RÁM PŘÍVĚSU VARIANT PRO PŘEPRAVU KABELOVÝCH CÍVEK

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING RÁM PŘÍVĚSU VARIANT PRO PŘEPRAVU KABELOVÝCH CÍVEK TRAILER FRAME VARIANT FOR TRANSPORT CABEL SPOOLS DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS AUTOR PRÁCE Bc. VLADISLAV BUCHTA AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BRNO 2010 Ing. JAROSLAV KAŠPÁREK, Ph.D.

2 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav automobilního a dopravního inženýrství Akademický rok: 2009/2010 ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE student(ka): Bc. Vladislav Buchta který/která studuje v magisterském navazujícím studijním programu obor: Automobilní a dopravní inženýrství (2301T038) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma diplomové práce: Rám přívěsu Variant pro přepravu kabelových cívek v anglickém jazyce: Trailer frame VARIANT for transport cabel spools Stručná charakteristika problematiky úkolu: Proveďte pevnostní kontrolu rámu přívěsu Variant 252 pro přepravu kabelových cívek. Přívěs je připojen k hnacímu vozidlu pomocí závěsu a pohybuje se po terénu i silniční komunikaci. Technické parametry: Maximální průměr/šířka cívky 2500/1800 mm Užitková hmotnost 2600 kg Počet náprav dvě nápravy Maximální přepravní rychlost přívěsu 80 km/h Cíle diplomové práce: Proveďte: Rozbor zátěžných stavů při přepravě kabelových cívek, analyticky stanovte hodnoty pro tyto zátěžné stavy, proveďte pevnostní analýzu rámu pomocí MKP, navrhněte případné úpravy pro optimální napěťové a deformační hodnoty. Nakreslete: Sestavu upraveného rámu přívěsu

3 Seznam odborné literatury: JURÁŠEK, O.: Nosné konstrukce stavebních strojů, skripta VUT v Brně, 1986 PTÁČEK, P., KAPLÁNEK, A.: Přeprava nákladu v silniční dopravě, CERN, Brno, 2002, ISBN KOLÁŘ, V. a kol: FEM Principy a praxe metody konečných prvků, vyd. Computer Press, c 1997, Praha, ISBN Vedoucí diplomové práce: Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D. Termín odevzdání diplomové práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2009/2010. V Brně, dne L.S. prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. Ředitel ústavu prof. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc. Děkan fakulty

4 Anotace Diplomová práce se zabývá rámem vozíku VARIANT 252. Hlavní náplní je rozbor zátěţných stavů, stanovení hodnot pro zátěţné stavy. Pevnostní kontrola rámu pomocí metody konečných prvků a následné jednotlivé úpravy rámu na základě výsledků MKP. Součástí práce je také vyhotovení výkresové dokumentace upravené sestavy rámu a jednotlivých upravených součástí. Klíčová slova doprava, přívěs, cívka, rám, multi body systems, metoda konečných prvků Annotation Thesis deals with the truck frame VARIANT 252. The main task is to analyze weighting states, setting the values for weigting states. Strength control of the frame by using the Finite Element Method (FEM). And each subsequent frame adjustments based on the results of FEM. Part of this thesis is also the drawing documentation provided a modified frame assembly and each modified components. Keywords transport, trailer, reel, frame, multi-body systems, finite element method

5 Bibliografická citace mé práce BUCHTA, V. Rám přívěsu Variant pro přepravu kabelových cívek. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inţenýrství, s. Vedoucí diplomové práce Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D.

6 Prohlášení Prohlašuji, ţe jsem tuto diplomovou práci vypracoval samostatně pod vedením Ing. Jaroslava Kašpárka, Ph.D. Uvedl jsem všechny literární prameny a publikace, ze kterých jsem čerpal. V Brně dne Bc. Vladislav Buchta

7 Poděkování Děkuji všem lidem, kteří mi byli nápomocni při realizaci mé diplomové práce. Zejména vedoucímu diplomové práce Ing. Jaroslavu Kašpárkovi, Ph.D. za odborné vedení a rady. Dále Ing. Janu Pokornému za odborné rady.

8 Obsah 1 Úvod Kabelový vlek VARIANT Základní technická data Legislativní poţadavky provozu Konstrukce rámu Cívka Nájezdová brzda Pruţení polonáprav Mechanické pruţení Vzduchové pruţení Teleskopické tlumiče Rozbor zátěţných stavů Simulace ADAMS View Základní pojmy Model cesty Model soupravy Dynamika jízdy soupravy Poloha modelu na trati v závislosti na čase Orientace souřadného systému Vstupní hodnoty parametrů modelu: Výstupní hodnoty zátěţných stavů z programu ADAMS Výstupní grafy Vyhodnocení největších silových hodnot zátěţných stavů Rozloţení sil od cívky na sloupek Model simulace... 34

9 8.9.2 Výsledky rozloţení sil od cívky na sloupek Pevnostní analýza rámu pomocí MKP Základní pojmy Popis modelu Nahrazení náprav Silové nahrazení jezdce na sloupku Nahrazení závěsného oka Mezní stavy materiálu Výsledky jednotlivých zatíţení Statické zatíţení (1,5 s) Zatíţení pří přejezdu přes první zpomalovací práh (4,7 s) Zatíţení pří přejezdu přes druhý zpomalovací práh (5,6s) Zatíţení pří přejezdu přes třetí zpomalovací práh (6,6 s) Zatíţení pří přejezdu přes vyjeté koleje (32 s) Zatíţení pří přejezdu nakloněné roviny (36 s) Shrnutí výsledků MKP Konstrukční úpravy Přední roh rámu Oje Varianta A Varianta B Přivaření sloupku ke konzole sloupku Závěr Seznam informačních zdrojů Seznam pouţitých symbolů Přílohy Seznam výkresové dokumentace... 61

10 1 Úvod Vývoj lidské společnosti je provázený rozvojem výrobní činnosti. Spolu s výrobou se vyvíjela i doprava, která je důleţitou součástí všech hospodářských aktivit člověka. S určitou nadsázkou se dá říci, ţe doprava je stejně stará jako lidstvo. Mezníkem ve vývoji dopravy byly vynález kola, parního stroje a spalovacího motoru. V současné době je doprava různou měrou provázena se všemi odvětvími hospodářství [1]. Hlavním cílem práce je zjistit zátěţné stavy vozíku VARIANT 252, při přepravě kabelových cívek po silniční komunikaci a také v terénu. Následně provést pevnostní kontrolu rámu vleku pro zjištěné zátěţné stavy. Navrhnout případné konstrukční změny rámu na základě pevnostní kontroly. 2 Kabelový vlek VARIANT 252 Kabelový vlek VARIANT 252 je určen pro přepravu kabelových cívek o průměru 1600 aţ 2800 mm a šířce aţ 1800 mm a hmotnosti aţ 2600 kg. Vlek je opatřen hydraulickým systémem, který si dokáţe kabelovou cívku sám naloţit, vyloţit, popřípadě navíjet nebo rozvíjet kabel. Kabelový vlek VARIANT 252 je na trh dodáván ve třech provedeních : Provedení I. -je vestavěný hydraulický systém ovládaný pomocí ručního hydraulického čerpadla a regulačního ventilu[10]. Provedení II. - vestavěný hydraulický systém napojen na hydraulický systém taţného vozidla. Přívěs má přídavné zařízení pro odvíjení kabelové cívky[10]. Provedení III. - je vestavěný hydraulický systém doplněný hnací jednotkou se spalovacím čtyřtaktním motorem Honda. Podvozek má přídavné zařízení pro odvíjení kabelové cívky[10]. 2.1 Základní technická data [10]: Délka 4570 mm Šířka Šířka vnitřní Výška Provozní hmotnost 2500 mm 1800 mm 2090 mm 900 kg Hmotnost uţitková 2600 kg 9

