PRZEMYSŁOWE POJAZDY ELEKTRYCZNE - INNOWACYJNE ROZWIĄZANIA
W ZAKRESIE WÓZKÓW NAŁADOWNYCH I CIĄGNIKOWYCH
Andrzej Barszcz
1a, Zbigniew Starczewski
1b1Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego
a a.barszcz@imbigs.pl; bz.starczewski@imbigs.pl
Streszczenie
Transport wewnętrzny w zakładach produkcyjnych i centrach przeładunkowych opiera się na wózkach elek- trycznych, pozwalających na stabilne przewożenie ładunków o znacznych masach lub gabarytach. W niniejszym artykule przedstawiono rozwiązania konstrukcyjne modułowych wózków naładownych i ciągnikowych. Dotyczą one maszyn kategorii małej i średniej – umożliwiających przewożenie ładunków o masie do 2500 kg lub ciągnięcie zestawów przyczep o masie całkowitej do 25000 kg. Przyjęcie zasady konstrukcji modułowej umożliwia - bez pro- wadzenia dodatkowych prac konstrukcyjnych i badawczych - dostosowanie konstrukcji do oczekiwań odbiorców.
Słowa kluczowe: pojazdy przemysłowe, wózki naładowne, wózki ciągnikowe, napędy elektryczne, transport we- wnętrzny
THE INDUSTRIAL VECHICLES (EV) - INNOVATIVE SOLUTIONS OF PLATFORM TRUCKS AND TOWING TRACTORS
Summary
Internal transport in production facilities and logistic centers is based mainly on the use of electric carts, which allow for stable transport of loads with huge mass or dimensions. In the article below the construction concepts of modular trucks and tow tractors are shown. The concepts apply to the category of small and medium vehicles purposed for transportation of loads of up to 2 500 kg or for towing the trailer sets of up to 25 000 kg overall mass. The modular construction concepts allow for easy adaptation of vehicles to end-user demands without additional reserach, designs and construction workload.
Keywords: industrial vehicles, tow tractors, electric drivetrains, works transport, platform trucks
1. WSTĘP
Prace badawczo-rozwojowe dotyczące wprowadzenia do produkcji seryjnej wózków z energooszczędnymi napędami elektrycznymi prowadzone są w Polsce od kilku lat. Podejmowane działania wpisują się w ogólno- światowy trend do ograniczania zakresu wykorzystania lekkich pojazdów transportowych napędzanych silnikami spalinowymi i zastępowania ich pojazdami z nowocze- snymi napędami elektrycznymi. Dotyczy to szczególnie użytkowania wózków transportowych w centrach prze- ładunkowych, gdzie naprzemiennie występuje jazda na terenach otwartych, oraz w pomieszczeniach o ograni-
czonym obiegu powietrza, a użytkowanie pojazdów z napędami spalinowymi może być źródłem zagrożeń.
Rys. 1. Zestaw transportowy z ciągnikiem trójkołowym Hako- Sherpa S-Series firmy Hako-Werke GmbH
Rys. 2. Zestaw transportowy z wózkiem czterokołowym Hako- Cargo 2000 firmy Hako-Werke GmbH
Badania są prowadzone w kierunku osiągnięcia jak największego zasięgu jazdy z jednego ładowania baterii - zmniejszania masy własnej i zwiększania sprawności energetycznej. Coraz powszechniejsze jest wykorzystanie napędów elektrycznych z cyfrowym sterowaniem pracą silnika napędowego i układami zarządzania energią (np. rekuperacja energii przy hamowaniu). Występuje również nowe podejście do ergonomii, która staje się równorzędna z funkcjonalnością. Nie wypracowano jednakże systemowego podejścia - obowiązujące normy pozwalają na dowolne kształtowanie kabiny i stanowiska pracy – zatem stosowane są zarówno wózki przemysłowe bez konstrukcji ochronnych, jak również z kabiną chro- niącą przed skutkami uderzenia (masa kabiny ok. 40 kg). Nieliczni producenci światowi oferują wózki z inno- wacyjnymi kabinami zbliżonymi funkcjonalnie do kon- strukcji typu ROPS (roll-over protective structures) i FOPS (falling-object protective structure).
