КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ МАШИН ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ ГРУЗОВ В СКЛАДСКИХ И ПОДСОБНЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
В настоящее время в сельском хозяйстве, промышленности, строительстве, коммунальной сфере и других отраслях народного хозяйства широко применяют различные машины технологического транспорта, включая электрифицированные, которые требуют постоянного совершенства.
Сегодня рынок подобного рода техники предлагает множество вариантов конструкций, делящихся на следующие типы:
– электрические поводковые тележки (классический вариант устройства электрифицированной машины для перевозки палет с грузом до 3,5 т на небольшие расстояния);
– электротележки с платформой оператора (этот тип конструкции используется в основном для перевозки грузов на средние и большие рас стояния);
– электротележки с боковым сиденьем оператора (используются для перевозки грузов на большие расстояния и многопаллетной транспортировки грузов; также возможно включение в устройство закрытой кабины, позволяющей осуществлять работы при особых внешних воздействиях, например на холодильных или морозильных складах, в помещениях с агрессивной средой и т. п.).
Наша задача состоит в создании электрифицированной машины для перевозки грузов на небольшие и средние расстояния в складских и подсобных помещениях, облегчения физического труда рабочих, например транспортировки комбикормов, баллонов с молоком, тюкованных кормов, различного рода строительных материалов, собранного урожая и т. п. Поэтому за основу берем первый тип – поводковые (рис. 1).
Область применения такой конструкции ограничивается погрузкой и транспортировкой лишь палет на очень небольшие расстояния. Внесение некоторых конструктивных изменений позволит расширить диапазон ее использования. В частности, предлагается установка кузова, а также колес большего радиуса и др.
Основными критериями при разработке конструкции служат простота, надежность, удобство и экономичность.
Среди основных элементов устройства электрифицированной машины принято выделять раму, колеса, аккумуляторный отсек, электродвигатель, систему управления, систему тормоза, зарядное устройство аккумуляторной батареи (в случае если оно встроенное), а также дополнительные элементы.
Устройство электрифицированной машины. Рама. В данной конструкции установлены «вилы», используемые для погрузки/разгрузки и транспортировки палет. В связи с чем возможности ее ограниченны. Предлагается установка кузова с закрытыми бортами, что позволит расширить номенклатуру перевозимых грузов. При этом упрощается конструкция за счет исключения гидравлического привода.
Рама машины подвергается наибольшим нагрузкам, поэтому в ее конструкции очень важно использовать качественный металл. Этот параметр должен быть рассчитан так, чтобы обеспечить достаточную устойчивость машины к кручению и изгибу (для соответствующей массы груза). Следует учесть, что все функциональные узлы в конструкции электрифицированной машины (электрооборудование и батарея), должны быть надежно защищены от внешних воздействий. Например, стальными или пластиковыми кожухами. Особое внимание стоит обратить на конструкцию защиты батареи, так как при инциденте столкновения тележки с препятствием батарея – особо уязвимый ее элемент.
Стоит отметить, что при эксплуатации электрифицированной машины в помещениях с агрессивной средой должны быть использованы соответствующие материалы. Кроме того, конструкция электрифицированной машины, а точнее, корпуса с электрооборудованием должна исключать проникновение внутрь влаги, даже при мойке, а также пыли.
Конструкция электрифициро ванной машины. Колеса. Уста нов ленные колеса с малым радиусом ограничивают диапазон перевозимых грузов и предъявляют высокие требования к качеству пола. Для устранения этого недостатка в проектируемой конструкции предлагается установка колес большего радиуса.
Самым распространенным и универсальным материалом опорных колес на электрифицированной машине сегодня стал полиуретан. Он обеспечивает долговечность, низкий уровень шума и плавность хода. Также широкое распространение получила резина, в качестве главного критерия которой вступает ее дешевизна.
