docPRZEMYSŁOWE POJAZDY ELEKTRYCZNE
download 
Reklamacja Transkrypt
PRZEMYSŁOWE POJAZDY ELEKTRYCZNE
MODELOWANIE INŻYNIERSKIE nr 52, ISSN 1896-771X PRZEMYSŁOWE POJAZDY ELEKTRYCZNE - INNOWACYJNE ROZWIĄZANIA W ZAKRESIE WÓZKÓW NAŁADOWNYCH I CIĄGNIKOWYCH Andrzej Barszcz1a, Zbigniew Starczewski1b Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego [email protected]; [email protected] 1 a Streszczenie Transport wewnętrzny w zakładach produkcyjnych i centrach przeładunkowych opiera się na wózkach elektrycznych, 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 prowadzenia dodatkowych prac konstrukcyjnych i badawczych - dostosowanie konstrukcji do oczekiwań odbiorców. Słowa kluczowe: pojazdy przemysłowe, wózki naładowne, wózki ciągnikowe, napędy elektryczne, transport wewnętrzny 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 ogólnoświatowy trend do ograniczania zakresu wykorzystania lekkich pojazdów transportowych napędzanych silnikami spalinowymi i zastępowania ich pojazdami z nowoczesnymi napędami elektrycznymi. Dotyczy to szczególnie użytkowania wózków transportowych w centrach przeładunkowych, 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 HakoSherpa S-Series firmy Hako-Werke GmbH 13 PRZEMYSŁOWE POJAZDY ELEKTRYCZNE - INNOWACYJNE ROZWIĄZANIA… Założenia powyższe zostały zrealizowane w cyklu prac badawczych - wspólnie przez Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego oraz Przedsiębiorstwo Wielobranżowe „BARTESKO” - dla których uzyskano dofinansowanie z Centrum Innowacji NOT. 2. MODELOWANIE 3D I OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE KONSTRUKCJI Rys. 2. Zestaw transportowy z wózkiem czterokołowym HakoCargo 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 chroniącą przed skutkami uderzenia (masa kabiny ok. 40 kg). Nieliczni producenci światowi oferują wózki z innowacyjnymi kabinami zbliżonymi funkcjonalnie do konstrukcji typu ROPS (roll-over protective structures) i FOPS (falling-object protective structure). W Polsce głównym wyznacznikiem sukcesu (uzyskanie zakładanych poziomów sprzedaży) pozostaje cena wyrobu, aczkolwiek zmieniające się stopniowo wymagania odbiorców otwierają możliwość wprowadzenia krajowych wózków przemysłowych z rozwiązaniami stawiającymi je w światowej czołówce technicznej. Przyjmując powyższe pod uwagę, określono dla nowych wózków następujące założenia projektowe: − wykonanie pojazdów o maksymalnym stopniu unifikacji podstawowych podzespołów głównych, pod kątem ograniczenia kosztów produkcji i eksploatacji; − zaprojektowanie konstrukcji nośnych oraz zawieszeń pozwalających na zmniejszenie masy własnej; − 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 widoczności z miejsca operatora, umożliwiających montaż opcjonalnego oprzyrządowania i systemów sterowniczych dla wyposażenia roboczego; − oracowanie energooszczędnych systemów napędowych, pozwalających na podwyższenie zasięgu jazdy z jednego ładowania poprzez systemy rekuperacji energii hamowania oraz zjazdu z pochyłości. 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 zbliżonych funkcjonalnie zabudów i zawieszeń. Pozwoliło to na optymalizację ukształtowania przed wykonaniem modelu badawczego, co znacząco skróciło proces konstrukcyjny i pozwoliło na zmniejszenie kosztów realizacji projektów. Optymalizacja dotyczyła uzyskania możliwie małej masy własnej zespołu ramy nośnej przy wymaganej wytrzymałości oraz sztywności wzdłużnej i poprzecznej. Przyjęto, że zmniejszenie masy własnej będzie miało wymierne przełożenie na ograniczenie kosztów produkcji i eksploatacji poprzez mniejsze zapotrzebowanie 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 pozwoliło 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 rozładunku platformy.) Przyjęcie założenia o zastosowaniu bocznego wysuwu baterii trakcyjnej narzuciło ograniczenia 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. 