Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Зуев.doc
Скачиваний:
177
Добавлен:
22.11.2019
Размер:
18.64 Mб
Скачать

8.5. Краны-штабелеры

Краны-штабелеры являются основным средством механизации работ на складах тарно-штучных грузов. Краны-штабелеры по конст­рукции разделяют на мостовые и стеллажные. Мостовые краны-шта­белеры бывают в подвесном и опорном исполнении.

Применение кранов-штабелеров в складах при обслуживании напольными погрузчиками позволяет сократить ширину проходов с 2,5...3 м для мостовых кранов-штабелеров, управляемых с пола, до 1,5 м, для мостовых кранов-штабелеров, управляемых из кабины, -до 2,0 м. Для стеллажных кранов-штабелеров ширину проходов обыч­но принимают 1,0...1,3 м. Это позволяет увеличить полезную площадь складов.

Грузоподъемность кранов-штабелеров, выпускаемых нашей про­мышленностью, - 0,125-12,5 т при длине пролета до 30 м. При высоте складов до 6,0 м обычно используют мостовые краны-штабелеры, управляемые с пола (ОП); при высоте до 9,0 м можно использовать краны, управляемые из кабины (ОК); при больших высотах складов рекомендуется использовать стеллажные краны-штабелеры.

Предельные значения ускорений и замедлений в периоды неус­тановившихся процессов движения для механизмов подъема кранов-штабелеров принимают не более 0,5 м/с2, а для механизмов передвиже­ния крана при высоте подъема до 6 м - не более 0,8 м/с2; при большей высоте подъема не более 0,4 м/с2.

Основным узлом мостового крана-штабелера является мост, состоящий из двух главных балок, по которым перемещается тележка с установленными на ней поворотным кругом с платформой, колонной и электрической лебедкой (механизмом подъема). Колонна, пред­ставляющая собой две вертикальные направляющие, предназначена для установки на ней и обеспечения вертикального перемещения грузоподъемной каретки с грузозахватным приспособлением.

Мост крана-штабелера по конструкции не отличается от моста обычного мостового крана. Главные балки его выполнены из двутав­ровых профилей или сварными - коробчатого сечения.

Тележки кранои-штабелеров, как и краны, по способу установки на мосту бывают подвесными (на штабелерах грузоподъемностью до 1,0 т) и опорными.

Для кранов-штабелеров и тележек в подвесном исполнении используют механизмы передвижения от электрических талей. Ме­ханизмы передвижения, как правило, имеют двухскоростной привод. В соответствии с ГОСТ 16553 мостовые краны-штабелеры по конст­руктивному исполнению делятся на три типа: мостовой опорный, управляемый с пола (ОП); мостовой опорный, управляемый из кабины (ОК); мостовой опорный, управляемый из кабины для длинномерных грузов (ОКД).

В отдельных случаях целесообразно применять краны-штабелеры с телескопической колонной, например при работе на участке погрузки автотранспорта или в зоне комплектации. 325

Техническая характеристика мостовых кранов-штабелеров, применяемых на складах современных предприятий, приведена в табл. 8.4.

На рис. 8.15 показан кран-штабелер ОП-1,0.

Если мосты мостовых кранов-штабелеров, как было сказано выше, практически не отличаются от мостов обыкновенных мостовых кра­нов, то тележки имеют существенные отличия. Это обусловлено прежде всего наличием поворотной платформы, на которой установ­лен механизм подъема. Механизм поворота может быть установлен как на поворотной платформе, так и на раме, т. е. неподвижной части тележки. Одним из основных требований, предъявляемых к конст­рукции тележек кранов-штабелеров, является минимальная высота, так как она в значительной степени определяет общую конструктив­ную высоту крана. По типу поворотного устройства тележки бывают двух конструктивных типов: оборудованные опорно-поворотными кругами и с вращением колонны на подшипниках.

На рис. 8.16 показана тележка с опорно-поворотным кругом. Для крепления колонны к нижней части вращающейся платформы прива­рены специальные косынки. Механизм поворота 6 в данном случае состоит из электродвигателя, тормоза, трехступенчатого редуктора и

приводного обрезиненного колеса. Он установлен на шарнире и с помощью пружины обрезиненное колесо прижимается к ободу вра­щающейся платформы.

Тележка передвигается по рельсам, уложенным на балки моста, с помощью специального механизма 7.

На рис. 8.17 показана тележка крана-штабелера грузоподъем­ностью 1 т подвесного типа. На тележке (рис. 8.17, с) укреплена колон­на 3 в комплексе с кареткой 1 и кабиной 2.