W Polsce głównym wyznacznikiem sukcesu (uzyska- nie zakładanych poziomów sprzedaży) pozostaje cena wyrobu, aczkolwiek zmieniające się stopniowo wymaga- nia odbiorców otwierają możliwość wprowadzenia krajo- wych wózków przemysłowych z rozwiązaniami stawiają- cymi je w światowej czołówce technicznej.
Przyjmując powyższe pod uwagę, określono dla no- wych wózków następujące założenia projektowe:
− wykonanie pojazdów o maksymalnym stopniu unifikacji podstawowych podzespołów głównych, pod kątem ograniczenia kosztów produkcji i eks- ploatacji;
− zaprojektowanie konstrukcji nośnych oraz zawie- szeń pozwalających na zmniejszenie masy wła- snej;
− zaprojektowanie struktur ochronnych dla nowych kabin, o funkcjonalności zbliżonej do konstrukcji spełniających wymagania ROPS, chroniących przed skutkami uderzenia masą do 40 kg;
− zaprojektowanie modułowych kabin, o dobrej wi- doczności z miejsca operatora, umożliwiających montaż opcjonalnego oprzyrządowania i syste- mów sterowniczych dla wyposażenia roboczego;
− oracowanie energooszczędnych systemów napę- dowych, pozwalających na podwyższenie zasięgu jazdy z jednego ładowania poprzez systemy reku- peracji energii hamowania oraz zjazdu z pochyło- ści.
Założenia powyższe zostały zrealizowane w cyklu prac badawczych - wspólnie przez Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego oraz Przedsiębior- stwo Wielobranżowe „BARTESKO” - dla których uzyskano dofinansowanie z Centrum Innowacji NOT.
2. MODELOWANIE 3D I OBLICZENIA
WYTRZYMAŁOŚCIOWE KONSTRUKCJI
2.1 ZESPOŁY NOŚNE I OCHRONNE
Ramy główne pojazdów w wersji platformowej i w wersji ciągnikowej zaprojektowano z wykorzystaniem przestrzennego modelowania komputerowego, przy założeniu uzyskania dużego stopnia unifikacji w sekcjach przedniej i tylnej, pozwalających na zastosowanie zbli- żonych funkcjonalnie zabudów i zawieszeń. Pozwoliło to na optymalizację ukształtowania przed wykonaniem modelu badawczego, co znacząco skróciło proces kon- strukcyjny i pozwoliło na zmniejszenie kosztów realizacji projektów. Optymalizacja dotyczyła uzyskania możliwie małej masy własnej zespołu ramy nośnej przy wymaga- nej wytrzymałości oraz sztywności wzdłużnej i po- przecznej. Przyjęto, że zmniejszenie masy własnej będzie miało wymierne przełożenie na ograniczenie kosztów produkcji i eksploatacji poprzez mniejsze zapotrzebowa- nie na materiały i na energię do wytworzenia wózka oraz zmniejszenie zapotrzebowania na energię elektryczną do jazdy.
Zbudowanie modelu komputerowego 3D na etapie dokumentacji konstrukcyjnej modeli badawczych pozwo- liło również na opracowanie systemu mocowania skrzyni zasobnikowej baterii trakcyjnej (wyłącznie dla wózka naładownego) w taki sposób, aby uzyskać możliwość szybkiej wymiany baterii bez konieczności usuwania ładunku z platformy transportowej pojazdu (znana wada wózków platformowych, skutkująca nieplanowanymi przestojami i koniecznością organizacji doraźnego rozła- dunku platformy.) Przyjęcie założenia o zastosowaniu bocznego wysuwu baterii trakcyjnej narzuciło ogranicze- nia konstrukcyjne w zakresie centralnej sekcji ramy nośnej - możliwość zastosowania dwóch profili głównych.
Wykonane obliczenia modeli komputerowych pozwoliły na poprawne zaprojektowanie połączeń podłużnic z poprzecznicami oraz elementami wsporczymi dla zawieszeń i baterii trakcyjnej.
