Приложение С (справочное). Обоснование требований к конструкции ROPS

Приложение С
(справочное)

Обоснование
требований к конструкции ROPS

С.1 Общие требования

В данном приложении разъясняется разработка критериев.

Обсуждаемые моменты - специфические свойства экскаваторов, перечисленные ниже, и определение отличительных свойств ROPS экскаваторов от ROPS других землеройных машин:

- возможность использования в качестве защиты при полном или частичном опрокидывании стрелы или других жестких частей;

- большие размеры основного и навесного оборудования (стрелы, рукояти, ковша) и широкий рабочий диапазон применения этих машин;

- поворот верхней части конструкции на 360°.

Технической основой настоящего стандарта являются:

- общий анализ несчастных случаев;

- испытания при реальном опрокидывании;

- анализ моделирования, проведенного в США и Японии с использованием программного обеспечения ADAMS и РАМ/CRASH;

- дополнительный анализ моделирования, проведенный японскими специалистами;

- реальные испытания на опрокидывание компактных экскаваторов.

Вышеупомянутое отражено в приложении С.2 - С.5.

С.2 Граничная имитируемая плоскость грунта (BSGP)

Как правило, подразумевается, что в случае переворота или опрокидывания экскаватора стрела может обеспечить некоторую защиту оператора. Например, в отчете о 38 случаях полного или частичного опрокидывания или падения с высоты при производстве работ в Японии в период с 1996 по 1999 годы в 31 случае из 38 деформация кабины была ограничена, и DVL в основном сохранялся. Концепция BSGP разработана с целью принятия во внимание такой защиты.

В случае переворота экскаватора (первый случай) при условии, что плоскость, проходящая через три точки машины (наивысшая часть стрелы, передняя левая часть рамы, верхняя левая часть противовеса), касается земли и что пространство оператора (представленное DVL) не касается конструктивных элементов ROPS или земли (грунта), оператор в кабине считается эффективно защищенным. Если машина полностью опрокинулась (второй случай), при условии что плоскость, проходящая через верхнюю часть стрелы и верхнюю часть заднего противовеса, касается земли, a DVL не касается конструктивных элементов ROPS или земли, то оператор в кабине также считается защищенным.

В настоящем стандарте BSGP (как и LBSGP и VBSGP) используется, чтобы избежать путаницы с LSGP и VSGP (вертикальная моделируемая плоскость грунта), определенных и используемых в ISO 3471. Плоскость в первом случае определяется как LBSGP (боковая граничная имитируемая плоскость грунта), а во втором случае как VBSGP (вертикальная граничная имитируемая плоскость грунта).

С.2.1 Точки жесткости BSGP

LBSGP включает три точки жесткости: край противовеса с левой стороны, наивысшая точка стрелы с левой стороны, передняя часть рамы с левой стороны.

VBSGP включает в себя три точки жесткости: наивысшая точка (точки) стрелы и образуемая двумя точками задняя верхняя линия противовеса.

С.2.2 Проверка точек жесткости

Для проверки точек жесткости в качестве нагрузки рассматривается нагружение каждой точки жесткости массой машины. С учетом ускорения силы тяжести и полученного смещения устанавливают LBSGP и/или VBSGP. Если принимается решение применять LBSGP и/или VBSGP для целей оценки ROPS, то необходима процедура проверки в соответствии с 6.1.5.

Примечание - Процедура проверки точек жесткости, приведенная в 6.1.5, не является обязательной. Производитель может на выбор спроектировать ROPS таким образом, чтобы оно удовлетворяло требования, приведенные в таблицах 2 и 3, или проектировать жесткие части машины так, чтобы при боковом нагружении ROPS плоскости LBSGP и/или VBSGP не проникали в DVL. В последнем случае требуется процедура проверки.

