ZEMBROWSKI Krzysztof 1,2 STOBNICKI Paweł RAKOWICZ Aleksander 1 PAWŁOWSKI Tadeusz 1 Przystosowanie zestawu pojazdów badawczych PIMR dla poprawy bezpieczeństwa przewozu specjalizowanych pojazdów gąsienicowych WSTĘP W ramach projektu rozwojowego WND-POIG.01.03.01-00-164/09 [7], którego liderem jest Przemysłowy Instytut Maszyn Rolniczych (PIMR) w Poznaniu, zaprojektowano i zbudowano przy współpracy z firmą Metalinvest [9] naczepę typu gęsia szyja (NGS-10) kategorii O3, a do jej holowania przystosowano samochód Iveco Daily D35 z napędem na cztery koła. Zestaw pojazdów badawczych wyposażono w nową wersję układu hamulcowego PIMR-EBS (PEBS) [1, 6], który został opracowany w ramach projektu rozwojowego [8]. Specjalizowana naczepa NGS-10 dedykowana jest do przewozu zespołu pojazdów gąsienicowych (ZPG), który został zaprojektowany do koszenia oraz zbioru skoszonej biomasy z chronionych terenów wodno-błotnych znajdujących się w obrębie Parków Narodowych, parków krajobrazowych oraz obszarów Natura 2000 [3]. Wstępne próby trakcyjne [2] wykonane podczas przejazdów testowych wykazały konieczność przebudowy wirtualnych modeli naczepy NGS-10, w celu zwiększenia bezpieczeństwa podczas transportu specjalizowanych pojazdów gąsienicowych po drogach utwardzonych i nieutwardzonych. Wykonano modele oraz analizy wytrzymałościowe konstrukcji ramy naczepy oraz wyznaczono i dobrano odpowiednie punkty mocowania zarówno w naczepie, jak również w zespole pojazdów gąsienicowych, które umożliwią bezpieczne przejazdy zestawu pojazdów badawczych podczas badań terenowych i poligonowych. 1 MODYFIKACJE MODELI WIRTUALNYCH NACZEPY DLA POPRAWY BEZPIECZEŃSTWA PODCZAS TRANSPORTU Zespół badawczy ds. Energetyki i Dynamiki Maszyn Rolniczych, Przemysłowego Instytutu Maszyn Rolniczych w Poznaniu od kilkunastu lat zajmuje się zagadnieniami związanymi z poprawą bezpieczeństwa pracy, bezpieczeństwa transportu zwłaszcza rolniczego, efektywnością transportu, a także poprawą bezpieczeństwa i płynności ruchu drogowego. Efektem prowadzonych prac badawczo-rozwojowych jest zgłoszenie szeregu innowacyjnych rozwiązań podzespołów, jak również opracowanie i skonstruowanie nowej generacji zestawów pojazdów badawczych składających się z samochodów skrzyniowych oraz nowej rodziny naczep typu gęsia szyja kategorii O2/O3 oraz bazujących na tym samym uniwersalnym podwoziu, przyczep kategorii O2/O3. Innowacyjne zestawy pojazdów opracowane przez PIMR wyposażone są w hybrydowe elektryczne układy hamulcowe sterowane wyłącznie przy użyciu przewodów elektrycznych [4], w nowej wersji zaczepy oraz sprzęgi kulowe dla przyczep/naczep typu gęsia szyja, w nowej konstrukcji wsporniki wysuwnych sprzęgów kulowych (montowane do ram samochodów i chowane pod pokrywą umieszczoną w podłodze skrzyni ładunkowej). Zaletą tego ostatniego rozwiązania jest możliwość istotnego rozszerzenia możliwości funkcjonalnych samochodu, który może być eksploatowany zgodnie z jego przeznaczeniem, a w razie potrzeby w ciągu kilku minut może być przystosowany do pełnienia funkcji mini-ciągnika samochodowego przystosowanego do holowania naczep typu gęsia szyja o kilkukrotnie większej masie niż dopuszczalna dla danego samochodu masa przyczepy. 1 PIMR - Przemysłowy Instytut Maszyn Rolniczych,; 60-963 Poznań, ul. Starołęcka 31; www.pimr.eu 2 kierownik Zespołu ds. Energetyki i Dynamiki Maszyn Rolniczych ; e-mail: zembrowski@pimr.poznan.pl, Tel: + 48 61 8712230 11768