Rys. 3. Model obliczeniowy ramy wózka naładownego - naprę- żenia zredukowane
Bilansując przewidywane obciążenia ramy nośnej, wzięto pod uwagę - oprócz ładunku i masy własnej - zastosowanie klasycznej baterii trakcyjnej z ogniwami kwasowymi, o masie ok. 750 kg. Pozwoliło to na uzyska- nie pewności, że przy zachowaniu przez użytkownika maksymalnej masy ładunku użytecznego - wynoszącej 2500 kg - w konstrukcji ramy nośnej nie będą występo- wały przekroczenia dopuszczalnego poziomu naprężeń.
Rys. 4. Model obliczeniowy ramy wózka ciągnikowego trójkoło- wego - naprężenia zredukowane
Przykładowe wyniki obliczeń MES ramy głównej wózka platformowego przedstawiono na rys. 3, a ramy nośnej wózka ciągnikowego trójkołowego na rys. 4.
Ważnym aspektem było zagadnienie związane z ko- niecznością zagwarantowania jak najwyższego stopnia ochrony operatora (i ew. pasażera) wózka. Jak wspomi- nano na wstępie, na obecną chwilę nie ma jednoznacznie określonych wymagań w normach, a stopień ochrony zależy w znacznym zakresie od interpretacji krajowych przepisów przez producentów wózków przemysłowych.
W chwili obecnej nie ma określonych wymagań, jakie parametry powinna mieć konstrukcja ochronna kabiny operatora. Wielu producentów stosuje własne wytyczne projektowe, określając jako wymagane uzyskanie odpor- ności w zakresie skutków uderzenia przedmiotami o małej masie. W nielicznych krajach stosowana jest wytyczna mówiąca o przeniesieniu statycznym masy odpowiadającej w przybliżeniu masie własnej wózka.
W związku z tym, przyjmując możliwości eksportowe, przyjęto, że zaprojektowane struktury ochronne kabin powinny wytrzymać bez naruszenia integralności kon- strukcji obciążenie statyczne spełniające te wytyczne.
Jako składniki obciążenia przyjęto dodatkowo do szcze- gółowych obliczeń MES obciążenia aerodynamiczne wynikające z sił oporu powietrza, przy występującym wietrze bocznym. Wyniki analiz MES dla konstrukcji ochronnej kabiny wózków czterokołowych w tym zakre- sie przedstawiono na rys. 5, a dla kabiny wózka ciągni- kowego trzykołowego na rys. 6.
Rys. 5. Model obliczeniowy ramy kabiny wózków czterokoło- wych - naprężenia zredukowane
Rys. 6. Model obliczeniowy ramy kabiny wózka ciągnikowego trzykołowego - naprężenia zredukowane
Aczkolwiek analizy wytrzymałościowe MES dają dobre odzwierciedlenie reakcji konstrukcji na zadeklaro- wane obciążenia, to z uwagi na zagwarantowanie zakła- danego poziomu bezpieczeństwa i stateczności konstruk- cji zostały zaplanowane dalsze weryfikacyjne badania wytrzymałościowe na obiektach rzeczywistych (fizyczne modele badawcze struktur ochronnych).
2.2 ZESPOŁY UKŁADU JAZDY
Projektując układ jazdy nowych wózków przemysło- wych, wykonano analizę przewidywanych rodzajów zastosowania. Celem głównym było uzyskanie platform o wysokim stopniu stabilności, natomiast celem pobocz- nym było zapewnienie optymalnego tłumienia drgań.
Podejście projektowe oparto na wielofazowym systemie tłumienia obejmującym ogumienie o zakładanej charak- terystyce, systemy amortyzujące w układach zawieszeń przednich i tylnych, jak również systemy tłumiące zintegrowane z fotelem operatora. Opracowując od
podstaw nowe układy jazdy dla nowego typoszeregu wózków przemysłowych, skoncentrowano się na zapew- nieniu następujących parametrów:
− wysokiej zwrotności, umożliwiającej manewrowa- nie w ograniczonych przestrzeniach,
− nośności i sztywności zawieszenia, przy akcepto- walnym tłumieniu drgań
− prostoty eksploatacji i ograniczenia zakresu ob- sług technicznych w stosunku do stosowanych obecnie rozwiązań.
