Оценка соответствия системы ROPS трактора Б10 требованиям безопасности
Автор: Трояновская Ирина Павловна, Нарадовый Дмитрий Иванович, Серов Сергей Иванович
Рубрика: Численные методы моделирования
Статья в выпуске: 1 т.19, 2019 года.
Бесплатный доступ
Безопасность водителя при опрокидывании машины является весьма актуальной задачей. Поэтому оценка безопасности защитных конструкций кабины ROPS является обязательным условием сертификации любого транспортного средства. Безопасность кабины тракторных агрегатов оценивается на основе результатов натурного эксперимента. Современное развитие компьютерных технологий позволило оценить безопасность кабины трактора на основе численного эксперимента. В статье приведена математическая модель оценки защитной конструкции ROPS на примере промышленного трактора Б10. Опрокидывание трактора имитируется последовательной серией статических нагружений (боковое, вертикальное и продольное). Пластическая деформация защитной конструкции позволяет погасить предполагаемую энергию удара. Математическая модель имитационных испытаний составлена на основе метода конечных элементов. Для учета пластического состояния конструкции статическая задача решалась в постановке нелинейного анализа с учетом эффекта больших перемещений. Расчет показал, что для трактора Б10 массой 25 т энергия предполагаемого удара 40 867 Дж достигается при перемещении 261 мм и боковом усилии 229 кН. После вертикального усилия 500 кН и продольного усилия 170 кН конструкция сохранила свою работоспособность. Критерием работоспособности конструкции явилось сохранение неприкосновенным ограниченного объема предполагаемого расположения водителя. Для оценки адекватности математической модели был проведен натурный эксперимент, который подтвердил безопасность защитной конструкции. Экспериментально энергия удара набрана при перемещении 261 мм и боковом усилии 243 кН. Расхождение между экспериментальным значением усилия и расчетным значением не превысило 4 %. Дополнительно была проверена скорость набора энергии. Для этого построены экспериментальная и расчетная зависимости усилия от деформации конструкции. Энергия деформации рассчитывалась как площадь под этой кривой. Расхождение значений энергии не превысило 7,3 % во всем диапазоне исследуемых деформаций конструкции.
Защита от опрокидывания, система rops, имитационное моделирование, математическая модель, натурный эксперимент
Короткий адрес: https://sciup.org/147231739
IDR: 147231739 | УДК: 629.114.2.001.4 | DOI: 10.14529/engin190107
Assessing safety conformance of ROPS system in B10 tractors
The driver's safety in the event of a vehicle rollover is a very important issue. Therefore, a mandatory certification requirement of any vehicle is to assess the safety of the protective structures of ROPS cabs. The safety of tractor cabs is assessed by full-scale experiments. Due to modern computer technologies, we managed to assess the safety of a tractor cab based on a numerical experiment. The paper presents a mathematical model for assessing the safety of protective ROPS structures of an industrial tractor B10. A tractor rollover is simulated with a series of static loads (lateral, vertical, and longitudinal). Plastic deformation of the protective structure makes it possible to minimize the expected crash-impact energy. A mathematical model of simulation tests was developed using the finite element method. To take into account the plastic state of the structure, the static problem was stated and solved by methods of nonlinear analysis taking into account the effect of large displacements. The calculation results showed that the expected crash-impact energy of 40,867 J for a 25-ton B10 tractor was achieved at a displacement of 261 mm and a lateral force of 229 kN. The structure remained functional under its subsequent loading with a vertical force of 500 kN and a longitudinal force of 170 kN. Its performance criterion was intact limited space of the driver's supposed location. A full-scale experiment confirmed the adequacy of the mathematical model and the safety of the protective structure. The experimental crash-impact energy was achieved at a displacement of 261 mm with a lateral force of 243 kN. The value of the experimental force differed from that of the calculated force by less than 4%. The rate of energy gain was tested additionally. To this end, we plotted the force against the structure deformation. The deformation energy was calculated as the area under this curve. The value of the experimental energy differed from that of the calculated energy by less than 7.3% over the entire range of studied structural deformations.
Список литературы Оценка соответствия системы ROPS трактора Б10 требованиям безопасности
- ГОСТ 12.2.019-2005. Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Тракторы и машины самоходные сельскохозяйственные. Общие требования безопасности. - М.: Стандартинформ, 2005. - 28 с.
- Myers, M.L. Tractor Risk Abatement and Control as a Coherent Strategy / M.L. Myers // Journal of Agricultural Safety and Health. - 2002. - Vol. 8, no. 2. - P. 185-198.
