Passive safety of earthmoving machine operators

• Autorzy: Chłosta Mirosław , Barszcz Andrzej , Proszowski Tadeusz

Identyfikatory

DOI

10.15199/160.2020.4.6

Warianty tytułu

PL

Bezpieczeństwo bierne operatorów maszyn do robót ziemnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Falling objects and roll over earthmoving machines are a huge hazard and a major cause of accidents. Safety structures called FOPS (Falling Object Protective Structures) and ROPS (Roll Over Protective Structures) have been used to protect the operators. A FOPS and ROPS cabin should withstand the loads and consume energy during accidents. FOPS and ROPS standards require full scale destructive testing to validate its conformity with the requirements, at present. This is caused due to a lack of fundamental research information on the nonlinear inelastic response of the cabs structures. However, a non- linear, static or dynamic, finite element analysis (FEA) has been used to simulate the FOPS/ROPS testing. The FEA results have been compared with those of experimental testing and the FEA methodology has been improved to get a good correlation. The FEA approach will be used to finalize the FOPS/ROPS design prior to full scale testing to minimize the number of prototype and thereby, to reduce the development cost and time. This paper presents the FEM as sufficiently verified method for both tests, FOPS and ROPS, at the first step of the design process. The accuracy of the mapping of the object with the model adopted for the simulation has a primary impact on the convergence of calculations with test results. This applies both to its geometry, the accepted loads and to the mechanical properties of the materials used.

PL

Spadające przedmioty i przewrócenie się są ogromnym zagrożeniem i główną przyczyną wypadków maszyn do robót ziemnych. Do ochrony operatorów wykorzystano konstrukcje zabezpieczające o nazwie FOPS (Falling Object Protective Structures) i ROPS (Roll Over Protective Structures). Kabina FOPS i ROPS powinna wytrzymać obciążenia i pochłaniać energię podczas wypadku. Normy FOPS i ROPS wymagają obecnie przeprowadzenia testów niszczących obiektu rzeczywistego w celu sprawdzenia jego zgodności z wymaganiami. Jest to spowodowane brakiem podstawowych informacji badawczych na temat odkształcania konstrukcji kabin. Jednak do symulacji testów FOPS/ROPS wykorzystano nieliniową, statyczną i dynamiczną metodę elementów skończonych (FEA/FEM). Wyniki symulacji zostały porównane z wynikami badań eksperymentalnych, a metodologia FEA została ulepszona, aby uzyskać dobrą korelację. Podejście to zostanie wykorzystane do sfinalizowania projektu konstrukcji FOPS/ROPS przed pełnym testowaniem obiektu rzeczywistego, aby zminimalizować liczbę prototypów, a tym samym zmniejszyć koszty i czas prac b+r. W niniejszej pracy przedstawiono FEM jako wystarczająco zweryfikowaną metodę zarówno dla testów, FOPS, jak i ROPS, na pierwszym etapie procesu projektowania. Dokładność mapowania obiektu z modelem przyjętym do symulacji ma podstawowy wpływ na zbieżność obliczeń z wynikami badań. Dotyczy to zarówno jego geometrii, przyjętych obciążeń, jak i właściwości mechanicznych użytych materiałów.

Słowa kluczowe

EN

FEA simulations; operator safety; FOPS/ROPS testing

PL

analiza MES; bezpieczeństwo operatora; badania FOPS/ROPS

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej ; Sieć Badawcza Łukasiewicz - Warszawski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Technologia i Automatyzacja Montażu
• Rocznik: 2020
• Tom: nr 4
• Strony: 41--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., il. kolor., fot., rys., wykr.

Twórcy

autor

Chłosta Mirosław

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalneqo, ul. Racjonalizacji 6/8, 02-673 Warszawa, Polska

autor

Barszcz Andrzej

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego, ul. Racjonalizacji 6/8, 02-673 Warszawa, Polska

autor

Proszowski Tadeusz

• MISTA sp. z o.o., ul. W. Grabskiego 36, 37-450 Stalowa Wola, Polska

Bibliografia

• [1] Adachi T., Tomiyama A., Araki W., Yamaji A. 2008. „Energy absorption of a thinwalled cylinder with ribs subjected to axial impact”. International Journal of Impact Engineering 35(2): 65-79.
• [2] Andrews K.R.F., England G.L., Ghani E. 1983. “Classification of the axial collapse of cylindrical tubes under quasi-static loading”. International Journal of Mechanical Sciences 25(9-10): 687-696.
• [3] Chen C., Wang Q., Zhang Y., Zhang Yan, Si J. 2012. „Effect of lateral stiffness coefficient of loader ROPS on human injury in a lateral rollover incident”. Biosystems Engineering 113: 207-219.
• [4] Elmarakbi A., Long Y. X., MacIntyre J. 2013. “Crash analysis and energy absorption characteristics of S-shaped longitudinal members”. Thin-Walled Structures 68: 65-74.
• [5] Gomathinayagam A., Antony Stephen P., Prabhakaran K., Suresh R. 2017. Simulation of Roll Over Protective Structure Testing of Earth Moving Equipment Cabin, 317-326. Conference proceedings ICoRD 2017.
• [6] Haruyama S., Oktavianty O., Darmawan Z., Kyoutani T., Kaminishi K. 2016. “Study on Energy Absorption Characteristic of Cab Frame with FEM”. International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering 10(3): 570-576.
• [7] Jixin W., Mingyao Y., Yonghai Y. 2011. “Global Optimization of Lateral Performance for Two-Post ROPS Based on the Kriging Model and Genetic Algorithm”. Journal of Mechanical Engineering 57: 760-767.
• [8] Karlinski J., Ptak M., Działak P. 2013. „Simulation Test of Roll-Over Protection Structure”. Civil and Mechanical Engineering 13(1): 57-63.
• [9] Karliński J., Ptak M., Działak P., Rusiński E. 2016. The approach to mining safety improvement: Accident analysis of an underground machine operator, 503-512. ACME, 31.03.2016. https://www.researchgate.net/publication/301695108 [access: 24.10.2020].
• [10] Karliński J., Rusiński E., Smolnicki T. 2008. “Protective structures for construction and mining machine operators”. Automation in Construction 17(3): 232-244.
• [11] Kotełko M. 2011. Nośność i mechanizmy zniszczenia konstrukcji cienkościennych. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.
• [12] Pardeshi V. 2015. “Design of ROPS (Roll over Protective Structure) For Operator Cabin”. International Journal on Future Revolution in Computer Science & Communication Engineering 1(2): 06-09.
• [13] PN EN ISO 3449:2009 Maszyny do robót ziemnych - Konstrukcje chroniące przed spadającymi przedmiotami - Wymagania i badania laboratoryjne.
• [14] PN EN ISO 3471:2009 Maszyny do robót ziemnych - Konstrukcje chroniące przy przewróceniu się maszyny Badania laboratoryjne i wymagania techniczne.
• [15] https://www.youtube.com/watch?v=Syb_cl6fzfY (frame from the movie) [access: 24.10.2020].

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).