Программа-методика проведения испытаний макетного образца защитной рамы кабины колесного трелевочного трактора

Программа-методика проведения испытаний макетного образца защитной рамы кабины колесного трелевочного трактора

А. В. Питухин 1 И. Г. Скобцов Д. А. Хвоин

Петрозаводский государственный университет АННОТАЦИЯ

В статье изложена методика проведения экспериментальных исследований модели устройства защиты кабины колесного трелевочного трактора Онежского тракторного завода.

Ключевые слова: колесный трелевочный трактор, устройство защиты при опрокидывании, экспериментальные исследования.

SUMMARY

This paper contains the methodology of doing the experimental research of the model of wheeled skidder's rollover protective structure, that was made at Onego Tractor Plant.

Keywords: wheeled skidder, roll-over protective structure, experimental research.

ВВЕДЕНИЕ

Целью исследований является оценка эффективности устройства защиты кабины (защитной рамы) колесного лесозаготовительного трактора при его опрокидывании. Задачи исследований состоят в построении зависимости «усилие - деформация» и определении энергии, поглощаемой устройством защиты при боковом нагружении. Объект испытаний - макетный образец защитной рамы кабины колесного трелевочного трактора, выполненный в уменьшенном масштабе (М 1:4). Схема макетного образца защитной рамы представлена на рисунке 1.

УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ

Испытания проводятся в лаборатории механики Петрозаводского государственного университета (Петр-ГУ). В перерывах между нагружениями не допускается какой-либо ремонт или правка деформированных деталей объекта испытаний. Характеристики «деформация - усилие» определяют приложением боковой нагрузки к верхнему продольному элементу защитной рамы.

Установка для испытаний должна позволять регистрировать следующие параметры: - усилие, прикладываемое к устройству защиты;

1 Авторы - соответственно профессор, доцент и

аспирант кафедры технологии металлов и ремонта.

© Питухин А. В., Скобцов И. Г., Хвоин Д. А., 2010

- линейные деформации в точке приложения нагрузки.

Погрешность измерений - в соответствии с указанной в таблице 1.

Таблица 1 Погрешность измерений показателей

F, 285

Г П А-А

202.5

Рис. 1. Схема макетного образца защитной рамы

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИЛОЖЕНИЯ НАГРУЗКИ

Макетный образец устройства защиты устанавливается на стенде с помощью специального приспособления (рис. 2), жесткость которого в вертикальной плоскости значительно превышает жесткость макета защитного устройства.

В качестве испытательного стенда используется разрывная машина Р-5, которая служит для определения механических свойств материалов, а также для испытаний деталей, сборочных единиц и изделий путем повреждения или разрушения.

Разрывная машина имеет нагружающее устройство и измерительные приборы. Нагружающее устройство механическое с несколькими постоянными скоростями деформирования. Измерительные приборы механические рычажно-маятниковые, регистрируют усилия и деформации на различных стадиях испытаний; имеется диаграммный аппарат, записывающий процесс в координатах «нагрузка — деформация». Пределы измерения усилий: до 104 Н (по шкале А). Погрешности показаний приборов для измерения усилия ± 1 %, а погрешность записи на диаграммном аппарате ±2 %. Кинематическая схема разрывной машины Р-5 представлена на рисунке 3.

ОРГАНИЗАЦИЯ ИСПЫТАНИЙ

Испытания проводятся по программе-методике, разработанной на лесоинженерном факультете ПетрГУ.

Измеряемый Погрешность измерений

показатель абсолютная относительная, %

Линейные ± 1 не более ± 5 мак-

деформации, симального зна-

мм чения

Усилие, Н - ± 5

118

Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ

Изготовление макетных образцов защитного каркаса, а также приспособлений для его установки на стенде производится в лаборатории сварки и лаборатории станков кафедры технологии металлов и ремонта ПетрГУ.

Рис. 2. Схема приспособления для установки объекта испытаний на стенд:

1 - верхний швеллер; 2 - боковые тяги; 3 - нижний швеллер; 4 - вертикальный швеллер; 5 - макетный образец защитной рамы

лаборатории материаловедения кафедры технологии металлов и ремонта ПетрГУ.

Определение других механических свойств, а также нагружение макетного образца производится в лаборатории механики ПетрГУ.

ПРОГРАММА ИСПЫТАНИЙ

Программа испытаний предусматривает оценку энер-гопоглощающих свойств защитного каркаса кабины трелевочного трактора и включает определение следующих основных параметров:

- линейной деформации Д;

- усилия, прикладываемого к устройству защиты Е;

- потенциальной энергии деформирования и.

Испытания проводятся согласно календарному плану (таблица 2).

Таблица 2

Календарный план испытаний

№ п/п Содержание выполняемых работ Срок исполнения

1 Проработка схемы крепления макетного образца. Написание программы испытаний Сентябрь 2009 г.

2 Изготовление макетных образцов защитной рамы (в масштабе 1:4). Изготовление кронштейна и других приспособлений для установки макетного образца на стенд Октябрь -ноябрь 2009 г.

3 Подготовка стенда и крепежных деталей. Проверка измерительной и регистрирующей аппаратуры. Написание методики испытаний Декабрь 2009 г.

4 Проведение пробных испытаний (измерений) одного из макетных образцов защитной рамы Январь 2010г.