14 Andrzej Barszcz, Zbigniew Starczewski Jako składniki obciążenia przyjęto dodatkowo do szczegółowych obliczeń MES obciążenia aerodynamiczne wynikające z sił oporu powietrza, przy występującym wietrze bocznym. Wyniki analiz MES dla konstrukcji ochronnej kabiny wózków czterokołowych w tym zakresie przedstawiono na rys. 5, a dla kabiny wózka ciągnikowego trzykołowego na rys. 6. Rys. 3. Model obliczeniowy ramy wózka naładownego - naprężenia 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 uzyskanie pewności, że przy zachowaniu przez użytkownika maksymalnej masy ładunku użytecznego - wynoszącej 2500 kg - w konstrukcji ramy nośnej nie będą występowały przekroczenia dopuszczalnego poziomu naprężeń. Rys. 5. Model obliczeniowy ramy kabiny wózków czterokołowych - naprężenia zredukowane Rys. 4. Model obliczeniowy ramy wózka ciągnikowego trójkołowego - 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 koniecznością zagwarantowania jak najwyższego stopnia ochrony operatora (i ew. pasażera) wózka. Jak wspominano 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 odporności 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 konstrukcji obciążenie statyczne spełniające te wytyczne. Rys. 6. Model obliczeniowy ramy kabiny wózka ciągnikowego trzykołowego - naprężenia zredukowane Aczkolwiek analizy wytrzymałościowe MES dają dobre odzwierciedlenie reakcji konstrukcji na zadeklarowane obciążenia, to z uwagi na zagwarantowanie zakładanego poziomu bezpieczeństwa i stateczności konstrukcji zostały zaplanowane dalsze weryfikacyjne badania wytrzymałościowe na obiektach rzeczywistych (fizyczne modele badawcze struktur ochronnych). 2.2 ZESPOŁY UKŁADU JAZDY Projektując układ jazdy nowych wózków przemysłowych, wykonano analizę przewidywanych rodzajów zastosowania. Celem głównym było uzyskanie platform o wysokim stopniu stabilności, natomiast celem pobocznym było zapewnienie optymalnego tłumienia drgań. Podejście projektowe oparto na wielofazowym systemie tłumienia obejmującym ogumienie o zakładanej charakterystyce, systemy amortyzujące w układach zawieszeń przednich i tylnych, jak również systemy tłumiące zintegrowane z fotelem operatora. Opracowując od 15 PRZEMYSŁOWE POJAZDY ELEKTRYCZNE - INNOWACYJNE ROZWIĄZANIA… podstaw nowe układy jazdy dla nowego typoszeregu wózków przemysłowych, skoncentrowano się na zapewnieniu następujących parametrów: − wysokiej zwrotności, umożliwiającej manewrowanie w ograniczonych przestrzeniach, − nośności i sztywności zawieszenia, przy akceptowalnym tłumieniu drgań − prostoty eksploatacji i ograniczenia zakresu obsług technicznych w stosunku do stosowanych obecnie rozwiązań. Główne prace konstrukcyjne dotyczyły systemów zawieszenia przedniego wózków w odmianach trójkołowych i czterokołowych. W pracach konstrukcyjnych oparto się w znacznej części na modelowaniu komputerowym, które pozwoliło na określenie własności kinematycznych oraz wytrzymałościowych. Opracowanie dobrego 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 dotychczasowych naraża operatora na oddziaływanie wibracji wprowadzanych bezpośrednio w obszar odcinka krzyżowo-lędźwiowego kręgosłupa. W wyniku przeprowadzonych analiz zaprojektowano dla wózków czterokołowych zawieszenie przednie specjalne wg następującego schematu utwierdzenia: − umocowanie typu „przegub kulisty” w miejscu sworznia łączącego z ramą główna wózka, − umocowanie „przesuwne” na bocznych ściankach 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. Z uwagi na niewielki obszar pola podwyższonego poziomu 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, zostały 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 przyjęcia koncepcji pojedynczego silnika napędowego (silnik elektryczny bezszczotkowy współpracujący ze sterownikiem elektronicznym). Rys. 7. Model obliczeniowy zawieszenia przedniego wózka czterokołowego - naprężenia zredukowane Rys. 9. Model obliczeniowy zawieszenia przedniego wózka trzykołowego - naprężenia zredukowane Wózek ciągnikowy trójkołowy wymagał zaprojektowania zawieszenia obrotowego kolumnowego. Zawieszenie przednie tego wózka, oprócz omawianych poprzednio funkcji, przejmuje również obciążenia związane z odmiennym sposobem realizacji skrętu. Na wykresie naprężeń uwidacznia się, że materiał w miejscu mocowania osi do „widelca” jednostronnego jest silnie wytężony. Wykonane modelowanie zespołów głównych pozwoliło na ukształtowanie konstrukcji pod względem wytrzymałościowym, jak również funkcjonalnym już na etapie prac projektowych. Jednocześnie z analizami wytrzymałościowymi i analizami możliwych kolizji podczas ruchów wykonawczych kół i zawieszenia 16 Andrzej Barszcz, Zbigniew Starczewski 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. 