RAMENOVÝ NOSIČ KONTEJNERŮ NKR130V

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 RAMENOVÝ NOSIČ KONTEJNERŮ NKR130V SKIP LOADER NKR130V DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Bc. LUKÁŠ DERKA Ing. JAROSLAV KAŠPÁREK, Ph.D. BRNO 2012

2 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav automobilního a dopravního inženýrství Akademický rok: 2011/2012 ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE student(ka): Bc. Lukáš Derka 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: v anglickém jazyce: Ramenový nosič kontejnerů NKR130V Skip loader NKR130V Stručná charakteristika problematiky úkolu: Pevnostní kontrola a návrh konstrukčních úprav nejvíce zatěžovaných částí ramenového nosiče kontejnerů NKR130V jako nástavby nákladního automobilu. Základní technické údaje: -nakládací kapacita při úrovňovém nakládání a při zasunutých ramenech kg -výška rámu vozidla 1000 mm -zdvih hlavních válců 1845 mm -výsuv ramem 1200 mm -pracovní tlak do 32 MPa Cíle diplomové práce: Proveďte pevnostní kontrolu rámu a nakládacích ramen nástavby nákladního automobilu určeného pro přepravu kontejnerů. Navrhněte vhodné konstrukční úpravy. Vypracujte technickou zprávu obsahující zejména: - pevnostní kontrolu stávajícího stavu, - určení poddimenzovaných a předimenzovaných částí a návrh vhodných úprav, - veškeré další nezbytné výpočty dle pokynů vedoucího DP. Nakreslete: - výkresy podsestav a výrobní výkresy dle pokynů vedoucího DP.

3 Seznam odborné literatury: VLK, František. Dynamika motorových vozidel. Brno: Nakladatelství a vydavatelství Vlk, ISBN PTÁČEK, P., KAPLÁNEK, A.: Přeprava nákladu v silniční dopravě, CERN, Brno, 2002, ISBN Zákon č. 56/2001 Sb., o podmínkách provozu vozidel na pozemních komunikacích, Ministerstvo dopravy a spojů, 10. leden 2001 LEINVEBER, J., VÁVRA, P.: Strojnické tabulky, vyd. Albra, 2003, s. 865, ISBN: Vedoucí diplomové práce: Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D. Termín odevzdání diplomové práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2011/2012. V Brně, dne L.S. prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. Ředitel ústavu prof. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc. Děkan fakulty

4 Abstrakt Tato diplomová práce se zabývá pevnostní analýzou základního rámu a nakládacích ramen ramenového nosi e kontejner. K výpo tu zat žovacích stav je použita dynamická simulace. Výsledky simulace jsou použity jako okrajové podmínky pro výpo et pevnostní analýzy metodou kone ných prvk (MKP). Výsledky analýzy byly vyhodnoceny a na jejich základ byly provedeny úpravy konstrukce. Sou ástí práce je výkresová dokumentace navržených úprav. Klí ová slova ramenový nosi kontejner, dynamická simulace, zat žovací stav, pevnostní analýza, metoda kone ných prvk (MKP) Abstract This master s thesis deals with a strength analysis of the main frame and loading arms of a skip loader. For a calculation of load states is used a dynamic simulation and its results are used as a boundary conditions for the strength analysis using finite element method (FEM). The results of the analysis is evaluated and on theirs basis are designed a construction improvements. The part of the thesis is drawings documentation of the construction improvements. Keywords skip loader, dynamic simulation, load state, strength analysis, the finite element method (FEM)

5 DERKA, L. Ramenový nosi kontejner NKR130V. Brno: Vysoké u ení technické v Brn, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí diplomové práce Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D..

6 estné prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto diplomovou práci vypracoval samostatn, pod vedením vedoucího diplomové práce pana Ing. Jaroslava Kašpárka, Ph.D., a s použitím uvedených zdroj. V Brn dne 25. kv tna 2012 Lukáš Derka

7 Obsah 1. ÚVOD 9 2. NOSI E KONTEJNER Kontejnery pro automobilovou dopravu Ramenové nosi e kontejner KONSTRUKCE RAMENOVÉHO NOSI E NKR 130V Rám Ramena Výsuvné podp ry Hydraulická, pneumatická a elektrická výbava TVORBA MODELU V MSC.ADAMS Model a simulace v prost edí MSC.Adams Výsledky simulace Stanovení zat žovacích stav TVORBA MODELU V NX I-DEAS Tvorba modelu základního rámu Tvorba modelu nakládacího ramene Vytvo ení kone noprvkové sít, vytvo ení FEM modelu Definice okrajových podmínek ANALÝZA P VODNÍHO RÁMU Výpo et návrhové pevnosti a posouzení reálnosti výsledk První zat žovací stav 140 sekund P ední ást rámu Zadní ást rámu Napojení p í ek Druhý zat žovací stav 220 sekund P ední ást rámu Zadní ást rámu Napojení p í ek Nakládací rameno NÁVRH VHODNÝCH ÚPRAV RÁMU ANALÝZA UPRAVENÉHO RÁMU První zat žovací stav 140 sekund P ední ást rámu Zadní ást rámu 49