Główne prace konstrukcyjne dotyczyły systemów zawieszenia przedniego wózków w odmianach trójkoło- wych i czterokołowych. W pracach konstrukcyjnych oparto się w znacznej części na modelowaniu kompute- rowym, które pozwoliło na określenie własności kinema- tycznych oraz wytrzymałościowych. Opracowanie dobre- go kompromisu technicznego w zakresie powiązania parametrów tłumienia i sztywności zawieszenia było konieczne z uwagi na obligatoryjne usytuowanie fotela nad osią przednią, co w wielu rozwiązaniach dotychcza- sowych naraża operatora na oddziaływanie wibracji wprowadzanych bezpośrednio w obszar odcinka krzyżo- wo-lędźwiowego kręgosłupa. W wyniku przeprowadzo- nych analiz zaprojektowano dla wózków czterokołowych zawieszenie przednie specjalne wg następującego sche- matu utwierdzenia:
− umocowanie typu „przegub kulisty” w miejscu sworznia łączącego z ramą główna wózka,
− umocowanie „przesuwne” na bocznych ścian- kach kostki prowadnika,
− umocowania typu „elastyczne wsparcie” na krążkach pod amortyzatory gumowe
Model 3D oraz wyniki przeprowadzonej analizy MES tego rozwiązania konstrukcyjnego zwieszenia przedniego przedstawiono na rys. 7.
Rys. 7. Model obliczeniowy zawieszenia przedniego wózka czterokołowego - naprężenia zredukowane
Wózek ciągnikowy trójkołowy wymagał zaprojekto- wania zawieszenia obrotowego kolumnowego. Zawiesze- nie przednie tego wózka, oprócz omawianych poprzednio funkcji, przejmuje również obciążenia związane z od- miennym sposobem realizacji skrętu. Na wykresie naprę- żeń uwidacznia się, że materiał w miejscu mocowania osi do „widelca” jednostronnego jest silnie wytężony.
Z uwagi na niewielki obszar pola podwyższonego pozio- mu naprężeń może ono wynikać z przyjętej metody obliczeniowej Aczkolwiek nie stwierdzono przekroczenia dopuszczalnych poziomów naprężeń wynikających z zastosowanego materiału konstrukcyjnego, to jednak konstrukcja wymagała weryfikacji w dalszych badaniach modelowych (modele fizyczne) i eksploatacyjnych.
Rys. 8. Model obliczeniowy zawieszenia przedniego wózka trzykołowego - naprężenia zredukowane
Zawieszenia tylne, wraz z mostami napędowymi, zo- stały zaprojektowane w dotychczas stosowanej formie funkcjonalnej – most sztywny z resorami wzdłużnymi o zmiennej charakterystyce tłumienia. Takie rozwiązanie techniczne wynika z konieczności uzyskania wysokiej sztywności i niezawodności zespołów przy ograniczeniu wibracji podczas jazdy bez obciążenia. Ukształtowanie zawieszenia oraz mostu napędowego wynikało z przyję- cia koncepcji pojedynczego silnika napędowego (silnik elektryczny bezszczotkowy współpracujący ze sterowni- kiem elektronicznym).
Rys. 9. Model obliczeniowy zawieszenia przedniego wózka trzykołowego - naprężenia zredukowane
Wykonane modelowanie zespołów głównych pozwoli- ło na ukształtowanie konstrukcji pod względem wytrzy- małościowym, jak również funkcjonalnym już na etapie prac projektowych. Jednocześnie z analizami wytrzymałościowymi i analizami możliwych kolizji podczas ruchów wykonawczych kół i zawieszenia
wózków przygotowano analizę kinematyczną zespołów napędowych. Obejmowała ona określenie ogólnego zarysu podzespołów układu napedowego mostu tylnego oraz obliczenia zakładanych przełożeń i prędkości.