Zestaw pojazdów badawczych składający się z samochodu skrzyniowego Iveco Daily D35 4x4 oraz naczepy typu gęsia szyja (NGS-10) kategorii O3, przeznaczony jest przede wszystkim do przewozu specjalizowanych pojazdów gąsienicowych, a także maszyn i urządzeń rolniczych. Na rysunku 1 przedstawiono zestaw drogowy PIMR z załadowanym zespołem specjalizowanych pojazdów gąsienicowych. Rys. 1. Zestaw drogowy PIMR z załadowanym zespołem pojazdów gąsienicowych (archiwum PIMR-BE) Przeprowadzenie wstępnych prób drogowych zestawu PIMR podczas przejazdów testowych wykazało konieczność modyfikacji modeli wirtualnych naczepy NGS-10. W tym celu wykonano modele oraz przeprowadzono uzupełniającą analizę wytrzymałościową ramy naczepy pod kątem poprawy bezpieczeństwa przewozu specjalizowanych pojazdów zwłaszcza gąsienicowych wraz z modułami roboczymi. Następnym krokiem było wytypowanie miejsc i dobór odpowiednich punktów mocowania ładunku. Rysunki 2 i 3 przedstawiają odpowiednio główną i ruchomą część ramy (rama ruchoma stanowi jednocześnie rampę załadowczą) naczepy z prawidłowo dobranymi punktami mocowania ładunku. Rys. 2. Model wirtualny ramy głównej naczepy NGS-10 (archiwum PIMR-BE) Rys. 3. Model wirtualny ruchomej części ramy naczepy NGS-10 (archiwum PIMR-BE) 11769
Główna koncepcja naczepy NGS-10 oparta została na uniwersalnej ramie naczepy typu gęsia szyja. Na potrzeby transportu Zespołu Pojazdów Gąsienicowych (ZPG) została wykonana w wersji z hydraulicznie opuszczaną rampą załadowczą (rysunek 4), co w znaczny sposób ułatwia załadunek przewożonego pojazdu. W momencie gdy moduł roboczy wraz z modułem transportowym pojazdu gąsienicowego znajduje się całą długością na naczepie, następuje podniesienie rampy przy użyciu dwóch siłowników hydraulicznych, a następnie zablokowanie jej dźwignią ręczną [3]. Rys. 4. Model wirtualny rampy naczepy NGS-10 (archiwum PIMR-BE) 2 MODYFIKACJA PUNKTÓW MOCOWANIA W PODŁODZE NACZEPY Punkty mocowania w naczepie dobrano i rozmieszczono w taki sposób aby pozwalały na efektywne i funkcjonalne zamocowanie specjalizowanych pojazdów gąsienicowych podczas przewozu zarówno po drogach utwardzonych jak i nieutwardzonych. Długość skrzyni ładunkowej naczepy wynosi 8,86 m, natomiast szerokość 2,55 m. Uchwyty mocowania ładunku rozmieszczono z lewej i prawej strony naczepy w ilości 14 sztuk (7 sztuk na stronę). Rysunek 5 obrazuje widok rozmieszczenia uchwytów mocujących z prawej strony naczepy NGS-10. Rys. 5. Model wirtualny naczepy NGS-10 z widocznymi uchwytami mocowania ładunku (archiwum PIMR-BE) Z przodu naczepy znajdują się dodatkowe dwa uchwyty, które umożliwiają przymocowanie przedniej części modułu roboczego pojazdu gąsienicowego. Model wirtualny przednich uchwytów mocujących naczepy przedstawiono na rysunku 6. Rys. 6. Model wirtualny przednich uchwytów mocujących (archiwum PIMR-BE) Wykonanie obliczeń wytrzymałościowych z wykorzystaniem metody elementów skończonych pozwoliło na odpowiednie zaprojektowanie wzmocnienia tylnej części ramy rampy załadowczej. Naprężenia zredukowane mieszczą się poniżej przyjętej granicy naprężeń dopuszczalnych dla 11770
