Специальные и специализированные системы управления транспортирующими машинами

 
 
 
 
 
 
Я. Л. Либерман 
 
 
 
 
 
СПЕЦИАЛЬНЫЕ И СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ 
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 
ТРАНСПОРТИРУЮЩИМИ МАШИНАМИ 
 
Монография 
 
2-е издание, исправленное и дополненное 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
 
1 

УДК 621.86 
ББК 39.9 
Л55 
 
 
Рецензенты: 
действительный член Российской академии естественных наук,  
доктор технических наук, профессор С. Л. Гольдштейн; 
действительный член Международной академии авторов научных открытий 
и изобретений, заслуженный изобретатель РСФСР Л. А. Каргаев 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Либерман, Я. Л. 
Л55   
Специальные и специализированные системы управления транспортирующими машинами : монография / Я. Л. Либерман. – 2-е изд., испр. и 
доп. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 236 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1616-0 
 
Рассматриваются системы управления конвейерами, мостовыми кранами, кранамиштабелерами, робокарами и другими транспортирующими машинами. Приводятся 
принципиальные схемы систем и конструктивные элементы оборудования с их применением. 
Для научно-технических, инженерных и производственных работников, занятых 
вопросами проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений 
и транспортной инфраструктуры. 
 
УДК 621.86 
ББК 39.9 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1616-0 
© Либерман Я. Л., 2024 
 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................ 5 
1. ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ МАШИНЫ И СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ  
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ИМИ КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ПУТЬ  
ИХ РАЗВИТИЯ 
.......................................................................................................... 6 
2. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕНТОЧНЫМИ  
КОНВЕЙЕРАМИ 
..................................................................................................... 10 
2.1. Пассивный и активный мониторинг ленточных конвейеров ...................... 10 
2.2. Системы автоматического натяжения ленты 
для легконагруженных конвейеров ....................................................................... 13 
2.3. Системы автоматического натяжения ленты 
для тяжелонагруженных конвейеров .................................................................... 24 
2.4. Системы шагового перемещения и плавного разгона-торможения  
конвейерных приводов ........................................................................................... 36 
3. ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ  
ПЛАСТИНЧАТЫМИ, ШНЕКОВЫМИ И ВИБРАЦИОННЫМИ  
КОНВЕЙЕРАМИ 
..................................................................................................... 46 
3.1. Способы снижения энергопотребления транспортирующих машин ......... 46 
3.2. Система синхронизации и оптимального управления скоростью  
многодвигательных пластинчатых конвейеров ................................................... 52 
3.3. Система автоматического регулирования скорости стружкоудаления  
для металлорежущих станков со шнековым конвейером ................................... 62 
3.4. Система резонансного управления вибрационными конвейерами 
............. 68 
4. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МОСТОВЫМИ КРАНАМИ 
С АВТОМАТИЧЕСКИМ УСТРАНЕНИЕМ ПЕРЕКОСА МОСТА 
................... 74 
4.1. Способы устранения перекоса моста при эксплуатации  
мостовых кранов 
...................................................................................................... 74 
4.2. Системы с устранением перекоса для кранов с индивидуальными  
приводами колес 
...................................................................................................... 83 
4.3. Системы с устранением перекоса для кранов с общим приводом  
колес и тихоходными валами 
............................................................................... 102 
4.4. Системы с устранением перекоса для кранов с общим приводом  
колес и быстроходными валами .......................................................................... 109 
5. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МОБИЛЬНЫМИ РОБОТАМИ 
ДЛЯ ГИБКИХ И ОПАСНЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ 
ПРОИЗВОДСТВ .................................................................................................... 115 
5.1. Мобильные роботы и некоторые принципы построения 
их систем управления ........................................................................................... 115 
5.2. Система автоматического управления робокаром с индуктивной  
системой маршрутослежения для гибких цехов механообработки 
................. 128 
5.3. Система управления робокаром с виртуальным маршрутослежением  
для ремонтно-сборочных производств в атомной промышленности 
.............. 140 
5.4. Система программного управления мобильным  
роботом-наблюдателем с механической системой маршрутослежения ......... 150 
3 

6. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫМИ ТРАНСПОРТНЫМИ 
СРЕДСТВАМИ 
...................................................................................................... 164 
6.1. Автоматизированная система позиционирования внутризаводского  
рельсового транспорта .......................................................................................... 164 
6.2. Автооператор для сортировки книжных блоков в многопредметном  
полиграфическом производстве .......................................................................... 170 
6.3. Автоматизированная система предотвращения аварий карьерного  
автотранспорта 
....................................................................................................... 178 
6.4. Автоматизированная система управления малогабаритным  
снегоболотоходом для инженерно-изыскательских работ ............................... 185 
7. УПРАВЛЕНИЕ ТРАНСПОРТИРУЮЩИМИ МАШИНАМИ 
С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ .................................................................................... 200 
7.1. Система управления комплектовочным краном-штабелером 
................... 200 
7.2. Компьютеризированные системы управления робокарами ...................... 208 
7.3. «Интеллектуальная» система предотвращения раскачивания груза,  
перемещаемого подъемным краном 
.................................................................... 217 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 227 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ 
.................................................................. 228 
 
 
 
4 

ВВЕДЕНИЕ 
 
История жизнедеятельности человеческого общества неразрывно связана 
с историей автоматизации. Еще на заре собственного становления человек разумный начал задумываться над тем, как автоматизировать процессы своего 
влияния на все, с чем ему приходится взаимодействовать: и с неживой, но возникшей помимо его желаний и усилий природой, и с природой живой – сначала 
с дикими, а затем с одомашненными биологическими существами, и с объектами, создаваемыми уже не природой, а им самим. 
Мыслительный процесс постепенно «материализовался» и привел к созданию средств автоматизации, первоначально помогавших человеку выживать 
в агрессивном и противодействующем ему мире, а позднее не просто выживать, 
а жить, стараясь повышать качество жизни, эффективность своего труда. 
Труд явился основой лавинообразного развития общественного производства, влиять на которое без столь же лавинообразно прогрессирующих 
средств автоматизации оказалось уже просто невозможно. Технический прогресс в области автоматизации промышленности стал сопровождаться параллельным ему прогрессом в автоматизации непроизводственной, духовнопознавательной деятельности человека, и от процессов, сопутствующих, 
например, отправлению индивидуальных религиозных процедур, автоматизация переходит к манипулированию интеллектуальной деятельностью людей в 
масштабах стран и народов. 
Со временем автоматизация производственных и духовно-познавательных 
процессов переплетаются друг с другом и образуют интегрированные системы, 
проникающие практически повсюду. Тем не менее наряду с интеграцией происходит и дифференциация средств автоматизации. Чем сложнее они становятся, 
тем в большей степени приобретают блочную структуру, в которой различные 
блоки имеют различные функции. Это дает возможность повышать надежность и 
улучшать другие показатели качества указанных средств, обеспечивать в определенной мере их взаимозаменяемость, делать их более технологичными и менее 
дорогими и вместе с тем применимыми для разных машин. Одной из групп таких средств автоматизации – системам управления транспортирующими машинами и посвящена настоящая работа. В ней описываются новые принципиальные 
схемы систем управления различного назначения, их конструктивные элементы 
и механизмы, разработанные на кафедре «Подъемно-транспортные машины и 
роботы» Уральского федерального университета. В разработке этих элементов и 
механизмов принимали участие студенты Н. Захарова, А. Нерушев, В. Новиков, 
Ю. Сапего, А. Хвостикова и В. Юрьев, за что, пользуясь случаем, автор книги 
выражает им искреннюю признательность. 
Большую работу по техническому редактированию рукописи и оформлению книги выполнил Константин Юрьевич Летнев, старший преподаватель 
упомянутой выше кафедры. Его автор благодарит особо.  
5 

1. ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ МАШИНЫ  
И СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ИМИ  
КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ПУТЬ ИХ РАЗВИТИЯ 
 