5 Корректировка документации, доводка и модернизация приспособлений (при необходимости) Февраль 2010г.

6 Проведение испытаний согласно программе-методике Март -апрель 2010 г.

7 Обработка результатов испытаний, анализ полученных данных, оформление отчета Май -июнь 2010 г.

Рис. 3. Кинематическая схема разрывной машины Р-5: 1 - электродвигатель; 2 - силовой редуктор; 3 - цилиндрические шестерни; 4 - вращающиеся винты; 5 -гайки подвижной траверсы; 6 - подвижная траверса; 7 - неподвижная траверса; 8 - поводок; 9 - рейка; 10 -шестерня реечной передачи; 11 - шкив; 12 - трос; 13 -перо; 14 - барабан лентопротяжного механизма; 15 -редуктор масштаба записи; 16 - валик

Определение твердости материалов для изготовления макетных образцов защитного каркаса производится в

МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ

Согласно ГОСТ Р 51863-2002 [1], устанавливающему требования безопасности, лесозаготовительные машины должны быть оборудованы устройствами защиты от опрокидывания по ГОСТ Р ИСО 8082-99, падающих предметов по ГОСТ Р ИСО 8083-99 и проникающих предметов по ГОСТ Р ИСО 8084-99 [2-4], отвечающим требованиям к объему ограничения деформации по ГОСТ Р ИСО 3164-99 [5]. Методика испытаний предусматривает расчетную оценку эффективности защитного устройства [6-8], что позволит на стадии

проектирования и доводки определить его соответствие нормативным требованиям безопасности.

Нагрузка ¥ при боковом нагружении прикладывается к верхнему продольному элементу макета защитного устройства и увеличивается до достижения предельного значения ¥пр. Предельная нагрузка определяется по условию достижения каким-либо элементом объекта испытаний или элементом крепления объекта испытаний предельного состояния, т. е. разрушения. Таким образом, имитируется процесс постепенного деформирования защитной рамы и элементов крепления при нагружении. При незначительной скорости приложения нагрузки деформацию устройства защиты при опрокидывании можно рассматривать как статическую. Значения усилий ¥ и деформации Д в точке приложения нагрузки регистрируются и наносятся на соответствующий график по мере увеличения деформации. Нагрузка на устройство защиты должна быть непрерывной. Полученная площадь под результирующей кривой «усилие - деформация» равна поглощенной энергии (рис. 4). При расчете значений энергии используются фактические значения деформации по линии действия прилагаемого усилия в средней точке приложения нагрузки

и = -

"(А2 - А;)|

"(аN -АЛ

) ¥Л-1 + ¥Л

Рис. 4. Зависимость «деформация - усилие» при боковом нагружении

МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

По результатам измерений Ду и ¥ц рассчитываются значения поглощаемой макетом защитного устройства энергии и (, - номер опыта, , = 1 ...п;] - номер измерения в 1-м опыте, ] = 1 ... К).

По результатам расчетов определяются оценки математического ожидания и дисперсии поглощенной энергии.

Выборочная средняя оценка математического ожидания поглощенной энергии

и =

п

ти, 1=1 п

где п - число опытов.

Оценка дисперсии поглощенной энергии

^ =

1 п _ 7

-: Т (и, - и)2

п -1 ,=1

Завершающим этапом обработки результатов испытаний является построение доверительных интервалов

для математического ожидания и дисперсии поглощенной энергии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ Р 51863-2002. Машины лесозаготовительные, тракторы лесопромышленные и лесохозяй-ственные. Требования безопасности.

2. ГОСТ Р ИСО 8082-99. Машины лесозаготовительные, тракторы лесопромышленные и лесохо-зяйственные. Устройство защиты при опрокидывании. Требования безопасности и методы испытаний.

3. ГОСТ Р ИСО 8083-99. Машины лесозаготовительные, тракторы лесопромышленные и лесохо-зяйственные. Устройство защиты от падающих предметов. Требования безопасности и методы испытаний.

4. ГОСТ Р ИСО 8084-99. Машины лесозаготовительные, тракторы лесопромышленные и лесохо-зяйственные. Устройство защиты оператора. Требования безопасности и методы испытаний.

5. ГОСТ Р ИСО 3164-99. Машины землеройные. Защитные устройства. Характеристика объема ограничения деформации при лабораторных испытаниях.

6. Питухин А. В. Оценка вероятности безотказной работы элементов конструкций с трещиноподоб-ными дефектами / А. В. Питухин, И. Г. Скобцов, Д. А. Хвоин // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ. 2009. № 9 (103). С. 85-87.

7. Питухин А. В. Расчетная оценка напряженно-деформированного состояния устройства защиты оператора при опрокидывании колесного трактора / А. В. Питухин, И. Г. Скобцов, Д. А. Хвоин // Безопасность критичных инфраструктур и территорий: Материалы III Всероссийской конференции и XIII Школы молодых ученых. Екатеринбург: УрО РАН, 2009. С. 298-299.

8. Питухин А. В. Оценка эффективности защитного каркаса кабины колесного трелевочного трактора / А. В. Питухин, И. Г. Скобцов, Д. А. Хвоин // Современные технологии в машиностроении: Сборник статей XIII Международной научно-практической конференции. Пенза, 2009. С. 154156.

2

2

2