wykorzystanego materiału. Tylną część ramy rampy naczepy, po wykonaniu dodatkowej analizy wytrzymałościowej wzmocniono, co pozwoliło na zastosowanie uchwytów zabezpieczających wpuszczanych w płytę podłogową. Konstrukcję ramy wzmocniono wzdłużnie i poprzecznie profilami kwadratowymi o wymiarach 35x35 mm, o grubości ścianki 3 mm. W profilach wzdłużnych wykonano otwory montażowe, które umożliwiły przymocowanie śrubami M12 oraz nakrętkami samohamownymi ww. uchwytów osadzonych w płycie podłogowej do ramy naczepy. Rysunek 7 obrazuje wzmocnienie tylnej części ramy naczepy, natomiast na rysunku 8 przedstawiono widok uchwytów wpuszczonych w płytę podłogową naczepy. Rys. 7. Model wirtualny wzmocnienia ramy naczepy (archiwum PIMR-BE) Rys. 8. Model wirtualny uchwytów wpuszczonych w płytę podłogową naczepy (archiwum PIMR-BE) Wszystkie wykonane w PIMR modyfikacje modeli wirtualnych oraz adaptacja w rzeczywistym modelu (naczepie NGS-10) pozwolą na poprawę funkcjonalności systemu mocowania ładunków oraz poprawę bezpieczeństwa podczas transportu specjalizowanych pojazdów gąsienicowych. 3 ZESPÓŁ POJAZDÓW GĄSIENICOWYCH NOWE PUNKTY MOCOWANIA Kolejnym etapem modyfikacji jest przebudowa modelu wirtualnego zespołu pojazdów gąsienicowych w kontekście doboru i wyznaczenia odpowiednich miejsc oraz punktów kotwiących w obrębie kadłuba modułu roboczego oraz ramy modułu transportowego. Uzupełniającej analizie wytrzymałościowej poddano miejsca, w których przewidziano przytwierdzenie uchwytów mocujących, mających za zadanie stabilne i bezpieczne zamocowanie pojazdów gąsienicowych do ramy naczepy przy użyciu odpowiednio dobranych odciągów łańcuchowych. Rysunki 9 i 10 przedstawiają modele wirtualne zespołu pojazdów gąsienicowych na naczepie NGS-10. 11771
Rys. 9. Model wirtualny ZPG na naczepie NGS-10 widok I (archiwum PIMR-BE) Rys. 10. Model wirtualny ZPG na naczepie NGS-10 widok II (archiwum PIMR-BE) Zespół Pojazdów Gąsienicowych po załadowaniu na naczepę nieznacznie przekracza długością przestrzeń ładunkową naczepy. Z tego powodu kluczowym aspektem było zwiększenie ilości punktów mocujących na ramie naczepy oraz takie ich rozmieszczenie, aby możliwie łatwo i efektywnie zamocować przewożony ładunek (ZPG) podczas transportu. Po przeanalizowaniu modelu wirtualnego modułu roboczego, wytypowano 6 miejsc w obrębie kadłuba pojazdu, w których zamodelowano przy użyciu oprogramowania SolidWorks 2014 uchwyty do zabezpieczenia ładunku. W przedniej oraz tylnej części modułu roboczego rozmieszczono odpowiednio zarówno z lewej, jak i z prawej strony po dwa uchwyty, natomiast pozostałe usytuowano pomiędzy gąsienicami pojazdu w środkowej jego części. W module transportowym wytypowano 4 miejsca w obrębie ramy przyczepy transportowej. W przedniej jej części przy sprzęgu łączącym moduł roboczy z transportowym oraz za osią gąsienicy po obu stronach modułu. Reasumując należy podkreślić, iż takie rozmieszczenie uchwytów istotnie przyczyniło się do poprawy bezpieczeństwa podczas realizowania przejazdów po drogach utwardzonych i nieutwardzonych zestawem badawczym PIMR, składającym się z pojazdu skrzyniowego Iveco Daily oraz naczepy typu gęsia szyja. Istotnym z punktu widzenia możliwości transportu specjalizowanych pojazdów gąsienicowych jest fakt, iż gabaryty zewnętrzne modułu roboczego oraz modułu transportowego pojazdu gąsienicowego nie przekraczają dopuszczalnej skrajni drogowej. A więc transport ww. zespołu pojazdów może 11772