Сегодня невозможно даже представить себе человеческий труд без машин – технических устройств, предназначенных для частичной или полной замены людей в их мускульных и интеллектуальных функциях. Существуют машины рабочие, преобразующие материальные тела, и вычислительные, преобразующие информацию. Преобразование материальных тел выражается в изменении их формы, размеров, пространственного положения. Первые два вида 
преобразования производятся технологическими рабочими машинами. Третий 
осуществляется рабочими машинами, называемыми транспортирующими. 
Транспортирующие машины чрезвычайно многообразны. По принципу 
действия они могут быть разделены на две большие относительно самостоятельные группы: машины для периодического и для непрерывного перемещения грузов. К первым относятся различные грузоподъемные краны, тележки, 
погрузчики, тягачи, лифты, некоторые типы подвесных рельсовых и канатных 
дорог и т. п. Ко вторым – конвейеры почти всех типов, трубопроводный транспорт и др. 
Машины периодического действия работают циклически, перемещая грузы штуками или порциями, обусловленными грузоподъемностью машины. 
Цикл их работы обычно включает в себя последовательные остановку для загрузки (захвата груза), перемещение груза, остановку для разгрузки (освобождения груза) и обратное движение без груза. 
Машины непрерывного действия, как правило, работают без остановки 
для загрузки и разгрузки. Они перемещают насыпной груз, располагающийся 
сплошным слоем на несущем элементе машины, или штучные грузы, перемещаемые непрерывным потоком, располагающиеся последовательно один за 
другим. Обратное движение несущего элемента в них может происходить одновременно с движением груза либо не производится вообще, поэтому они более производительны, чем машины периодического действия. 
По назначению транспортирующие машины также подразделяются на две 
группы: машины непромышленного и промышленного назначения. Последние, 
в свою очередь, делятся на внешний и внутренний (внутризаводской) транспорт. 
Внешний транспорт служит для доставки на предприятие сырья, топлива, 
полуфабрикатов, комплектующих изделий и исходных производственных материалов. Он используется и для вывоза готовой продукции и отходов. Эти 
операции выполняются средствами железнодорожного, автомобильного, водного и воздушного транспорта. 
Внутренний транспорт предназначен для распределения грузов по предприятию между цехами и складами, а также в цехах между производственными 
участками и отдельными единицами оборудования. На предприятиях с массовым и крупносерийным производством межцеховое транспортирование обычно 
6 

осуществляется конвейерами. На предприятиях мелкосерийного и серийного 
производства – местным железнодорожным транспортом и автотранспортом, 
погрузчиками и электрокарами. Что касается внутрицехового транспорта, то 
это чаще всего конвейеры, электрокары, краны мостового типа и краныманипуляторы. 
Независимо от принципа действия, назначения и области применения подавляющее большинство транспортирующих машин содержит в своем составе 
управляемые приводы, включающие в себя двигатели и передаточные механизмы, связывающие двигатели с исполнительными органами машины. Двигатели применяются разные – внутреннего сгорания, дизели, электродвигатели 
постоянного и переменного тока, гидравлические с дроссельным и объемным 
регулированием. Работая по определенному алгоритму, двигатели обеспечивают транспортирование грузов машиной по заданной траектории, в заданную 
позицию, с заданной скоростью. Однако для того, чтобы это осуществлять, 
необходимы соответствующие управляющие устройства. 
Управляющие устройства – это технические устройства, формирующие 
сигналы, заставляющие приводы действовать именно так, как требуется. Вместе с тем своего рода управляющим устройством может служить и человекоператор. 
Управляющее устройство совместно с машиной и ее приводом образует 
систему управления. Если функции управляющего устройства выполняет человек, то система является неавтоматизированной. Если техническое устройство, – 
то автоматической. Если же управление машиной производится и человекомоператором, и техническим устройством вместе, – система автоматизированная. 
Большинство систем управления транспортирующими машинами в 
настоящее время – автоматизированные. Чаще всего это системы с серводействием, в которых человек манипулирует задающим контроллером, а тот, в 
свою очередь, управляет приводом машины. Так работают, например, системы 
управления транспортированием грузов с помощью грузоподъемных кранов. 
Тем не менее сегодня все шире применяются и автоматические системы. Обычно такие системы решают задачи стабилизации некоторого управляемого параметра, слежения или программного управления. 
Системы стабилизации – это системы управления, поддерживающие 
управляемый параметр, характеризующий работу машины, на постоянном заданном уровне. К ним относятся, например, системы стабилизации скорости 
работы электропривода транспортирующей машины, системы, обеспечивающие постоянство давления жидкости в гидросистеме машины и т. д. 
Системы слежения или следящие системы – это системы, обеспечивающие изменение управляемого параметра в соответствии с некоторой заранее 
неизвестной случайной функцией времени. Пример – кран-манипулятор, предназначенный для сортировки грузов по массе. Такой манипулятор снабжен 
элементами измерения массы грузов и формирования траектории их перемещения. Масса груза – величина, которая в каждый текущий момент времени может случайным образом принимать то или иное значение в пределах допустимого диапазона. В зависимости от этого значения приводы звеньев манипуля7 