Материал для изготовления колес выбирают, исходя из того, в каких условиях предстоит эксплуатировать колеса. Колеса с резиновой шиной будет предпочтительнее использовать в условиях больших ударных нагрузок. Если электрифицированная машина эксплуатируется на производстве или складе, где колесам приходится иметь контакт с агрессивной средой (различные нефтепродукты, кислоты, щелочи и т. п.), лучше выбрать изготовленные с использованием полиуретана либо полиамида. Пневматические колеса с рифленым протектором хороши для эксплуатации на улице. На многих складах, где отсутствуют достаточно ровные и гладкие полы, хорошо эксплуатируются металлические колеса с шиной, выполненной из эластичной резины.
По конструктивным особенностям колеса разделяют на две большие группы: оборудованные опорными кронштейнами и не оборудованные такими кронштейнами. Колесная опора представляет собой кронштейн, соединенный с колесом. Выпускают поворотные и неповоротные колесные опоры. Тележки, оборудованные поворотными колесными опорами, значительно маневреннее, поскольку при движении могут легко менять направление. Неповоротные колесные опоры лишены возможности вращаться вокруг своей оси: они жестко зафиксированы и обеспечивают тем самым четкую направленность вектора движения тележки. Исходя из того, в каких условиях придется эксплуатировать электрифицированную машину, выбирают и тип колесных опор. В нашем случае предстоит перемещать тяжелые грузы в не очень ограниченном пространстве, поэтому идеальным вариантом будет применение двух поворотных и двух неповоротных колес (последние связаны с приводом), это обеспечит прямолинейную устойчивость при движении.
Тормозная система. К принципам тормозных систем различный подход. В устройстве недорогих машин зачастую используются механические тормоза, либо они в принципе отсутствуют. В более дорогих устройствах устанавливают электромагнитную тормозную систему. Следует отметить, что это надежная и эффективная система, которая одновременно является самым безопасным решением. В частности, в конструкции крупных машин, таких как погрузчики и ричтраки, этот принцип позволяет рекуперировать энергию при торможении. В нашем случае необходимы простота, надежность и экономичность, поэтому приоритет отдаем механической системе.
Электродвигатель. На поводковых электротележках установлены два электродвигателя. Один – в системе гидравлики, другой – в системе привода колес. В проектируемой конструкции будет установлен только последний, так как отпадает необходимость в приводе системы гидравлики.
Работа электродвигателей привода колес проходит в исключительно тяжелых условиях знакопеременных напряжений, меняющихся в очень широких пределах. При движении машины возникает вибрация из-за неровностей дороги и толчков при ускорении и торможении. Степень влияния этих факторов зависит от скорости движения, твердости шин и способа подвес ки двигателя. Также двигатели подвергаются внешним воздействиям, обусловленным окружающей средой (пыль, грязь, влага, снег и др.).
Питание электродвигателей от аккумуляторных батарей с ограниченной емкостью приводит к значительному уменьшению напряжения и повышению тока, как следствие этого – к снижению частоты вращения и ухудшению охлаждения машины. Несмотря на это, электродвигатели должны быть экономичными, т. е. обладать высоким коэффициентом полезного действия, устойчивыми характеристиками, обеспечивающими максимальное использованиеих мощности в различных условиях работы и минимальный расход энергии. Самыми подходящими оказались электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением (сериесные) и со смешанным возбуждением (компаундные), что определяет их исключительное их распространение в производстве машин подобного рода механизмов.
Электродвигатель должен выдерживать большие перегрузки, связанные с необходимостью развивать значительные тяговые усилия во время пускового процесса и при преодолении больших уклонов.
Частоту вращения электродвигателя можно регулировать изменением напряжения на его клеммах и регулированием тока, протекающего через обмотку возбуждения. При увеличении питающего напряжения частота вращения электродвигателя тоже увеличивается, а при его уменьшении – снижается.
Нормальная работа электродвигателя зависит от правильного выбора его мощности для данной машины с учетом нагрева двигателя, коммутации и ряда других факторов. При определении мощности электродвигателя следует исходить из того, какая необходима мощности при полной нагрузке и движении с максимальной скоростью по горизонтальной дороге.