Przykładowy schemat z wyszczególnieniem poszczególnych podzespołów został przedstawiony na rys. 10, na którym ujęto następujące podzespoły
1 - silnik napędowy, 2 - reduktor,
3 - przekładnia główna, 4, 5, 6, 7 - koła zębate
8,9- koła zębate przekładni obiegowej 10- półosie napędowe
11- pochwy półosi 12- sprzęgła półosi 13- piasty kół jezdnych 14- hamulce bębnowe 15- koła jezdne
Rys. 10. Model zespołu napędowego – analiza kinematyczna Wykonane obliczenia konstrukcyjne pozwoliły na dobór poszczególnych podzespołów, z uwzględnieniem ograniczeń dotyczących maksymalnej prędkości dla pojazdów wolnobieżnych, tj. 25 km/h. W przypadku zespołu napędowego wózków ciągnikowych kierowano się również koniecznością osiągnięcia zakładanej siły uciągu dla odmian trójkołowej i czterokołowej. Ważnym ele- mentem jest tu właściwe położenie środka masy pojazdu.
W związku z tym przeprowadzono analizę rozmieszcze- nia mas podzespołów głównych z uwzględnieniem baterii o masie własnej 700 kg. Przykładowy schemat do obli- czeń dla wózka czterokołowego został przedstawiony na rys. 11.
Rys. 11. Zakładane umiejscowienie baterii i położenie środka masy dla wózka ciągnikowego czterokołowego W wyniku oszacowania otrzymano następujące war- tości sił nacisku poszczególnych osi:
− dla wózka czterokołowego – F1 = 7 776 N oraz F2 = 12 168 N.
− dla wózka trzykołowego F1 = 1269 N oraz F2 = 2485 N
Oznacza to, że przy zakładanym umiejscowieniu ba- terii i otrzymanym położeniu środka masy nacisk na tylną oś napędową będzie prawie dwukrotnie większy niż na oś przednią. Takie rozłożenie nacisków na podłoże pozwala na uzyskaniu stosunkowo dużej siły uciągu przy niewielkich obciążeniach elementów zawieszenia przed- nich kół skrętnych.
2.3 WIRTUALNA ERGONOMIA
Modelowanie wirtualne pozwoliło na wykonanie analiz ergonomicznych poszczególnych rozwiązań kon- strukcyjnych kabin. Zostały one zaprojektowane w dwóch odmianach: dwuosobowa dla wózków czteroko- łowych oraz jednoosobowa dla wózka trójkołowego.
Zagadnienia związane z ergonomią stanowiska pracy stanowiły ważny aspekt z uwagi na konieczność kom- promisu pomiędzy wielkością kabiny, długością uży- teczną platformy lub usytuowaniem baterii trakcyjnej w ciągniku czterokołowym. W zakresie wózków przemy- słowych brak jest ujednoliconego podejścia, poza ogól- nym wymaganiem spełnienia obowiązującej Dyrektywy Maszynowej. Badania ergonomiczne wykonano zatem, opierając się na wymaganiach obowiązujących w maszy- nach roboczych. Wykorzystano do tego celu opracowany w IMBiGS manekin testowy, odzwierciedlający wymiary i zakres ruchów dla tzw. operatora 95 percentylowego.
Analiza dotyczyła przewidywanych możliwych położeń głównych zespołów sterowania jazdą oraz paneli kontro- lnych nowych pojazdów. Założono, że pomimo braku wymagań elementy sterowania, które są obsługiwane z wysoką częstotliwością, zostaną zaprojektowane w taki sposób, aby możliwie duży zakres ruchów podstawowych mieścił się w polach określających graniczne wartości stref wygody(kolor seledynowy), a w przypadku braku możliwości technicznej, przynajmniej w strefach zasięgu.
Rys. 12. Model kabiny, wózek trójkołowy – badania z wykorzy- staniem wirtualnego manekina testowego
Znajomość dopuszczalnych położeń poszczególnych części ciała wirtualnego manekina pozwoliła na przybli- żone oszacowanie rozmieszczenia zespołów wyposażenia wnętrza oraz określenie zakresów ruchów regulacyjnych dla fotela i kolumny kierownicy (wózki oparte o podwo- zia czterokołowe). W przypadku wózka trójkołowego analizy pozwoliły na określenie przybliżonych miejsc mocowania fotela z uwagi na niewielkie wymiary gabary- towe brak możliwości wykonania systemów regulacynych dla koła kierownicy.