Подъем грузоприемной каретки осуществляется с помощью двух ветвей одного каната, огибающего уравнительный блок, установлен­ный на каретке. Канатный барабан механизма подъема 4 имеет две нарезки для наматывания каната.

Тележка (рис. 8.17, б) представляет собой плоскую четырехуголь­ную сварную платформу 2 с круглым проемом в центре, оборудован­ную кольцевым кронштейном для крепления опорно-поворотного круга. По углам рамы тележки крепятся две неприводных 3 и две приводных 9 монорельсовых тележки.

Поворотный круг 11 с внутренним зубчатым венцом несет на себе поворотную платформу 8, на которой установлен механизм подъема, состоящий из электродвигателя 1, тормоза 4, редуктора 5, открытой зубчатой передачи 6 и барабана 7.

На поворотной платформе установлен механизм поворота 10, состоящий из электродвигателя, колодочного тормоза специальной конструкции и червячного редуктора, на выходном конце тихоходно­го вертикального вала которого установлена шестерня, входящая в зацепление с зубчатым венцом опорно-поворотного круга. В центре поворотной платформы установлен кольцевой токосъемник.

Принципиальная схема телескопической колонны мостового крана-штабелера с запасовкой канатов показана на рис. 8.18.

Работа механизма подъема в совокупности с телескопической колонной осуществляется следующим образом. При наматывании каната 6 на барабан механизма подъема 7 каретка 1 с грузом и закреп­ленными на ней блоками 8 и 9 поднимается вверх. При этом посредст­вом каната 4, закрепленного на неподвижной секции 5 колонны и огибающего блок 9 на каретке, и блока 2 на подвижной секции 3 колонны, перемещается вверх и подвижная секция. Причем скорость передвижения подвижной секции в два раза меньше скорости пе­ремещения каретки.

Расчет кранов-штабелеров мостового типа аналогичен расчету обычных мостовых кранов с учетом некоторых особенностей.

Так, при расчете механизма подъема кроме массы поднимаемого груза GГ необходимо учитывать массу каретки Скар и массу подвижной секции колонны Gкол.

Максимальное натяжение каната при подъеме груза

где ап— число полиспастов механизма подъема; для кранов-штабелеров обычно ап=2; ηбл -КПД блока; принимают nбл=0,97...0,99; тпкратность полиспаста.

При расчетах величину GГ обычно задают, величины же Gкap и Gкол следует задавать в зависимости от величины GГ. Ориентировочно Gкap=(O,O5...O,1)GГ;

Определив 5mах, рассчитывают разрушающую нагрузку

По Sразр выбирают канат, выписывают его марку и диаметр dк, пос­ле чего определяют размеры канатного барабана

Для кранов-штабелеров обычно применяют лебедки, имеющие канатные барабаны с двойной (правой и левой) нарезкой. Длина таких барабанов (м)

где H — высота подъема груза, м; tK — шаг канавок нарезки барабана, tK = dK + (2...3) мм; l1 — промежуток в середине барабана между нарезками правого и левого направлений. Значение l1 принимается исходя из конструктивных соображений.

Статическая мощность электродвигателя (кВт)

где vк—скорость наматывания каната, м/с:

vк = vгmп,

здесь ηо общий КПД привода; можно принять η0 = 0,75...0,8.

По потребной статической мощности выбирают электродвигатель и рассчитывают для выбранного электродвигателя время разгона (с)

где Тпк -пусковой момент выбранного по каталогу электродвигателя, Н • м; Тс — стати­ческий момент на валу электродвигателя, необходимый для преодоления грузового момента на барабане, Н * м:

δ— коэффициент приведения маховых моментов вращающихся масс привода к валу электродвигателя; δ = 1,1...1,15; (GD 2)э — маховый момент ротора электродвигателя, кг*м2.

Рассчитанная таким образом величина t'p дает возможность опре­делить среднее ускорение при пуске и сравнить его с допускаемым:

Максимальное время разгона не должно превышать 3...5 с. Если а > [а], то необходимо заменить электродвигатель на меньший по мощности.

Величину передаточного числа и определяют, исходя из соот­ношения

где nб — частота вращения барабана, об/мин:

По передаточному числу и и потребной мощности привода с учетом режима работы выбирают редуктор.