11 Největší povolená hmotnost Svislé zatíţení na závěsu Brzdový systém 3500 kg 1000 N (100kg) nájezdová brzda Pneumatika Počet náprav Maximální průměr cívky Maximální nosnost zvedáku 195 R 14C čtyři polonápravy 2500 mm 3000 kg Obr. 2.1; Kabelový vlek VARIANT 252 s kabelovou cívkou 3 Legislativní požadavky provozu Konstrukce přívěsu Variant a jeho provozování na veřejných komunikacích se řídí dle zákona č. 56/2001 Sb.., o podmínkách provozu vozidel na pozemních komunikacích a vyhláškou Ministerstva dopravy č. 341/2002 Sb., o schvalování technické způsobilosti a o technických podmínkách provozu vozidel na pozemních komunikacích. Přívěs Variant je dle zákona zahrnut do kategorie O2 coţ jsou: přípojná vozidla, jejichţ největší přípustná hmotnost převyšuje 750 kg, ale nepřevyšuje 3500 kg [2]. Silniční nemotorové vozidlo určené k taţení za jiným vozidlem, se kterým je spojeno do soupravy [3]. 10

12 Základní pojmy: Největší povolená hmotnost největší hmotnost, se kterou smí být vozidlo uţíváno v provozu na pozemních komunikacích [2] (u přívěsu Variant 3500 kg) Provozní hmotnost hmotnost nenaloţeného vozidla s nástavbou, se spojovacím zařízením a s provozními kapalinami [2] (u přívěsu Variant 900 kg) Uţitková hmotnost maximální hmotnost přepravovaného nákladu [2] (u přívěsu variant hmotnost cívky + káblu = 2600 kg) Největší povolené rozměry (bez plusové tolerance) vozidel a jízdních souprav včetně nákladu jsou: 1) největší povolená šířka 2,55 m, 2) největší povolená výška 4,00 m, 3) největší povolená délka 8,00 m [2]. Technické poţadavky na spojitelnost vozidel do jízdních souprav jsou: Okamţitá hmotnost přípojného vozidla nebo přípojných vozidel smí být u souprav s nejvyšší konstrukční rychlostí vyšší neţ 40 km.h-1 nejvýše 1,5násobku okamţité hmotnosti taţného vozidla [2]. Okamţitá hmotnost jízdní soupravy nesmí být větší neţ největší povolená hmotnost jízdní soupravy stanovená při schválení technické způsobilosti taţného vozidla [2]. Okamţitá hmotnost přívěsu kategorie O2 nesmí být větší neţ největší povolená hmotnost brzděného přípojného vozidla stanovená pro taţné vozidlo, která je uvedena v technickém průkazu a osvědčení o registraci taţného vozidla, za podmínky, ţe největší povolená hmotnost takového přípojného vozidla není větší neţ největší povolená hmotnost taţného vozidla u vozidel kategorií M1 a N1 a 1,5 násobek největší povolené hmotnosti taţného vozidla u vozidel kategorií M3 a N3 [2]. Pokud ministerstvo při schvalování technické způsobilosti typu přívěsů kategorií O 1 a O2 nestanoví jinak, nesmí být nejvyšší rychlost přívěsu vyšší neţ 80 km.h -1. Přívěsy nesmí být pouţívány k přepravě osob [2]. 11

13 4 Konstrukce rámu Rám je hlavní nosný prvek kaţdého dopravního stroje. Jeho úkolem je zajistit dobrou funkčnost, spolehlivost a ţivotnost stroje. Nejčastěji se pouţívají k výrobě nosných částí hutní polotovary nejrůznějších profilu nebo různé kombinace profilů. Rám je sestaven z několika různých profilů, které jsou navzájem spojeny. K spojování se v dnešní době pouţívá svařování, po kterém by se rám měl ţíhat pro odstranění vnitřního pnutí. V místech, kde je zapotřebí zachovat rozebíratelnost spoje, se pouţívá šroubový spoj. Obr. 4.1; Rám přívěsu Variant 252, 1 - sloupek, 2 - vzpěra, 3 - konzola pro uchycení náprav, 4 - rohová výztuha, 5 - hlavní nosný rám, 6 - taţná oj. Hlavní nosný rám přívěsu (Obr ) je tvořen z dvou podélných nosníků o tvaru a rozměru TR OBD 150x100x5 mm a jednoho příčného nosníku, který je vyztuţený dalším nosníkem ve tvaru písmene V o stejném tvaru a rozměru. Vše je spojeno svařováním a v rozích vyztuţeno rohovou výztuhou (Obr ). Hlavní nosný rám přenáší veškeré síly 12

14 a zatíţení, které vzniká tíhou kabelové cívky, tíhou rámu samotného, brzděním a zrychlením, průjezdem zatáčkou, jízdou po komunikaci a terénem. Taţná oj (Obr ) je svařena ze tří části stejného tvaru a profilu TR OBD 100x50x5 mm a přivařena k hlavnímu nosnému rámu. Úkolem oje je přenášet brzdné a tahové síly od taţného prostředku. Sloupek (Obr ) o tvaru a rozměru TR OBD 90x90x6 je přišroubovaní k hlavnímu nosnému rámu. Po sloupku jezdí jezdec (Obr ), na který působí tíhové a setrvačné síly od cívky. Pohyb jezdců, respektive zvedání nebo spouštění cívek, je realizováno pomocí dvou hydraulických válců (Obr ). Polohu jezdců vůči sloupkům lze zafixovat pomocí čepů. Fixování je nutné proto, aby se tíha cívky při přepravě přenášela přes čep, nikoliv přes hydraulické válce. Kdyby došlo v hydraulické soustavě k poruše nebo k překročení maximálního tlaku v pojistném ventilu, tak by cívka vlivem gravitační síly sjela dolů. Obr. 4.2; Princip činnosti zvedání cívek u přívěsu Variant. 1 - sloupek, 7 - jezdec, 8 hydraulický válec 13

