Projekt windy załadowczej samochodu dostawczego

Transkrypt

1 DĘBSKI Hubert 1 FERDYNUS Mirosław 1 LIPSKI Przemysław Projekt windy załadowczej samochodu dostawczego WSTĘP W związku z postępującym rozwojem przemysłu i zwiększającym się zapotrzebowaniem konsumentów na różnego rodzaju dobra i produkty, producenci chcący umacniać - lub choćby utrzymywać - swoją pozycję na rynku zmuszeni są sprostać tym zapotrzebowaniom. Samochody ciężarowe każdego dnia wykonują wiele kursów, aby dostarczyć towar we wskazane miejsca. Załadunek i rozładunek stanowią dwa kluczowe momenty takich kursów. W celu usprawnienia tych procesów wykorzystuje się windy załadunkowe, które umożliwiają załadowanie towaru z poziomu podłoża na platformę załadowczą, a następnie jego podniesienie do poziomu naczepy, bądź furgonu. Windy załadowcze stanowią rozległą grupę urządzeń, różniących się między sobą nie tylko wymiarami, ale również konstrukcją, czy mechanizmami podnoszenia. Dla przykładu, jednym z najistotniejszych parametrów wind załadowczych jest ich udźwig. Windy przeznaczone do załadunku towarów o różnych masach różnią się m.in. liczbą siłowników występujących w mechanizmie podnoszenia. Niemniej jednak głównym kryterium podziału na różne typy wind załadowczych jest ich konstrukcja, wg której w ogólnym przypadku możemy wyróżnić windy: typu zamykanego, połówkowe, składane tuck-away oraz slider czy windy kolumnowe. W większości wind załadowczych mechanizmy urządzenia napędzane są poprzez zastosowanie siłowników hydraulicznych, należących do grupy silników wyporowych. Głównym zadaniem siłowników jest zamiana energii ciśnienia cieczy roboczej na energię mechaniczną w postaci ruchu prostoliniowo-zwrotnego oraz ruchu obrotowo-zwrotnego [1]. Proces projektowania wind załadowczych wymaga od konstruktora wyspecjalizowanej wiedzy z zakresu mechatroniki, łączącej cechy projektanta z umiejętnościami modelowania układów napędowych i sterowania projektowanym urządzeniem. Nowoczesnym narzędziem usprawniającym w istotny sposób proces projektowo-konstrukcyjny jest obecnie oprogramowanie CAx (Computer Aided Design, Manufacturing & Engineering), umożliwiające przeprowadzanie obliczeń i analiz niezbędnych w dalszych etapach pracy nad produktem. W pracy zaprezentowano wirtualny projekt windy załadowczej samochodu dostawczego, zaprojektowany w programie Catia v5 [4,5], dla którego wykonano szereg analiz potwierdzających poprawność projektu oraz jego właściwą funkcjonalność. 1. ZASTOSOWANIE WIND ZAŁADOWCZYCH W ŚRODKACH TRANSPORTU Samochodowe windy załadowcze, określane również jako podesty ruchome zostały zakwalifikowane do grupy urządzeń mogących stwarzać zagrożenie dla życia lub zdrowia ludzkiego oraz mienia i środowiska. W związku z powyższym wszystkie te urządzenia podlegają dozorowi technicznemu. Brak dokumentu stwierdzającego sprawność windy załadowczej uniemożliwia zarejestrowanie pojazdu i dopuszczenie go do ruchu. Zgodnie z Ustawą z dnia 20 czerwca 1997r.- Prawo o ruchu drogowym Dz U. Nr 98, poz.602, Rozdział 3, art. 81 ust9 [2] badanie techniczne pojazdu z zamontowaną windą załadowczą może być przeprowadzone po przedstawieniu dokumentu wydanego przez organ dozoru technicznego, stwierdzającego sprawność urządzenia technicznego. W związku z powyższym zastosowanie wind załadowczych w środkach transportu wymaga od kierowcy pojazdu spełnienia dodatkowych wymagań, określonych przepisami. Aby eksploatacja wind załadowczych przebiegała bezproblemowo należy przede wszystkim: zlecać montaż oraz wszelkie naprawy wyłącznie autoryzowanym punktom serwisowym, posiadającym uprawnienia wydane przez UDT, 1 Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny; Lublin; ul. Nadbystrzycka 38 D. Tel: , h.debski@pollub.pl 2932