тора перемещают звенья так, чтобы груз определенной массы был доставлен в 
определенную позицию. 
Системы программного управления – это системы, обеспечивающие изменение управляемого параметра в соответствии с заранее известной функцией 
времени. Такая функция называется программой работы машины и полностью 
описывает закон движения ее приводов и исполнительных органов. Типичный 
пример – системы управления стеллажными штабелерами. Программой задаются код ячейки, из которой должен быть взят груз, и код позиции его доставки. При необходимости в систему вводится также программа структуры цикла 
работы штабелера – последовательности перемещений его захватного органа 
при движении к ячейке, из которой должен быть извлечен груз, и движении к 
позиции разгрузки. 
Несмотря на то, что основных задач, решаемых системами управления 
транспортирующими машинами, всего лишь три, принципиальных схем и конструктивных вариантов таких систем существует множество. Вызвано это, вопервых, разнообразием видов транспортирующих машин, а во-вторых – различиями в требованиях к их техническим характеристикам. Так, системы слежения оказываются разными в зависимости от требуемого быстродействия, системы стабилизации скорости двигателей могут отличаться друг от друга в зависимости от требуемой точности поддержания скорости, системы программного управления – в зависимости от допустимой погрешности позиционирования грузозахватного устройства и пр. Для железнодорожного транспорта нужны одни системы управления, для автотранспорта другие, для мостовых кранов 
третьи, для конвейеров четвертые и т. д. Вместе с тем некоторые практически 
одинаковые системы управления вполне применимы к разным машинам, а для 
управления одинаковыми машинами, но используемыми в разных условиях, зачастую нужны и разные системы. Все это влечет за собой разработку и применение систем управления, которые можно идентифицировать как универсальные, специализированные и специальные. 
Универсальные системы – это такие, которые могут быть использованы 
для управления широким спектром машин без каких-либо принципиальных изменений. Они требуют лишь адаптации к конкретной машине, которая осуществляется либо путем настройки, либо путем выбора некоторых элементов 
(как правило, из числа тех, что могут прилагаться к системе при ее изготовлении). Системы управления гидроприводом с объемным регулированием – тому 
пример. Они обычно имеют в своем составе типовые устройства фильтрации и 
охлаждения рабочей жидкости, электромеханический и гидромеханический регуляторы, гидронасос и гидродвигатель. Последними система комплектуется по 
требованию заказчика, но в основном она выполняется единообразно и для тяжелого автомобильного транспорта, и для промышленных роботов-манипуляторов, и для машин-погрузчиков. 
Специализированные системы предназначаются обычно для машин одного вида. Их применение для каждой конкретной машины данного вида тоже 
может потребовать адаптации, но для машин другого вида они непригодны. К 
таким системам могут быть отнесены, например, системы автоматического 
8 

