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

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;

– линейные деформации в точке приложения нагрузки.

Погрешность измерений – в соответствии с указанной в таблице 1.

Таблица 1

Погрешность измерений показателей

Измеряемый показатель	Погрешность измерений
	абсолютная	относительная, %
Линейные деформации, мм	± 1	не более ± 5 максимального значения
Усилие, Н	–	± 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.

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

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 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 Δ;

– усилия, прикладываемого к устройству защиты F;

– потенциальной энергии деформирования U.

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.

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 F при боковом нагружении прикладывается к верхнему продольному элементу макета защитного устройства и увеличивается до достижения предельного значения F_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 F и деформации Δ 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- Д F1          Fl + F21+ +     Л   / FN -1 + FN 1

^и = ^ ^{+ ( д} 2 ^-д 1 1  ^  1 ⁺ ... ^{+ ( д} N ^-д N - 1 J -----^----- I

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

МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

По результатам измерений Δ _i j и F_i j рассчитываются значения поглощаемой макетом защитного устройства энергии U_i ( i – номер опыта, i = 1 … n ; j – номер измерения в i -м опыте, j = 1 … N).

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

Выборочная средняя оценка математического ожидания поглощенной энергии

n

_ X и,-и = ^=^- n где n – число опытов.

Оценка дисперсии поглощенной энергии

n

» U =---; X (и , - U)² .

n - 1 i = 1

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