Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Кабины трактора

Испытания защитных свойств кабин и исследование их прочности

Испытания прочности защитных кабин и каркасов сельскохозяйственных тракторов

При разработке критериев оценки безопасности тракторных кабин и методов их испытаний исходили из случаев травматизма, вида и характера деформации кабин при опрокидывании трактора, стремясь более точно имитировать реальные аварийные ситуации (причем наиболее типичные и опасные случаи) и нагрузки, которым подвергалась кабина. Первоначально защитную кабину или каркас устанавливали на тракторе, который опрокидывали назад и набок. Трактор при этом выходил из строя. Такие испытания обходились довольно дорого. Воспроизвести их в идентичных условиях было трудно, поскольку действующие на кабину силы изменялись в широких пределах в зависимости от того, каким образом кабина ударялась о грунт. На основании исследований, проведенных в Швеции и Великобритании в 50-х годах, разработаны методы лабораторных испытаний защитных кабин и каркасов. Кабины испытывали ударами маятникового груза массой 2 т (это соответствовало массе трактора того времени) сзади и сбоку и приложением статической вертикальной нагрузки к крыше. Чтобы определить уровень энергии ударов, действующих на кабину или каркас, сравнивали вид и характер деформаций, возникающих при имитации реального опрокидывания трактора и при воздействии маятникового груза. В целях упрощения выбора режима нагружения уровня энергии удара соотносили только с массой трактора. Первоначально прочность кабины в горизонтальном направлении испытывали ударом сбоку и сзади [95]. Затем на основании исследований, проведенных в Великобритании, признано необходимым наносить удар и спереди для проверки прочности кабины и в этом направлении [92]. В итоге Организацией экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), включающей страны Западной Европы, Канаду, США, Австралию, Новую Зеландию, Югославию и Японию, разработана и принята "Стандартная методика официальных испытаний каркасов и кабин безопасности, устанавливаемых на сельскохозяйственных тракторах". Большинство стран членов ОЭСР имеет национальные испытательные станции и органы, ответственные за испытания. Они получают протоколы испытаний защитных кабин, подготавливают их результаты к публикации и периодически издают. Протоколы испытаний публикуют на английском и французском языках и высылают по требованию фирм-изготовителей. Параллельно ОЭСР работа по созданию методов испытаний защитных кабин и каркасов сельскохозяйственных тракторов проводится в рамках Международной организации по стандартизации (ИСО). В настоящее время наиболее распространены два метода испытаний динамический (нанесение ударов по кабине и приложение вертикальной статической нагрузки) и статический (приложение горизонтальной и вертикальной статических нагрузок). В СССР защитные свойства кабин и каркасов тракторов определяют в соответствии с ГОСТ 12.2.00281, в основу которого положены материалы стандартов ИСО 3463-84 и ИСО 5700-84.

Испытания с применением динамических нагружений проводят в такой последовательности. Для тракторов (без балластных грузов), у которых менее 50 % массы приходится на переднюю ось: удар сзади; приложение вертикальной статической нагрузки к задней части кабины; удар спереди; удар сбоку; приложение вертикальной статической нагрузки к передней части кабины. Для тракторов (без балластных грузов), у которых 50 % и более массы трактора приходится на переднюю ось: удар спереди; удар сбоку; приложение вертикальной статической нагрузки к передней части кабины. Испытания проводят на одной и той же кабине (каркасе), причем ремонт или выпрямление элементов кабины (каркаса) между испытаниями не допускается. Груз массой 2 т имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Масса цепей подвеса (не более 100 кг) в массу маятникового груза не входит. Ось подвеса груза располагают на высоте не менее 6 м от поверхности площадки. При испытаниях трактор закрепляют на площадке с бетонным или другим жестким покрытием. Уклон площадки не более 1 °. Трактор крепят к балкам, вмонтированным в поверхность площадки, через натяжные устройства посредством стальных проволочных тросов, имеющих сечение круглой формы, мягкую сердцевину и прочность на разрыв 1800 МПа. Диаметр тросов для крепления тракторов массой до 5 т включительно должен быть не менее 13 мм, для тракторов массой свыше 5 т не менее 16 мм. Точки присоединения крепеных элементов при нанесении удара сзади и спереди следует распола гать в плоскости перемещения центра тяжести груза. После натяжения тросов под задние колеса спереди (при ударе сзади) или сзади (при ударе спереди) устанавливают деревянный брус сечением 150x 150 мм (рис. 6.1, а, б). При нанесении удара сбоку (рис. 6.2) заднее и переднее колеса со стороны удара крепят к площад. ке тросами, а затем сбоку колес устанавливают и закрепляют брус сечением 150 х 150 мм. Для фиксации заднего колеса применяют в распор брус, длина которого в 20...30 раз, а ширина в 2...3 раза больще его толщины. Давление в шинах и вертикальная их деформация вследствие натяжения тросов соответственно должны быть:

100 ± 10 кПа (1,0 ± 0,1 кгс/см2) и 25 i 3 мм - для тракторов с четырьмя ведущими колесами одинакового размера; 150 ± 10 кПа (1,5 ± 0,5 кгс/см2) и 20 ± 3 мм в передних, 100 ± ± 10 кПа (1,0 ± 0,1 кгс/см2) и 20 ± 3 мм в задних колесах для тракторов с четырьмя ведущими колесами, из которых передние меньше по размеру, чем задние;

200 ± 10 кПа (2,0 ± 0,1 кгс/см2) и 15 ± 3 мм в передних, 100 ± ± 10 кПа (1,0 ± 0,1 кгс/см2) и 25 ± 3 мм в задних колесах для трактора с задними ведущими колесами, причем передние колеса меньше по размеру, чем задние. ПегЗед испытаниями съемные окна, панели и непредохранительные элементы должны быть сняты. Положение груза и его цепей подвеса выбирают так, чтобы удар приходился в верхний край защитной конструкции. При этом ударяющая плоскость в момент удара должна совпадать с плоскостью, касательной элементу кабины (каркаса), по которому наносят удар, а нормаль, проведенная к нему, проходить через центр тяжести груза. В момент удара сбоку ударяющая плоскость груза, цепи подвеса и поверхность элемента кабины должны быть параллельны и лежать в вертикальных плоскостях. Если из-за конструктивного исполнения кабины последнее невыполнимо, применяют дополнительное регулировочное устройство маятника. При испытаниях сиденье оператора устанавливают в заднее верхнее положение. Удар наносят по верхнему продольному элементу кабины перпендикулярно продольной вертикальной плоскости симметрии трактора со стороны, представляющей наибольшую опасность для оператора. Центр маятника должен лежать на расстоянии 200 мм впереди ТОС. Если на верхнем продольном элементе кабины выполнен выступающий элемент, воспринимающий первоначальный удар при опрокидывании трактора, то удар маятником следут наносить по этому элементу.

для тракторов массой 2...6 т. Удар сзади по верхней поперечной балке кабины наносят в точке, расположенной на расстоянии 2/3 от средней вертикальной продольной плоскости трактора до вертикальной плоскости, которая касательна к внешнему краю кабины (каркаса) со стороны, противоположной стороне нанесения бокового удара.

где М - эксплуатационная масса трактора без масс снимаемого балласта и оператора, кг; L база трактора, мм; момент инерции трактора относите ль- но задней оси (без колес задней оси), кг • м2. Кабины (каркас) тракторов, у которых 50 % и более массы приходится на переднюю ось, ударом сзади не испытывают. Удар спереди наносят ближе к стороне, по которой ударяют сбоку. В этом случае высота подъема маятника

для тракторов массой 2...6 т. Для приложения вертикальной статической нагрузки трактор поднимают, устанавливают на козлы и закрепляют за оси (рис. 6.3) так, чтобы нагрузка передавалась не через колеса, а через брус шириной 250 мм. Брус размещают поперек заднего (в случае нагружения этой части кабины) и переднего наивысших элементов кабины. Результирующая нагрузка, по значению численно равная удвоенной эксплуатационной массе трактора, должна действовать в плоскости, перпендикулярной его вертикальной продольной плоскости симметрии. Нагрузку прилагают в течение 5 с после прекращения любого визуально определяемого перемещения элементов кабины (каркаса). Если передняя часть крыши кабины (каркаса) не выдерживает силу сжатия, то нагрузку прилагают до тех пор, пока крыша кабины, деформируясь, не войдет в контакт с плоскостью, соединяющей верхнюю часть кабины (каркаса) с капотом трактора. Затем нагрузку снимают, трактор устанавливают в таком положении, чт;обы нагрузка действовала на ту часть конструкции, которая может служить опорой трактору при его полном опрокидывании. Затем вновь прилагают вертикальную статическую нагрузку, равную удвоенной эксплуатационной массе трактора.

