Материал: Организация складского хозяйства на железнодорожном транспорте

Краны-штабелеры с относительно низкими скоростями механизмов (подъема - 8 - 12 м/мин, передвижения - 60 - 80 м/мин), с ручным управлением оборудуют двух или многоскоростными асинхронными электродвигателями. Стоимость таких приводов значительно меньше стоимости тиристорных приводов, равно как и стоимость обслуживания и ремонта. Двухскоростные электродвигатели с соотношением скоростей 8:1 широко применяют на стеллажных кранах-штабелерах производства НРБ.

2. Анализ различных вариантов конструктивного исполнения и основных расчетов крана-штабелера

2.1 Назначение, специфика и нормативные основы

Все вновь проектируемые или модернизируемые краны-штабелеры подвергаются тщательному расчету. Оформленный расчет является обязательным документом технического проекта крана-штабелера; расчеты элементов или узлов, размеры которых становятся известными на стадии рабочего проектирования или корректируются по результатам испытаний опытного образца, оформляют затем в виде дополнительных частей или разделов.

Такое внимание к расчетам обусловлено тем, что краны-штабелеры являются объектами повышенной ответственности. Прежде всего, кран-штабелер - это подъемно-транспортная машина, разрушение или повреждение которой представляет опасность для жизни обслуживающего персонала. Во-вторых, кран-штабелер в большинстве случаев является единственным средством доступа к грузам, находящимся в обслуживаемом им хранилище. Поэтому даже рядовые отказы крана-штабелера нарушают работу склада, что особенно чувствительно для складов интенсивных производств и технологических линий.

Таким образом, основным назначением расчетов является проверка безопасности и надежности крана-штабелера в работе.

Безопасность крана-штабелера должна быть проверена также и для процесса его испытаний, поскольку этот процесс характеризуется увеличенной массой применяемых грузов, повышенной вероятностью возникновения отказов, искусственным созданием отказов некоторых видов, а также значительной численностью персонала испытателей, безопасность которых должна быть гарантирована.

Другим назначением расчетов является проверка соответствия технических параметров проекта крана-штабелера требованиям технического задания и нормативно-технических документов. Некоторые из перечисленных параметров, например расчетный ресурс, запасы прочности, жесткость элементов конструкции крана-штабелера, имеют прямое отношение к вопросам безопасности и надежности крана-штабелера. Другие параметры - скорость, ускорения и замедления, обеспечиваемые механизмами, характеризуют производительность крана-штабелера.

Очевидно, что сравнение различных образцов кранов-штабелеров может быть правильно выполнено только в том случае, если расчеты выполнены по одной и той же методике, на основании одинаковых нормативов. Этим определяется первая предпосылка необходимости стандартизации норм расчета кранов-штабелеров. Другая и не менее важная предпосылка вытекает из самой ответственности разработки стандарта как официального и обязательного документа; из широкой гласности при обсуждении проекта стандарта заинтересованными и специализированными организациями, в результате чего стандарт, как правило, отражает передовой научный, технический и проектно-конструкторский опыт.

В результате специального изучения условий эксплуатации и нормирования расчетов кранов-штабелеров разработаны и введены в действие ОСТ 24.090.68-82 «Краны-штабелеры стеллажные. Нормы расчета» и ОСТ 24.091.14-85 «Краны-штабелеры мостовые. Нормы расчета». Излагаемые ниже основные положения расчета кранов-штабелеров даны в полном соответствии с упомянутыми стандартами.

Оба стандарта предназначаются для кранов-штабелеров по ГОСТ 16553-82. однако основные принципы и нормы расчета этих стандартов могут быть использованы для кранов-штабелеров других типов и параметров, например, для подвесных мостовых и стеллажных кранов-штабелеров, для кранов-штабелеров с облегченным режимом работы. Для того чтобы конструктор мог в таких случаях самостоятельно внести в нормативы необходимые изменения, здесь даются пояснения о происхождении тех или иных нормативных требований.

Наконец, следует сказать, что отчетный расчет, как документ проекта, представляет собой итоговую часть расчетной работы, которой предшествует большое число предварительных и вариантных расчетов. Последние особенно важны, так как представляют собой в большинстве случаев единственный инструмент для получения конструкции необходимого технического уровня. Вариантные расчеты в настоящее время с успехом выполняются на ЭВМ, принимая форму так называемых оптимизационных расчетов. В качестве критерия оптимизации для крана-штабелера обычно выбирают его массу, которую следует минимизировать. Возможно применение и стоимостного или смешанного критерия.

Известно, что для расчетов с помощью ЭВМ необходима четкая формализация расчетных схем и требований. И в этом отношении стандартизованные нормы расчета кранов-штабелеров дают необходимый материал.

.2 Общие положения

Исходные данные для предварительных расчетов принимают в соответствии с техническим заданием и схемами предварительных конструктивных проработок крана-штабелера. Исходные данные оформляемого расчета должны полностью соответствовать параметрам, указанным в конструкторской и эксплуатационной документации на кран-штабелер; отдельные несоответствия должны оговариваться в отношении их причин и следствий.

