Testing of the protective device ROPS of the industrial tractor B10

全文:

Актуальность При переходе к рыночной экономике большинство из действующих стандартов, определяющих требования к надежности, производительности и эффективности тракторных агрегатов, были отменены [1]. Обязательными к применению, в соответствии с Федеральным законом РФ «О техническом регулировании» [2], остались лишь стандарты, обеспечивающие безопасность. После вхождения России в Таможенный союз с Белоруссией и Казахстаном вступил в действие технический регламент [3], согласно которому обязательной сертификации подлежат защитные устройства всех тракторных агрегатов. Важнейшим из них является защитное устройство кабины трактора при опрокидывании ROPS (roll over protective structure), предназначенное для уменьшения риска нанесения повреждений оператору при условии применения ремней безопасности [4]. Согласно требованиям ГОСТа, оценка соответствия защитного устройства ROPS должна проводиться на основе результатов натурного эксперимента [5]. В связи с этим целью исследования является отработка методики проведения эксперимента и экспериментальная оценка соответствия требованиям безопасности защитной системы ROPS промышленного трактора. Объект испытаний и аппаратура В качестве объекта испытаний было выбрано защитное устройство промышленного бульдозера Б10 (Б12) производства Челябинского тракторного завода, представляющее собой двухстоечный (two-post) ROPS. Эксперимент проводился в Уральском испытательном центре НАТИ, имеющем специальный испытательный стенд (bedplate), позволяющий испытывать защитные кабины тракторов общей массой до 110 тонн. Стенд выполнен в виде силовой рамы, установленной на железобетонном основании (рис. 1). Внутри стенда устанавливался объект испытаний. Нагружение осуществлялось посредством вертикального и горизонтального гидроцилиндра. Гидравлическая система стенда обеспечивает максимальное усилие 2200 кН [6]. В процессе испытаний велся постоянный контроль нагрузки и деформации конструкции, что позволило вычислять поглощенную энергию в процессе эксперимента. Деформация конструкции замерялась непосредственно по ходу гидроцилиндра с использованием измерительной линейной шкалы (цена деления 1 мм, погрешность ±0,5 мм). Усилие определялось посредством монометров, измеряющих давление в обеих полостях гидроцилиндра (погрешность ±5 %). Методика проведения испытаний Согласно ГОСТу, объект испытаний должен монтироваться на стенде так, чтобы жесткость конструкции была эквивалентна жесткости монтажа на раме машины [5]. Поэтому защитное устройство устанавливалось на корпусе бортовых фрикционов бульдозера и закреплялось соответственно реальной установке на тракторе. Внутри испытуемого защитного устройства устанавливался манекен объема ограничения деформации (DLV), имитирующий положение водителя. Боковая нагрузка прикладывалась к верхней части основных элементов ROPS (рис. 2). Скорость приложения бокового усилия составила 4 мм/с, что позволило считать нагружение статическим. Нагружение защитного устройства производилось ступенчато с шагом, соответствующим деформации 10 мм. Воздействие боковой нагрузки продолжалось до тех пор, пока значения силы и энергии не достигли требуемых ГОСТом уровня. Минимальные значения бокового усилия (Н) и требуемой поглощенной энергии U (Дж) определялись в зависимости от массы m (кг) испытываемой машины [5]: и Защитное устройство ROPS бульдозера Б10 (Б12) массой кг при боковом опрокидывании машины должно выдержать усилие Н и при этом поглотить энергию не менее U = 40867 Дж. После снятия боковой нагрузки на деформируемую конструкцию ROPS прикладывалась статическая вертикальная нагрузка . Согласно ГОСТ, минимальное значение вертикальной нагрузки равно: Н. Нагрузка распределялось по всей ширине верхней части системы ROPS с помощью переходного элемента (LDD) (рис. 3) и длилось 5 минут. После снятия вертикальной нагрузки к верхним конструктивным элементам ROPS прикладывалась продольная нагрузка . Продольная нагрузка прикладывалась сзади в месте наибольшей близости к расположению водителя. Направление нагрузки - горизонтально и параллельно продольной оси машины (рис. 4). Нагружение продолжалось до тех пор, пока величина силы не превысила минимально требуемый по ГОСТу уровень: В процессе всего эксперимента защитного устройства ROPS ремонт, исправление деформаций и приведение конструкции в порядок не допускались [7]. Постоянно проводился контроль, чтобы элементы конструкции не попали в зону нахождения оператора (DLV). Результаты испытаний Развиваемое гидроцилиндром боковое усилие вычислялось по формуле: где - значения давления в поршневой и штоковой полости силового гидроцилиндра, - площадь поперечного сечения поршня и штока силового гидроцилиндра. Регистрирование давления через каждые 10 мм позволили построить зависимость бокового усилия от деформации (deflection) конструкции ∆ (рис. 5). Характер кривой наглядно свидетельствует о наличии пластических деформаций при боковом нагружении. Полученная экспериментальная кривая хорошо (с достоверностью R² = 0,9942) описывается полиномом второго порядка: . Поглощенная системой ROPS энергия считалась как площадь под кривой : , где - сила и деформация на i-м шаге нагружения. Необходимое по ГОСТу усилие Fy = 212,4 кН достигнуто конструкцией при деформации 180 мм. Однако накопленная на тот момент энергия составила Дж вместо требуемой кДж. Необходимая энергия ( Дж) была набрана при боковой деформации ∆ = 270 мм. Усилие при этом составило кН. Достигнутые уровни сил и энергии без проникновения элементов конструкции ROPS в зону DLV в результате проведенных испытаний защитной кабины бульдозера Б10 (Б12) приведены в таблице. Заключение В процессе испытаний защитного устройства ROPS кабины бульдозера Б10 (Б12) были достигнуты требуемые ГОСТ показатели сил и энергии. Система ROPS выдержала все виды нагружения (боковое, вертикальное и продольное). Полученные конструкцией пластические деформации не нарушили зону DLV. В результате сделано заключение о соответствии конструкции ROPS требования ГОСТа по безопасности кабины бульдозера Б10 (Б12) при опрокидывании. Рис. 1. Испытательный стенд Рис. 2. Боковое нагружение ROPS Рис. 3. Вертикальное нагружение Рис. 4. Продольное нагружение ROPS Рис. 5. Зависимость бокового усилия Fy от деформации ∆ конструкции ROPS Таблица Требуемые и достигнутые уровни сил и энергии защитной конструкции ROPS бульдозера Б١٠ (Б١٢) Показатель Требование ГОСТ Экспериментальное значение Боковое усилие Fy, Н 210197 243157 Энергия, поглощаемая конструкцией при боковом нагружении U, Дж 40867 42374 Вертикальное усилие Fz, Н 490250 519900 Продольное усилие Fx, Н 168157 17380

作者简介

S. Serov

South Ural State University

D. Naradovyj

Ural Test Center NATI

PhD in Engineering

I. Troyanovskaya

South Ural State University; South Ural State Agrarian University

Email: tripav63@mail.ru
DSc in Engineering

参考

补充文件