15 Uloţení kol je provedeno pomocí čtyř polonáprav (Obr ), které jsou ke konzole (Obr ) uchyceny pomocí čepů. Na druhém konci je přišroubovaný mezi polonápravu a rám vlnovec (Obr ). Vlnovec je vzduchový vak vykonávající funkci pruţného elementu. Kaţdá polonáprava má tlumič (Obr ), ten minimalizuje nadměrné kmitání polonáprav, respektive kol. Spolu se vzduchovým vakem chrání rám před nadměrným namáháním vlivem nerovnosti jízdního terénu. Obr. 4.3; Uloţení polonáprav 9 - polonápravy, 10 - tlumič, 3 - konzola pro uchycení náprav 11- vlnovec Na konci nosného rámu je zespodu nosného rámu našroubovaný závěs zadní zábrany (Obr ). Zadní zábrana (Obr ) je se závěsem spojena čepem tak, aby bylo moţné závoru vyklápět a sklápět podle potřeby obsluhy. V zavřené poloze jsou k sobě zábrany fixovány zámky. 14

16 Obr. 4.4; Umístění a uchycení zadní zábrany zadní zábrana, 13 - závěs zadní zábrany 5 Cívka Cívky jsou běţně uţívány pro skladování a transport provazů, lan a vůbec vláken všeho druhu. Velkého uţití cívky doznaly i v elektrotechnice, kdy (kromě svého fyzikálního a technického významu) slouţí k přepravě a skladování kabelů a elektrovodných vodičů (drátů) venkovních vedení. Velké kabelové cívky vyrobené pro tento účel kdysi bývaly zhotoveny z dřeva, dnes bývají obvykle vyrobeny z plechu [11]. Obr. 5.1; Kabelová cívka 15

17 6 Nájezdová brzda Princip činnosti nájezdové brzdy spočívá v tom, ţe při brzdění motorového vozidla působí ve spojení obou vozidel setrvačná síla přívěsného vozidla, která způsobí jeho přiblíţení k taţnému vozidlu. Tento vzájemný pohyb obou vozidel umoţňuje ovládací zařízení nájezdové, konstruované obvykle ve formě kluzáku, který je suvně uloţen na oji přívěsného vozidla, a jehoţ součástí je vlastní spojovací zařízení pro spojení s taţným vozidlem. Podmínkou správné funkce je správné uplatnění tlumící síly v kluzáku při přibliţování přívěsného vozidla k taţnému a při jeho oddalování při zrychlení taţného vozidla. Tyto tlumicí síly jsou dle předpisů definovány různými hodnotami ve vztahu k rychlostem pro přibliţování a oddalování přívěsného vozidla od taţného. Z funkčního hlediska je třeba, aby tyto síly pro rychlost pohybu kluzáku blízkou nule konvergovaly k nulové tlumící síle. Pro tyto účely se běţně pouţívají kapalinové teleskopické tlumiče [12]. Nevýhoda nastává při couvání soupravy do kopce, kdy dochází k přibrzďování přípojného vozidla a tím mnohdy i k znesnadnění pohybu. obr. 6.1; Princip činnosti nájezdové brzdy [12] 16

18 7 Pružení polonáprav Pruţení polonáprav přípojných vozidel má nejen zvýšit jízdní komfort a umoţnit vyšší přepravní rychlost, ale také vozidlo chránit před škodami vzniklými otřesy, způsobenými nerovností vozovky a rovnoměrně zatěţovat pneumatiky. Namáhání neodpruţených vozidel je aţ 33 % vyšší neţ u odpruţených [1]. 7.1 Mechanické pružení Z mechanických pruţin jsou v dnešní době nejznámější a nejpouţívanější parabolické pruţiny (Obr ). Pruţnice mají parabolický tvar. Výhodou je, ţe není potřeba pouţít teleskopický tlumič a dalším kladem je příznivá cena [1]. Obr ; Pruţení parabolickou pruţinou na přívěsu VARIANT 252, 14 - parabolická pruţina 7.2 Vzduchové pružení Základním prvkem vzduchového pérování je pruţina, jejímţ pruţícím médiem je vzduch. V současné době se pouţívají vzduchové pruţiny vlnovcové a vakové. 17

19 Vlnovcové pruţiny mají dlouhou ţivotnost a jsou obvodově tuhé. Pouţívají se nejčastěji se dvěma nebo třemi vlnovci. Skládá se z pryţotextilního vlnovce (obr ), z krouţku mezi vlnovci (Obr ), z dvou upínacích patních krouţků (Obr ), horního a spodního víka (Obr ) [6]. Obr ; Schéma vzduchové vlnovcové pruţiny, 1 pryţotextilní vlnovec, 2 - horní a spodní víko, 3 - upínací patní krouţky, 4 - krouţky mezi vlnami Nejrozšířenější prvkem vzduchového pérování jsou pruţiny vakové (obr ). K jejich propérování dochází navalováním pryţotextilního vaku (obr ) na píst (obr ). Píst můţe mít válcový nebo kónický tvar a uvnitř pruţiny můţe být přídavná progresivní spirálová pruţina (obr ) [1]. Obr ; Schéma vzduchové vakové pruţiny, 1 - pryţotextilní vak, 2 píst, 3 spirálová pruţina 18

20 Obr ; Pruţení vlnovcovou pruţinou (16) a tlumení tlumičem (15) na přívěsu VARIANT Teleskopické tlumiče Dvojčinné teleskopické kapalinové tlumiče mají za úkol utlumit okamţitě kmitání pruţin způsobené nerovností vozovky. Jejich konstrukční rozměr je dán frekvencí a amplitudou kmitů závěsu kola, působících na vertikální pohyb karosérie za jízdy. Funkce teleskopického tlumiče spočívá v tom, ţe pístem stlačovaná kapalina v pracovním válci tlumiče je brzděna ve svém průchodu kanálky pístu a ventilem [14]. Obr. 7.3; Funkce teleskopického tlumiče 19

21 Kapalinové (olejové) tlumiče - píst tlumiče tlačí nebo nasává olej přes ventily na pístnici mezi pracovním válcem a zásobníkem [14]. Dvouplášťové plynokapalinové tlumiče - nahoře v zásobníku oleje tj. ve vnějším plášti je v oddělené komoře dusík, stlačený na poměrně nízký tlak. Pouţívá se tlak od 0,25 do 0,5 MPa. Během práce tlumiče, zvláště při větším zatíţení a rychlostech, dochází totiţ k zpěnění pracovního oleje a tím ke ztrátě původní charakteristiky tlumení. Stlačený inertní plyn udrţuje obě nádoby pod tlakem a tím sniţuje pěnění kapaliny na minimum [14]. Jednoplášťové plynokapalinové tlumiče - pouze jedna nádoba, přepouštěcí ventily umístěny jen na pístnici. Komora se stlačeným plynem je přímo v nádobě ve spodní části. Pro tuto konstrukci je plyn stlačen uţ na vysoký tlak, pouţívá se 2,5 aţ 3,0 MPa [14]. 8 Rozbor zátěžných stavů 8.1 Simulace ADAMS View 2005 K určení zátěţných stavů jsem pouţil program ADAMS/View. ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems), výpočtový systém pro modelování a simulaci vázaných mechanických soustav (MBS multi body systems), skládajících se z tuhých i poddajných těles vázaných mezi sebou pomocí různých typů kinematických vazeb. Software umoţňuje provádět statické, kinematické a dynamické analýzy navrţených modelů mechanických systémů a umoţňuje rovněţ optimalizovat a verifikovat jejich matematické modely [4]. Celý výpočtový systém je tvořen mnoha moduly, přičemţ většinu z nich lze vyuţívat jako samostatnou aplikaci nezávislou na ostatních modulech. Jádrem ADAMSu je modul ADAMS/Solver, který je velmi propracovaným řešičem. Tento modul na základě vstupních souborů sestavuje matematický model mechanického systému a řeší tuto soustavu nelineárních algebraických a diferenciálních rovnic [4]. Modul ADAMS/View je nástroj pro snadnou stavbu a vizualizaci modelu a rovněţ pro pohodlné vyhodnocování získaných výsledků. Společně s řešičem ADAMS/Solver tvoří nástroje, které dovolují modelovat a řešit prakticky všechny druhy MBS [4]. 20