odbywać się bez konieczności uzyskania dodatkowych zezwoleń, które są niezbędne podczas przewozu ładunków ponadgabarytowych. Na rysunku 11 przedstawiono wariant transportu modułu roboczego pojazdu gąsienicowego z narzędziem do koszenia roślinności twardej. Rys. 11. Model wirtualny modułu roboczego z narzędziem do koszenia roślinności twardej na naczepie NGS- 10 (archiwum PIMR-BE) 4 WARIANTY MOCOWANIA POJAZDÓW GĄSIENICOWYCH NA NACZEPIE NGS-10 Modyfikacje modeli wirtualnych, uzupełnione dodatkową analizą wytrzymałościową pozwoliły na efektywne, a co najważniejsze skuteczne zmiany w modelu rzeczywistym naczepy (NGS-10) oraz zespole pojazdów gąsienicowych (ZPG). W praktyce względy bezpieczeństwa podczas przewozu ładunków, a w szczególności rolniczych pojazdów gąsienicowych są jednymi z najważniejszych. Ładunek umieszczony na pojeździe bądź naczepie powinien być zabezpieczony przed zmianą położenia lub wywoływaniem nadmiernego hałasu. Należy również pamiętać, iż wszelkie urządzenia służące do mocowania ładunku, muszą być zabezpieczone przed samoczynnym rozluźnieniem się, swobodnym zwisaniem lub spadnięciem podczas jazdy. Nieprawidłowo zabezpieczony element mocujący przy większej prędkości pojazdu może uderzyć np. idącego poboczem pieszego, bądź jadącego skrajem drogi rowerzystę. Niezabezpieczony pas transportowy lub odciąg łańcuchowy może również wkręcić się w elementy ruchome pojazdu i zagrozić jego stabilności. Kolejnymi po uchwytach mocujących bardzo ważnymi elementami służącymi do mocowania ładunku są pasy transportowe oraz odciągi łańcuchowe. Widok przykładowego odciągu łańcuchowego wykorzystywanego do mocowania pojazdów gąsienicowych pokazano na rysunku 12. Rys. 12. Odciąg łańcuchowy do zabezpieczenia podczas transportu (archiwum PIMR-BE) 11773
Odciągi łańcuchowe to najczęściej wykorzystywane po pasach mocujących elementy zabezpieczające ładunek przed przemieszczeniem. W transporcie drogowym należy stosować krótkoczłonowe łańcuchy, o okrągłych ogniwach klasy 8 lub większej - jest to zależne przede wszystkim od rodzaju przewożonego ładunku. Wszystkie elementy odciągów łańcuchowych powinny spełniać normy określone w PN-EN 12195-3. Własności użytkowe tych elementów zależą głównie od dwóch parametrów: grubości ogniwa oraz użytego stopu [5]. Na potrzeby transportu specjalizowanych pojazdów gąsienicowych w PIMR zakupiono odciągi łańcuchowe firmy Dolezych LC63kN, 2-częściowe, łańcuch klasa 8 stali o długości 3,5 m przy skręconym napinaczu grzechotkowym [10]. Na rysunkach 13 i 14 przedstawiono przykłady zamocowania odciągami łańcuchowymi modułu roboczego pojazdu gąsienicowego wraz z narzędziami przed badaniami terenowymi. Rys. 13. Zestaw drogowy PIMR przed wyjazdem na badania terenowe (archiwum PIMR-BE) Rys. 14. Zestaw drogowy PIMR po badaniach terenowych (archiwum PIMR-BE) Reasumując należy podkreślić, że odciągi łańcuchowe są nieodzownym elementem mocującym wykorzystywanym podczas transportu różnego rodzaju pojazdów (rolniczych, leśnych, wojskowych, maszyn i urządzeń specjalistycznych). Rysunek 15 przedstawia przykład zamocowania ciągnika rolniczego wraz z narzędziem roboczym (kosiarką dyskową) podczas przejazdu na badania terenowe. 11774
