Применение выдвижных (и поворотных) вилочных захватов, подобных используемым на автопогрузчиках, позволило полностью исключить ручной труд при пакетной переработке груза. Однако это влечет за собой увеличение прохода между стеллажами, так как необходимо оставлять определенное место для крепления вилочных захватов. Поэтому получили распространение выдвижные телескопические захваты, технологически более сложные, чем вилочные, но позволяющие создать проход между стеллажами минимальной ширины, равной практически сумме ширины перерабатываемого груза и зазоров (по 50 - 100 мм на сторону) между грузом и стеллажом.
Телескопические захваты представляют собой три секции одинаковой длины, из которых одна неподвижная, а две другие подвижные. Причем секция, которая несет на себе груз, движется с увеличенной вдвое скоростью по отношению к промежуточной. Телескопические захваты могут выдвигаться в обе стороны поперек прохода.
Значительные изменения претерпела система управления кранов-штабелеров, начиная от ручного управления оператором из кабины на первых кранах-штабелерах и кончая полностью автоматизированным управлением, применяемым на стеллажных кранах-штабелерах последних поколений. Изменился принципиальный подход к конструированию приводных механизмов. Переход от ручного к автоматическому управлению и возросшие скорости перемещения обусловили переход от применения асинхронных электродвигателей к электродвигателям постоянного и переменного тока с тиристорным регулированием скорости, а также к электродвигателям с микроприводом. Более широко стали применяться редукторы, специально предназначенные для использования на кранах-штабелерах, вместо редукторов общепромышленного применения.
Изменения в конструкции кабин операторов направлены в основном на улучшение условий труда, создание комфортных условий и обеспечение безопасности в работе.
В настоящее время стеллажные краны-штабелеры являются
высокопроизводительным надежным оборудованием, которое отличает отработанность
конструкции, ее высокая технологичность, тщательность отделки. Таким образом
поиски наиболее оптимальных конструктивных решений завершились созданием
современных стеллажных кранов-штабелеров, имеющих много общего в конструкции,
но отличающихся один от другого техническим исполнением отдельных узлов,
деталей, систем управления. Можно сделать предположение, что дальнейшие
конструктивные поиски будут направлены в основном на повышение надежности,
технологичности, расширение функциональных возможностей системы управления.
1.1 Общая компоновка
Стеллажные краны-штабелеры изготовляют в настоящее время в различных странах. Конструктивные их решения обусловлены традициями, технологическими возможностями, наличием освоенного производства узлов подъемно-транспортных машин, систем управления. В принципе компоновки стеллажных кранов-штабелеров однотипны.
Современный стеллажный кран-штабелер выполнен в виде нижней ходовой балки, оборудованной двумя безребордными колесами, к которой крепят одну или две колонны, имеющие сверху горизонтально расположенные направляющие ролики. Если устанавливают две колонны, то верхние их концы соединяют горизонтальной балкой. По колонне с помощью канатного или реже цепного привода механизма подъема перемещается консольно установленный грузоподъемник, несущий кабину управления и выдвижной телескопический захват. На стеллажных кранах-штабелерах, предназначенных для поштучного отбора грузов, так называемых комплектовочных кранах-штабелерах, вместо выдвижных телескопических захватов можно устанавливать гладкие или роликовые столы, а также другие приспособления для укладки в стеллажи и отбора из стеллажей грузов.
Одноколонный стеллажный кран-штабелер имеет нижнюю ходовую балку, на которой установлены приводное и холостое колеса. К балке крепят колонну, на верхней части которой установлены горизонтальные ролики, удерживающие кран-штабелер в вертикальном положении.
По колонне перемещается консольный грузоподъемник с кабиной оператора. Кабина оператора имеет небольшой свободный ход относительно грузоподъемника для того, чтобы полностью использовать высоту склада. На два телескопических захвата грузоподъемника устанавливается груз. грузоподъемник по колонне перемещается с помощью канатного механизма подъема. шкаф с электрооборудованием соединен с колонной кронштейном.