8 7.1.3 Napojení p í ek Druhý zat žovací stav 220 sekund P ední ást rámu Zadní ást rámu Napojení p í ek Nakládací rameno ZÁV RE NÁ ÁST Shrnutí Záv r SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJ SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOL SEZNAM P ÍLOH 61

9 1. ÚVOD Diplomová práce se zabývá zjišt ním zát žových stav ramenového nosi e kontejner NKR 130V a následného posouzení jejich vliv na konstrukci. Dále návrhem vhodných konstruk ních úprav v místech, kde pevnostní analýza prokázala nejv tší nap tí a deformace. Ramenový nosi kontejner NKR 130V je za ízení navržené jako nástavba nákladního automobilu. Slouží k manipulaci s kontejnerem tj. nakládání, p eprava, vykládání, vysypání. Tato nástavba je ur ena k manipulaci s kontejnerem o celkové hmotnosti 13 tun a maximálním pracovním tlakem hydraulických prvk 32 MPa. Stejn jako v tšina práce výpo tá a konstruktér podlehla novým trend m v oblasti virtuálního konstruování, simulace a analýzy pomocí r zných softwar a výpo etních center, je i v této práci použit stejný p ístup k ešení dané problematiky. Za ízení je testováno virtuáln v programu MSC.ADAMS, který nám umožní zjistit zát žové stavy p i manipulaci nástavby s pln naloženým kontejnerem. V tomto programu je možnost vid t nástavbu na nákladním automobilu nebo na zkušebním vozíku v pohybu a ur it p esn velikosti a sm ry všech sil p sobících v jakémkoliv míst soustavy. Tyto zjišt né síly jsou použity v programu I-DEAS k provedení pevnostní analýzy jednotlivých zat žovacích stav. Výsledky pevnostní analýzy byly p ezkoumány a na jejich základ byly navrženy vhodné konstruk ní úpravy. Všechny úpravy a zm ny v konstrukci jsou p iloženy ve výkresové dokumentaci. 9

10 2. NOSI E KONTEJNER Kontejnerová doprava je už dlouhou adu let velmi astým zp sobem manipulace s materiálem. A už s novým nebo recyklovaným zbožím, a nebo odpadem. Výhodou tohoto druhu p epravy je p edevším úspora asu na prostojích nákladního automobilu, jelikož kontejner m že být pln n bez jeho p ítomnosti. V dob pln ní jednoho kontejneru, je jiný odvážen nákladním automobilem na nástavb nosi e. Tím se zlepší materiálový tok mezi pracovišti. Nap íklad mezi staveništi a dodavateli materiálu, nebo sb rnami surovin a jinými skládkami materiálu. Manipulace s materiálem se zrychlí a sníží se její cena. Je také velmi d ležité ur it, jaké druhy kontejner bude nejvýhodn jší použít. To je jednou z n kolika d ležitých otázek logistiky. Obr. 1: Kontejner pro hákový nosi, výrobce CTS Container. [1] 2.1 Kontejnery pro automobilovou dopravu Kontejnery mohou být r zn konstruk n ešeny. V tšina kontejner je ale typizována a podléhá normám. U nás se nejvíce používají kontejnery, ur ené pro p epravu na hákových nosi ích. Ty tvo í hlavní nosníky na kterých kontejner stojí a slouží jako lyže, které se p i nakládání opírají o kladky rámu nástavby. Oba nosníky jsou tvaru L a jsou spojeny v p ední ásti 10

