CC BY
1
УДК 62-236 https://doi.Org/10.35546/kntu2078-4481.2021.3.8
I.A. ШЛЬОНЧАК
Черкаський державний технолопчний ушверситет
ORCID: 0000-0002-5096-2414 А.В. ЙОВЧЕНКО
Черкаський державний технолопчний ушверситет
ORCID: 0000-0002-7069-1092 А.М. КРЕЙДА
Черкаський державний технолопчний ушверситет
ORCID: 0000-0003-0581-1761
е.А. УСЕНКО
Черкаський державний технолопчний ушверситет
ORCID: 0000-0002-4560-2668
РОЗРАХУНОК ТА КОНСТРУЮВАННЯ ТАКЕЛАЖНОГО В1ЗКА ДЛЯ ПЕРЕВЕЗЕННЯ ВЕЛИКОГАБАРИТНИХ I ВЕЛИКОВАГОВИХ ВАНТАЖ1В НА АВТОТРАНСПОРТНИХ ШДПРИСМСТВАХ ТА СКЛАДСЬКИХ КОМПЛЕКСАХ
При проведенн навантажувально-розвантажувальних робт час eid часу виникають складн мантуляци з важкими i об'емними вантажами, eid чого тколи виникае загроза здоров 'ю чи навть життю людини. У данш роботi розглядаеться проблема використання тдйомно-транспортного обладнання за умови безпечного перевезення великовагового та великогабаритного вантажу в умовах автотранспортного тдприемства або вантажного комплексу. Транспортування великовагових i великогабаритних вантажiв або тших конструкцш здшснюеться при використанш такелажних пристроив та спещал1зовано1 техтки, наприклад - такелажних вiзкiв, без яких багато рiзних видiв промисловостi матимуть проблеми з транспортуванням важких вантажiв, необхiдних для належного виконання роботи. На основi ратше проведених аналтичних до^джень авторами роботи пропонуеться конструкщя такелажного вiзка з чотирма опорними роликами. Метою проведених до^джень е встановлення розподыу реакцш на ос такелажного вiзка при транспортуваннi великовагового або великогабаритного вантажу та проведення детального силового розрахунку пропонованог конструкци такелажного вiзка на предмет мiцностi вiд навантаження вагою р1зно1 величини. За допомогою CAD/CAM системи Solidworks проведено симуляцю роботи вiзка тд навантаженням умовним великоваговим та великогабаритним вантажем. Це дозволило отримати залежтсть деформаци опорног поверхн такелажного вiзка вiд сили, що дiе на нег. При цьому в до^джены показано розподш сил на опорну поверхню такелажного вiзка. Розрахован реакцП, що виникають в опорних точках конструкци. Проведено розподш реакцш на оЫ проектованого такелажного вiзка при транспортуванн великогабаритного та великовагового вантажу. Це дало можливкть визначити силу, яку необхiдно прикласти до вантажу, щоб зрушити його з мкця.
Ключовi слова: такелажний вiзок, вантажн перевезення, складсью комплекси, симулящя роботи, навантаження, реакци, сила тертя.