устранения колебаний груза на гибкой подвеске, применимые в кранах разных 
конструкций, но не требуемые, допустим, в конвейерах. 
Специальные же системы управления – это системы, разрабатываемые 
целенаправленно для одной конкретной машины или для группы сходных машин, весьма близких по конструкции и техническим характеристикам: для конкретного конвейера или его модификаций, для вполне определенного лифта, 
для вполне определенного крана. 
Специализированные и специальные системы управления часто бывают 
существенно дороже универсальных, но именно они позволяют наиболее эффективно повышать качество автоматических и автоматизированных транспортирующих машин. Изготавливая их в расчете на машины одного вида или на 
конкретную из них, можно учесть специфические особенности машины полнее, 
чем в случае ее оснащения универсальной системой. 
С помощью специализированных и специальных систем можно нужным 
образом расширять функциональные возможности машин, оптимизировать их 
производительность и повышать надежность, действуя не вслепую, а основываясь на вполне определенных динамических свойствах их механизмов и приводов. Они позволяют снижать энергопотребление транспортирующих машин и 
повышать их безопасность. И все это делает их весьма перспективными. 
Решая различные задачи управления, специализированные и специальные 
системы могут иметь разную степень сложности, выполняться в программной и 
аппаратной реализации, с использованием различных датчиков и преобразователей сигналов. Программная реализация осуществляется путем введения в систему вычислительной машины – компьютера. В простейшем случае это один 
микропроцессор, в более сложных случаях – мультипроцессорный вычислитель. Аппаратная реализация осуществляется с помощью отдельных аналоговых или двоичных логических элементов. Зачастую, однако, используются и 
типовые блоки из этих элементов (счетчики, регистры, усилители и пр.), серийно выпускаемые электронной промышленностью. При необходимости программное исполнение сочетают с аппаратным, что в тех или иных пропорциях 
может быть выбрано в соответствии с условиями эксплуатации машины. Результатом является построение достаточно простых и практически приемлемых 
систем. 
В настоящее время существует уже большое число систем управления 
транспортирующими машинами, разработанных на базе описанной концепции 
их специализации. Это и системы управления кранами, и системы управления 
железнодорожным транспортом и автотранспортом, и системы управления робокарами, и различные средства мониторинга, которыми все чаще оснащаются 
конвейеры. Рассмотрим некоторые из них. 
 
  
9 

2. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 
ЛЕНТОЧНЫМИ КОНВЕЙЕРАМИ 
 
2.1. Пассивный и активный мониторинг 
ленточных конвейеров 
 
Одним из самых распространенных видов транспортирующих машин в 
настоящее время являются ленточные конвейеры. Это наиболее производительная разновидность непрерывного транспорта, характеризующаяся простотой обслуживания и относительно малыми эксплуатационными затратами [1]. 
Применяются ленточные конвейеры в самых разных отраслях промышленности: в машиностроении, в металлургии, в строительстве и производстве стройматериалов, при добыче полезных ископаемых. Используются они и в сельском 
хозяйстве, и в пищевых производствах… Такие конвейеры пригодны для перемещения как крупнодисперсных, так и мелкодисперсных сыпучих материалов и 
штучных грузов на значительную глубину и высоту (до 400 м), на малые  
(1–2 м) и большие (10 км и более) расстояния. 
Обычно ленточные конвейеры включают в себя резинотканевую или резинотросовую замкнутую ленту, выполняющую роль грузонесущего органа, 
приводную и натяжную станции, роликоопоры ленты, станину (опорную металлоконструкцию) и электрическое (реже –гидравлическое) оборудование. 
Условия эксплуатации ленточных конвейеров зачастую довольно сложны. Они могут работать в закрытых помещениях и на открытом воздухе, в заводских цехах и в шахтах, под нагрузками, изменяющимися в широких пределах (до 100–150 даН/м и выше), на больших скоростях (3–5 м/с и более), при 
различных температурах. Все это без применения надлежащих средств поддержания работоспособности влечет за собой быстрое старение элементов и узлов 
конвейеров, преждевременный выход их из строя и даже аварии. 
Для поддержания работоспособности конвейерных узлов и конвейеров в 
целом в последние годы все шире и шире используют многообразные технические средства. Основная их функция – мониторинг, наблюдение за работой и состоянием элементов конвейера. Системы мониторинга измеряют такие эксплуатационные характеристики конвейеров, как нагрузки на ленту, на ее роликоопоры, на приводы, провисание и боковое смещение ленты и др. Для этой цели используются известные аналоговые динамометрические устройства, датчики линейных перемещений (чаще всего – индуктивные и оптические) и т. п. Результаты измерения выводятся на пульт оператора, а он производит контроль – сравнение полученных данных с их допустимыми значениями. Результатом контроля 
является вынесение оператором суждения «параметр в норме» или «параметр 
вышел за пределы нормы». В последнем случае величина отклонения параметра 
от нормы заносится в протокол, а затем содержание протокола, сформированное 
в течение определенного промежутка времени (смена, неделя, месяц…), обрабатывается методами математической статистики, и выполняются технические мероприятия по приведению параметра к норме. В некоторых случаях в процессе 
10