Rys. 13. Model kabiny - rozmieszczenie stref zasięgu i wygody względem punktu SIP (sit index point) fotela operatora W kolejnym etapie na przygotowane zarysy modelo- we 3D nałożono strefy wygody i zasięgu, określone w zależności od położenia punktu SIP fotela operatora (rys. 13). Wynikiem modelowania wirtualnego było wprowadzenie w ciągniku czterokołowym rozwiązania z regulowaną kolumną kierownicy. Zastosowanie syste- mu regulacji obejmującego kombinację pochylania kierownicy i przesunięcia fotela operatora umożliwia dostosowanie do indywidualnych cech operatora.
Modelowanie na etapie konstrukcji wirtualnych po- zwoliło również na wykonanie projektu poszyć wyposa- żenia wnętrza, uwzględniających miejsca mocowania zespołów i elementów sterowania. Pozwoliło również na projekt w zakresie rozmieszczenia schowków na doku- menty i drobne przedmioty.
Przeprowadzone metodami komputerowymi analizy ergonomiczne pozwoliły na racjonalne ukształtowanie konstrukcji zespołów głównych nowych wózków przed wykonaniem ich modeli badawczych w metalu, co
zmniejszyło koszty realizacji projektu, pozwalając na uniknięcie konieczności wykonania wielu modeli fizycznych podzespołów w róznych wariantach wykonania. Na rysunkach 14 i 15 przedstawiono wykonane w skali rzeczywistej modele badawcze wózków.
Rys. 14. Model badawczy wózka trzykołowego
Rys. 15. Model badawczy wózka czterokołowego
3. BADANIA OBIEKTÓW TESTOWYCH
3.1 BADANIA MODELOWE
Zakres badań modelowych korespondował z obowiązującą obecnie Dyrektywą Maszynową, przy czym z uwagi na niekompletność (wprowadzanych sukcesywnie) norm za podstawę procesu badawczego przyjęto normę PN EN 1726-1 oraz powiązane normy dotyczące konstrukcji kabiny. Badania modelowe prowadzono w cyklach mających za zadanie określenie następujących parametrów nowych wózków platformowych i ciągnikowych:
− użytkowych i eksploatacyjnych,
− ergonomicznych i związanych z koniecznością zapewnienia bezpiecznej obsługi,
− wytrzymałościowych, w tym przeciążeniowych konstrukcji jako całości oraz struktury nośnej kabiny operatora.
Szczególna uwaga została zwrócona na parametry określane przez użytkowników jako kluczowe:
manewrowość, prędkość jazdy, ładowność, siła uciągu oraz widoczność z miejsca pracy operatora.
W badaniach wytrzymałościowych szczególną uwagę zwrócono na zachowanie się konstrukcji nośnych na wywierane przeciążenia. Testy wykonano dla ram
głównych wózków platformowych i ciągników oraz ram głównych przyczep. Kolejne obciążenia wynosiły odpowiednio: A - 1560 kg,B - 1520 kg, C - 1130 kg.
Schemat obciążeń przedstawiono na rys. 16.
Rys. 16. Schemat realizacji pomiarów
Punkty kontrolne od 1 do 4 z symbolem L dotyczą lewej strony ramy, punkty od 5 do 8 z symbolem P - strony prawej.
Rys. 17. Badania obciążeniowe modelu ramy głównej z wyko- rzystaniem obciążników zastępczych
Rys. 18. Wyniki pomiarów dla poszczególnych obciążeń – podłużnica lewa
Wyniki badań potwierdziły obliczeniową wytrzyma- łość konstrukcji ramy, przy masie własnej wynoszącej 260 kg. Maksymalna wartość strzałki ugięcia pomiędzy punktami podparcia w trakcie badań osiągnęła 3,5 mm.
Zaznaczyć jednak należy, że przeprowadzone badania nie obejmowały obciążeń dynamicznych, występujących w trakcie codziennej eksploatacji, a więc efektów oddzia- ływania zmęczeniowego. Badania tego rodzaju przewi- dziano na etapie badań prototypowych poprzez cykl badań trakcyjnych z różnymi obciążeniami (w tym badania przeciążeniowe).