11. Zakładane umiejscowienie baterii i położenie środka masy dla wózka ciągnikowego czterokołowego W wyniku oszacowania otrzymano następujące wartości 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 baterii 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 przednich kół skrętnych. 2.3 WIRTUALNA ERGONOMIA Modelowanie wirtualne pozwoliło na wykonanie analiz ergonomicznych poszczególnych rozwiązań konstrukcyjnych kabin. Zostały one zaprojektowane w dwóch odmianach: dwuosobowa dla wózków czterokołowych oraz jednoosobowa dla wózka trójkołowego. Zagadnienia związane z ergonomią stanowiska pracy stanowiły ważny aspekt z uwagi na konieczność kompromisu pomiędzy wielkością kabiny, długością użyteczną platformy lub usytuowaniem baterii trakcyjnej w ciągniku czterokołowym. W zakresie wózków przemysłowych brak jest ujednoliconego podejścia, poza ogólnym wymaganiem spełnienia obowiązującej Dyrektywy Maszynowej. Badania ergonomiczne wykonano zatem, opierając się na wymaganiach obowiązujących w maszynach 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 kontrolnych 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. 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 elementem jest tu właściwe położenie środka masy pojazdu. W związku z tym przeprowadzono analizę rozmieszczenia mas podzespołów głównych z uwzględnieniem baterii o masie własnej 700 kg. Przykładowy schemat do obliczeń dla wózka czterokołowego został przedstawiony na rys. 11. 17 PRZEMYSŁOWE POJAZDY ELEKTRYCZNE - INNOWACYJNE ROZWIĄZANIA… zmniejszyło uniknięcie fizycznych wykonania. wykonane wózków. koszty realizacji projektu, pozwalając na konieczności wykonania wielu modeli podzespołów w róznych wariantach Na rysunkach 14 i 15 przedstawiono w skali rzeczywistej modele badawcze Rys. 12. Model kabiny, wózek trójkołowy – badania z wykorzystaniem wirtualnego manekina testowego Znajomość dopuszczalnych położeń poszczególnych części ciała wirtualnego manekina pozwoliła na przybliżone oszacowanie rozmieszczenia zespołów wyposażenia wnętrza oraz określenie zakresów ruchów regulacyjnych dla fotela i kolumny kierownicy (wózki oparte o podwozia czterokołowe). W przypadku wózka trójkołowego analizy pozwoliły na określenie przybliżonych miejsc mocowania fotela z uwagi na niewielkie wymiary gabarytowe brak możliwości wykonania systemów regulacynych dla koła kierownicy. 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 Rys. 13. Model kabiny - rozmieszczenie stref zasięgu i wygody względem punktu SIP (sit index point) fotela operatora W kolejnym etapie na przygotowane zarysy modelowe 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 systemu regulacji obejmującego kombinację pochylania kierownicy i przesunięcia fotela operatora umożliwia dostosowanie do indywidualnych cech operatora. Modelowanie na etapie konstrukcji wirtualnych pozwoliło również na wykonanie projektu poszyć wyposażenia wnętrza, uwzględniających miejsca mocowania zespołów i elementów sterowania. Pozwoliło również na projekt w zakresie rozmieszczenia schowków na dokumenty 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 18 Andrzej Barszcz, Zbigniew Starczewski 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. obciążeniowe statyczne, samodzielnie ustalając obciążenia testowe. 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. 