И.А. ШЛЕНЧАК
Черкасский государственный технологический университет
ORCID: 0000-0002-5096-2414 А.В. ЙОВЧЕНКО
Черкасский государственный технологический университет
ORCID: 0000-0002-7069-1092 А.Н. КРЭЙДА
Черкасский государственный технологический университет
ORCID: 0000-0003-0581-1761 Е.А. УСЕНКО
Черкасский государственный технологический университет
ORCID: 0000-0002-4560-2668
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ТАКЕЛАЖНОЙ ТЕЛЕЖКИ ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ И ТЯЖЕЛОВЕСНЫХ ГРУЗОВ НА АВТОТРАНСПОРТНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ И СКЛАДСКИХ КОМПЛЕКСОВ
При проведении погрузочно-разгрузочных работ время от времени возникают сложные манипуляции с тяжелыми и объемными грузами, от чего иногда возникает угроза здоровью или даже
жизни человека. В данной работе рассматривается проблема использования подъемно-транспортного оборудования при условии безопасной перевозки тяжеловесного и крупногабаритного груза в условиях автотранспортного предприятия или грузового комплекса. Транспортировка тяжеловесных и крупногабаритных грузов или других конструкций осуществляется при использовании такелажных приспособлений и специализированной техники, например - такелажных тележек, без которых много различных видов промышленности будут иметь проблемы с транспортировкой тяжелых грузов, необходимых для надлежащего выполнения работы. На основе ранее проведенных аналитических исследований авторами работы предлагается конструкция такелажной тележки с четырьмя опорными роликами. Целью проведенных исследований является установление распределения реакций на оси такелажной тележки при транспортировке тяжеловесного или крупногабаритного груза и проведения детального силового расчета предлагаемой конструкции такелажной тележки на предмет прочности от нагрузки весом различной величины. С помощью САD/CAM системы Sohdworks проведено симуляцию работы тележки под нагрузкой условным тяжеловесным и крупногабаритным грузом. Это позволило получить зависимость деформации опорной поверхности такелажной тележки от силы, действующей на нее. При этом в исследовании показано распределение сил на опорную поверхность такелажной тележки. Рассчитаны реакции, возникающие в опорных точках конструкции. Проведено распределение реакций на оси проектированной такелажной тележки при транспортировке крупногабаритного и тяжеловесного груза. Это дало возможность определить силу, которую необходимо приложить к грузу, чтобы сдвинуть его с места.
Ключевые слова: такелажная тележка, грузовые перевозки, складские комплексы, симуляция работы, нагрузки, реакции, сила трения.
1.А. SHLONCHAK
Cherkasy State Technological University
ORCID: 0000-0002-5096-2414 A.V. YOVCHENKO Cherkasy State Technological University ORCID: 0000-0002-7069-1092 A.M. KREIDA Cherkasy State Technological University ORCID: 0000-0003-0581-1761 E.A. USENKO Cherkasy State Technological University
ORCID: 0000-0002-4560-2668
CALCULATION AND DESIGN OF RIGID TROLLEY FOR TRANSPORTATION OF LARGE AND HEAVY LOADS TO TRANSPORT PLANTS AND WAREHOUSE COMPLEXES
During reloading and unloading, large and heavy loads are sometimes difficult to handle, which sometimes endangers human health or even life. This paper considers the problem of using lifting and transport equipment under the condition of safe transportation of large and large loads in the conditions of a motor transport enterprise or cargo complex. Heavy and bulky loads or other structures are transported by means of rigging devices and specialized equipment, such as rigging carts, without which many different industries will have problems transporting the heavy loads required for proper performance. Based on previously conducted analytical research, the authors propose the design of a rigging trolley with four support rollers. The purpose of the research is to establish the distribution of reactions on the axis of the rigging trolley during transportation of heavy or bulky cargo and to conduct a detailed force calculation of the proposed design of the rigging trolley for strength from load of different sizes. With the help of the СAD / CAM system of Solidworks, the simulation of the trolley operation under the load of conditional heavy and oversized cargo was carried out. This allowed to obtain the dependence of the deformation of the bearing surface of the rigging trolley on the force acting on it. The research shows the distribution of forces on the supporting surface of the rigging truck. The reactions that occur at the reference points of the structure are calculated. The distribution of reactions on the axis of the designed rigging trolley during transportation of large and heavy cargo is carried out. This made it possible to determine the force that must be applied to the load to move it out of place.
Keywords: rigging trolley, freight transportation, warehouses, work simulation, load, reaction, friction
force
Постановка проблеми
Роботи, пов'язаш з навантаженням або розвантаженням великогабаритних та великовагових вантажiв в умовах автотранспортних тдприемств чи складських комплекив, проводяться при здшсненш рiзного роду складних операцш. Особливо таю операцп здшснюються, коли на автомобшьному
пiдприемствi або в складському примщент застосовувати тдйомно-транспортне обладнання недоцшьно або немае можливостi. Рiшенням тако! проблеми е конструювання такелажних вiзкiв адаптованих до конкретного виробничого процесу автотранспортного тдприемства чи складського комплексу [1, 2].
Аналiз останнiх дослщжень i публжацш
Дослiдженню покращення ефективност виробничо! бази автосервiсних пiдприемств у питант застосування пiдйомно-транспортного обладнання в умовах навантаження-розвантаження великовагових та великогабаритних вантажiв присвячено низку наукових робгг, у яких розкрито рiзнi аспекти ще! тематики.