W dalszej kolejności przeprowadzono badania obcią- żeniowe struktury ochronnej kabin. Na rys. 19 przedsta- wiono sposób obciążania, przy czym podkreślić tu nale- ży, że w tej grupie wózków nie ma określonych wymagań normowych. Większość producentów prowadzi badania
obciążeniowe statyczne, samodzielnie ustalając obciąże- nia testowe.
Rys. 19. Badania obciążeniowe kabiny – obciążenie statyczne Przeprowadzone badania wykazały, że siła powodu- jąca odkształcenie trwałe konstrukcji wynika z obciąże- nia masą o wartości:
− 1000 kg dla kabiny do wózka trzykołowego
− 2000 kg dla kabiny do wózków czterokołowych.
Pomiary zmian odległości pomiędzy wyznaczonymi punktami kontrolnymi wykazały maksymalne odkształ- cenia trwałe profili nośnych na poziomie 7 mm. W żadnym z badanych przypadków nie została naruszona integralna struktura kabin. Potwierdziły się tym samym wyniki przeprowadzonych obliczeń wytrzymałościowych metodą MES.
3.2 BADANIA FUNKCJONALNE
Badania funkcjonalne prowadzono dwuetapowo Zo- stały one przeprowadzone na stanowiskach testowych oraz podczas jazd po torach o zróżnicowanych na- wierzchniach utwardzonych. W pierwszej kolejności przeprowadzono próby obciążeniowe i próby funkcjonal- ne głównych zespołów na stanowiskach badawczych w IMBiGS, oraz na terenie przedsiębiorstwa
„BARTESKO”.
Istotnym elementem badań były próby obciążeniowe przeprowadzone pod kątem weryfikacji załozonej ładow- ności (wózki platformowe) oraz siły uciągu (wózki ciągnikowe). Przykład obciążenia próbnego przedstawio- no na rysunkach 20 i 21.
Rys. 20. Próby obciążeniowe wózka platformowego
Rys. 21. Próby obciążeniowe wózka ciągnikowego (całkowita masa samochodu – 15 600 kg)
Szczególnie istotne były tu badania zespołów hamulcowych nowych wózków wykonane na torze próbnym o nawierzchni asfaltowej, a następnie na stanowisku rolkowym do badania skuteczności układów hamulcowych maszyn budowlanych i transportowych.
Przykładowe wyniki pomiarów na rolkach przedstawiono na rys. 23.
Rys. 22. Badania zespołów hamulcowych
Rys. 23. Przykładowe wyniki badań zespołów hamulcowych Na specjalnym stanowisku testowym przeprowadzo- no również badania widoczności z miejsca operatora.
Testy wykazały, że zaprojektowany system przeszkleń kabiny zapewnia bardzo dobrą widoczność w strefie jazdy oraz w strefie manewrowania.
Rys. 24. Badania widoczności z miejsca operatora z wykorzy- staniem ekranu dwupłaszczyznowego i systemu oświetlenia
symulującego widzenie stereoskopowe
Po wykonaniu badań stanowiskowych wózki zostały skierowane na badania długodystansowe próby trakcyj- ne. Zostały one przeprowadzone pod obciążeniem nomi- nalnym oraz z przeciążeniami testowymi do 35%. Bada- nia trakcyjne wykazały, że nie występują wady kon- strukcyjne skutkujące uszkodzeniem konstrukcji nośnych lub uszkodzeniami zespołów jezdnych i napędowych.
Jazdy testowe prowadzono na terenie IMBiGS w War- szawie oraz na terenie przyległym do siedziby przedsię- biorstwa „BARTESKO”.
Rys. 25. Trasa testowa na terenie IMBiGS
Rys. 26. Trasa testowa na w okolicach Koźmina Wielkopolskiego
Określony dla potrzeb badań tor testowy obejmował:
- 20% udział nawierzchni lekko utwardzonej o zróżni- cowanym pochyleniu powierzchni,
- 40% udział nawierzchni betonowej i kamiennej (kostka, bruk),
- 40% udział nawierzchni asfaltowej,
i stanowił odwzorowanie warunków użytkowania wóz- ków. Każdy z prototypów przejechał po zaplanowanym torze badawczym do 4000 km. Podczas badań trakcyjnych przeprowadzono pomiary maksymalnego zasięgu jazdy z jednego pełnego ładowania baterii.