11 okem pro zav šení do háku nakládacího ramene nástavby. V zadní ásti jsou nosníky spojeny jedním, nebo více ocelovými válci, opírajícími se o podložku. Na takto vzniklý rám jsou usazeny r zné korby, a nebo jiná p epravní za ízení. Cisterny, nádrže, sk ín, nosi e kabelových cívek apod. Dalším asto používaným druhem kontejner jsou kontejnery vanové, pro p epravu na ramenových nosi ích, n kdy nazývaných et zové nosi e. Tyto kontejnery mohou být ešeny jako otev ené, nebo ze zadní i horní strany uzavíratelné plechovými vraty. Jsou vybaveny párem záv s po stranách pro zav šení na et zy nakládacích ramen. U spodní hrany kontejneru vp edu a vzadu jsou oka nebo jiné konstruk ní prvky ur ené k zaháknutí do vysýpacích hák a pohybem nakládacích ramen sm rem dozadu je obsah kontejneru vysypán. Obr. 2: Kontejner vanový uzav ený, výrobce KOVOK Jeseník. [2] 2.2 Ramenové nosi e kontejner Ramenové nosi e kontejner se používají k manipulaci s kontejnery a k p eprav kontejner po pozemních komunikacích. Jsou ešeny jako nástavby nákladních automobil nebo nákladních vlek za automobil i traktor. Nej ast ji se používají k p eprav stavebního materiálu nebo odpadu. 11

12 N které ramenové nosi e mohou být konstruk n ešeny jako p ídavná za ízení, uzp sobená k upevn ní k nástavb hákového nosi e. Toto ešení je výhodné pro použití jednoho nákladního automobilu pro dva druhy kontejner. P íklad tohoto ešení je na obr. 3, kde je zobrazen vlek k p ipojení za traktor. Obr. 3: Ramenový nosi kontejner NKR 95 v kombinaci s hákovým nosi em. [3] Obr. 4: Ramenový nosi kontejner NKR 130V na automobilu MAN. [3] 12

13 3. KONSTRUKCE RAMENOVÉHO NOSI E NKR 130V Nosi NKR 130V se skládá z t chto hlavních ástí rám, teleskopická ramena, zajiš ovací háky, výsuvné podp ry, hydraulická, pneumatická a elektrická výbava. V tšina konstrukce je tvo ena ze sva ovaných plech. N které ásti z hutních polotovar. Všechny sva ované ásti jsou vyráb ny p ímo ve firm, ostatní ásti, jako jsou hydraulické, pneumatické a elektrické prvky jsou dodávány externími dodavateli. Obr. 5: Hlavní ásti ramenového nosi e. 3.1 Rám Rám je základem celé konstrukce za ízení a slouží jako nosný prvek, na který jsou p ipevn ny ostatní sou ásti nosi e, jak je zobrazeno na obr. 6. Je tvo en dv ma hlavními nosníky pr ezu L (1), pomocí kterých je nástavba upevn na na rám nákladního automobilu a tvo í hlavní nosný prvek. K t mto nosník m jsou 13

14 p iva eny p í ky z U profilu (2), na jejichž koncích jsou bo ní profily (3). P í ky jsou mezi sebou propojeny žebrem (4). Bo ní profily jsou obdélníkového pr ezu. P ední strana rámu je spojena p es hlavní nosníky profilem také obdélníkového pr ezu (5), na který je p iva eno elo z plechu se ty mi výztužnými žebry (6). Zadní strana rámu je vybavena pouzdry ze sva ovaných ohýbaných plech, tvo ící op rné nohy nástavby (7). Spojení noh a bo ních profil je na spodní stran vyztuženo (8). Na nohy jsou v horní ásti p ipevn ny osazení h ídele ramen (9). Na zadní stran rámu jsou nohy spojeny ohýbaným plechem (10) p es hlavní nosníky, u spodních konc obdélníkovým profilem (11). Rám nástavby je dále dopln n prodloužením hlavních nosník (12), jehož délka se odvíjí od rozm r auta. Rohy p ední ásti jsou opat eny uloženími pro epy hlavních P H (13), horní strana bo ních profil je dopln na bo ními dorazy (14). Horní strana rámu je opat ena plechy a vyztužena v prostoru nad hlavními nosníky, a tvo í tak p epravní prostor pro kontejner. Obr. 6: Konstruk ní prvky základního rámu. 14

15 3.2 Ramena Každé rameno je tvo eno dv ma ástmi pouzdro a výsuvná ást (dále výsuv) obr. 7. Celek tvo í teleskopické rameno s možností vysunutí o 1200 mm. Ob ramena jsou spojena h ídelí a jsou oto n uložena na rámu resp. na pouzdrech výsuvných noh. T lo nakládacího ramene (1) i t lo výsuvu (6) jsou sva eny z ohýbaných plech r zné tlouš ky. Nakládací rameno je na spodním konci opat eno otvorem (2), do kterého je vsazen a následn p iva en h ídel, kolem jehož osy se ramena naklápí. Ramena jsou uvád na do pohybu pomocí hlavních P H, jejichž pístní ty e jsou zav šeny na epech v uložení (3). Na horním konci je rameno osazeno obložením z polymeru (4), pro vymezení v le mezi ramenem a výsuvnou ástí a snížení t ení p i pohybu výsuvné ásti. Výsuvná ást má t lo op t sva eno z n kolika ohýbaných plech (6). Na spodním konci je opat ena vymezovacími plechy (9), které slouží k op ení a následnému p enosu síly do ramene p i zatížení. Vysouvání této ásti je realizováno pomocí P H mezi epy v uloženích v rameni (5) a ve výsuvné ásti (7). V pouzd e (8) výsuvné ásti je uložen záv s et z (10), sloužící k zav šení kontejneru. Obr. 7: Konstruk ní prvky nakládacího ramene. 15