Двухколонные стеллажные краны-штабелеры применяют при больших высоте подъема и грузоподъемности. Кран-штабелер имеет нижнюю опорную балку, на которой установлены приводное и холостое колеса. К опорной балке крепят две колонны и соединенные верхними концами продольной балки. На этой балке установлены две пары горизонтальных роликов и механизм синхронизации, применяемый для уменьшения амплитуды перемещения верхней части колонны относительно ее нижней части.
Между колонн перемещается грузоподъемник, представляющий собой платформу, с двух сторон оборудованную каретками, ролики которых обкатываются по направляющим колонн. На грузоподъемнике установлена кабина оператора и выдвижные телескопические захваты, служащие для установки в стеллажи пакетированного груза. грузоподъемник поднимается с помощью канатного механизма подъема, который установлен на одной колонне, а на второй - шкаф с электрооборудованием. Для обслуживания механизма подъема и механизма синхронизации на одной из колонн крепят рабочие площадки, к которым по лестнице поднимается обслуживающий персонал.
Сравнивая схемы этих кранов нетрудно увидеть, что использование полезной высоты склада при применении двухколонных кранов-штабелеров хуже, чем в одноколонных. Во-первых, из-за наличия верхней балки, соединяющей колонны, и, во-вторых, из-за того, что кабина не может вертикально перемещаться относительно грузоподъемника.
Одноколонную или двухколонную схему крана-штабелера выбирают прежде всего из условий обеспечения фиксированного положения груза на грузоподъемнике. При выдвижении груза инерционные силы приводят к поперечному перемещению рамы грузоподъемника в результате зазоров направляющих роликов грузоподъемника и закручивания колонн в поперечной плоскости. Очевидно, что это поперечное перемещение консольного грузоподъемника существенно больше, чем перемещение грузоподъемника, имеющего направляющие ролики, расположенные с обеих сторон по направлению движения крана-штабелера. Поэтому при грузах массой более 2 т, при грузах, длина которых более 2 - 2,5 м и при большой высоте подъема (свыше 20 м) применяют двухколонные краны-штабелеры.
Одноколонные краны-штабелеры по сравнению с двухколонными имеют минимальные собственные массу и размеры; позволяют лучше использовать высоту помещения и более удобны при монтаже. Недостатками одноколонных стеллажных кранов-штабелеров являются относительно большое поперечное перемещение грузоподъемника и увеличенные нагрузки на направляющие катки грузоподъемника в результате его консольного расположения, и, как следствие этого, - большой износ катков и направляющих колонны.
Эти недостатки не оказывают существенного влияния при грузоподъемности кранов-штабелеров до 2,0 - 2,5 т. Однако при грузоподъемности свыше 2 т и при больших (свыше 2,5 м) размерах груза устранение этих отрицательных влияний путем увеличения прочности и жесткости металлоконструкций, увеличения диаметров направляющих катков грузоподъемника и расстояния между ними приводит к неоправданному увеличению массы и размеров крана-штабелера. В этих случаях предпочтение следует отдать двухколонной схеме, при которой кран-штабелер работает в значительно более благоприятных условиях.
.2 Механизмы
Механизмы подъема стеллажных кранов-штабелеров принципиально мало отличаются от соответствующих механизмов других грузоподъемных машин. В подавляющем большинстве на стеллажных кранах-штабелерах применяют канатные механизмы подъема. Механизм подъема, как правило, состоит из электродвигателя, тормоза, редуктора и канатного барабана. Эти механизмы имеют определенные ширину, ограниченную шириной межстеллажного прохода, и длину, непосредственно зависящую от длины крана-штабелера. Поэтому наибольшее распространение получила вертикальная компоновка механизма подъема. Основой механизма является вертикальный конусно-цилиндрический редуктор, который крепят к задней стенке колонны. Канатные барабаны устанавливают или на двух концах выходного вала по обе стороны редуктора (в этом случае используют канат без полиспаста), или на одном конце вала, тогда груз поднимают с помощью полиспаста, а свободный конец каната через блоки крепят к ограничителю грузоподъемности. На редуктор сверху помещают фланцевый вертикальный электродвигатель. Тормоз устанавливают на тормозной муфте, соединяющей редуктор с электродвигателем.