Rys. 15. Zestaw drogowy PIMR z zamocowanym ciągnikiem rolniczym (archiwum PIMR-BE) Kolejnym bardzo ważnym aspektem z punktu widzenia bezpieczeństwa transportu jest okresowa kontrola napięcia elementów zabezpieczających przewożony ładunek. Po przejechaniu niewielkiego odcinka drogowego, należy ponownie dokonać kontroli wszystkich elementów mocujących. Poluzowanie pasów transportowych, odciągów łańcuchowych lub innych środków mocujących może wynikać z kilku powodów np.: opady atmosferyczne (powodują rozciągnięcie pasów niższej jakości), drgania, odchylenia na zakrętach itp. Praktycznie należy w sposób ciągły monitorować stan napięcia elementów mocujących, a kierowca korzystając z przerw podczas jazdy jest zobowiązany za każdym razem przed kontynuacją podróży sprawdzić ponownie napięcie środków mocujących. Rysunek 16 obrazuje kolejny przykład prawidłowego zamocowania pojazdu gąsienicowego odciągami łańcuchowymi podczas przewozu na badania terenowe. Rys. 16. Widok prawidłowo zamocowanego pojazdu gąsienicowego (archiwum PIMR-BE) WNIOSKI Przeprowadzone w Przemysłowym Instytucie Maszyn Rolniczych, w ramach projektu rozwojowego WND-POIG.01.03.01-00-164/09, modyfikacje modeli wirtualnych naczepy typu gęsia szyja (NGS-10) oraz Zespołu Pojazdów Gąsienicowych pozwoliły na sformułowanie następujących wniosków: 1. Wstępne analizy modeli wirtualnych oraz próby drogowe zestawu PIMR wykazały konieczność przebudowy dotychczasowych modeli naczepy i zespołu pojazdów gąsienicowych. 11775
2. Uzupełniająca analiza wytrzymałościowa rozpatrywanych modeli pozwoliła na poprawne wytypowanie oraz rozmieszczenie punktów mocujących na rzeczywistym modelu naczepy oraz pojazdu gąsienicowego. 3. Próby zestawu składającego się z pojazdu skrzyniowego Iveco Daily D35 4x4 i naczepy typu gęsia szyja NGS-10 podczas przejazdów testowych z załadowanym pojazdem badawczym, potwierdziły w pełni celowość wykonanych modyfikacji. 4. Odpowiednio dobrane uchwyty mocujące oraz elementy zabezpieczające (odciągi łańcuchowe) poprawiły istotnie solidność mocowania przewożonych pojazdów gąsienicowych i tym samym bezpieczeństwo ich transportu. Streszczenie W artykule przedstawiono wyniki modyfikacji wirtualnych modeli naczepy NGS-10 (naczepa typu gęsia o dopuszczalnej masie całkowitej 10 ton) oraz zespołu pojazdów gąsienicowych (ZPG) pod kątem poprawy bezpieczeństwa podczas realizowania przewozów drogowych. Naczepa została opracowana w Przemysłowym Instytucie Maszyn Rolniczych w Poznaniu, natomiast model rzeczywisty przy współpracy z PIMR wykonała firma Metalinvest. Zespół specjalizowanych pojazdów gąsienicowych oraz naczepa zostały zaprojektowane i zbudowane w ramach projektu rozwojowego nr WND-POIG.01.03.01-00-164/09, który dotyczy ochrony obszarów wodno-błotnych przed sukcesją roślinności powodującej degradację środowiska przyrodniczego. W artykule zawarte zostały informacje o wynikach badań modeli wirtualnych naczepy oraz zespołu pojazdów gąsienicowych w kontekście poprawy i wzmocnienia elementów zabezpieczających przewożony pojazd po drogach utwardzonych i nieutwardzonych. Dokonano wyboru odpowiednich elementów mocujących oraz zabezpieczających, które pozwoliły na stabilny a co najważniejsze bezpieczny przejazd zestawu badawczego PIMR z załadowanym zespołem specjalizowanych pojazdów gąsienicowych i rolniczych narzędzi na tereny prowadzonych prac badawczych. Adaptation of the PIMR s research vehicles unit to improve transport safety of the of the specialized tracked vehicles Abstract Paper presents the results of the modification