19. Badania obciążeniowe kabiny – obciążenie statyczne Przeprowadzone badania wykazały, że siła powodująca odkształcenie trwałe konstrukcji wynika z obciążenia 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 odkształcenia 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. Rys. 17. Badania obciążeniowe modelu ramy głównej z wykorzystaniem obciążników zastępczych 3.2 BADANIA FUNKCJONALNE Badania funkcjonalne prowadzono dwuetapowo Zostały one przeprowadzone na stanowiskach testowych oraz podczas jazd po torach o zróżnicowanych nawierzchniach utwardzonych. W pierwszej kolejności przeprowadzono próby obciążeniowe i próby funkcjonalne głównych zespołów na stanowiskach badawczych w IMBiGS, oraz na terenie przedsiębiorstwa „BARTESKO”. Istotnym elementem badań były próby obciążeniowe przeprowadzone pod kątem weryfikacji załozonej ładowności (wózki platformowe) oraz siły uciągu (wózki ciągnikowe). Przykład obciążenia próbnego przedstawiono na rysunkach 20 i 21. Rys. 18. Wyniki pomiarów dla poszczególnych obciążeń – podłużnica lewa Wyniki badań potwierdziły obliczeniową wytrzymałość 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 oddziaływania zmęczeniowego. Badania tego rodzaju przewidziano na etapie badań prototypowych poprzez cykl badań trakcyjnych z różnymi obciążeniami (w tym badania przeciążeniowe). W dalszej kolejności przeprowadzono badania obciążeniowe struktury ochronnej kabin. Na rys. 19 przedstawiono sposób obciążania, przy czym podkreślić tu należy, że w tej grupie wózków nie ma określonych wymagań normowych. Większość producentów prowadzi badania Rys. 20. Próby obciążeniowe wózka platformowego 19 PRZEMYSŁOWE POJAZDY ELEKTRYCZNE - INNOWACYJNE ROZWIĄZANIA… Rys. 21. Próby obciążeniowe wózka ciągnikowego (całkowita masa samochodu – 15 600 kg) Rys. 24. Badania widoczności z miejsca operatora z wykorzystaniem ekranu dwupłaszczyznowego i systemu oświetlenia symulującego widzenie stereoskopowe 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. Po wykonaniu badań stanowiskowych wózki zostały skierowane na badania długodystansowe próby trakcyjne. Zostały one przeprowadzone pod obciążeniem nominalnym oraz z przeciążeniami testowymi do 35%. Badania trakcyjne wykazały, że nie występują wady konstrukcyjne skutkujące uszkodzeniem konstrukcji nośnych lub uszkodzeniami zespołów jezdnych i napędowych. Jazdy testowe prowadzono na terenie IMBiGS w Warszawie oraz na terenie przyległym do siedziby przedsiębiorstwa „BARTESKO”. Rys. 22. Badania zespołów hamulcowych Rys. 25. Trasa testowa na terenie IMBiGS Rys. 23. Przykładowe wyniki badań zespołów hamulcowych Na specjalnym stanowisku testowym przeprowadzono 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. 26. Trasa testowa na w okolicach Koźmina Wielkopolskiego Określony dla potrzeb badań tor testowy obejmował: - 20% udział nawierzchni lekko utwardzonej o zróżnicowanym pochyleniu powierzchni, - 40% udział nawierzchni betonowej i kamiennej (kostka, bruk), - 40% udział nawierzchni asfaltowej, i stanowił odwzorowanie warunków użytkowania wózków. 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, 20 Andrzej Barszcz, Zbigniew Starczewski 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 wyposażonych w innowacyjne rozwiązania konstrukcyjne z zakresu systemów napędowych, układów kierowniczych i podzespołów sterowania oraz konstrukcji i ukształtowania stanowiska pracy operatora. Do zastosowanych w nich najważniejszych innowacyjnych rozwiązań 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 seryjnej nowych wózków, cechujących się ww. innowacyjnymi rozwiązaniami oraz atrakcyjnym wyglądem zewnętrznym zwiększy konkurencyjność wyrobów krajowych na rynku wewnętrznym oraz umożliwi eksport do państw należących do Unii Europejskiej. 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 przedsiębiorstwo „BARTESKO” Bartłomiej Skowroński oraz Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego opracowano typoszereg wózków przemysłowych Literatura 1. 2. 3. 4. 5. Lanzendoerfer J.: Badania pojazdów samochodowych. Warszawa: WKŁ, 1977. Szczepaniak C.: Podstawy modelowania systemu: człowiek – pojazd - otoczenie. Warszawa, Łódź: Wyd. nauk. PWN, 1999. PN-EN ISO 12100-1 Maszyny. Bezpieczeństwo. Pojęcia podstawowe, ogólne zasady projektowania. Część 1: Podstawowa terminologia, metodyka. PN-EN ISO 12100-2 Maszyny. Bezpieczeństwo. Pojęcia podstawowe, ogólne zasady projektowania. Część 2: Zasady techniczne. PN-EN 614-1 Maszyny. Bezpieczeństwo. Ergonomiczne zasady projektowania. Terminologia i wytyczne ogólne. 21 PRZEMYSŁOWE POJAZDY ELEKTRYCZNE - INNOWACYJNE ROZWIĄZANIA… 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. 22