2 użytkować podest ruchomy z godnie instrukcją eksploatacji, zadbać, aby operator został przeszkolony do obsługi samochodowych wind załadowczych, dokonywać przeglądów konserwacyjnych nie rzadziej niż 180 dni (Rozporządzenie z dnia 29 października 2003r. Dz U. Nr 193, poz.1890, załącznik nr 2) [3]. Powyższe czynniki zapewniają zgodną z przepisami, a przede wszystkim bezpieczną eksploatację tych urządzeń, których zastosowanie w środkach transportu stało się powszechne. Dotyczy to głównie klasycznego transportu dostawczego, jak również załadunków specjalistycznych rysunek 1. a) b) Rys.1. a) Winda zamykana, b) winda kolumnowa 2. WIRTUALNY PROJEKT WINDY ZAŁADOWCZEJ W pracy zaprezentowano autorski projekt windy załadowczej typu zamykanego, przeznaczonej do samochodu dostawczego. Projekt urządzenia wykonano z wykorzystaniem oprogramowania Catia v5. Model geometryczny zaprojektowanej windy załadowczej przedstawia rys.2. a) b) Rys.2. a) Model geometryczny windy załadowczej widok ogólny, b) widok z boku Zaprezentowana konstrukcja windy załadowczej typu zamykanego charakteryzuje się realizacją napędu z wykorzystaniem dwóch par siłowników hydraulicznych. Para siłowników zewnętrznych jest w tym przypadku odpowiedzialna za otwieranie i zamykanie platformy (czyli jej przechylanie), natomiast siłowniki wewnętrzne umożliwiają realizację podnoszenia i opuszczania platformy. Zrealizowanie napędu windy w zaproponowany sposób zwiększa precyzję jej sterowania, umożliwiając jednocześnie bardziej dokładne dopasowanie platformy do bieżących warunków załadunku, a tym samym zwiększając jej funkcjonalność. Wykonanie projektu z wykorzystaniem oprogramowania CAD pozwala na przeprowadzenie szeregu analiz, umożliwiających sprawdzenie poprawności pracy urządzenia w różnych przypadkach eksploatacyjnych oraz dokonanie niezbędnych poprawek i modyfikacji zmierzających do wyeliminowania ewentualnych błędów konstrukcyjnych. 2933