Выбор электропитания обусловлен характером работы, весовыми ограничениями и др. Так, для машин с ручным управлением необходимый энергетический запас сравнительно низок, но требования к весу и объему высоки, поэтому здесь можно ограничиться напряжением 24 В.
Аккумуляторная батарея. Ши рокое распространение для подобного рода техники получили следующие два типа аккумуляторов: кислотные (свинцовые), щелочные (никель-кадмиевые, никель-железные) и литий-ионные. Ввиду достаточно высокой стоимости литий-ионных мы их рассматривать не будем.
Сравнивая первые два типа аккумуляторов, стоит отметить, что щелочной, в отличие от кислотного, обладает большей механической и электрической прочностью – способен справляться с высокими перегрузками и колебаниями тока, переносит перезаряд или недозаряд батареи, не требует особого ухода и может долго находиться в нерабочем состоянии, не выделяет вредных испарений.
К недостаткам щелочных аккумуляторов можно отнести то, что эти устройства практически теряют свою работоспособность при температуре ниже –20 °С, тогда как кислотные хорошо работают даже при –35 °С. Стоимость щелочного аккумулятора в среднем в 1,5 раза выше кислотного. Энергоотдача кислотного аккумулятора на 20–25% выше, чем у щелочного. Слабым местом кислотных аккумуляторов является то, что ввиду низкого внутреннего сопротивления они не справляются с короткими замыканиями. При зарядке такого аккумулятора требуется тщательный уход. Масса кислотного аккумулятора на 20–30% больше, чем у щелочного.
При выборе источника питания будем исходить из условий его эксплуатации, но тем не менее предпочтение отдаем щелочному аккумулятору. Следует отметить, что многие электрифицированные машины, эксплуатируемые в складских помещениях, агрегатируются щелочными аккумуляторами.
Элементы управления. Удоб ство органов управления – важнейшее условие эффективной работы. Материал и переключатели должны быть выполнены из качественного, устойчивого к истиранию материала. Сама рукоять управления должна быть хорошо закреплена в конструкции рамы. Управление ею должно быть по возможности легким.
Переключатели направления движения следует располагать с обеих сторон под большими пальцами. Посередине (для удобства) должна быть большая красная кнопка аварийного выключения. Остальные кнопки и индикаторы могут располагаться по-разному. Главные критерии – удобство и безопасность.
Дополнительные (вспомогательные) элементы. При комплектовании электрифицированной машины следует придерживаться рационального подхода. Конструкция должна включать минимально необходимый перечень функций.
В качестве дополнительного оснащения электрифицированной машины можно предложить следующее: наличие в конструкции зарядных устройств; защитные бамперы; включение ключом или кодом; индикатор уровня заряда АКБ; звуковой сигнал; стационарные фонари; светоотражающие ленты; модификация для холодного склада; регулятор режима движения.
Обслуживание электрифицированной машины. При проектировании электрифицированной машины следует обратить внимание на элементы конструкции, которые помогут в дальнейшем избежать сложностей при регулярном обслуживании.
Литература
- Трушкин В. А. Обоснование параметров многофункционального электропривода универсального электрифицированного агрегата для приусадебных и фермерских хозяйств: дис. … канд. техн. наук : 05.20.02 / Трушкин Владимир Александрович. – Саратов, 1999. – 146 с.
- Устройство, ремонт и обслуживание электрооборудования в сельскохозяйственном производстве : учебник для нач. проф. образования / А. П. Коломиец, Г. П. Ерошенко, В. М. Расторгуев, В. В. Фокин, Н. П. Кондратьева, С. И. Юран, И. Р. Владыкин, В. А. Трушкин – М. : Академия, 2003. – 368 с.
- Трушкин В. А., Шлюпиков С. В., Коротков Р. А. Особенности проектирования электрифицированных машин для перевозки грузов в складских и подсобных помещениях : мат. VIII Междунар. науч.-практ. конференции «Актуальные проблемы энергетики АПК» / под общ. ред. В. А. Трушкина – Саратов : ООО «ЦеСАин», 2017. – С. 256–257.
Метки: Транспорт, Сельское и лесное хозяйство