Выбор тормоза для механизма подъема осуществляют по тормоз­ному моменту

где КT — коэффициент запаса торможения, который по правилам Госгортехнадзора при­нимается для легкого режима -1,5; среднего - 1,75; тяжелого — 2,0; весьма тяжелого — 2,5; Тт.сстатический тормозной момент, Н * м:

Для выбранного по тормозному моменту тормоза рассчитывают время торможения (с)

где Tтк -тормозной момент, создаваемый выбранным тормозом, значения которого берут из каталогов, Н * м.

По действительному времени торможения tТ определяют среднее значение ускорения в период торможения и сравнивают его с допус­каемым. Если действительные ускорения превышают допускаемые, тормоза регулируют на снижение создаваемого тормозного момента.

Расчет механизма поворота сводится к определению момента сопротивления вращению поворотной части крана Тв.т , который обусловлен моментом сил трения WТ , приложенным к телам качения относительно оси вращения. Для кранов с поворотным кругом

где DKдиаметр поворотного круга или кругового рельса, размер которого определяется конструктивно, так как на поворотной площадке поворотного круга необходимо размес­тить механизм подъема, а иногда и механизм поворота, м;

здесь GП.К — масса поворотной части крана; в предварительных расчетах можно принять Gп.к = (2...3)GГ, кг; w' — коэффициент сопротивления в элементах, обеспечивающих поворот (катки, шаровые опоры и т. д.); при использовании шариковых или роликовых поворотных кругов w' = 0,015—0,02; катков на осях, перемещающихся по круговому рельсу:

где к коэффициент трения качения катка по рельсу; к = 0,5...0,6 мм; f — коэффициент трения скольжения в цапфах катков; для подшипников скольжения f = 0,08...0,1, для подшипников качения f = 0,015...0,02; kр — коэффициент, учитывающий трение реборд, кp = 2,0...2,5; Dx — диаметр ходовых опорных катков, как правило, принимают Dх.к = 80...150 мм; d — диаметр цапф катков, мм; значение d определяют, исходя из принятого значения Dх.к и соотношения Dх.к /d = 4...б.

Зная величину момента сопротивления повороту Tв.т (Н * м), можно определить потребную мощность электродвигателя для привода механизма

где nк— частота вращения колонны крана; обычно принимают nк= 2...5 об/мин; ηП — КПД привода, для механизмов поворота ηп= 0,5...0,7.

Из каталога по потребной мощности выбирают электродвигатель и определяют общее передаточное число привода

uобщ= nэ/ nк

В механизмах поворота мостовых кранов-штабелеров привод, как правило, представляет собой сочетание редуктора и открытой пере­дачи. Причем передаточное число открытой передачи, связывающей кинематически выходной вал редуктора с поворотным кругом, обыч­но находится в интервале 6...15, что позволяет обеспечить большое общее передаточное число привода.

Частоту вращения колонны мостовых кранов-штабелеров пК , управляемых из кабины, принимают не выше 4 об/мин, а управляемых с пола - не выше 2,5 об/мин.

Выбранный по статической мощности электродвигатель обычно проверяют по пусковому моменту

где (GD2)э — маховый момент выбранного электродвигателя, кг *м2; пэ — частота вра­щения вала электродвигателя, об/мин; LГрасстояние от центра вращения до центра тяжести груза, м; (ΣGD2) — суммарный маховый момент поворотной части крана (ка­ретки и колонны с поворотным кругом), кг • м2; tp — время разгона, с.

Для механизма поворота время разгона tp и торможения tТ

где β - рекомендуемый угол поворота груза за время разгона (торможения); для кранов-штабелеров β =π/9.

Соотношение Тп н не должно превышать паспортного значения для выбранного двигателя. В данном случае Тн = 9550Рэл/nэл (Н • м) -номинальный момент электродвигателя.

Тормоз для механизма поворота выбирают по тормозному моменту (Н*м)

Механизмы передвижения кранов-штабелеров как мостовых, так и стеллажных по конструкции аналогичны механизмам передвижения обычных мостовых кранов.

Для расчета механизма передвижения задаются скоростью пере­движения (см. табл. 8.4) крана или тележки, ориентировочно опреде­ляют массу перемещаемого агрегата (крана или тележки) Gn.a, массу груза, длину пролета, а также режим работы. Особенностью расчета кранов-штабелеров является то, что они предназначены для работы внутри складов и ветровой нагрузке не подвергаются.

В начале расчета в зависимости от нагрузки N выбирают тип и диаметр ходовых колес Dх.к.