22 8.1.2 Základní pojmy Marker (markers) definuje lokální souřadnicový systém. Lze ho libovolně přiřazovat ke všem tělesům včetně rámu a libovolně natáčet. Jsou důleţité pro definici středů hmotnosti těles, pro definici vazeb, definici působících sil [4]. Tělesa (parts) např. BOX, jsou objekty, které mohou mít setrvačné vlastnosti a mohou se pohybovat [4]. 8.2 Model cesty Cesta, jakoţto prvek, po kterém se odvalují kola modelu je vytvořena z 81 bodů. Poloha kaţdého bodu je určena vzdálenosti v osách x; y; z; od počátku souřadného systému. Tyto body se následně spojují do 99 trojúhelníků. To vše je zapsáno v textovém editoru, který slouţí jako zdroj pro ADAMS/View. Plochy vytvořených trojúhelníků tvoří povrch cesty. Model cesty (Obr ) je dlouhý 300 m široký 5 m. Obr ; Model cesty Model cesty se skládá ze dvou částí, první část simuluje jízdu po silnici a druhá část simuluje jízdu v terénu. První část je sestavena ze tři přejezdů za sebou. První z nich je jen přes pravou polovinu šířky cesty, takţe na přejezd najedou jen pravá kola. Druhý přejezd je přes celou šířku cesty a třetí je jen přes levou polovinu cesty, takţe na přejezd najedou jen levá kola. Přejezdy jsou od sebe dostatečně vzdáleny, aby se model stihl ustálit, neţ najede na další přejezd. To znamená ve vzdálenosti 30 m, 50 m a 70 m od počátků. (Samotný přejezd je vytvořený z 5 obdélníků, respektive 10 trojúhelníků. Je vysoký 60 mm a dlouhý 383 mm (obr ). 21

23 Obr ; model přejezdu Druhá část modelu cesty má za úkol napodobit jízdu v terénu. V profilu trati bylo vymodelováno prudké stoupání, následuje rovina pro ustálení modelu a prudké klesání. Stoupání je dlouhé 13 m a převýšení je 3 m, coţ odpovídá úhlu 14 stupňům nebo 23 procentům. Klesání má identické rozměry jako stoupání (obr ). Obr ; Prudké stoupání a klesání Další překáţkou v modelu cesty jsou vyjeté koleje. Koleje mají profil lichoběţníků o rozměrech: hloubka 200 mm, délka delší hrany (horní) 700 mm a délka kratší hrany (spodní) je 300 mm. Překáţky jsou vloţeny dvě za sebou tak, aby do těchto kolejí vjela obě kola na jedné straně vozíku zároveň. Vyjeté koleje jsou na trati uloţeny šikmo pod úhlem 45 stupňů (obr ). 22

24 Obr ; Vyjeté koleje v modelu tratě Poslední překáţkou v modelu cesty je nakloněná rovina. Rovina je nakloněna kolem osy x rovnoběţnou se směrem jízdy modelu. Překáţka je dlouhá 70 m a nakloněná pod úhlem 30 stupňů od vodorovné roviny (obr ). Dá se konstatovat, ţe tato překáţka simuluje jízdu zatáčkou, kdy odstředivé zrychlení má velikost poloviny gravitačního zrychlení. Obr ; Nakloněná rovina v modelu tratě 23

25 8.3 Model soupravy Model vozíku Variant 252 je vymodeloval v programu Inventor a do prostředí ADAMS/View importoval pomocí import (step). Model tvoří jízdní souprava auto BMW C3 + vozík Variant 252 (obr 8.3.1). Obr ; Model auto BMW X3 + vozík Variant 252 Model auta si lze představit jako nehmotný kokpit, který má do místa těţiště reálného auta pomocí prvku Box přiřazenou hmotnost 2000 kg a jednotkové momenty setrvačnosti. Ke kokpitu jsou přiřazeny pomocí prvků Marker kola na odpruţených nezávislých nápravách (obr ). Obr ; Nezávislé odpruţení kol 24

26 Vozík je sloţený z nosného rámu (obr ), čtyř polonáprav (obr ), k nim přiřazených čtyř kol (obr ) a cívky (obr ). Polonápravy jsou k rámu připojeny pomocí prvku Marker. Jeden Marker je přiřazen k polonápravě a dva jsou přiřazeny k rámu. Mezi tyto Markery je vloţená rotační vazba. Tímto způsobem se vkládají všechny druhy vazeb. Stejným způsobem je připojeno rotační vazbou kolo (obr ) k polonápravě (obr ). Obr ; Model vozíku VARIANT 252 v prostředí ADAMS 1 - cívka, 2 - polonáprava, 3 hlavní rám, 4 - kolo Mezi rám a polonápravu jsou modelovány dvě pruţiny, jedna nahrazuje vlnovec (obr ) a druhá tlumič (obr ). Do pruţiny, která nahrazuje vlnovce je uloţena hodnota tuhosti (tab. 8.7) a tlumení je nulové. Naopak pruţina, která nahrazuje tlumiče má uloţenou hodnotu tlumení (tab. 8.7) a hodnota tuhosti je nulová. Na rám je zavěšená cívka pomocí vazeb, vytvořené ze tří pruţin o velké tuhosti (obr ). 25

27 Obr ; Vazby 1 - model tlumiče, 2 - model pruţiny, 3 - polonáprava, 4 - rotační vazba mezi kolem a polonápravou, 5 - rotační vazba mezi polonápravou a rámem Obr ; Uloţení pomocí třech pruţin 8.4 Dynamika jízdy soupravy Souprava zrychlí na 80 km/h (22222 mm/s) a v této rychlosti překoná první část trati, tedy tři přejezdy. Následně zpomalí na rychlost 11,6 km/h (3222 mm/s) a vjede do druhé části trati, kde přejede prudké stoupání a prudké klesání, zrychlí na rychlost 22,4 km/h (6222 mm/s) a přejede vyjeté koleje. Stejnou rychlostí vjede model i na šikmou rovinu. Poté zastaví (obr. 8.4). 26

28 Obr. 8.4; Graf závislosti rychlosti modelu soupravy na čase při jízdě po trati 8.5 Poloha modelu na trati v závislosti na čase Obrázek zobrazuje, ve kterém místě se nachází model soupravy na trati v určitém časovém intervalu. Obr. 8.5; Zobrazení závislosti polohy modelu soupravy na trati v časových intervalech. 8.6 Orientace souřadného systému Souřadný systém je orientován podle obr Osa x je orientovaná proti směru jízdy, osa y míří směrem vzhůru a osa z do leva od směru jízdy (obr. 8.6). Obr. 8.6; Orientace SS 27