of virtual models of gooseneck trailer NGS-10 with a total weight of 10 tonnes and a tracked vehicles unit (ZPG) in terms of improving safety during road transportation. NGS-10 was developed by the PIMR-Industrial Institute of Agricultural Engineering in Poznan, while the steel model in collaboration with PIMR and the company Metalinvest. PIMR s research road unit is designed and built as part of a R&D project No. WND-POIG.01.03.01-00-164 / 09, which concerns the protection of wetland vegetation succession resulting from the degradation of the natural environment. This article contains information about the results of research models and virtual models of gooseneck trailer and tracked vehicles unit in the context of improving and strengthening the security elements during transportation of tracked vehicles and agricultural tools on roads and unpaved rural ducts. The choice of suitable fasteners and safety, which allowed for stable and most importantly safer movement of the PIMR s research road unit during transportation of the tracked vehicles unit with tools on roads and unpaved terrains located near research places. BIBLIOGRAFIA 1. Dubowski A.P., Grzelak J., Pawłowski T., Rakowicz A., Weymann S., Zembrowski K.: Nowy elektropneumatyczno-hydrauliczny układ hamulcowy dla lekkich i średnich zestawów drogowych. VII Konferencja Naukowo-Techniczna: Logistyka, Systemy transportowe, Bezpieczeństwo w transporcie, LOGITRANS 2010, Politechnika Radomska, Logistyka-nauka, artykuły recenzowane, czasopismo Logistyka nr 2/2010. 2. Dubowski Adam P., Zembrowski Krzysztof, Weymann Sylwester, Rakowicz Aleksander, Wojniłowicz Łukasz, Karbowski Radosław: Zestawy pojazdów gąsienicowych - wstępne trakcyjne badania terenowe. TRANSCOMP 2013, ISSN 1232-3829 TTS nr 10/2013. 3. Dubowski Adam P., Zembrowski Krzysztof, Pawłowski Tadeusz, Vicente Nuno, Rakowicz Aleksander, Wojniłowicz Łukasz, Weymann Sylwester, Karbowski Radosław: Naczepa NGS-10 11776
do transportu zestawów pojazdów gąsienicowych. TRANSCOMP 2013, ISSN 1232-3829 TTS nr 10/2013. 4. Zembrowski K., Stobnicki P., Rakowicz A., Wojniłowicz Ł., Vicente N., Dubowski A.P., Wstępne badania nowej wersji układu hamulcowego PIMR-EBS zamontowanego w specjalistycznej naczepie NGS-10, XI Konferencja Naukowo-Techniczna, Logistyka, Systemy Transportowe, bezpieczeństwo w Transporcie, LogiTrans Szczyrk 2014, Logistyka 2/2014. 5. Paluch S., Uzupełnienie do Kwalifikacji Wstępnej Szkolenie Okresowe. Wydawnictwo LIWONA, Warszawa. 6. Patent P.390980 pt.: Układ elektryczno-pneumatyczny do sterowania pneumatycznohydraulicznym zespołem wykonawczym i pracą hamulców, zwłaszcza lekkich i średnich naczep i przyczep samochodowych (Decyzja UPRP o udzielenia patentu: 24-10-2013). 7. Projekt badawczy NR WND_POIG.01.03.01-00-164/09 pt.: Zintegrowana technologia ochrony obszarów wodno-błotnych przed sukcesją roślinności powodującej degradację środowiska przyrodniczego, kierownik projektu dr inż. Krzysztof Zembrowski, 2010-2014. 8. Projekt rozwojowy nr N R10-0006-04/2008 pt.: System transportowy oparty na zastosowaniu nowych sposobów sprzęgania zestawów drogowych oraz innowacyjnym układzie sterowania hydraulicznych hamulców w holowanych pojazdach, kierownik projektu dr inż. Adam Dubowski, 2008-2010. 9. METALINVEST - http://metalinvest.pl/ 10. Dolezych - www.dolezych.pl 11777