16 Obr. 8: Uložení spole né h ídele nakládacích ramen. 3.3 Výsuvné podp ry Jsou na zadní stran rámu v pouzdrech. Slouží p i nakládce i vykládce kontejneru, jako pomocné nohy pro v tší stabilitu vozidla a lepší rozložení váhy na plochu. Podp ry mají maximální výsun 620 mm. Také jsou sva eny z plech. Nohy se vysunou a zap ou o podložku, tím se rozloží hmotnost vozidla s nástavbou. P i nakládání se takto zajišt né vozidlo nenaklání kolem zadní nápravy. V extrémním p ípad se m že stát, že p i nakládání a vykládání kontejneru je vysunutí nohou tak velké, že vozidlo má zadní kola nad podložkou ( terénem ). V tomto p ípad musí podp rné nohy unést hmotnost nákladního vozidla, celé nástavby a pln naloženého kontejneru. S tímto p ípadem je po ítáno i v simulaci. Obr. 9: Zvednutí zadní nápravy vozidla nad terén. 16

17 3.4 Hydraulická, pneumatická a elektrická výbava. Nosi je vybaven t emi dvojicemi p ímo arých hydromotor. P H 125x mezi rámem a rameny, slouží ke zvedání ramen. P H 80x uvnit každého z ramen, sloužící k vysouvání ramen. P H 80x uvnit každé výsuvné podp ry. Hydraulická výbava je navržena do maximálního pracovního tlaku 32 MPa. Pneumatické výbavy se týká pouze pneumatický p ímo arý motor k ovládání zajiš ovacích hák. Elektrická výbava je pouze osv tlení nutné k pohybu po pozemních komunikacích. Dalším vybavením jsou elektrické a hydraulické ovládací prvky umíst né pod pravou stranou základního rámu. Obr. 10: Elektrické a hydraulické ovládací prvky. 4. TVORBA MODELU V MSC.ADAMS Jelikož jde o pohyblivý mechanismus, bylo d ležité provést dynamickou simulaci, ze které lze získat velikost a sm ry reak ních sil. Ty jsou získány nasimulováním pohybu mechanismu v prost edí softwaru MSC.Adams. Získané síly ur í, jaké namáhání bude p sobit na nakládací ramena a základní rám analyzované nástavby. Pro získání tak d ležitých informací je t eba vytvo it model nástavby nosi e kontejner, usazený na podvozku nákladního automobilu. 17

18 Obr. 11: Model pro simulaci pohybu v softwaru MSC.Adams. 4.1 Model a simulace v prost edí MSC.Adams Model byl sestaven z automobilu MAN a samotné nástavby nosi e. Automobil byl získán jako model z herního simulátoru. Je voln dostupný na internetu, nap. zde [4]. Tento model nákladního vozu jsem zvolil pro jeho astý výskyt v simulátorech a také proto, že je asto používaným vozidlem osazeným ramenovými nosi i. Pro použití v simulaci nebylo t eba model nijak upravovat. Pouze bylo nutné p evést formát, ve kterém byl získán, do formátu OBJ. Takto p evedený model bylo možné importovat do softwaru MSC.Adams v ur itém m ítku, které by zaru ilo, že rozm ry vozidla v simulaci budou odpovídat skute ným rozm r m. M ítko se dá získat nap. podle rozm r kol. Model nástavby byl upraven v prost edí Autodesk Inventor a pomocí Autodesk 3D Studio Max p eveden na formát OBJ, poté byl importován do softwaru MSC.Adams. Aby byl model schopen dynamické simulace, musela být celková sestava rozd lena na n kolik samostatných podsestav. Ty tvo í jednotlivé pohyblivé sou ásti. Kone ný model nástavby byl sestavena z devíti hlavních pohyblivých sou ástí, mezi kterými byly definovány vazby. Na n kterých vazbách byly umíst ny generátory pohyb. A to na hlavních P H, které ovládají nakládací ramena, a na P H výsuvných noh. Všem sou ástem modelu bylo t eba definovat fyzikální vlastnosti, jako je hmotnost a momenty setrva nosti. Vlastnosti všech sou ástí byly získány z modelá ského 18