29 8.7 Vstupní hodnoty parametrů modelu: Tab. 8.7; Vstupní hodnoty parametrů modelu BMW C3: kokpit: kola: hmotnost m=2000kg momenty setrvačnosti Ixx=Iyy=Izz=1 kg. m2 hmotnost m=25kg momenty setrvačnosti Ixx=Iyy=Izz=1 kg. m2 rozměry: unloaded radius ur=355mm width w=235mm aspect ratio ar= 0.55 stiffness (tuhost) s=510 N/mm damping (tlumení) d=5,1 N.s/mm stiffness (tuhost) s=1000 N/mm damping (tlumení) d=200 N.s/mm parametry: tlumič+pruţina: VOZIK: rám: hmotnost m=670kg polonáprava: hmotnost m=4 x 37,5kg kola: m=4 x 25kg hmotnost rozměry: tlumič: vlnovec: cívka: unloaded radius ur=332mm width w=195mm aspect ratio ar= 0.45 stiffness (tuhost) s=0 N/mm damping (tlumení) d=180 N.s/mm stiffness (tuhost) s=450 N/mm damping (tlumení) d=0 N.s/mm hmotnost m=2600kg Momenty setrvačnosti kompletního vozíku byly zjištěny v 3D modelu a to: Ixx= kg. m2 Iyy= kg. m2 Izz= kg. m2 28

30 8.8 Výstupní hodnoty zátěžných stavů z programu ADAMS Výstupní grafy Graf (Obr ) zobrazuje síly v ose y, které vyvíjí cívka v místě uchycení cívky a rámu. Záporná hodnota znamená směr síly působící proti ose z, tedy směrem dolů. Červená křivka znázorňuje síly působící na uchycení na levé straně a modrá křivka na pravé straně. Obr ; Graf síly od cívky na rám v ose y Obr ; Graf síly od cívky na rám v ose x 29

31 Graf (Obr ) zobrazuje síly v ose x, které vyvíjí cívka v místě uchycení cívky a rámu. Záporná hodnota znamená směr síly proti ose x, tedy proti směru jízdy. Červená křivka znázorňuje síly působící na uchycení na levé straně a modrá křivka na pravé straně. Obr ; Graf síly od cívky na rám v ose z Graf (Obr ) zobrazuje síly v ose z, které vyvíjí cívka v místě uchycení cívky a rámu. Záporná hodnota znamená směr síly proti ose z. Červená křivka znázorňuje síly působící na uchycení na levé straně a modrá křivka na pravé straně. Ve skutečnosti je zapotřebí výslednou sílu zdvojnásobit a touto silou zatíţit vţdy jen jeden sloupek. Protoţe sílu v ose z zachycuje ve skutečnosti vţdy jen jeden sloupek. V modelu sílu zachycují sílu symetricky oba dva sloupky. Graf (Obr ) zobrazuje sílu, kterou vyvíjí tlumič na rám. Červená křivka znázorňuje sílu od předního tlumiče a modrá od zadního tlumiče. Síla působí ve směru osy tlumiče. Tyto křivky je potřeba brát orientačně, neboť zjistit hodnotu tlumení skutečného tlumiče je prakticky nemoţné. Proto jsem do modelu zadal hodnotu tlumení s ohledem na vlnovec, tak aby tlumič vlnovec co nejméně ovlivňoval, ale zároveň aby simulace konvergovala. 30

32 Obr ; Graf síly od tlumiče na rám v ose tlumiče Obr ; síla od předních vlnovců na rám v ose y Graf (Obr ) zobrazuje závislost síly na čase, kterou působí vlnovec, respektive polonáprava přes vlnovec na rám. Červená křivka zobrazuje účinky levého zadního vlnovce 31

33 a modrá křivka zobrazuje účinky pravého zadního vlnovce. Z grafu je zřejmé, ţe síly na pravé i levé straně u zadních vlnovců jsou takřka stejné do 33 sekund. To je okamţik nájezdu na šikmou rovinu. Na šikmé rovině dle předpokladů je pravá strana víc zatíţená neţ levá. Obr ; Graf síly od tlumiče na rám v ose y Graf (Obr ) zobrazuje závislost síly na čase, kterou působí vlnovec, respektive polonáprava přes vlnovec na rám. Červená křivka zobrazuje účinky levého předního vlnovce a modrá křivka zobrazuje účinky pravého předního vlnovce. Podobně jako u předchozího grafu, tak i zde je pravá a levá strana takřka stejná aţ do 33 sekundy. Tady se také začíná projevovat přenos hmotnosti na levou část vozíku Vyhodnocení největších silových hodnot zátěžných stavů Tab ; Síly působící na vozík v časových intervalech. Síly jsou udány v KN 1,5s 4,7s 5,6s 6,6s 11s 16,5s 21,5s 26,3s 32s 36s 40s Uchycení , cívky LY 12,5 Uchycení cívky PY 12,

34 Uchycení cívky LX , Uchycení , , Tlumiče přední , Tlumiče zadní , Vlnovec LZ 1,6 3,5 2,5 2,5 0 2,7 4,5 0,25 2,7 7,4 3,6 Vlnovec PZ 1,6 3,5 2,5 2,5 0 2,7 4,5 0,25 2,7 0 5,8 Vlnovec 2,6 2,7 3,1 3,1 5, ,6 2,6 0,1 4,5 2,6 2,7 3,1 3,1 5, ,6 2,6 2,7 1,4 cívky PX Uchycení cívky LZ Uchycení cívky PZ LP Vlnovec PP Tab je sestavena z největších působících sil v jednotlivých časech z grafu na obr aţ obr Některé působící síly v určitých časových intervalech jsou si podobné, ovšem s niţšími hodnotami. Silové působení v čase 11 s je podobné, ale menší neţ v čase 5,6 s. V čase 16,5 s je podobné, ale menší neţ v čase 4,7 s a časy 21,5 s a 26,3 s, jsou podobné, ale menší neţ v časech 4.7 s, v čase 40 s jsou podobné ale menší neţ v čase 36 s. Hodnoty v čase 1,5 s ponechám, protoţe se jedná o ustálenou hodnotu zatíţeného vozíku při nulové rychlosti (statické zatíţení). Proto dále budu pracovat jen s časovými hodnotami 1,5 s; 4,7 s; 5,6 s; 6,6 s; 32 s; 36 s, které jsou vyznačeny zeleně v tab