3 Takie podejście w zdecydowany sposób ułatwia i przyspiesza wykonanie projektu docelowego, umożliwiając eliminację niekorzystnych rozwiązań jeszcze na etapie projektowania. 3. KINEMATYCZNA ANALIZA WINDY ZAŁADOWCZEJ Opracowany wirtualny projekt windy załadowczej poddany został analizie kinematycznej, umożliwiającej symulację pracy urządzenia w warunkach eksploatacyjnych. Symulację kinematyczną konstrukcji wykonano w środowisku DMU Kinematics programu Catia v5. Prowadzone symulacje kinematyczne obejmowały następujące zadania, pozwalające na dokonywanie bieżącej oceny konstruowanego urządzenia: analizę poprawności zaprojektowanej konstrukcji w spoczynku oraz w trakcie pracy, analizę trajektorii ruchu wybranego punktu urządzenia, analizę zajmowanej przestrzeni windy w trakcie składania i rozkładania. 3.1 Analiza poprawności konstrukcji w spoczynku i w trakcie ruchu Analiza poprawności konstrukcji jest bardzo ważnym etapem pracy nad projektem. System Catia v5 posiada narzędzia do oceny, czy w konstrukcji nie zachodzą kolizje. Podczas procesu projektowania nie jesteśmy w stanie wychwycić wszystkich błędów. System informuje, między którymi elementami dochodzi do kolizji a także podaje szczegóły dotyczące przenikających się elementów, które dodatkowo można wyświetlić w powiększeniu. Możliwe jest zastosowanie analizy kolizji w odniesieniu do całego produktu, jak i do poszczególnych podłożeń lub grup elementów. W czasie pracy nad modelem windy załadunkowej wykonano analizę w trakcie spoczynku oraz w trakcie ruchu. Tego typu postępowanie ma na celu sprawdzenie czy poszczególne części złożenia są do siebie dopasowane, mają odpowiednie wymiary, zapewniają wymaganą ruchliwość mechanizmu lub wymagany zasięg ruchu. Narzędziem do sprawdzenia poprawności połączeń jest funkcja Clash. Po uruchomieniu narzędzia otwiera się okno, w którym mamy wybór opcji przeprowadzenia analizy. Wybrano typ analizy Contact +Clash, który odpowiedzialny jest za wykrywanie kolizji i kontaktów w wybranym obszarze naszego modelu. Opcja Clearance wykrywa zbyt duże luzy w połączeniach. Na rysunku 3a zaprezentowano okno dialogowe, w którym system Catia szczegółowo przedstawia wykryte kolizje, można obejrzeć miejsce wystąpienia kolizji- rysunek 3b. Informacje te służą konstruktorom do wprowadzenia stosownych poprawek, po czym konstrukcja testowana jest powtórnie. Testy trwają do momentu usunięcia wszystkich błędów- rysunek 3c. a) b) c) Rys. 3. a) Okno Check Clash z wykrytą kolizją, b) Podgląd miejsca wystąpienia kolizji, c) Okno Check Clash po wykonaniu poprawek konsytrukcyjnych Podobną analizę przeprowadzono w trakcie ruchu mechanizmu windy i tutaj także system wykrył kolizję, niemożliwą do wykrycia w spoczynku. Wystąpiła ona wewnątrz siłownika hydraulicznego, co wskazuje, że jego skok nie został dobrany prawidłowo. Okna Check Clash w trakcie kolizji i po poprawkach oraz podgląd symulacji zatrzymanej w momencie wejścia w kolizję przedstawiono na rysunku 4. Analiza kolizji w trakcie ruchu jest możliwa z wykorzystaniem trzech opcji. W przypadku 2934

4 ustawionej opcji Clash Detection (Off) system nie informuje o wystąpieniu kolizji- bryły modelu przenikają się wzajemnie. Ustawienie opcji Clash Detection (On) powoduje reakcję systemu w postaciach: graficznej (czerwone linie). Wybór opcji Clash Detection (Stop) zatrzymuje symulacje dokładnie w momencie kolizji umożliwiając identyfikację położenia członów w newralgicznym położeniu. Takiej też opcji użyto podczas symulacji windy załadunkowej. a) b) c) Rys.4. a) Okno Check Clash z wykrytą kolizją, b) Podgląd miejsca kolizji- symulacja zatrzymana w momencie jej wystąpienia, c) Okno Check Clash po wykonaniu poprawek konsytrukcyjnych 3.2 Analiza trajektorii ruchu W ramach niniejszej pracy wykonano analizę trajektorii ruchu punktu położonego na skrajnej krawędzi platformy załadunkowej. Jako element odniesienia wskazano podstawę windy załadowczej montowaną bezpośrednio do podwozia samochodu ciężarowego. Do wygenerowania trajektorii ruchu służy funkcja Trace. Na rysunku 6 przedstawiono wygenerowaną trajektorię na tle modelu windy. Rys.5. Trajektoria ruchu skrajnego punktu na brzegu platformy ładunkowej 3.3 Analiza zajmowanej przestrzeni Kolejnym typem analizy dostępnej w module DMU Kinematics jest analiza zajmowanej przestrzeni. Ma ona za zadanie wyznaczenie ograniczonej objętości przestrzeni, którą zajmuje obiekt w czasie ruchu. W analizach kolizyjnych, służy ona do wizualizacji przestrzeni zarezerwowanej przez poruszający się mechanizm. Do przeprowadzenia analizy zajmowanej przestrzeni służy funkcja Swept 2935