Стеллажные краны-штабелеры могут иметь иную компоновку механизма подъема. На них используют стандартные червячные или цилиндрические крановые редукторы и тормозы вертикального исполнения. Редуктор и электродвигатель установлены горизонтально по продольной оси крана-штабелера. Канатный барабан установлен или на выходном валу редуктора, или соединен с редуктором зубчатой передачей. Длина подобного механизма больше, чем механизма при вертикальной компоновке. Однако на размерах крана-штабелера такая компоновка механизма подъема не сказывается, так как его встраивают внутрь решетчатой колонны.
Описанная компоновка механизма подъема выгодна тем, что при ее использовании не требуются специальные конусно-цилиндрические редукторы, стоимость которых больше, чем червячных или цилиндрических.
Механизм передвижения
Механизм передвижения принципиально не отличается от механизмов передвижения других грузоподъемных устройств. Они состоят из электродвигателя, тормоза и редуктора, соединенного с ходовым колесом. Подобно механизмам подъема, механизмы передвижения, как правило, имеют вертикальную компоновку. Механизмы передвижения большинства зарубежных фирм выполнены в виде вертикального конусноцилиндрического или червячного редуктора, установленного на валу приводного колеса или соединяемого с ним открытой зубчатой передачей. На редукторы вертикально устанавливают фланцевые электродвигатели со встроенным тормозом. Широко применяют электродвигатели с микроприводом, обеспечивающие большой диапазон регулирования скоростей при постоянном крутящем моменте.
На многих типах кранов-штабелеров, в том числе на стеллажных кранах-штабелерах отечественного производства, механизм передвижения выполнен в виде вертикального цилиндрического редуктора с полым выходным валом, насаженного на вал приводного колеса. Выходной вал редуктора соединен с электродвигателем с помощью тормозной муфты. Электродвигатель расположен горизонтально над ходовой балкой крана-штабелера. Такая компоновка более эффективна, так как этот механизм лучше вписывается в габариты крана. С целью сокращения длины кранов-штабелеров механизм подъема, как правило, расположен над механизмом передвижения. При большой высоте механизма передвижения механизм подъема приходится устанавливать достаточно высоко, что усложняет его обслуживание.
Механизм передвижения всегда выполняют на одном из ходовых колес, расположенном для двухколонных кранов-штабелеров со стороны более нагруженной колонны и для одноколонных - со стороны колонны.
Телескопический захват
Выдвижные телескопические захваты разного конструктивного исполнения в настоящее время применяют на всех стеллажных кранах-штабелерах, предназначенных для пакетной переработки грузов.
Телескопические захваты независимо от конструктивного исполнения выполнены по единой схеме. Они обычно состоят из трех секций: неподвижной, промежуточной и выдвижной. Последняя служит опорной площадкой для установки груза. Она расположена несколько выше остальных секций, чтобы при выдвижении груз не задевал за неподвижную и промежуточную секции. Промежуточная секция имеет ролики, благодаря которым она может передвигаться по направляющим неподвижной секции. В свою очередь выдвижная секция с помощью роликов движется по промежуточной секции. Ширина всех секций одинакова и равна максимальной ширине перевозимого груза.
Промежуточная секция выдвигается примерно на половину ее длины; выдвижная секция выступает из промежуточной на ту же величину. Обе секции выдвигаются одновременно с помощью привода. Захват может выдвигаться в обе стороны прохода. Таким образом, взятый из загрузочного устройства груз может быть установлен в любую сторону без какого-либо поворота грузового захвата. Благодаря этому ширина прохода между стеллажами может быть снижена до минимального размера, определяемого шириной перевозимого груза с учетом необходимых зазоров между грузом и стеллажами (от 50 до 100 мм на сторону).