Badania te przeprowadzono dla obciążeń nominalnych,
utrzymując prędkość jazdy w zakresie od 12 do 15 km/h, bez rozpędzania do prędkości maksymalnych wynoszących 25 km/h. Widok poszczególnych wózków na trasach badawczych przedstawiono na rysunkach 28, 29 i 30
Rys. 27. Badania trakcyjne wózka platformowego
Rys. 28. Badania trakcyjne wózka ciągnikowego trójkołowego
Rys. 29. Badania trakcyjne ciągnika czterokołowego
4. Podsumowanie
W wyniku realizacji projektu celowego przez przed- siębiorstwo „BARTESKO” Bartłomiej Skowroński oraz Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalne- go opracowano typoszereg wózków przemysłowych
wyposażonych w innowacyjne rozwiązania konstrukcyjne z zakresu systemów napędowych, układów kierowniczych i podzespołów sterowania oraz konstrukcji i ukształtowania stanowiska pracy operatora. Do zasto- sowanych w nich najważniejszych innowacyjnych roz- wiązań można zaliczyć:
− modułową budowę zespołów głównych, która umożliwia dostosowanie do oczekiwań odbiorców w zakresie systemu zabudowy stanowiska pracy operatora oraz wyposażenia wózka,
− zastosowanie energooszczędnych elektrycznych silników napędowych bezszczotkowych ze sterowaniem elektronicznym i systemem rekuperacji energii podczas hamowania, umożliwiających zwiększenie zasięgu z jednego ładowania w stosunku do rozwiązań tradycyjnych,
− zastosowanie systemu szybkiej wymiany baterii, bez konieczności usunięcia przewożonego na platformie ładunku,
− zastosowanie systemu regulacji położenia kolumny kierowniczej i układu wspomagania kierowania – dobra ergonomia stanowiska pracy,
− zastosowanie konstrukcji ochronnej kabiny, o wytrzymałości mechanicznej pozwalającej na przenoszenie wymaganych obciążeń statycznych,
− zastosowanie przeszkleń dolnych partii drzwi bocznych, powodujące zwiększenie widoczności w obszarze przednim i bocznym w stosunku do dotychczasowych rozwiązań.
Należy oczekiwać, że wprowadzenie do produkcji seryj- nej nowych wózków, cechujących się ww. innowacyjnymi rozwiązaniami oraz atrakcyjnym wyglądem zewnętrznym zwiększy konkurencyjność wyrobów krajowych na rynku wewnętrznym oraz umożliwi eksport do państw należą- cych do Unii Europejskiej.
Literatura
1. Lanzendoerfer J.: Badania pojazdów samochodowych. Warszawa: WKŁ, 1977.
2. Szczepaniak C.: Podstawy modelowania systemu: człowiek – pojazd - otoczenie. Warszawa, Łódź: Wyd.
nauk. PWN, 1999.
3. PN-EN ISO 12100-1 Maszyny. Bezpieczeństwo. Pojęcia podstawowe, ogólne zasady projektowania. Część 1:
Podstawowa terminologia, metodyka.
4. PN-EN ISO 12100-2 Maszyny. Bezpieczeństwo. Pojęcia podstawowe, ogólne zasady projektowania. Część 2:
Zasady techniczne.
5. PN-EN 614-1 Maszyny. Bezpieczeństwo. Ergonomiczne zasady projektowania. Terminologia i wytyczne ogólne.
6. PN-EN 954-1 Maszyny. Bezpieczeństwo. Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem. Część 1: Ogólne zasady projektowania.
7. PN-ISO 3691+A1:1998 Wózki jezdniowe napędzane. Wymagania dotyczące bezpieczeństwa.
8. PN-ISO 5353:1998 Maszyny do robót ziemnych, ciągniki i maszyny rolnicze i leśne. Punkt bazowy siedziska.
9. PN-EN ISO 6682:1997 Maszyny do robót ziemnych. Strefy wygody i zasięgu w odniesieniu do elementów sterowniczych.
10. ISO 5349-1986) Drgania. Dopuszczalne wartości przyspieszenia drgań oddziałujących na organizm człowieka przez kończyny górne i metody oceny narażenia.