Зокрема автор роботи [1] зазначае, що транспорт е одтею з важливих складових виробництва та обслуговування будь яко! галузi господарства. Вш бере участь в ушх етапах виробничого процесу - вщ доставки сировини i комплектуючих до транспортування готово! продукцп до мюць призначення. Тому пiдвищення ефективностi тдйомно-транспортних робiт за рахунок впровадження адаптивного такелажного обладнання е актуальною тематикою сьогодення. Автор зазначае, що застарЫ рухомий склад i виробничо-техтчна база призводить до с^мкого спаду обсяпв перевезень.
В роботах [2, 3] стверджуеться важливiсть формулювання стратегiй розвитку автотранспортного пiдприемства з позицi! виробничо! системи. Зазначаеться, що в сучасних умовах автотранспортш тдприемства, а тим бшьше невеликi за розмiром автотранспортш фiрми, вимушенi самостiйно шукати стратеги свого подальшого розвитку в умовах досить динамiчного зовнiшнього середовища, реагувати на його змiни для того, щоб бути конкурентоспроможними та самодостатшми в своему розвитку й стат. Зроблено висновок, що для сучасного автотранспортного тдприемства найбшьш доцiльним е оновлення та розширення парку транспортних засобiв, спецiалiзацiя, диверсифiкацiя, трансформацiя тдприемства, зокрема i у виробничiй сферь
Автори роботи [4] пропонують використовувати коефщент органiзованостi для визначення невикористаного потенщалу пiдприемства за рiзними стратепями розвитку, зокрема i оновлення виробничо! бази автотранспортного тдприемства.
Формулювання мети дослщжень Метою представлених дослщжень е встановлення розпод^ реакцш на ос такелажного вiзка при транспортуваннi вантажу та проведения детального силового розрахунку пропоновано! конструкцi! такелажного вiзка на предмет мщносп вiд навантаження вагою рiзно! величини. Симуляцiя роботи вiзка була проведена за допомогою САD/CAM системи Solidworks.
Викладення основного матерiалу дослiдження Схема реакцiй в тдшипниках, що виникають на осях (опорт ролики) такелажного вiзка, зображена на рисунку 1. Апрiорi вiдомо, що при прагнент рухати одне тшо по поверхнi iншого в площит дотику тiл виникае сила опору !х вiдносному руховi. Цей отр називають силою тертя. Сила тертя - це проблема, яку постшно потрiбно вирiшувати, коли мова йде про вантажт перевезення, особливо в умовах транспортування великогабаритних та великовагових вантажiв. Закономiрнiсть при цьому проста: чим бшьшу вагу мае вантаж, тим значення сили тертя стае бшьшим. Для подолання сили тертя конструкщя такелажного вiзка передбачае використання ролиюв [5].
З метою подолання сили тертя тд час транспортування великовагових та великогабаритних вантажiв в конструкцп пiдйомно-транспортного обладнання, зокрема спроектованого такелажного вiзка, було передбачено чотири опорних ролики (рисунок 2).