- ТР ТС 010/2011. О безопасности машин и оборудования. Технический регламент таможенного союза. - Республика Казахстан, 2011. - 66 с.
- ГОСТ Р ИСО 3471-2009. Машины землеройные. Устройства защиты при опрокидывании. Технические требования и лабораторные испытания. - М.: Стандартинформ, 2009. - 30 с.
- Standard Code for the Official Testing of Protective Structures on Agricultural and Forestry Tractor: Code 4 (Static Test), OECD, 2009.
- Данилина, О.Н. Проектирование защитного каркаса для обеспечения безопасности тракториста при опрокидывании трактора / О.Н. Данилина // Мир транспорта и технологических машин. - 2009. - № 3 (26). - С. 58-64.
- Журавлев, А.В. Разработка математической модели несущей системы кабины с использованием современных систем инженерного анализа / А.В. Журавлев // Междунар. науч. журнал. - 2012. - № 1. - С. 100-103.
- Зузов, В.Н. Оценка пассивной безопасности кабин тракторов на стадии проектирования / В.Н. Зузов, И.В. Маркин // Тракторы и сельхозмашины. - 2001. - № 4. - С. 26-27.
- Расчётные исследования несущего каркаса кабины трактора ВТ-200 / Д.А. Загарин и др. // Журнал автомобильных инженеров. - 2015. - № 3 (98). - С. 8-11.
- Ayers P.D. Model to evaluate exposure criteria during roll-over protective structures (rops) testing / P.D. Ayers, M. Dickson, S. Warner // Transactions of the American Society of Agricultural Engineers. - 1994. - Vol. 37, no. 6. - P. 1763-1768.
- Finite Element Modeling of Rops in Static Testing and Rear Overturns / J.R. Harris, V.H. Mucino, J.R. Etherton et al. // Journal of Agricultural Safety and Health. - 2000. - Vol. 6, no. 3. - P. 215-225.
- Khorsandi F., Ayers P.D. Developing a Finite Element (FE) Model to Predict the Roll-Over Protective Structure (ROPS) Behavior Under SAE J2194 Standard Test / F. Khorsandi, P.D. Ayers // American Society of Agricultural and Biological Engineers Annual International Meeting. - 2015. - No. 3. - P. 2153-2160.
- Manado J. Design Calculation on Roll-Over Protection Structure for Agriculture Tractor / J. Manado, J.I. Arana, C. Jaren // Bio-system engineering. - 2007. - Vol. 96. - P. 181-191.
- Non-Linear Static Analysis of Off-Road Vehicle Cabin ROPS Structure Using Finite Element Method / K.T. Rajesh, R. Haridass, N.V. Dhandapani, M. Dinakar // International Journal of Engineering and Technology (UAE). - 2018. - Vol. 7, no. 2. - P. 411-414.
- DOI: 10.14419/ijet.v7i2.24.12123
- Enhanced Non-Linear Material Modelling for Analysis and Qualification of Rollover Protective Structures / D.J. Agius, K.I. Kourousis, M. Takla, A. Subic // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. - 2016. - Vol. 230, no. 11. - P. 1558-1568.
- Available Energy During the Rollover of Narrow-Track Wheeled Agricultural Tractors / A.L. Guzzomi, V. Rondelli, A. Guarnieri et al. // Biosystems Engineering. - 2009. - Vol. 104, no. 3. - P. 318-323.
- DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2009.07.005
- Стенд для испытаний защитных устройств промышленных тракторов / Е.А. Шаталинская и др. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 1989. - № 11. - С. 23-24.
- Серов, С.И. Испытания защитного устройства ROPS промышленного трактора / С.И. Серов, Д.И. Нарадовый, И.П. Трояновская // Тракторы и сельхозмашины. - 2018. - № 3. - С. 68-72.
- Franceschetti, B. Comparison Between a Rollover Tractor Dynamic Model and Actual Lateral Tests / B. Franceschetti, R. Lenain, V. Rondelli // Biosystems Engineering. - 2014. - Vol. 127, no. 1. - P. 79-91.
- Костенецкий, П.С. Ресурсы суперкомпьютеров SUSU / С.П. Костенецкий, А.Ю. Сафонов // 10-я Международная научная конференция РТС. - 2016. - № 1576. - С. 561-573.
- Assessing the Safety Provided by SAE J2194 Standard and Code 4 Standard Code for Testing ROPS, Using Finite Element Analysis / J.R. Alfaro, I. Arana, S. Arazuri, C. Jarén // Biosystems Engineering. - 2010. - Vol. 105, no. 2. - P. 189-197.
- DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2009.10.007
