Разработка ROPS из алюминиевых сплавов для фронтальных погрузчиков

Актуальность. В настоящее время для фронтальных погрузчиков широкое распространение получили кабины с интегрированными устройствами защиты при опрокидывании (roll over protective structure; ROPS) и защиты от падающих предметов (falling-object protective structure; FOPS). Если на конструкцию FOPS не влияют массовые параметры машины, то ROPS существенно от них зависит. Для погрузчика с ROPS сложной и дорогостоящей частью является кабина. Одним из путей снижения стоимости её производства является унификация узлов для типоразмерного ряда погрузчиков. Но тогда проектирование ROPS должно быть выполнено для модели погрузчика с наибольшей массой. Однако такой подход приводит к увеличению металлоемкости и стоимости погрузчиков, имеющих меньшую грузоподъемность. В итоге снижается энергоэффективность машины.

Перспективным направлением повышения энергоэффективности является снижение массы кабин за счет применения алюминиевых сплавов, т.к. они обладают высокой удельной прочностью по отношению к стали. Объектами исследования являются колесные фронтальные погрузчики полной массой 10, 15 и 30 тонн. Предметом исследования является применение расчетных методов, основанных на методе конечных элементов при проектировании кабин из алюминиевых сплавов.

Цель исследования – разработать методику проектирования каркаса кабины из алюминиевого сплава, которая позволит получить кабину меньшей массы и повышенной технологичности по сравнению с аналогами.

Методология и методы. В статье представлены разработанные конечно-элементные модели конструктивно-подобных образцов кабины в статической постановке с учетом геометрической и физической нелинейностей.

Результаты и научная новизна. В работе представлена методика выбора основных конструктивных параметров кабины из алюминиевого сплава.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при создании кабин фронтальных погрузчиков.

1. ГОСТ ISO 3471-2015. Машины землеройные. Устройства защиты при опрокидывании. Технические требования и лабораторные испытания. - М.: Российский институт стандартизации, 2021. - 34 с.

2. Развитие литейных алюминиевых сплавов в ВИАМ (к 120-летию со дня рождения И.Ф. Колобнева) / Д. В. Огородов, А. В. Трапезников, Д. А. Попов, С. И. Пентюхин // Труды ВИАМ. – 2017. – № 2(50). – С. 107-114.

3. Абрамов, А. А. Высокопрочные литейные алюминиевые сплавы. Достижения и перспективы. Часть II. Технологические процессы / А. А. Абрамов // Литейное производство. – 2021. – № 3. – С. 2-8.

4. Саранин, Л. Г. Исследование получения изделий из наноструктурированных алюминиевых сплавов с улучшенными механическими свойствами / Л. Г. Саранин // Новые материалы и технологии в машиностроении. – 2022. – № 35. – С. 49-53.

5. G. Kokot, W. Ogierman. The Numerical Simulation of FOPS and ROPS Tests using LS-DYNA. Mechanika. – 2019. - Volume 25(5) pp. 383-390. https://doi.org/10.5755/j01.mech.25.5.4314

6. Четвериков М.В., Гончаров Р.Б., Бутарович Д.О. Исследование остаточного напряжённо-деформированного состояния несущей системы минипогрузчика при многократном нагружении по требованиям стандарта безопасности ROPS. Труды НАМИ. 2023;(1):46-55. https://doi.org/10.51187/0135-3152-2023-1-46-55

7. O. Panchenko, D. Kurushkin , I. Mushnikov, A. Khismatullin, A. Popovich. A high performance WAAM process for Al–Mg–Mn using controlled short-circuiting metal transfer at increased wire feed rate and increased travel speed. Materials and Design 195 (2020) 109040. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.109040

8. ГОСТ Р ИСО 5006-2010. Машины землеройные. Поле обзора оператора. Метод испытания и критерии функционирования. - М.: Стандартинформ, 2012. - 24 с.