При транспортувант 1000 кг на одну вюь дiе сила Gвl = 5,0кН . З використанням рiвняння
рiвноваги реакцi! в опорах можна розрахувати за наступним алгоритмом:
____G 37 5
Х-МА = 0; XМА = -Gвl • 37,5 + Яв ■ 75 = 0 ^ Яв = ^ = 2,5кН
75 (1)
Рис. 1. Розподш реакцш на oci такелажного Bi3Ka при транспортуванш вантажу
G ■ 37,5
Х-МБ = 0; XМБ = Ga ■ 37,5-RA ■ 75 = 0 ^ RA = ' = 2,5кН nepeBipKa: £ Y = 0; RA - Gel + RB = 2,5 - 5,0 + 2,5 = 0
(2)
Рис. 2. Проектований такелажний вгзок (вигляд знизу, зображення опорних роликчв)
При транспортуванш вантажу (в динамiцi) виникае тертя кочення, яка схематично показана на рисунку 3. На кожний опорний ролик, перпендикулярно до його oci, прикладена горизонтальна сила Р, що дoрiвнюе прикладенш людиною cилi при перевезеннi вантажу. ^iM того дiе власна вага вантажу. При правильному симетричному рoзташyваннi вантажу дана вага рiвнoмiрнo рoзпoдiляетьcя на весь такелажний вiзoк. В cиcтемi автоматизованого проектування SolidWorks Simulation були отримаш симуляцп напружень, перемiщень та деформацп в залежнocтi вiд прикладено! сили (рисунок 4). В результат прикладено! сили, що спричиняе деформащю, за допомогою системи Solidworks можна отримати cимyляцiю деформацп поверхонь та отримати графжи залежностей ll величини вщ прикладено! до робочо! поверхш сили (рисунок 5). Внаcлiдoк деформацш ролики такелажного вiзка i горизонтальна опорна поверхня доторкаються один до одного вздовж деяко! дшянки контакту. Нормальна реакщя
Сила тертя Fmр виникае в тому мющ, де ролик доторкаеться до опорно! поверхш, а саме: в точщ Ог. При рiвновазi ролика сила Fтр дорiвнюе силi Р, але напрямлена в протилежний бш. Таким чином, сили Р i Fтр утворюють пару, яка врiвноважуеться парою сил —вк1 N.
Момент пари сил —в, вага вантажу, що приходиться на одне колесо, i N називаеться моментом тертя кочення та визначаеться за наступною формулою:
Мтр = N ■ а
(3)
де а - коефщент тертя кочення, що залежить вщ матерiалу ролика, площини, фiзичного стану !х поверхонь. Наприклад, при виборi ролика зi сталi i асфальтобетонно! поверхнi а = 6 мм; при матерiалi ролика полiамiд i поверхнi бетон - а=7,7 мм.
в)
Рис. 4. Розрахунок напруження (а), перемщення (б) та деформацп (в), ям виникають в1д навантаження в 10 кН на платформу такелажного вiзка
Рис. 5. Залежшсть деформацп ввд сили, що дie на опорну поверхню такелажного вiзка
При транспортуванш вантажу масою 1000 кг, вага, яка припадае на один ролик складае Gвк=RA=2,5 кН. При цьому нормальна реакцiя опорно! поверхш дорiвнюе N=2,5 кН, тобто протилежно прикладеному навантаженню. Необхiдно зазначити, що такелажний вiзок знаходиться в сташ рiвноваги, якщо момент активно! сили вщносно точки Ог буде меншим вiд моменту тертя. Тобто у такому разi цю залежнiсть можна описати на ступною формулою:
Р • И < N • а
(4)
Крiм того, при транспортуванш вантажу необхщно враховувати, наскшьки поверхня дороги е чистою, без трщин, отворiв або iнших перешкод для кочення. Для того щоб вантаж зрушити з мiсця, потрiбно, щоб момент активно! сили вщносно точки Ог був бiльшим вщ моменту тертя. Тобто у такому разi залежнiсть (4) можна зобразити наступним чином:
Р • И > N • а
(5)
Таким чином визначаемо силу, яку необхщно прикласти до вантажу, щоб зрушити його з мюця:
л N • а 2,5 • 7,7 тт
Р >-= —-— = 0,36кН.
И
56
(6)
Тобто, для того щоб зрушити з мюця вантаж вагою 1000 кг, необхщно прикласти сили на одне колесо бшьше 0,36 кН, за умови, що сила прикладаеться тд кутом 450
Такелажний вiзок - це платформа з опорними роликами, що застосовуеться для транспортування великовагового та великогабаритного вантажу. Вони повинш бути виготовлеш з яюсного матерiалу, оскiльки на них буде чинитися великий тиск тд час перемщення вантажу. Залежно вiд вимог доступш рiзнi системи для утримання рiзних навантажень. Зазвичай вони мають кермову ручку, яка допомагае !м маневрувати тсля завантаження.
Бiльш детальна конструкщя проектованого такелажного вiзка зображена на рисунку 6. До потовщено! сталево! основи 1, за допомогою пальця 2, крiпиться на наборному упорному тдшипнику 3 поворотна платформа 4, на яку безпосередньо встановлюеться вантаж. Поворотна платформа повинна мютити або гумову пiдкладку, або мати, як в нашому випадку, негладку ребристу поверхню для попередження ковзання вантажу. Також необхщно врахувати, що платформа повертаеться в цьому мющ для керування на крутих поворотах.
