Устройства защиты при опрокидывании (ROPS – Roll-over protective structures) монтируются на лесозаготовительной машине для уменьшения вероятности нанесения повреждений оператору в случае опрокидывания управляемой им машины [1-9]. Расчетная оценка эффективности устройств защиты позволит на стадии проектирования и доводки определить соответствие ROPS нормативным требованиям безопасности, выбрать оптимальные параметры основных элементов.
В стандартах [10-13] предписано для оценки защитных свойств ROPS проводить статические лабораторные испытания. Испытания проводят на стендах при боковом и вертикальном нагружении, при этом деформация ROPS не должна допускать проникания своих элементов в объем ограничения деформации (DLV – deflection-limiting volume). Согласно [13], DLV – это фигура с прямоугольными очертаниями, по размерам приблизительно соответствующая антропометрическим данным оператора по ГОСТ Р ИСО 3411 (мужчина высокого роста в положении сидя в обычной рабочей одежде и защитном шлеме) и определяющая предельно допустимую деформацию (рис. 1).
Величина усилия F при боковом нагружении колесной машины [10]
где M – масса колесной лесозаготовительной машины, кг.
Расчет проведен для колесного скиддера ОАО «ОТЗ» ТЛК 4-01 (рис. 2) с эксплуатационной массой М = 14 500 кг. Для данной машины ориентировочное значение усилия составляет
Кабина при этом должна поглотить энергию деформации не менее
Материал защитной рамы – сталь 50, механические характеристики: предел прочности σB = 800 МПа; относительное удлинение δ = 14 %; предел текучести σТ = 380 МПа; деформация, соответствующая пределу текучести
Поскольку динамические испытания ROPS в стандарте [10] заменены на статические, то и расчетную оценку проводим при условии статического нагружения. Полагаем, что все нагрузки воспринимаются защитной рамой (поясом), т. е. пренебрегаем влиянием каркаса кабины, обшивки стекол, различных тяг и других элементов. Защитную раму представляем в виде стержневой конструкции (сечение стержня – полый квадрат, опоры – в виде шарнирных закреплений), что позволит применить для оценки напряженно-деформированного состояния метод конечных элементов (МКЭ).