В конструкции крана-штабелера обычно используют материалы и комплектующие изделия, выпускаемые промышленностью для общего потребления. К ним относятся металлический прокат, электродвигатели, стандартные редукторы, подшипники, муфты, тормоза и т.п. Их технические параметры, приводимые в сортаментах и каталогах, также являются исходными данными для расчета, в результате которого должны быть выявлены минимально необходимые типоразмеры материалов и комплектующих изделий (с учетом возможностей поставки, которые учитываются в расчете как ограничители сортаментов).

Желательно, чтобы полученные расчетом скорости механизмов крана-штабелера составляли от 0,9 до 1,1 их номинальных значений. Следует отметить, что согласно ГОСТ 16553-82 допускаемое отклонение фактических скоростей от номинальных составляет 15%. Сужать поле допуска расчетных скоростей целесообразно для компенсации возможного расхождения расчетных и фактических скоростей.

Расчетное ускорение (замедление), обеспечиваемое механизмом передвижения крана-штабелера, должно составлять 0,3 - 0,6 м/с². Это объясняется тем, что при ускорениях (замедлениях), меньших, чем 0,3 м/с², процессы разгона или торможения чрезмерно затягиваются. Например, при ускорении 0,2 м/с² и номинальной скорости 2,0 м/с разгон будет длиться 10 с; увеличение ускорения до 0,4 м/с² сокращает время разгона до 5 с, а общая экономия времени за цикл работы крана-штабелера составит 20 с, что равносильно увеличению производительности крана-штабелера не менее чем на 20%. Ускорение, большее, чем 0,6 м/с², во многих случаях недостижимо по условию необходимого запаса сцепления приводных колес с рельсами. Однако и тогда, когда имеется избыточный запас сцепления (например, у кранов-штабелеров с малой высотой подъема), увеличение ускорения свыше 0,6 м/с² нецелесообразно: увеличение производительности получается несущественным, а габарит электродвигателя может возрасти, так как требуется повышенный пусковой момент.

Расчетное ускорение грузозахватного органа должно быть не более 1,0 м/с². ускорения, большие, чем указанное, не применяют, потому что скорость подъема обычно не превышает 0,5 м/с и сокращать время разгона по сравнению с величиной 0,5 с не только не имеет смысла, но и невыгодно во всех отношениях.

Нижняя граница ускорения при подъеме не регламентируется. Дело в том, что электродвигатель механизма подъема подбирают таким образом, чтобы требуемый момент установившегося движения на валу электродвигателя был близок к его номинальному моменту. Пусковой момент электродвигателя в 2 - 3 раза больше номинального, поэтому ускорение разгона обычно получается не менее 0,4 - 0,5 м/с², что вполне приемлемо, так как время разгона не превышает 1,0 - 1,5 с.

Верхняя граница замедления торможения при опускании грузозахватного органа также равна 1,0 м/с², а нижняя не ограничивается по причинам, аналогичным вышеизложенным, так как основной процесс торможения обеспечивается электродвигателем.

Расчетное ускорение (замедление) при выдвижении телескопических захватов должно быть не более 1,0 м/с². Такое ограничение необходимо для предотвращения смещения груза относительно захвата под действием инерционных сил. Поэтому указанное ограничение проверяется для случаев пуска и торможения захвата, на котором установлена порожняя тара, так как при этом ускорение (замедление) получается наибольшим. Вследствие того, что скорость выдвижения захватов сравнительно невелика (до 0,25 м/с), инерционная доля массы порожней тары в приведенном моменте инерции привода захвата также невелика, и можно рассчитывать ускорение для захвата без груза. Этим объясняется то, что в ОСТ 24.090.68-82 не оговаривается, для какого случая нагружения захватов следует проверять ускорение, поскольку очевидно, что наибольшее его значение будет в случае порожних захватов.

Нижний предел расчетного ускорения (замедления) захватов не регламентируется ввиду того, что скорость выдвижения, как уже отмечалось, сравнительно невелика и время разгона практически никогда не превышает 1 с даже в наиболее тяжелом случае - при взятии номинального груза из ячейки стеллажа.

Расчетный срок службы кранов-штабелеров принимается равным 20 годам при односменной работе. В течение этого срока металлоконструкции кранов-штабелеров должны проработать безотказно, и такое требование практически выполнимо.

Календарный срок службы крана-штабелера и его узлов удобен для эксплуатационника. Между этой величиной и долговечностью существует определенная связь, зависящая от продолжительности цикла крана-штабелера и от соотношения продолжительностей включения различных механизмов в течение цикла.

При индивидуальном проектировании крана-штабелера, предназначенного для склада с определенными заданными параметрами - длиной, высотой, числом ячеек, грузооборотом, - характеристики цикла можно определить однозначно путем их осреднения по складу с учетом принятых приоритетов загрузки и выгрузки.

Для крана-штабелера серийного производства условия работы заранее не известны. Поэтому приходится задаваться некоторым условным складом, параметры которого были бы представительны по частоте практической применяемости и создавали бы в то же время достаточно напряженный режим работы крана-штабелера. При этом для определения характеристики цикла стеллажного крана-штабелера практически достаточно задаться длиной склада. Для мостового крана-штабелера существует некоторое множество пар значений длины и ширины склада, при которых может быть обеспечен заданный грузооборот. Этому множеству соответствует множество возможных циклов, из которых следует выбрать наиболее характерные, принимаемые в качестве нормативных.

