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.