廠內(nèi)物流車輛“轉(zhuǎn)彎通過區(qū)”論證
2014-04-29 00:44:03許維江劉學(xué)麗曾一清
中國市場 2014年22期
許維江 劉學(xué)麗 曾一清
［摘要］運用拖車牽引物料小車進(jìn)行廠內(nèi)物料補給在汽車及多個行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用,實際運作中出現(xiàn)不少因道路規(guī)劃缺陷造成設(shè)備剮蹭等事故；本文通過分析拖車和物料小車運行軌跡,利用數(shù)模與試驗對轉(zhuǎn)彎安全通過區(qū)進(jìn)行了論證,以期對物流企業(yè)有所啟示。
［關(guān)鍵詞］轉(zhuǎn)彎通過區(qū)；運行軌跡；引導(dǎo)線
［中圖分類號］F251［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］1005-6432（2014）22-0015-03
員工在駕駛拖車牽引多節(jié)Dolly（小車）轉(zhuǎn)彎時,容易出現(xiàn)控制轉(zhuǎn)彎半徑和車速不當(dāng)而發(fā)生甩尾、剮蹭事故。本文嘗試通過分析拖車轉(zhuǎn)彎的技術(shù)特點,結(jié)合轉(zhuǎn)彎試驗來確定安全轉(zhuǎn)彎與操作方法、通道、Dolly等的關(guān)系,以期提高拖車轉(zhuǎn)彎的安全性。
通過觀察泰頓(Taylor-Dunn)SC-100型電瓶拖車牽引3節(jié)Dolly轉(zhuǎn)90°彎,我們把拖車轉(zhuǎn)彎的過程分解為三個階段,拖車前輪軌跡如圖1所示。
圖1拖車牽引3節(jié)Dolly轉(zhuǎn)彎時的軌跡
入彎階段(A-B)：調(diào)整拖車由直行略偏右以獲得較大的轉(zhuǎn)彎空間；
轉(zhuǎn)彎階段(B-C)：調(diào)整拖車方向盤到一定角度,拖車近似勻速,前輪沿弧線轉(zhuǎn)彎；
出彎階段(C-D)：適量回調(diào)方向,Dolly逐步回到中心線附近,恢復(fù)直行。
顯然,安全轉(zhuǎn)彎的關(guān)鍵在于選擇B點、C點的位置,及轉(zhuǎn)彎階段拖車前輪的轉(zhuǎn)向角α(α決定轉(zhuǎn)彎半徑R0)。
1轉(zhuǎn)彎階段的技術(shù)特點
拖車與Dolly、Dolly與Dolly之間均采用類鉸接式連接,它們在轉(zhuǎn)彎過程中具有如下運動特點：
情形1：當(dāng)拖車前輪轉(zhuǎn)向角α一定、拖車與Dolly的轉(zhuǎn)向角β<最大轉(zhuǎn)向角βmax時,拖車與Dolly的轉(zhuǎn)彎中心重合,二者圍繞同一轉(zhuǎn)彎中心O作圓周運動。
此時拖車外沿的A點為通過區(qū)域的“最外點”,對應(yīng)轉(zhuǎn)彎半徑最大；Dolly1、Dolly2、Dolly3的轉(zhuǎn)彎半徑依次減小，Dolly3內(nèi)側(cè)為“最內(nèi)點”,如圖2所示。
圖2拖車與Dolly的轉(zhuǎn)彎中心重合
情形2：當(dāng)拖車前輪轉(zhuǎn)向角α一定、拖車與Dolly的轉(zhuǎn)向角β≥最大轉(zhuǎn)向角βmax時,拖車與Dolly存在一個向外側(cè)的橫向矩M,二者的轉(zhuǎn)彎中心不重合,分別為O和O。
此時Dolly1、Dolly2、Dolly3之間的轉(zhuǎn)彎中心也可能不重合,拖車外沿的A點仍為通過區(qū)域的“最外點”,Dolly3內(nèi)側(cè)仍為“最內(nèi)點”,如圖3所示。
圖3拖車與Dolly的轉(zhuǎn)彎中心不重合
2轉(zhuǎn)彎試驗