В процессе испытаний измеряют упругие и остаточные деформа. ции элементов кабины (каркаса), регистрируют их разрушение или появление трещин, причем измерение деформации и регистрацию тре. щин и разрушений проводят при каждом режиме нагружения. Для оценки нарушения зоны свободного пространства можно при. менить конструкцию, размеры которой соответствуют зоне на рисунке 3.1. Если кабина (каркас) предназначена для использования на других моделях тракторов, то испытания не проводят при выполнении следующих условий: эксплуатационная масса трактора не превышает эксплуатационную массу испытанного трактора более чем на 5 %%; колесная база равна базе испытанного трактора; способ установки кабины (каркаса) и элементы трактора, на которые устанавливают кабину (каркас), идентичны и равнопрочны; любые детали, такие как крылья и капот, которые могут служить опорой для кабины (каркаса), идентичны или обеспечивают аналогичную опору; расположение и геометрические размеры сиденья в кабине (каркасе) идентичны испытанной модели. Испытания с применением статического нагружения проводят в такой последовательности. Для тракторов (без балластных грузов), менее 50 % массы которых приходится на переднюю ось:

горизонтальное нагружение сзади;

приложение вертикальной статической нагрузки к задней части кабины;

горизонтальное нагружение сбоку;

приложение вертикальной статической нагрузки к передней части кабины;

дополнительное горизонтальное нагружение спереди, если трактор имеет откидывающуюся назад кабину.

Для тракторов (без балластных грузов), 50 % и более массы которых приходится на переднюю ось:

горизонтальное нагружение спереди;

приложение вертикальной статической нагрузки к передней части кабины;

горизонтальное нагружение сбоку;

приложение вертикальной статической нагрузки к задней части кабины;

дополнительное нагружение сзади (если кабина откидывается вперед).

Для приложения горизонтальной статической нагрузки трактор устанавливают и закрепляют на опорной площадке таким образом, чтобы нагрузка на колеса не передавалась. Схемы приложения статических нагрузок приведены на рисунке 6.4, а, б.

В процессе испытаний не должно быть видимой деформации опорных устройств. Аналогично проведению динамических испытаний с трактора убирают панели, окна и элементы, которые могут быть сняты при эксплуатации, а сиденье устанавливают в заднее верхнее положение. Стен для статических испытаний кабин оснащают приборами для измерения прилагаемого усилия и деформации кабины (каркаса). Усилия определяют через каждые 15 мм деформации кабины. Устройство для измерения усилия и деформации следует располагать так, чтобы обеспечить регистрацию нагрузки и деформации в точке и вдоль линии нагружения. Скорость приложения, горизонтальной нагрузки сзади, спереди или сбоку должна быть не более 5 мм/с. Нагрузки спереди и сзади прилагают к .верхнему поперечному элементу конструкции в направлении, параллельном продольной плос кости симметрии кабины (каркаса).

Вертикальную статическую нагрузку, равную удвоенной эксплуатационной массе трактора, прилагают к задней и передней частям кабины так же, как и при динамических испытаниях. При наличии откидывающейся вперед (назад) кабины необходимо дополнительное горизонтальное нагружение сзади (спереди) к противоположно расположенному и наиболее удаленному углу кабины от первоначального горизонтального нагружения. Энергию при таком нагружении определяют по формуле