З протилежного боку основи 1 знаходиться права та лiва бiчна поверхня 6, а також центральна пластина 5, що слугують в певнш мiрi як ребра жорсткосп конструкцп. Данi поверхнi беруть безпосередню участь в закршленш чотирьох роликiв 8 з полiуретановим покриттям дiаметром 3 дюйми. Даш ролики е зносостшкими та слугують для плавного та стабшьного маневрування. Ролики у свою чергу полегшують поворот вiзка з великогабаритним або великоваговим вантажем. Ролики фжсуються на ош 9 за допомогою гайок 10.
Рис. 6. Конструкщя роликового такелажного вика
З обох сторш бiчних поверхонь 6 е вбудоваш ручки 11, що забезпечують додаткову жорстюсть конструкцп та застосовуються для перемщення, витягування вантажу, а також кршлення для кермово! ручки. Обов'язково потрiбно врахувати, що чим бшьша довжина кермово! ручки, тим менше потрiбно прикласти зусиль для перемщення вантажу людиною.
Якiсть роликiв диктуе довговiчнiсть i яюсть руху. Колеса, виготовлеш з полiуретану або нейлону мають бiльш несучу здатнiсть, шж гумовi. Крiм того такi ролики е стшкими до !дкого впливу олив та розчинниюв, вони також стшю до розривiв, стiйкi до погодних умов та екстремальних температур. Крiм ушх цих переваг, вони також зменшують ризик пошкодження тдлоги робочого мiсця. Разом з тим дат ролики не рекомендуються для тривалих навантажень у станi спокою або на шорстких поверхнях кочення. Однак, сталевi колеса навпаки забезпечують максимальну мiцнiсть i витримують тривалi навантаження в станi спокою i навiть постiйну установку. Вони чудово шдходять для застосування з шорсткою або нерiвною пiдлогою.
В кожному ролику з обох торщв знаходиться голчастий однорядний закритий ущiльненнями тдшипник 7. Пiдшипник забезпечуе бiльш довготривалi експлуатацiйнi можливостi даного ролика та тдвищуе експлуатацiю самого такелажного вiзка
Роликовий такелажний вiзок повинен мати конструкщю з низьким профiлем для забезпечення мiнiмального пiдйому вантажiв вщносно поверхнi, на якiй вiн знаходиться. Це в свою чергу тдшмае ефективнiсть використання такого пiдйомно-транспортного обладнання в сферi перемiщення велико-вагового та великогабаритного обладнання.
Такелажш вiзки дуже простi у використаннi та штуГтивно зрозумiлi, тому немае потреби в отриманш довготривалих тренуваннях по !х керуванню. Необхiдно зазначити, що таю вiзки досить безпечнi та легко контролюються за допомогою ручного пристосування або автоматизованого. Таке тдйомно-транспортне обладнання дозволяе здшснювати маневри з великогабаритними та великоваговими вантажами порiвняно швидко. Коротка шструкщя з безпечного використання проектованого такелажного вiзка наведена на рисунку 7. Вiзки також можуть використовуватися в рiзних автосервюних пiдприемствах та вантажних комплексах через !х унiверсальнiсть.
Рис. 7. Принцип використання такелажних впкчв для перемщення великогабаритного та
великовагового вантажу
Щоб використовувати такелажш вiзки ефективно та безпечно, необхщно взяти чотири низько профшьних пiднiжки. Останнi застосовуються, щоб тдняти вантаж, яке потрiбно перемютити. Пiсля того, як великоваговий або великогабаритний вантаж було тднято, проектоваш вiзки розмiщуються пiд вантаж. Вони можуть працювати як частина системи з трьома або чотирма точками навантаження. Тобто це значить, що або три вiзка розмiщуються тд вантажем, або чотири вiзка. Повшьно вiдпустивши
профшьт шдшжки, необхщно переконатися, що вантаж знаходиться в n0Tpi6H0My положеннi на Bi3Kax. Пiсля цього необхщно приеднати KepMOBi ручки i перемiстити вантаж у потрiбне мюце. Цi ручки можна тягнути або штовхати мускульною силою людини. Разом з тим при достатньо великогабаритних та великовагових вантажах вiзок можна прикршити до фаркопа автомобшя або шшого транспортного самохiдного засобу.
