Экспериментальные исследования макетного образца устройства защиты кабины колесного трелевочного трактора

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАКЕТНОГО ОБРАЗЦА УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ КАБИНЫ КОЛЕСНОГО ТРЕЛЕВОЧНОГО ТРАКТОРА

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

This paper contains the methodical way of doing the experimental research of the model of wheeled skidder 's roll-over protective structure.

Согласно действующим стандартам, регламентирующим требования безопасности и методы испытаний лесозаготовительных машин [1 - 4], кабины колесных трелевочных тракторов должны быть оснащены устройствами защиты при опрокидывании (ROPS - Roll-over protective structures), снижающими вероятность нанесения повреждений оператору в случае опрокидывания управляемой им машины. В данных нормативно-технических документах предписано проводить статические лабораторные испытания для оценки защитных свойств ROPS.

Целью исследований является оценка эффективности устройства защиты (защитной рамы) кабины колесного лесозаготовительного трактора ОАО «ОТЗ» ТЛК 4-01 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).

Условия проведения испытаний. Испытания проводятся в лаборатории механики Петрозаводского государственного университета (ПетрГУ). 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;

- линейные деформации в точке приложения нагрузки.

Погрешность измерений - в соответствии с указанной в таблице 1.

Таблица 1 - Погрешность измерений показателей

Измеряемый Погрешность измерений

показатель абсолютная относительная, %

Линейные де- ± 1 не более ± 5 максимального

формации, мм значения

Усилие, Н - ± 5

Оборудование для приложения нагрузки. Макетный образец устройства защиты устанавливается на стенде с помощью специального приспособления,

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 путём повреждения или разрушения. Разрывная машина имеет нагружающее устройство и измерительные приборы. Нагружающее устройство механическое с несколькими постоянными скоростями деформирования. Измерительные приборы механические ры-чажно-маятниковые, регистрируют усилия и деформации на различных стадиях испытаний; имеется диаграммный аппарат, записывающий процесс в координатах «нагрузка — деформация».

Организация испытаний. Испытания проводятся по программе-методике, разработанной на Лесоинженерном факультете 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. Определение твердости материалов для изготовления макетных образцов защитного каркаса производится в 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 энергопоглощающих свойств защитного каркаса кабины трелевочного трактора и включает определение следующих основных параметров:

- линейной деформации А;

- усилия, прикладываемого к устройству защиты Б;

- потенциальной энергии деформирования и.

Испытания проводятся согласно календарному плану.

Методика испытаний. Методика испытаний предусматривает расчетную оценку эффективности защитного устройства [5 - 7], что позволит на стадии проектирования и доводки определить его соответствие нормативным требованиям безопасности.

Нагрузка F при боковом нагружении прикладывается к верхнему продольному элементу макета защитного устройства и увеличивается до достижения предельного значения Гпр. 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 F и деформации А 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 (рисунок 1). При расчете значений энергии исполь-

зуются фактические значения деформации по линии действия прилагаемого усилия в средней точке приложения нагрузки

Рисунок 1 - Зависимость «деформация - усилие» при боковом нагружении

Методика обработки результатов испытаний. По результатам измерений Ду и рассчитываются значения поглощаемой макетом защитного устройства энергии и ( - номер опыта, \ = 1 ...п;у - номер измерения в ¡-м опыте,у = 1 ... К). По результатам расчетов определяются оценки математического ожидания и дисперсии поглощенной энергии.

Выборочная средняя (оценка математического ожидания) поглощенной энергии

п

_ Т^

и = ,

п

где п - число опытов.

Оценка дисперсии поглощенной энергии

? 1 П —у

=-: Т (и, - и)2 .

П -11=1

Завершающим этапом обработки результатов испытаний является построение доверительных интервалов для математического ожидания и дисперсии поглощенной энергии.

Литература

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

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

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

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

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

6. Питухин А.В., Скобцов И.Г., Хвоин Д.А. Расчетная оценка напряженно-деформированного состояния устройства защиты оператора при опрокидывании колесного трактора // Безопасность критичных инфраструктур и территорий: Материалы III Всероссийской конференции и XIII Школы молодых ученых. -Екатеринбург: УрО РАН, 2009. -С. 298299.

7. Питухин А.В., Скобцов И.Г., Хвоин Д.А. Оценка эффективности защитного каркаса кабины колесного трелевочного трактора // Современные технологии в машиностроении: Сборник статей XIII Международной научно-практической конференции. - Пенза, 2009.-с.154-156.