Для крана

где CK ,GT ,GГмасса соответственно крана, тележки и груза, кг; LK пролег крана, м; l — нерабочая часть пролета крана, м.

Для тележки можно принять равномерное распределение нагрузки на колеса, т. е.

Сопротивление передвижению тележки или крана

где w' — коэффициент сопротивления передвижению:

где к — коэффициент трения качения колес по рельсам, η = 0,5...0,б мм; k — коэффициент трения в цапфах, f = 0,08...0,1 для подшипников скольжения и f = 0,015...0,02 для под­шипников качения; kp — коэффициент, учитывающий трение реборд о направляющие рельсы, для тележек кр = 2,0..2,5, для кранов kp = 1,2...1,5; в расчетах можно принять для тележек DX.K /d = 4...6, для кранов DX.K /d = 6...8; Gn.a — масса перемещаемого агрегата.

При известной скорости передвижения vп потребная статическая мощность электродвигателя ( кВт)

где η- КПД передаточного механизма; η = 0,8...0,9.

Для выбранного по потребной мощности электродвигателя рассчи­тывают время разгона (с)

где T'п — пусковой момент выбранного электродвигателя, Н • м; Tс — статический момент сопротивления, приведенный к валу электродвигателя, Н * м:

здесь и = пэ /пхк ; nх.к = 60vп /пDх.к; (GD2)Э - маховый момент выбранного электро­двигателя, кг • м2.

Зная величину tр, рассчитывают действительное ускорение а = v / tр и сравнивают его с допускаемым (amax), рассчитанным с учетом того, что буксование в момент начала движения (при пуске электродвига­теля) отсутствует:

где nпр — число приводных колес; т — общее число колес.

Если а > [аmах], то необходимо взять меньший по мощности элект­родвигатель.

Динамические нагрузки, возникающие в период торможения механизма передвижения, обусловлены необходимостью поглощения кинетической энергии механизма, причем статический момент Tс.т, создаваемый сопротивлением трения WT ходовой части тележки (или крана), помогает торможению, а сопротивление от уклона Wy пре­пятствует ему. Исходя из этого, тормозной момент (Н • м)

где tT — время торможения, с.

Минимальная его величина определяется исходя из максимально допустимого ускорения, рассчитываемого при условии отсутствия юза при торможении:

где n3 — число затормаживаемых колес; т — общее число колес; kcц — коэффициент сцепления колес с рельсами; принимают ксц = 0,15; <φсц — коэффициент запаса сцепления, при работе без ветровой нагрузки φсц = 1,2.

максимальное время торможения не должно превышать 3...5 с. По ве­личине тормозного момента Тт выбирают тормоз.

Стеллажные краны-штабелеры в отличие от мостовых перемеща­ются только по одному межстеллажному проходу. Для того чтобы

обеспечить обслуживание нескольких проходов между стеллажами одним краном-штабелером, необходимо иметь дополнительные транс-бордерные устройства для перемещения крана-штабелера из одного прохода в другой.

Современный стеллажный кран-штабелер выполнен виде нижней ходовой балки, оборудованной двумя опорными колесами, к которой крепят одну или две колонны, имеющие сверху горизонтально рас­положенные направляющие ролики. При установке двух колонн верхние их концы соединяют горизонтальной балкой. Колонна служит направляющей для перемещения грузоприемной каретки, несущей телескопический захват и кабину.

На рис. 8.19, а показан одноколонный стеллажный кран-штабелер. Нижняя балка 1 опирается на приводное 11 и холостое 2 колеса, к балке прикреплена колонна 8, на верхней части которой установлены опорные горизонтальные ролики 7.

По колонне с помощью механизм4 подъема 9 и канатной тяги перемещается грузоприемник 6 с грузовым телескопическим захва­том 3 для груза 5 и кабиной 4. Кран снабжен шкафом электрообору­дования 10.

Двухколонные стеллажные краны-штабелеры (рис. 8.19, б) при­меняют при больших высотах складов и значительной грузоподъем­ности. Кран-штабелер имеет нижнюю опорную балку 1, которая опи­рается на приводное 16 и холостое 2 колеса. К опорной балке крепятся две колонны 4 и 14, верхние концы которых соединены продольной верхней балкой 10. На последней установлены две пары горизонталь-, ных опорных роликов 9 и механизм синхронизации 11. Между колон­нами с помощью механизма подъема 15 перемещается грузоприем­ник 7, на котором установлены выдвижные телескопические захваты 5, служащие для установки пакетов 8 в ячейки стеллажей, и кабина 6. Для регулирования верхних роликов и механизма синхронизации 11 предусмотрена рабочая площадка 12, вход на которую возможен по лестнице 13. На одной из колонн крепится шкаф электрооборудова­ния 3. Конструкция механизмов подъема и передвижения стеллажных кранов-штабелеров практически ничем не отличается от аналогичных механизмов других грузоподъемных машин. Методики их расчета также идентичны.