Испытания кабины (каркаса) прекращают в двух случаях: 1) энергия деформации равна или больше величины, полученной по приведенным выше выражениям; 2) нарушена зона свободного пространства, определенная ГОСТ 12.2.01986. В первом случае, если нет видимых трещин, разрывов и зона свободного пространства не нарушена, кабина (каркас) считается прошедшей испытания, во втором случае кабин (каркас) считается не прошедшей испытания. Кабину считают не прошедшей испытания и в том случае, если соблюдены условия об уровне поглощаемой энергии и не нарушена зона свободного пространства, но в элементах кабины имеются трещины, разрывы сварных швов. Преимущества статических испытаний: более безопасные условия для обслуживающего персонала; большая наглядность; возможность оценить работу того или иного узла кабины и выявить наиболее слабые; меньший объем помещения для проведения испытаний. При динамических же испытаниях кабины трактора массой 50 т высота точки подвеса груза должна быть равна 18 м. Несмотря на то что метод статических испытаний кабин стандартизован ИСО и ОЭСР, поиски соответствия значений прилагаемых энергий при статическом и динамическом испытаниях продолжаются. По данным работы, при статическом нагружении на деформацию защитного каркаса до зоны свободного пространства зребуется 50... 60 % расчетное энергии удара при динамических испытаниях, а на деформацию, соответствующую фактически получаемой при динамическом нагружении, 40...50 %. Сравнение статических и динамических испытаний, проведенных в Швеции (1975 г.) на кабинах тяжелых тракторов, показало, что энергия статической деформации составляла около 80 % соответствующей энергии удара при одинаковой деформации. В США испытания защитных кабин и каркасов сельскохозяйственных тракторов проводят в соответствии со стандартами ASAE J 336.1, SAE J 334В, SAE J 168A, SAE J 167А, несколько отличающимися от международных. Например, режимы нагружения в этих стандартах идентичны, а оценочные параметры, регламентирующие условия приемки, различны. Подготовка трактора и защитного устройства к испытаниям, его крепление, применяемое оборудование и точки приложения нагрузки, указанные в стандартах ИСО, ОЭСР, SAE и отечественном, одинаковы. Стандартами ОЭСР и SAE J 334В предусмотрены натурные опрокидывания трактора, причем в обоих случаях они не обязательны и проводятся в основном по желанию изготовителя кабины. Согласно стандартам SAE натурные испытания представляют собой опрокидывание трактора набок и назад. Проводят их по желанию изготовителя кабины либо в случае, если при динамическом или статическом нагружении поглощенная защитной конструкцией энергия на 15 % Меньше расчетной, определенной по формулам стандарта. Стандарт SAE J 167a регламентирует испытания на статическое вертикальное нагружение - раздавливание. Вертикальное статическое нагружение по стандартам SAE обязательно, но если его проводят, нагрузку прилагают только к точке, расположенной на 152 мм впереди от ТОС. По стандартам SAE для ударов сзади и сбоку принята одна и та же высота подъема" маятника; в то время как по стандартам ОЭСР и ИСО 346384 высота подъема маятника при ударе сзади значительно меньше, чем при ударе сбоку (для тракторов массой до 6 т). В стандарте SAE J 334В при оценке защитных свойств кабин в качестве оценочного параметра установлен коэффициент запаса прочности узлов крепления каркаса к остову. В стандарте ASAE 336.1 такой параметр не предусмотрен. В стандартах SAE, ИСО и отечественных для проведения испытаний защитных конструкций принята температура О °F (-18 °С). Рассмотренные стандарты относятся к колесным сельскохозяйственным тракторам, причем динамические испытания по ИСО 346384 ограничивают массу испытуемого трактора до 6 т, а ИСО 570084 -до 14 т.

По правилам техники безопасности защитные кабины или каркасы следует устанавливать на все колесные сельскохозяйственные тракторы. Если необходимо оценить защитную кабину трактора, масса которого более 14 т, то в таких странах, как Швеция, при динамических испытаниях используют маятник массой 5 т, а уровни прилагаемой энергии удара рассчитывают по формулам стандарта ОЭСР, используя нижние значения уровня. Несмотря на то что еще нет обоснованной методики испытаний защитных свойств кабин гусеничных сельскохозяйственных тракторов, уже начинают вводить требования об обязательной их установке. Так, в США правилами OSHA с 1976 г. предусмотрена установка защитных устройств на все колесные и гусеничные сельскохозяйственные тракторы [83]. Разработка международных методов испытаний защитных кабин гусеничных тракторов находится в стадии поиска.

(а - ширина кабины в верхней ее части).

= 300 мм обеспечивается опрокидывание практически всех тракторов с шарнирно сочлененной рамой, выпускаемых в стране и за рубежом, при скоростях движения более 4,15 м/с.

размещали устройство для оценки ненарушаемости зоны свободного пространства, определенной ГОСТ 12.2.01986. Трактор регулировали на минимальную ширину колеи и давление в шинах в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Затем его устанавливали по оси трамплина на расстоянии 40...50 м от последнего хаким образом, чтобы левые колеса двигались вдоль направляющих элементов. Рулевое управление трактора стопорили, ручной тормоз выключали, рычаг переключения передач устанавливали в нейтральное положение, сливали топливо, а для компенсации снижения эксплуатационной массы в баки заливали воду. Испытываемый трактор и трактор-тягач следует соединять стальным тросом диаметром не менее 18 мм и длиной 50 м. Плотность грунта в зоне падения трактора должна быть (18 ±2) 103 г/см3. Скорость испытываемого трактора в момент опрокидывания на основании результатов статистической обработки условий опрокидываний в реальной эксплуатации должна быть не менее 4 м/с. Сравнительный анализ деформаций серийной кабины трактора Т-150К при опрокидываниях в результате дорожно-транспортного происшествия и на треке в соответствии с изложенной выше методикой подтверждает идентичность воспроизведения на треке характерных условий опрокидывания тракторов в эксплуатации. В то же время характеры и значения деформаций кабин при лабораторных испытаниях по методикам ОЭСР, стандарта ИСО 5700-84 и при дорожно-транспортных происшествиях существенно различаются. На основании результатов исследований разработана отраслевая методика испытаний на прочность кабин (каркасов) колесных тракторов (массой более 6 т) с шарнирно сочлененной рамой. Используя результаты испытаний по указанной методике, можно скорректировать габариты и форму кабины с целью обеспечения требуемой защиты оператора и более рационально применить металл в ее конструкции.

Реклама