35 8.9 Rozložení sil od cívky na sloupek Model simulace Jezdec jde k sloupku zafixovat ve dvou polohách, v horní poloze a dolní poloze. Tyto dvě moţnosti jsou znásobeny dalšími čtyřmi moţnostmi výškového uloţení osy cívky na lůţko. Osa drţí cívku. Obsluha má osm moţností jak vysoko zafixovat cívku vůči vozíku. Pro výpočet jsem vybral ten nejhorší případ. Jezdec je zafixovaný v horní poloze a osa je uloţena do nejvyššího lůţka. Protoţe cívka není uloţena v ose sloupku, působí na sloupek určitým momentem. Tento moment se přenáší přes kladičky na sloupek v podobě silové dvojice (obr ). Obr ; Rozloţení sil od cívky přes jezdec na sloupek, F-síla, kterou působí cívka na jezdec, F1-síla, která působí přes aretační čep na sloupek, F2-síla působící jezdcem přes horní kladičku na sloupek, F3- síla působící jezdcem přes dolní kladičku na sloupek, Pro určení sil působících na sloupek jsem vytvořil v programu ADAMS model (obr ), který znázorňuje působení jezdce na sloupek. Sloupek a jezdec jsou spojeny rotační vazbou na místo fixačního čepu. Kontakt kladiček se sloupkem je nahrazen pruţinami s velkou tuhostí, aby nedocházelo k takřka ţádným deformacím pruţiny. V místě uloţení osy na lůţko jsem zadal sílu působící od cívky. Tedy síly působící na jezdec ve všech časových intervalech z tabulky

36 Obr ; Model sloupku a jezdce v programu ADAMS Výsledky rozložení sil od cívky na sloupek V tabulce jsou uvedeny síly, které působí jezdec na sloupek. Směr a umístění sil je zobrazeno v obrázku Velikost síly F vychází z tab Tab ; tabulka hodnot sil působících na sloupek v časových intervalech, hodnoty jsou v KN 1,5s 4,7s 5,6s 6,6s F 12, F1 12, F2 1,3 5,2 6,1 6,1 2,4 4,8 3,4 2,6 1,4 F3 2,2 8,2 9,6 9,6 3,7 7,6 5,3 4,4 1, s 36s

37 9. Pevnostní analýza rámu pomocí MKP Pomocí MKP (metoda konečných prvků) se dnes řeší celá řada úloh, jejichţ realizace nebyla dosud moţná a to nejen v oblasti mechaniky spojených těles či soustav. Svou obecnou matematickou formulací umoţňuje MKP řešit problém: mechaniky hornin, proudění kapalin a plynů, šíření tepla a záření, stacionárních a nestacionárních elektromagnetických polí atd. Dokonce jsou známy pokusy o řešení sociologických úloh a modelování ekonomických problémů [5]. 9.1 Základní pojmy Thin shell základní plošný prvek střednicového modelu. Tloušťka prvku se nahrazuje skutečnou tloušťkou stěn. Constraint nehmotný prvek s velkou tuhosti. Pomoci tohoto prvku se rozkládá síla do více uzlů. Rigid nehmotný prvek s nekonečně velkou tuhostí, kterým se spojují dva uzly. 9.2 Popis modelu Pro pevnostní analýzu rámu pomocí MKP jsem modeloval v prostředí I-DEAS model vytvořený ze střednicových ploch. Sraţení a zaoblení nepodstatných hran je pro zjednodušení opomenuto. Model počítá jen s hranami, které mají podstatný vliv na napjatost rámu. Model vozíku se skládá z převáţně čtyřuzlových prvků thin shell, 21 prvků constraint, 5 prvků rigid (obr. 9.1). 36

38 Obr. 9.1; Střednicový model rámu v prostředí I-DEAS Nahrazení náprav Nahrazení náprav je provedeno pomocí prvků rigid a constraint. V konzole v ose čepu je umístěn ve středu mezi otvory uzel. Do tohoto uzlu je spojen pomocí prvku constraint obvod otvoru pro čep. To stejné jsem udělal i pro druhý čep. Takto vzniklé dva uzly jsem opět spojil do jednoho uzlu uprostřed pomocí prvku constraint. Z tohoto uzlu jsem vedl prvek rigid ve směru osy z, do místa středu běhounů pneumatik (obr ). Proto, aby na konzolu působil stejný moment jak od náprav ve skutečnosti. 37

39 Obr ; Nahrazení náprav Na druhé straně polonápravy, na straně vlnovce, je zadána síla, kterou působí vlnovec na rám. Síla je roznesena na plochu pomocí prvku constraint (obr ). Obr.9.1.2; Nahrazení vlnovce 38

40 9.2.2 Silové nahrazení jezdce na sloupku Kontakt kladiček je proveden pomocí prvku constraint tak, ţe prvek rozvádí sílu po přímce, protoţe kontakt kladičky se sloupkem má charakter přímky (obr ). Obr ; Nahrazení kontaktu kladiček Kontakt čepu se sloupkem je také proveden pomocí prvku constraint tak, ţe prvek rozkládá zatíţení na spodní polovinu plochy trubky (obr ). Toto rozloţení síly není úplně správné, neboť ve skutečnosti se rozloţení sily dle obr Constraint roznáší do všech bodů stejnou sílu. Obr ; Kontakt čepu se sloupkem 39

41 Obr ; Rozloţení síly v kontaktu Nahrazení závěsného oka Nahrazení závěsného oka je téţ provedeno pomocí prvku constraint tak, ţe prvek je sveden do bodu, kde se ve skutečnosti nachází střed koule taţného zařízení taţného prostředku. Tento bod má zafixovány translační stupně volnosti a povoleny rotační stupně volnosti (obr ). Obr ; Nahrazení závěsného zařízení 40

42 9.3 Mezní stavy materiálu Ocel S235 JR (11373) - dolní mez kluzu oceli (dle ČSN ) [7] Re= 235 MPa - dílčí součinitel spolehlivosti materiálu (dle ČSN ) γm= 1,15 - hodnota návrhové pevnosti oceli odvozené od meze kluzu Re R M M MPa ( 1 ) 1.15 Ocel dolní mez kluzu oceli (dle ČSN ) [7] Re= 200 MPa - dílčí součinitel spolehlivosti materiálu (dle ČSN ) γm= 1,15 - hodnota návrhové pevnosti oceli odvozené od meze kluzu R M Re M ,9MPa ( 2 ) 1.15 Ocel dolní mez kluzu oceli (dle ČSN ) [7] Re= 245 MPa - dílčí součinitel spolehlivosti materiálu (dle ČSN ) γm= 1,15 - hodnota návrhové pevnosti oceli odvozené od meze kluzu R M Re M MPa ( 3 ) 1.15 Ocel dolní mez kluzu oceli (dle ČSN ) [7] Re= 355 MPa - dílčí součinitel spolehlivosti materiálu (dle ČSN ) γm= 1,15 - hodnota návrhové pevnosti oceli odvozené od meze kluzu R M 41 Re M MPa ( 4 ) 1.15

43 9.4 Výsledky jednotlivých zatížení Výsledky analýzy jsou zobrazeny v měřítku deformace 5: Statické zatížení (1,5 s) Zde na vozík působí cívka jen svojí hmotností bez ţádných dynamických vlivů a gravitačního zrychlení. Čas 1,5 s znamená, ţe se vozík s cívkou stačil ustálit na cestě. Na soupravu ještě nepůsobí ţádná síla, která by ji uváděla do pohybu. Obr ; Stav napjatosti rámu v čase 1,5 s ustálený statický stav Výsledky výpočtu MKP v I-DEASu: - maximální napětí je 86,9 MPa - maximální deformace je 2,28 mm Místo největší deformace je na desce (obr ), ke které je přišroubované taţné zařízení. Ovšem v blízkosti místa s největší deformací je připojen prvek typu constraint, který negativně ovlivňuje napětí v místě uchycení a jeho okolí. Deska je z materiálu 11373, hodnota návrhové pevnosti oceli je 204,3 MPa. 42

