может наклониться, так как центр его тяжести не совпа­ дает с центром подвески из-за неравномерности укладки груза. Иногда специально контейнеру необходимо придать технологиче­ ский уклон, например при погрузке на палубу судна, при установ­ ке и съеме с наклонной транспортной платформы. Поэтому спре­ дер снабжен механизмом смещения центра подвески. Этот ме­ ханизм чаще всего винтового типа с приводом от электродвигате­ ля через редуктор. Кроме того, имеется кабельный барабан, ко­ торый размещают на раме грузозахватного приспособления или на перегрузочной машине.

Таким образом, спредер снабжен механизмами: поворота шты­ ковых захватов, подъема направляющих, вращения контейнера, изменения размеров рамы, смещения центра подвески, привода кабельного барабана.

Перспективным является создание телеавтоматического уп­ равления несколькими складскими машинами, осуществляемое одним оператором, и построение оптимальных маршрутов движе­ ния машин, если известны координаты грузов на ПТМ и коорди­ наты свободных мест на складских площадях, т. е. может быть осуществлено оптимальное адресование грузов.

265

Г Л А В А XIV

НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

§ 40. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ

НАДЕЖНОСТИ

Автоматизация производственных процессов приводит к ус­ ложнению машин и различных устройств, что, в свою очередь, уменьшает надежность их работы. В настоящее время, как было отмечено акад. А. И. Бергом, проблема надежности является са­ мым важным вопросом из всех вопросов технического прогресса. Как показывает история развития техники, технический прогресс определяется не только открытием новых законов, не только со­

расчета и оценки надежности, разрабатывает наиболее эффектив­ ные пути повышения работоспособности деталей, узлов, агрега­ тов, устройств, механизмов, машин и целых систем. Надежность, по определению акад. А. И. Берга, «...это обобщенный, статисти­ ческий, количественный показатель, который дает итоговую оцен­ ку многим качествам изделий»1.

Теории надежности, как любой науке, свойственны свои поня­

Предметом изучения в теории надежности является поведение изделия. Под изделием подразумеваются и целые системы, и эле­ менты этих систем, т. е. машины, механизмы, аппараты, приборы и части машин, механизмов, аппаратов и приборов, т. е. агрега­ ты, узлы и детали.

Все изделия делятся на неремонтируемые или изделия, заме­ няемые после первого ремонта, и ремонтируемые. Такое деление необходимо, так как показатели надежности ремонтируемых и неремонтируемых изделий различны.

Любое изделие может находиться в одном из следующих че­ тырех состояний: исправное и работоспособное; исправное, но не­

1 А. И. Бе р г . Кибернетика и надежность. М., «Знание», 1963, стр. 24.

266

спараметрами, установленными технической документацией.

Впроцессе эксплуатации изделий возникают различные неис­ правности. Неисправности, которые приводят к неисправному со­ стоянию, а работоспособность изделия при этом сохраняется, на­

Примером постепенного (износного) отказа является износ щеток электри­ ческого двигателя. Отказы, вызванные механическим износом, можно прогно­ зировать на основе известных характеристик изнашивания, что дает возмож­ ность предотвращать отказ своевременной заменой щеток при обслуживании.

Возникновение внезапного отказа предвидеть невозможно, однако, если известна интенсивность отказов, статистически можно предсказать вероятность возникновения внезапного отказа для любого периода времени.

Например, в схеме автоматики произошло короткое замыкание, в резуль­ тате которого возросла нагрузка на лампу и она вышла из строя. Такой отказ

267

Отказы по способу устранения:

а) с заменой детали — отказ, при котором требуется замена отказавшей детали;

б) без замены детали — отказ, который может быть устранен регулировкой.

Отказы по частоте возникновения:

а) единичный — отказ, возникший вследствие грубого наруше­ ния правил эксплуатации или производственного дефекта;

б) систематический — часто повторяющийся отказ вследствие одной и той же причины.

Отказы по времени возникновения:

а) в период приработки; б) в период нормальной эксплуатации;

в) в аварийный период, следующий за периодом нормальной эксплуатации.

обслуживания или ремонта.

Из рассмотренной классификации можно сделать вывод, что вариации времени безотказной работы зависят от вариации каче­ ства изготовления (конструктивные, технологические, производст­ венные отказы), от условий эксплуатации (эксплуатационные, ре­ монтные отказы), от производственного процесса из-за посте­ пенного изнашивания (старение).

При анализе причин возникновения отказов элементов авто­ матических систем целесообразно выделять группу элементов электрической части оборудования (двигатели, сопротивления, ре­ ле, конденсаторы, электронные лампы, полупроводниковые при­ боры), группу элементов механической части (передачи, рычаж­ ные системы, подшипники) и группу вспомогательных элементов (болты, панели, винты, кожухи).

Для правильной оценки показателей надежности необходимо проанализировать схемы возникновения отказов, которые могут быть следующими.

1. Схема мгновенных отказов.

Отказы по этой схеме возникают независимо от того, сколько времени из­ делие находилось в эксплуатации и каково его состояние. Например, отказ реле может возникнуть вследствие резкого повышения напряжения.

2. Схема накапливающихся изменений.

268

При такой схеме возникновения отказа в изделии постепенно накаплива­ ются повреждения (постепенное изнашивание, старение), которые приводят к ухудшению параметров работы. Когда эти накапливающиеся изменения приве­ дут изделие к предельному состоянию, время до выхода его за допустимый предел является временем безотказной работы.

Например, при работе ламп наблюдается постепенное выделение и накоп­ ление кислорода и водяных паров в баллоне лампы и другие изменения, кото­ рые приводят к ухудшению ее параметров. При определенных значениях этих параметров лампу можно расценивать как непригодную, т. е. отказавшую в результате накопившихся изменений.

3. Схема релаксации.

Бывают случаи, когда постепенно накопившиеся изменения являются не прямой, а косвенной причиной отказа, т. е. накопление повреждений приводит к росту вероятности отказа. Для этой схемы характерно сочетание постепен­ ного накопления повреждений со скачкообразным изменением состояния из­ делия.

Например, отказ зарезервированной электронной схемы, когда нагрузка на нее возрастает вследствие отказа резервных элементов.

4. Схема действия нескольких независимых причин.

Чаще всего на практике отказ наступает вследствие взаимодействия раз­ личных причин, но обычно из всех причин одна-две являются преобладающи­ ми, а влияние остальных причин настолько слабо, что на них не обращают внимание.

При исследовании надежности изделия прежде всего стремятся выявить преобладающие причины отказов, а затем, если есть необходимость, выявляют остальные. В том случае, если все причины действуют одновременно и оказы­ вают одинаковое влияние, целесообразно все причины условно заменить одной, эквивалентной всем одновременнодействующим.

5. Схема действия нескольких связанных (зависимых) причин.

ли производительности, экономичности, рентабельности) в задан­ ных пределах в течение требуемого промежутка времени или тре­ буемой наработки, которая характеризуется продолжительностью

тоспособность, т. е. работать без отказов, в течение установлен­ ного периода времени или наработка без перерывов на проведе­ ние технического обслуживания и ремонта.

Д о л г о в е ч н о с т ь — свойство изделия сохранять работоспо­ собность до предельного состояния с необходимыми перерывами

269