5 Volume. Okno dialogowe funkcji Swept Volume przedstawiono na rysunku 6a, zaś na rysunku 6b zaprezentowano bryłę, która jest wynikiem tejże operacji. a) b) Rys.6. a) Okno dialogowe Swept Volume, b) Efekt operacji Swept Volume- bryła wizualizująca zajmowaną przestrzeń PODSUMOWANIE W pracy zaprezentowano autorski projekt windy załadowczej typu zamykanego, przeznaczonej do samochodów dostawczych. Zaproponowane rozwiązanie konstrukcyjne wyróżniało się sposobem realizacji napędu z wykorzystaniem dwóch par siłowników: zewnętrznych umożliwiających realizację otwierania i zamykanie platformy załadowczej oraz wewnętrznych realizujących bezpośrednio podnoszenie i opuszczanie platformy. Projekt wykonano z wykorzystaniem profesjonalnego systemu CAx Catia v5. Dla opracowanej konstrukcji windy załadowczej przeprowadzona została analiza kinematyczna, umożliwiająca symulację pracy urządzenia w warunkach eksploatacyjnych. Analizę przeprowadzono z wykorzystaniem modułu DMU Kinematics. Projekt urządzenia spełnia wymagania funkcjonalne i jak wynika z przeprowadzanej analizy prawidłowości, wyeliminowano wszystkie błędy konstrukcyjne i kolizje w trakcie ruchu. Analizy trajektorii i zajmowanej przestrzeni dopełniają istotnych badań modelowych wirtualnego prototypu. Streszczenie W pracy zaprezentowano autorski projekt windy załadowczej samochodu dostawczego, wykonany z wykorzystaniem programu Catia v5. Zaproponowane rozwiązanie konstrukcyjne wyróżniało się sposobem realizacji napędu z wykorzystaniem dwóch par siłowników: zewnętrznych umożliwiających realizację otwierania i zamykanie platformy załadowczej oraz wewnętrznych realizujących bezpośrednio podnoszenie i opuszczanie platformy. Weryfikację poprawności zaprojektowanego urządzenia przeprowadzono wykonując symulacje kinematyczne pracy mechanizmu z wykorzystaniem modułu DMU Kinematics. Przeprowadzona analiza umożliwiła lokalizację i wyeliminowanie błędów konstrukcyjnych występujących w urządzeniu, jak również sprawdzenie podstawowych jego parametrów w trakcie pracy. Zaprezentowane podejście ułatwia i przyspiesza wykonanie projektu docelowego, umożliwiając eliminację niekorzystnych rozwiązań jeszcze na etapie projektowania. Słowa kluczowe: samochodowe windy załadowcza, załadunek i wyładunek towarów, komputerowe wspomaganie projektowania, analiza kinematyczna 2936

6 Project of the delivery van s liftgate Abstract The paper presents the authorial design of the liftgate for the delivery van, created using Catia v5 system. The proposed structural concept uses the innovative drive with two pairs of elevating cylinders: external cylinder for opening and closing the liftgate; internal cylinder- for hoisting and lowering the platform. in order to verify the design the kinematic simulation of the mechanism was created with the use of DMU Kinematics module. The analysis helped to localize and eliminate constructional errors and check its fundamental parameters in the working conditions. The presented approach expedites the execution of the target project, enabling to eliminate disadvantageous solutions at the stage of a design. Keywords: car s liftgate, lading and unloading of the commodity, computer aided design, kinematic analysis BIBLIOGRAFIA 1. Jędrzykiewicz Z., Pluta J., Stojek J.: Napęd i sterowanie hydrauliczne. Akademia Górniczo- Hutnicza im. S. Staszica, Kraków Ustawa z dnia 20 czerwca 1997r. - Prawo o ruchu drogowym. Dz. U. Nr 98, poz.602, Rozdział 3, art. 81 ust9. 3. Rozporządzenie z dnia 29 października 2003r. Dz. U. Nr 193, poz.1890, załącznik nr Wyleżoł M., CATIA v5. Modelowanie i analiza układów kinematycznych. Helion, Gliwice Skorek G., Zbiór ćwiczeń CATIA v5. Akademia Morska w Gdyni, Gdynia