通常,拖車駕駛經(jīng)驗豐富的老員工在轉(zhuǎn)彎時的安全表現(xiàn)優(yōu)于新員工,老員工轉(zhuǎn)彎時有怎樣的技術(shù)特點？為此,在車間進(jìn)行了如下試驗：
參考圖1的步驟,由老員工駕駛泰頓SC-100拖車牽引3節(jié)DB-03Dolly,進(jìn)行6次90°左轉(zhuǎn)彎。分別采集轉(zhuǎn)彎階段起點B、終點C和前輪轉(zhuǎn)向角α值。以兩通道中心線的交點為原點,建立直角坐標(biāo)系,如圖4所示。
圖4拖車牽引3節(jié)DB-03Dolly的轉(zhuǎn)彎試驗
對試驗數(shù)據(jù)作初步分析：
B點集中在圓心在原點、半徑為60cm的圓形區(qū)域內(nèi)；
轉(zhuǎn)向角α集中在33°附近；
C點集中在X軸負(fù)半軸附近。
3“轉(zhuǎn)彎通過區(qū)”的計算
31測量拖車和Dolly的尺寸參數(shù)
拖車軸距a=115cm；
拖車后輪中心到掛鉤后邊沿的投影b=77cm；
拖車車寬c=75cm；
拖車?yán)@轉(zhuǎn)彎中心O轉(zhuǎn)彎時,邊沿B點的轉(zhuǎn)彎半徑R,前輪中線的轉(zhuǎn)彎半徑R0；Dolly1最內(nèi)側(cè)點的轉(zhuǎn)彎半徑R1,類似的設(shè)R2、R3；
拖車前輪轉(zhuǎn)向角α,測得最大轉(zhuǎn)向角αmax=6621°；拖車與Dolly的轉(zhuǎn)向角β,測得βmax=10537°；
Dolly前沿到前輪中心線的距離m=17cm；
Dolly軸距l(xiāng)=84cm；
Dolly后輪中心線到后沿距離n=8cm；
Dolly寬度w=134cm；
Dolly前拖鉤受力點到后輪中心線的投影u=157cm；
Dolly兩個后輪中心線的距離v=103cm；
Dolly1,Dolly2轉(zhuǎn)向角θ,Dolly2,Dolly3轉(zhuǎn)向角δ,測得θmax=δmax=4155°。
32拖車與Dolly1的運動特點
當(dāng)拖車前輪以α=33°,牽引3節(jié)DB-03 Dolly轉(zhuǎn)90°彎,參考圖2：
R0=asin α=213cm
Rt△ABO中,R=a2+(R0cos α+c2)2=245cm
Rt△EDO中,OE=b2+(R0cos α)2=195cm
Rt△EGO中,R1=OE2-u2-w2=49cm
此時,β=arcsinDEOE+arcsinGEOE≈77°<βmax
此時拖車和Dolly1符合“情形1”,二者圍繞同一轉(zhuǎn)彎中心O轉(zhuǎn)彎。
33Dolly1& 2,Douy2& 3的運動特點
圖5Dolly1&2,Douy2&3轉(zhuǎn)彎中心重合的臨界點
如圖5,對O/O′建立坐標(biāo)系：
假設(shè)O和O′重合,在Rt△OQH中:
OH=n2+(R1+w2)2=116cm 即如果假設(shè)成立,則Rt△OJH中, 斜邊小于直角邊,矛盾! 因此O和O′不重合。 此時Dolly間夾角θ=θmax=4155°, 此時Dolly1,2符合“情形2”,分別繞轉(zhuǎn)彎中心O,O′轉(zhuǎn)彎。 Rt△O′JH中,R2=utan θmax-w2=110cm 同理分析Dolly2,3,設(shè)Dolly3轉(zhuǎn)彎中心O″, 假設(shè)O和O″重合,則在Rt△O′Q′H′中 O′H′=n2+(R2+w2)2=177cm δ=arcsin Q′H′O′H′+arcsin J′H′O′H′≈65° δ>δmax=4155°,矛盾! 因此O′和O″不重合, Dolly2,3間轉(zhuǎn)向角δ=δmax=4155°, 在Rt△O″J′H′中,R3=R2=110cm 此時Dolly2,3也符合“情形2”,分別繞轉(zhuǎn)彎中心O′,O″轉(zhuǎn)彎。 