Висмовки
1. Проведено pозподiл peакцiй на осi проектованого такелажного вiзка при транспортувант великогабаритного та великовагового вантажу. Це дало можливiсть визначити силу, яку необхщно прикласти до вантажу, щоб зрушити його з мюця.
2. Здiйснeно силовий розрахунок пропоновано! конструкцп такелажного вiзка на предмет мщносп вiд навантаження вагою piзноl величини.
3. За допомогою CAD/CAM системи Solidworks проведено симулящю роботи вiзка пiд навантаженням умовним великоваговим та великогабаритним вантажем. Це дозволило отримати залeжнiсть деформацп опорно! поверхт такелажного вiзка вiд сили, що дiе на не!.
4. Проведет в робот дослiджeння дозволили визначити реакцп, що виникають в результат навантаження проектованого такелажного вiзка.
Список використаноТ лiтератури
1. БЫченко В.В. Мeтодичнi основи розробки проекту стратепчного розвитку пiдпpиемств автомобiльного транспорту. Наyковi пpацi Вiнницького нацiонального техтчного yнiвepситeтy. Вiнниця, 2008. № 3. С. 162-165.
2. БЫченко В. В. Передумови обгрунтування стpатeгiчного розвитку виробничих систем автомобшьного транспорту в Укра!т. Вiсник ЖДТУ. Cepiя «Техтчт науки», 2014. №2(69). С. 33-43. https://doi.org/10.26642/tn-2014-2(69)-33-43
3. Лудченко А. О. Тeхнiчна eксплyатацiя i обслуговування автомобЫв: пiдpyчник. Ки!в: Вища шк., 2007. 527с
4. Бщняк М.Н., БЫченко В.В. Виpобничi системи на транспорта тeоpiя i практика: моногpафiя. Вшниця: УН1ВЕРСУМ, 2006. 176 с.
5. Рiвновага тiл з врахуванням тертя спокою: мeтодичнi рекомендацп та завдання з дисциплiни «Теоретична мехатка» для студенпв мeханiчних та бyдiвeльних спещальностей / Упоряд. : Л.Д. Мисник, О.В. Манзюра ; М-во освгги i науки Укра!ни, Черкас. держ. технол. ун-т. - Черкаси : ЧДТУ, 2016. - 22 с.
References
1. Bilichenko V.V. Metodychni osnovy rozrobky proektu stratehichnoho rozvytku pidpryiemstv avtomobilnoho transportu [Methodical bases of development of the project of strategic development of the enterprises of motor transport]. Zbirnik naukovikh prats' Vinnytskyi natsionalnyi tekhnichnyi universytet. Vinnytsia, 2008, no 3. pp. 162-165.
2. Bilichenko V.V. Peredumovy obgruntuvannia stratehichnoho rozvytku vyrobnychykh system avtomobilnoho transportu v Ukraini. Visnyk Zhytomyrskoho derzhavnoho tekhnichnoho universytetu. Seriia «Tekhnichni nauky», 2014, no 2(69). pp. 33-43. https://doi.org/10.26642/tn-2014-2(69)-33-43
3. Ludchenko A. O. Tekhnichna ekspluatatsiia i obsluhovuvannia avtomobiliv [Technical operation and maintenance of cars]. Kiev: Higher school Publ., 2007. 527 p.
4. Bidniak M.N., Bilichenko V.V. Vyrobnychi systemy na transporti: teoriia i praktyka: monohrafiia. Vinnytsia. UNIVERSUM. 2006. 176 p.
5. Mysnyk L.D., Manziura O.V. Rivnovaha til z vrakhuvanniam tertia spokoiu: metodychni rekomendatsii ta zavdannia z dystsypliny «Teoretychna mekhanika» dlia studentiv mekhanichnykh ta budivelnykh spetsialnostei [Equilibrium of bodies taking into account friction at rest: methodical recommendations and tasks in the discipline "Theoretical Mechanics" for students of mechanical and construction specialties]/ Ministerstvo osvity i nauky Ukrainy, Cherkaskyi derzhavnyi tekhnolichnyi universytet. Cherkasy, 2016. p.22