Для стеллажных кранов-штабелеров применяют выдвижные ви­лочные или телескопические грузовые захваты. Вилочные захваты укреплены на выдвижной каретке, передвигающейся по направляю­щей траверсе. Последняя может поворачиваться на 180° в горизон­тальной плоскости с целью обеспечения обслуживания двух стелла­жей, расположенных по обе стороны межстеллажного прохода.

Телескопические захваты (рис. 8.20) обычно состоят из трех сек­ций: неподвижной и двух подвижных - промежуточной и грузоне-сущей, которая служит опорной площадкой для установки груза. Грузонесущая секция при помощи опорных роликов перемещается по направляющим промежуточной секции, которая, в свою очередь, опирается роликами на направляющие неподвижной секции и пере­двигается по ним. Обе подвижные секции выдвигаются одновременно в одном направлении посредством привода примерно наполовину своей длины. Причем скорость выдвижения грузовой секции в два раза больше скорости выдвижения промежуточной секции. Захват может выдвигаться в двух направлениях. Привод захватов в данном случае осуществляется от электродвигателя через редуктор к при водному валу захвата. При включении привода посредством шестерни приводного вала движение сообщается зубчатым рейкам, жестко закрепленным на промежуточной секции.

Движущаяся вместе с промежуточной секцией и закрепленная на ней шестерня входит в зацепление с неподвижной зубчатой рейкой и, получая при этом вращение, приводит в движение с удвоенной скоростью зубчатую рейку, жестко закрепленную на грузовой секции захвата.

Поступательное движение секциям захватов может сообщаться кроме указанного способа с помощью цепных и винтовых передач. Так, применяют захваты, в которых движение промежуточной секции передается реечным механизмом, а движение грузовой выдвижной секции осуществляется цепью, один конец которой закреплен непод­вижно на неподвижной секции, другой же - на грузовой выдвижной секции.

На промежуточной секции укреплен подвижный блок, который огибает цепь. Такая конструкция позволяет выдвижной секции развить вдвое большую скорость перемещения по сравнению с про­межуточной. Для обеспечения движения в обе стороны устанавливают две цепи: одну для привода вправо, другую - влево. Иногда вместо реечного привода промежуточной секции применяют винтовой.

Заслуживает внимания конструкция двойного синусоидального захвата (рис. 8.21), применяемого фирмой "Demag" в новых стеллаж­ных кранах-штабелерах.

Захват приводится в действие от электродвигателя через чер­вячный редуктор. При этом с помощью приводной звездочки, полу­чающей вращение от тихоходного вала редуктора, в движение при­водится втулочно-роликовая цепь, замкнутая в горизонтальной плоскости. С помощью специального пальца, прикрепленного к цепи и входящего в зацепление со специальным поводком, подвижно поса­женным на поперечную шлицевую траверсу, жестко прикрепленную к промежуточной секции, обеспечивается перемещение последней в ту или иную сторону. Причем в начале и конце хода скорость переме­щения изменяется плавно, по синусоидальному закону. Это позволяет обеспечить большие скорости перемещения захвата, что способствует увеличению производительности.

Расчет захвата сводится к определению потребной мощности Рпотр для перемещения захвата с грузом в крайнем, наиболее неблагопри­ятном положении, а также следует произвести кинематический и прочностной расчет элементов и деталей захвата. Схема сил, дейст­вующих на элементы захвата в выдвинутом крайнем положении, показана на рис. 8.22.

Потребная мощность для перемещения груза захватом

где Р1 — потребная мощность для перемещения грузовой секции, кВт (с грузом):

КПД привода в данном случае ввиду незначительных скоростей выдвижения и сложности передаточных механизмов следует принять равным 0,5...0,6.

В соответствии с ГОСТ 16553 стеллажные краны-штабелеры по конструктивному исполнению разделяются на три типа: стеллажный автоматический опорный СА (складской робот), стеллажный автома­тический для длинномерных грузов опорный САД; стеллажный ком­плектовочный опорный СК. Техническая характеристика стеллажных кранов-штабелеров приведена в табл. 8.5.