類似的,可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)α從0逐漸增大到αmax過程中,拖車和Dolly的轉(zhuǎn)彎中心數(shù)依次可能為1個、2個、3個或4個。 34“轉(zhuǎn)彎通過區(qū)” 根據(jù)上述結(jié)論,可以確定轉(zhuǎn)彎階段拖車最外點和Dolly3最內(nèi)點的運動軌跡,如圖6所示。 圖6完全轉(zhuǎn)彎時最內(nèi)、最外點軌跡 設(shè)拖車左轉(zhuǎn)彎階段最外點和最內(nèi)點的最大距離d0,最小距離d1,圖解法得： d0≈325cm,d1≈220cm, 設(shè)車間物流通道的寬度D, (1)當(dāng)D>d0時,拖車和Dolly順利通過； (2)當(dāng)d1≤D≤d0時,適當(dāng)調(diào)整拖車和Dolly的轉(zhuǎn)彎位置和角度,也能通過； (3)當(dāng)D 因此物流通道的寬度D應(yīng)大于220cm,才可能保證拖車和Dolly在轉(zhuǎn)彎時不與道旁設(shè)施剮蹭。 下面評估轉(zhuǎn)彎時的甩尾風(fēng)險—— 根據(jù)物理學(xué)知識,Dolly轉(zhuǎn)彎時向心力： F=mv2rc,地面與Dolly輪胎的最大靜摩擦力f=μmg,其中m為Dolly及承載零件的總質(zhì)量,v為轉(zhuǎn)彎線速度,rc為質(zhì)心的轉(zhuǎn)彎半徑,g為重力加速度,μ為動摩擦系數(shù)。 不發(fā)生甩尾的條件： mv2rc≤μmg趘2μg≤rc 根據(jù)圖5,認(rèn)為質(zhì)心與幾何中心重合, rc=(m+l+n2-n)2+(Rx+w2)2,分別取x=1,2,3,得到Dolly1,2,3轉(zhuǎn)彎半徑: rc1=125cm,rc2=rc3=183cm 按照限速規(guī)定v≤5km/h即14m/s, 車間環(huán)氧地坪摩擦系數(shù)μ∈(05,09), g=10m/s2,且取μ=05,得 v2μgmax=39cm 因此在試驗環(huán)境下,拖車及Dolly不會發(fā)生甩尾事故。 綜合上述,我們把拖車和Dolly在轉(zhuǎn)彎過程中,在地面的投影所掃過的區(qū)域定義為“轉(zhuǎn)彎通過區(qū)”。 顯然,當(dāng)拖車、Dolly和轉(zhuǎn)彎環(huán)境相同時,“轉(zhuǎn)彎通過區(qū)”由B點、α、C點確定,后者受駕駛員主觀操作影響,且不唯一,因此“轉(zhuǎn)彎通過區(qū)”也不唯一,具體表現(xiàn)為：①物理形狀不唯一；②地理位置不唯一。 更重要的是,駕駛員無法實時獲得B點、α、C點的數(shù)值,因此討論“最大/最小的轉(zhuǎn)彎通過區(qū)”沒有實際意義。 但基于上述試驗數(shù)據(jù)和老員工的駕駛經(jīng)驗,可以有選擇的確定部分“轉(zhuǎn)彎通過區(qū)”,它具備如下基本特征：①物流通道寬度D>220cm；②拖車前輪轉(zhuǎn)向角滿足30°<α<45°；③B點在通道中心線的交點附近；④C點在通道中心線附近。 4結(jié)論 基于拖車轉(zhuǎn)彎的技術(shù)特點和轉(zhuǎn)彎試驗,確立了“轉(zhuǎn)彎通過區(qū)”,它可作為拖車轉(zhuǎn)彎的一種標(biāo)準(zhǔn)操作。 以上結(jié)論用于協(xié)助員工尤其是新員工駕駛拖車轉(zhuǎn)彎,也可作為規(guī)劃車間物流通道、設(shè)計Dolly的參考條件。在確保安全的前提下,某些條件允許的區(qū)域,可能調(diào)整被牽引Dolly的最大數(shù),提高人員、拖車的工作效率。