Такая работа выполнена при разработке ОСТ 24.090.68-82 и ОСТ 24.091.14-85. Отметим, что выбор нормативного цикла работы крана-штабелера позволяет помимо ресурса установить и другие важные характеристики режима работы механизмов крана-штабелера. К ним относятся число включений в час и продолжительность включения (ПВ,%), необходимые для выбора электродвигателей.

К ним также относятся циклограммы работы механизмов, показывающие изменение нагрузки механизмов в течение цикла и необходимые для расчета всех звеньев механизмов, в том числе и электродвигателей. Для получения циклограмм приходится рассматривать процессы установившегося движения, а также разгона и торможения механизмов, и, кроме того, учитывать статистическую изменчивость массы складируемых грузов.

Методической основой для установления расчетных характеристик режима работы механизмов является ГОСТ 25835-83 «Краны грузоподъемные. Классификация механизмов по режимам работы», а также стандартные значения ПВ и числа включений в час, применяемые в отечественной промышленности.

Согласно ГОСТ 25835-83, найденные с помощью нормативного цикла значения чистого времени работы каждого из механизмов за срок службы округляются до стандартных ближайших значений. Таким образом, устанавливается класс использования механизма по времени. По циклограммам работы механизмов вычисляют коэффициент нагружения, равный сумме произведений относительной длительности нагрузки на куб относительной нагрузки, взятой по всем элементарным прямоугольникам циклограммы. По коэффициенту нагружения устанавливают класс нагружения, который в сочетании с классом использования определяет группу режима работы механизма крана-штабелера.

Как показали исследования, для стеллажных кранов-штабелеров по ГОСТ 16553-82 все механизмы должны быть отнесены к группе режима работы 5М по ГОСТ 25835-83, что соответствует тяжелому режиму работы по классификации Госгортехнадзора.

Элементы механизмов должны быть проверены на прочность по наибольшим нагрузкам пусковых и тормозных режимов, а также на выносливость с учетом требуемого ресурса и циклограмм нагружения элементов, получаемых путем образмеривания исходных циклограмм по данным о величинах нагрузки, передаточных чисел и коэффициентов полезного действия звеньев передачи.

При этом расчет цилиндрических эвольвентных зубчатых передач внешнего зацепления следует выполнять по ГОСТ 21354-75, подшипников качения - по ГОСТ 18854-82 и ГОСТ 18855-82. ходовые колеса кранов-штабелеров следует проверять по ОСТ 24.090.44-82 «Колеса крановые. Выбор и расчет» с учетом изложенных ниже рекомендаций. Для расчета поворотных опор колонн мостовых кранов-штабелеров следует применять ОСТ 22-1401-79 «Опоры поворотные роликовые однорядные с зубьями внутреннего зацепления». Прочие элементы механизмов рекомендуется рассчитывать по соответствующим РТМ ВНИИПТмаша. Для стандартных редукторов, подлежащих согласованию, следует применять РТМ 2-056-80 «Редукторы общего назначения. Методика выбора редукторов и моторов-редукторов».

Электродвигатели механизмов должны быть проверены по наибольшим нагрузкам пусковых и тормозных режимов, а также на нагрев с учетом их расчетных характеристик и соответствующих циклограмм.

При расчете металлоконструкций кранов-штабелеров проверяют прочность, устойчивость, жесткость и выносливость конструкций в целом и их отдельных элементов. Для стеллажных кранов-штабелеров выполняют также расчет затухания колебаний колонны при остановке крана-штабелера.

Стальные конструкции рассчитывают по методике СНиП II-23-81 «Нормы проектирования. Стальные конструкции», а алюминиевые конструкции - по методике СНиП II-24-74 «Нормы проектирования. Алюминиевые конструкции», с учетом излагаемых здесь специфических требований.

При формировании исходных данных для расчета следует убедиться, что принятые в проекте крана-штабелера материалы металлоконструкций и сварочные материалы соответствуют требованиям обязательного РТМ 24.090.52-79 «Краны грузоподъемные. Материалы для сварных металлических конструкций», а примененные для болтовых соединений стальные болты, гайки и шайбы соответствуют требованиям СНиП II-23-81. следует также проверить, что кран-штабелер оборудован всеми устройствами безопасности в соответствии с требованиями ОСТ 24.090.38-83 и ОСТ 24.090.39-83.

В заключение следует указать, что в расчетах, выполняемых на группу исполнении крана-штабелера, отличающихся пролетом, высотой, грузоподъемностью и скоростями механизмов, должны быть рассмотрены все исполнения группы, а не только исполнения с наибольшими характеристиками.

Краны-штабелеры, рассчитанные в соответствии с настоящими рекомендациями, могут быть использованы для эксплуатации в сейсмических районах без ограничений, так как применяемые здесь экстремальные расчетные нагрузки превосходят наибольшие сейсмические нагрузки по СНиП II-7-81.