44 Obr ; Místo s největším napětím v čase 1,5 s Nejvyšší napětí rámu nepřesahuje hodnotu dovoleného napětí v žádném místě Zatížení pří přejezdu přes první zpomalovací práh (4,7 s) V tomto čase jede model rychlosti 80km/h a přejíţdí přes první zpomalovací práh. Respektive jen pravá kola přejedou přes pravou polovinu zpomalovacího prahu. Na vozík působí setrvačné síly a gravitační zrychlení. Výsledky výpočtu MKP v I-DEASu: - maximální napětí je - maximální deformace je 299 MPa 4,1 mm Místo s největším napětím je roh rámu (obr ). V rohu rámu je přivařena rohová výztuha. Na rámu, v místě špice rohové výztuhy je také velmi vysoké napětí. Také ve spodním rohu vzpěry se vyskytuje velké napětí. Rám, rohová výztuha i vzpěra jsou z materiálu Hodnota návrhové pevnosti oceli je 173,9MPa. 43

45 Obr ; Stav napjatosti rámu v čase 4,7s Obr ; Místa s největším napětím pro čas 4,7s Nejvyšší napětí rámu přesahuje hodnotu dovoleného napětí. 44

46 9.4.3 Zatížení pří přejezdu přes druhý zpomalovací práh (5,6s) V tomto čase vozík přejíţdí přes druhý zpomalovací práh. Práh je přes celou šířku cesty, takţe přes něho jedou přední a posléze zadní kola současně. Na vozík působí setrvačné síly a gravitační zrychlení. Obr ; Stav napjatosti rámu v čase 5,6 s Výsledky výpočtu MKP v I-DEASu: - maximální napětí je - maximální deformace je 309 MPa 6,2 mm Místo s největším napětím jsou hrany na taţném oji. Oj je vyrobena svařením ze tří jeklů. Tyto hrany jsou pod úhlem 135 stupňů a koncentruje se v těchto místech napětí. Oj je svařena z materiálu Hodnota návrhové pevnosti oceli je 173,9 MPa. 45

47 Obr ; Místa s největším napětím pro čas 5,6s Nejvyšší napětí rámu přesahuje hodnotu dovoleného napětí v několika oblastech na tažném oji. A to vždy v oblasti rohů, což jsou koncentrátory napětí Zatížení pří přejezdu přes třetí zpomalovací práh (6,6 s) V tomto čase jede model rychlosti 80 km/h a přejíţdí přes třetí zpomalovací práh. Respektive jen levá kola přejedou přes levou polovinu zpomalovacího prahu. Na vozík působí setrvačné síly a gravitační zrychlení. Je zřejmé, ţe výsledky, by měly být podobné, jen symetricky obrácené jak v čase 4,7 s. Protoţe vozík zdolává stejnou překáţku jen umístěnou na levé polovině trati. Napětí v čase 6,6s je podobné jako v čase 4,7 s, také i místa s největším napětím jsou shodná. Proto je zde upozorněno na další nebezpečná místa. Výsledky výpočtu MKP v I-DEASu: - maximální napětí je 271 MPa - maximální deformace je 5,4 mm 46

48 Obr ; Stav napjatosti rámu v čase 6,6s Další kritická místa (mimo míst jiţ uvedených v kapitole 9.3.2) jsou spodní rohy sloupku (obr ). Obr ; Místa s největším napětím pro čas 6,6 s 47

49 Na obr jsou vyznačena místa, kde je velké napětí. Jedná se o malá lokální místa, v kterých napětí dosahuje hodnot kolem 240 MPa. Jedná se o materiál V těchto místech hodnota napětí přesahuje hodnotu návrhové pevnosti oceli. V žádných jiných místech tuto hodnotu nepřesahuje Zatížení pří přejezdu přes vyjeté koleje (32 s) V čase 32 s přejíţdí vozík přes vyjeté koleje rychlostí 22,4 km/h, coţ napodobuje jízdu v terénu. Vozík je zatíţen gravitačním zrychlením a dynamickými účinky. Výsledky výpočtu MKP v I-DEASu: - maximální napětí je 222 MPa - maximální deformace je 3,2 mm Obr ; Stav napjatosti rámu v čase 32s 48

50 Místo s největším napětím na rámu je obdobně jako v čase 5.6 s oj. A to v rozích v místě sváru dvou profilů. Oj je svařen z materiálu Obr ; Místa s největším napětím pro čas 32s Nejvyšší napětí rámu přesahuje hodnotu dovoleného napětí v jednom místě na tažném oji. A to v oblasti rohů, což je koncentrátor napětí Zatížení pří přejezdu nakloněné roviny (36 s) V čase 36 s přejíţdí vozík přes nakloněnou rovinu rychlostí 22,4 km/h, coţ napodobuje jízdu v terénu. Vozík je zatíţen gravitačním zrychlením a setrvačními silami od cívky. 49

51 Obr ; Stav napjatosti rámu v čase 36 s Výsledky výpočtu MKP v I-DEASu: - maximální napětí je 191 MPa - maximální deformace je 2,2 mm Místo s největším napětím je roh výztuhy podobně jako u zatíţení v čase 4,7 s. V tomto místě je materiál Obr ; Místa s největším napětím pro čas 36 s 50

52 Maximální napětí přesáhlo hodnotu návrhové pevnosti oceli 173,9 MPa, ale nepřesáhlo hodnotu dolní mez kluzu oceli 200 MPa. 9.5 Shrnutí výsledků MKP Na základě výsledků pevnostní analýzy uvedené v kapitole 9.3 jsem určil několik kritických míst, ve kterých dochází k překročení hodnoty návrhové pevnosti oceli. Jsou to místa: - přední roh rámu (Obr ; ) - oj (Obr ;9.3.11) - spodní rohy sloupku (Obr ) 10. Konstrukční úpravy 10.1 Přední roh rámu Jak je patrné na obr velké napětí se koncentruje v rohu rámu. To je způsobeno ostrým rohem a rohovou výztuhou, která nemá zkosenou špičku v pravém úhlu. Proto navrhuji zkosit špičku rohové výztuhy (obr. 10.2). Obr. 10.2; úpravy na rohu výztuhy a rohu rámu 51

53 Obr. 10.3; Výsledné napětím po úpravě Výsledky výpočtu MKP v I-DEASu: - maximální napětí je 225 MPa Touto malou úpravou kleslo napětí v rohu o 74MPa. Maximální napětí stále přesahuje dolní mez kluzu. Je potřeba dalších úprav jako např. změna materiálu, vyztuţení profilu, zvětšení tloušťky stěny profilu, nebo změna tvaru výztuhy (obr. 10.4). Obr. 10.4; Návrh úpravy - změna tvaru výztuhy 52