Выдвижной телескопический захват с вертикальным расположением секций состоит из выдвижной площадки 3 с закрепленной на ней роликовых батарей 5 и 6, промежуточной секции 2, неподвижных роликовых батарей 1 и 7 и приводного вала с шестернями 8. на верхней выдвижной площадке 3, промежуточной секции 2 и на неподвижной секции закреплены зубчатые рейки 4, длина которых равна длине секции.
Работа телескопического захвата происходит следующим образом. При вращении вала 8 установленные на нем шестерни, входящие в зацепление с рейками, на средней секции 2, сообщают средней секции некоторую скорость. На оси, закрепленной в средней секции, свободно вращается шестерня, входящая в зацепление одновременно с рейкой, закрепленной на неподвижной секции, и с рейкой, закрепленной на верхней выдвижной площадке. При перемещении средней секции со скоростью v1 шестерня, входящая в зацепление с неподвижной рейкой, сообщает верхней секции скорость v2 = 2*v1. Таким образом, при включении привода захвата одновременно перемещаются на одинаковую величину: средняя секция по неподвижной со скоростью v1; выдвижная площадка по средней секции с удвоенной скоростью v2.
После взятия груза привод захвата переключает и обе секции одновременно перемещаются и приходят в среднее положение. Выдвижной телескопический захват другого типа имеет горизонтальное расположение секций. На неподвижной секции его, установленной на грузоподъемнике, крепят ролики 9, по которым перемещается промежуточная секция 2 с роликами 8, служащими для передвижения выдвижной площадки 3. На валу промежуточного элемента смонтирована шестерня, входящая одновременно в зацепление с зубчатой рейкой, закрепленной на неподвижной секции захвата.
Привод захвата состоит из электродвигателя, редуктора и тормоза. На выходном валу редуктора размещена шестерня, входящая в зацепление с шестерней приводного вала захвата, имеющего также две шестерни 10, сопряженные с зубчатыми рейками, установленными на промежуточной секции захвата.
Работает захват таким образом. При включении привода шестерни посредством зубчатых реек сообщают поступательное движение промежуточной секции 2. Шестерня промежуточной секции, движущаяся вместе с ней, входит в зацепление с неподвижной зубчатой рейкой и передает движение с удвоенной скоростью зубчатой рейке, установленной на выдвижной площадке захвата. Промежуточный и выдвижной элементы захвата движутся одновременно, но выдвижной элемент перемещается вдвое быстрее первого.
Захваты с горизонтальным расположением секций имеют меньшую высоту, что позволяет лучше использовать вместимость склада. К недостаткам следует отнести сложность конструкции и относительно высокую ее стоимость.
Система управления
Рабочие скорости механизмов - подъема, передвижения, выдвижения телескопических захватов достаточно высоки. Работа механизмов при таких скоростях возможна только при большом диапазоне регулирования скоростей механизмов. Для остановки крана-штабелера (грузоподъемника) точно против требуемой ячейки (позиционирование) необходимо, чтобы кран-штабелер и грузоподъемник подходили к ячейке на низких установочных скоростях. При ручном управлении эти скорости не должны превышать 6 - 8 м/мин, при автоматическом -2 - 4 м/мин. При этих скоростях можно с точностью до нескольких миллиметров останавливать соответствующий механизм. Для приводов подъема и передвижения наиболее часто применяют тиристорные преобразователи постоянного или переменного тока. За рубежом находят применение специальные электродвигатели с микроприводами, позволяющие получить низкие установочные скорости (0,8 - 1,2 м/мин) при сохранении необходимого крутящего момента. Эти приводы значительно дороже, чем приводы с обычными электродвигателями, однако позволяют достигать высокой точности позиционирования.
Краны-штабелеры оборудованы тиристорными преобразователями и электродвигателями постоянного тока с диапазоном регулирования 50: 1. недостатком применения тиристорных приводов является уменьшение крутящего момента на валу электродвигателя (приводного колеса) и отсюда - повышение требований к качеству монтажа кранового пути.