С.2.3 Необходимость натурных испытаний в случае применения критериев LBSGP и/или VBSGP

Применение критериев LBSGP и/или VBSGP не означает, что не нужно проводить испытания ROPS на боковое, продольное и вертикальное нагружение. Критерии LBSGP применимы при испытаниях на боковое нагружение и заменяют требования к нагрузке/энергии/силе, приведенные в таблицах 2 и 3. Критерии VBSGP также применимы при испытаниях на вертикальное нагружение и заменяют требования к вертикальной силе, приведенные таблицах 2 и 3.

С.3 Энергия в продольном направлении

Испытания на опрокидывание проводились при установленных параллельно верхней части и шасси машины. В этом случае предполагается, что продольной энергии, воздействующей на ROPS, нет либо она так мала, что ей можно пренебречь. Однако анализ моделирования, проведенного в США, показал, что значительная энергия может распространяться в продольном направлении в случае поворота верхней части машины под определенным углом к шасси.

При повороте верхней части против часовой стрелки относительно нижней части часть энергии распространяется в продольном направлении к левой передней части кабины. Считается, что машина в таком положении редко переворачивается. Если это случается, то кабина получает лишь незначительные повреждения, ограниченные пределами LBSGP. Защита оператора считается обеспеченной.

Примечание - Дополнительный анализ моделирования в Японии показал, что затруднительно перевернуть машину, когда поворотная платформа повернута против часовой стрелки с основным и навесным оборудованием в положении максимального вылета над землей. Подъем стрелы из положения максимального вылета может служить началом переворота, но эта позиция может ограничить дальнейшую деформацию кабины из-за LBSGP.

В позиции, когда поворотная платформа повернута против часовой стрелки, считается, что определенная нагрузка приложена сзади. Дополнительный анализ моделирования в Японии показывает, что продольное усилие нагрузки составляет 1,47 M (0,15 W) для поворотной платформы в параллельной позиции и 1,37 М (0,15 W) в позиции по часовой стрелке. Считается, что довольно малое значение для продольного нагружения - одна треть требуемой энергии от установленной. Это одна треть нагрузки от рекомендованной для компактных экскаваторов TOPS (см. ISO 12117-1).

С.4 Сила вертикальной нагрузки

Считается, что экскаватор может опираться главным образом на верхнюю часть стрелы при перевороте, в то время как опора других землеройных машин в перевернутом положении приходится в основном на кабину. Поэтому требования для других землеройных машин к вертикальной нагрузке ROPS, равное 2W (19,61M), могут быть смягчены. Результаты фактического опрокидывания экскаватора массой 20 т показывают, что вертикальная нагрузка составляет от 1W (9,8 М) (остаточная деформация игнорируется) до 0,7W (7М) (остаточная деформация учитывается). Результаты анализа РАМ/CRASH показывают, что вертикальная нагрузка составляет от 0,9W (9M) до 1,2W (12M).

Основываясь на этих результатах, значение 1,3 W можно принять как среднее с учетом отклонений.

Примечание - Дополнительный анализ моделирования в Японии показал, что вертикальная нагрузка на ROPS составляет 11,6М (1,18W) для верхней поворотной платформы в параллельной позиции и 11,3 M (1,16 W) в позиции по часовой стрелке.

С.5 Наихудший случай нагружения

При испытаниях на проверку упругой деформации ROPS в соответствии с настоящим стандартом должен быть принят во внимание наихудший случай.

Например, при боковом нагружении ROPS стрела и/или цилиндр могут контактировать с ROPS в местах сварных соединений. Они могут быть слабым местом, что может повлиять на характеристики ROPS.

С.6 Боковая нагрузка

Для применения критериев боковой нагрузки был выполнен анализ расчетов нагружающих сил для ROPS экскаватора и бульдозера. Сравнение боковых нагрузок на ROPS по максимальному смещению показало, что нагрузка (по массе машины) на ROPS экскаватора составляет половину по отношению к ROPS бульдозера. Соответственно критерии боковой нагрузки ROPS экскаватора принимают как половину нагрузки для бульдозера.

С.7 Наклон DVL

Принимая во внимание, что кабина экскаватора достаточна узкая, допускается поворот DVL до 15° относительно SIP. Это обусловлено существующими условиями работы компактных экскаваторов (см. ISO 12117-1).