54 10.2 Oje Varianta A Navrhuji zmenšit úhel zalomení hran oje na minimum (obr. 10.3). Tím se zmenší koncentrace napětí v rozích na minimum. Obr. 10.5; úprava oje zmenšit úhel zalomení hran Na obr je zobrazeno napětí oje. Levé táhlo oje jsem nechal původní a na pravém táhle jsem provedl úpravy dle varianty A. Jsou patrné velké změny v napětí. U upraveného táhla se sníţilo napětí na 162 MPa coţ je sníţení o 147 MPa. 53

55 Obr. 10.6; Upravené i neupravené oje Varianta B Další varianta jak upravit oj tak, aby byl zachovaný původní tvar je navařit z boku táhel oje výztuhy. Tloušťka výztuhy je 5mm (obr. 10.7). Obr. 10.7; úprava oje výztuhou Úpravou modelu bylo zjištěno napětí v zalomení hran oje 172 MPa coţ je pokles o 137 MPa. 54

56 Obr.10.8; Upravená oj pomocí výztuhy Velikost výsledného napětí po úpravách je 172MPa, coţ je menší neţ hodnota návrhové pevnosti oceli. Díky úpravám v obou variantách se podařilo stáhnout napětí v kritických místech pod hodnotu návrhové pevnosti oceli Přivaření sloupku ke konzole sloupku Celá sestava sloupku je k rámu přišroubovaná pomocí 12 šroubů průměru 12 mm. Je zřejmé, ţe spoj rámu a sestavy sloupku by se měl řešit jako kontaktní úloha. Pro zjednodušení modelu jsem problém řešil způsobem přijatelnějším, tedy jako kdyby sestava sloupku byla přivařena po celé ploše k rámu. Díky tomu v rozích sloupku vzrostlo napětí. Navrhuji posunout drţáky hydraulického válce tak, aby byly zároveň s hranou sloupku a na díry navařit muzikusy pro vymezení vůle válce. Z druhé strany zdvojit výztuhu a posadit je proti drţákům hydr. válce (obr. 10.9). 55

57 Obr.10.9; upravená sestava sloupku Obr.10.10; upravená konzola výztuhy sloupku 56

58 Výsledky výpočtu MKP v I-DEASu: - maximální napětí je 180 MPa Velikost výsledného napětí po úpravách je větší než hodnota návrhové pevnosti oceli 173,9MPa, ale nepřesáhlo hodnotu dolní mez kluzu oceli 200MPa. 57

59 11 Závěr Úkolem diplomové práce bylo provést rozbor zátěţných stavů při přepravě kabelových cívek a analyticky stanovit hodnotu pro tyto zátěţné stavy. Rozbor zátěţných stavů jsem provedl v prostředí programu ADAMS/wiev. Protoţe vozík je určen pro jízdu po silnici i v terénu, tak i model cesty simuluje jízdu terénem a po silnici. Situace, kterými souprava projede při simulaci skutečnosti jsou extrémní. Při správném pouţívání by se nikdy vozík do takových situaci dostat neměl. Z rozboru výsledků simulace jsem stanovil číselné hodnoty pro různé zátěţné stavy. Na základě zjištěných výsledků simulace jízdy vozíku, byla provedena pevnostní kontrola stávajícího konstrukčního řešení rámu vozíku v programu I-DEAS. Rám přesáhl hodnotu návrhové pevnosti oceli ve třech místech. Vzhledem k tomu, ţe se počítalo s extrémními hodnotami zatíţením, jsou výsledky přijatelné. Dále na základě výsledků pevnostní kontroly jsem navrhl změny v konstrukci rámu. První změna je zkosení pravého úhlu na rohové výztuze rámu. Druhá změna se týká oje vozíku, zde jsem navrhl dvě varianty úprav. První varianta řeší vyztuţení stávajícího stavu v oblastech zalomení oje, druhá varianta navrhuje novou koncepci oje tak, aby zde docházelo k minimálnímu zalomení. Poslední úprava se týká uchycení sloupku k rámu. Úprava spočívá v posunutí drţáků hydraulického válce a ve zdvojení výztuh. Nicméně musím ještě jednou zdůraznit, ţe zátěţné síly, se kterými program I-DAES počítá, jsou extrémní, navíc rizikové hodnoty působí jen krátkou dobu, respektive impuls síly, potaţmo energie této síly je malá. 58

60 12 Seznam informačních zdrojů Literatura [5] Sýrový, O.: Doprava v zemědělství, Brno 2008, ISBN Zákon č. 56/2001 Sb., o podmínkách provozu vozidel na pozemních komunikacích, Ministerstvo dopravy a spojů, 10. ledna 2001 Vyhláška č. 341/20020 Sb., o schvalování technické způsobilosti a o technických podmínkách provozu vozidel na pozemních komunikacích, Ministerstvo dopravy a spojů, 11. července 2002 Hajţman, M.: Pomocný text k proniknutí do základů práce se systémem ADAMS, text verze Horyl Petr : Inţenýrské základy Metody konečných prvků (MKP). [6] RUBENA, vzduchové pruţiny, reklamní material [7] Česká technická norma Navrhování ocelových konstrukcí ČSN , Český normalizační institute, Praha 2008 [1] [2] [3] [4] Webové stránky [10] Webové stránky společnosti MORAM CZ, s.r.o. [cit ] [11] Otevřená encyklopedie Vikipedie, [cit ], [12] LANG, Jiří. Popis vynálezu nájezdové brzdy, [cit ], [13] KOBRAS [cit ], [14] Webový odchod s tlumiči MJAUTO, [cit ] 59

61 13 Seznam použitých symbolů symbol jednotka význam v t m [mm/s] [s] [kg] rychlost čas hmotnost I [kg. m2] moment setrvačnosti ur ar w s [mm] [-] [mm] [N/mm] unloaded radius aspect ratio width stiffness (tuhost) d Re γm R γm F [N.s/mm] [MPa] [-] [MPa] [kn] damping (tlumení) dolní mez kluzu oceli součinitel spolehlivosti materiálu hodnota návrhové pevnosti oceli odvozené síla z [mm] stlačení vlnovce 60

62 14 Přílohy Příloha 1 - graf nosnosti vlnovce 170/2 15 Seznam výkresové dokumentace číslo výkresu formát A1 název RÁM A1 A1 A3 A3 A3 A4 RÁM VARIANTA 1 RÁM VARIANTA 2 ROHOVÁ VÝZTUHA ROHOVÁ VÝZTUHA UPRAVENÁ TÁHLO UPRAVENÉ VÝZTUHA TÁHLA B B A4 A4 A3 A3 ČÁST TÁHLA 1 ČÁST TÁHLA 2 SLOUPEK SLOUPEK - KUSOVNÍK B B B A3 A3 A3 A4 A4 SLOUPEK UPRAVENÝ SLOUPEK UPRAVENÝ KUSOVNÍK PŘÍRUBA SLOUPKU UPRAVENÁ KRUHOVÁ VLOŢKA ZPEVNĚNÍ TÁHLA 61