19 programu Inventor. Jejich p ehled je v tab. 1. Dalším d ležitým parametrem byla poloha t žišt všech ástí. Nákladní automobil jako nosi nástavby byl vložen s definovanou hmotností a t žišt m ur ených podle katalogu výrobce [5] a sm rnice pro výrobce nástaveb [6]. Stejn tomu bylo i p i vkládání kontejneru. Kdy hmotnost samotného kontejneru byla snížena o hmotnost et z ( v tomto p ípad ty í ). Celková hmotnost b emene zav šeného na nakládacích ramenech je kg. Model koná dva pohyby. P i prvním pohybu se vysouvají výsuvy nohou, které po dotyku s podložkou nadzvednou nástavbu i se zadní ástí automobilu. Celý model se naklopí kolem p edních kol sm rem dop edu. Druhý pohyb konají nakládací ramena, která se naklápí kolem spole né h ídele dop edu i dozadu. Pohyb t chto ramen bylo nutné omezit do krajních poloh, ve kterých jsou hlavní P H schopny pracovat do maximálního tlaku 32 MPa. Tento tlak nám umož uje pracovat s maximální silou 392,7 kn p i vysouvání a 269,55 kn p i zasouvání. Názorn ji jsou síly zobrazeny na obr. 12. Tab. 1: P ehled ástí importovaných do MSC.Adams název ásti nástavby hmotnost [kg] moment setrva nosti [kg.mm 2 ] I xx I yy I zz základní rám 1022, ramena výsuv ramene L 91, výsuv ramene P 91, zajiš ovací a vykláp cí háky 96, výsuv nohy 56, záv s et z 11, Obr. 12: Znázorn ní maximálních sil p i pracovním tlaku do 32 MPa. 19

20 4.2 Výsledky simulace Po spušt ní simulace trvající 230 sekund a vykonání všech definovaných pohyb byly získány grafy p sobících sil v místech m ení reakcí. Reakce byly m eny v následujících uzlech na základním rámu dle obr. 13. Grafy zobrazují velikosti složek sil p sobících v daných uzlech, v ur itou dobu simulace. Podle graf pak lze stanovit zat žovací stavy. V grafech je znázorn na erven osová složka síly X a mod e osová složka síly Y. Obr. 13: M ící uzly pro zjišt ní výsledných sil. 20

21 Obr. 14: Graf velikostí složek x a y síly p sobící v míst uložení nakládacích ramen na základním rámu. Obr. 15: Graf velikostí složek x a y síly p sobící v míst uložení hlavních P H na základním rámu. 21

22 Obr. 16: Graf velikostí složek x a y síly p sobící v míst uložení P H výsuv noh na základním rámu. Obr. 17: Graf velikostí složek x a y síly p sobící v míst styku výsuvné ásti s nohou nástavby. Grafy názorn ukazují velikosti sm r složek sil, vyvolaných v m ených uzlech na základním rámu. Mírné zvln ní a nerovnosti k ivek jsou zp sobeny pomalým kmitem kontejneru v záv sech et z. Velikosti sil jsou zpracovány do tabulky zat žovacích stav tab

23 4.3 Stanovení zat žovacích stav Zat žovací stavy byly odvozeny z pohybu ramen a ze získaných graf. 1. zat žovací stav nastává v ase 140 sekund, kdy je nástavba a zadní ást automobilu zvednuta vysunutím podp r v zadní ásti rámu. Ramena jsou nejdále v zadu a kontejner je vykládán. 2. zat žovací stav odpovídá asu 220 sekund, kdy je nástavba a zadní ást automobilu stále zvednuta. Ramena jsou nejblíže ke kabin automobilu a kontejner je tém naložen. 3. zat žovací stav je pouze pro pevnostní analýzu nakládacího ramene. To je nejvíce namáháno p i vodorovné poloze, kdy na rameno p sobí nejv tší ohybový moment. Síla od kontejneru iní na jednom rameni 63,756 kn. Tab. 2: Tabulka zat žovacích stav zat žovací stav as [s] 1. zs zs 220 složka p sobišt síly síly CV CR CN N x 41, ,16-66,119 34,896 y 266,15-266,15 48,021 48,021 x -18,031 50,319-29,266 15,326 y -390,17-390,31 21,173 21,173 Obr. 18: Sm ry reakcí sil v uzlech p i 1. zat žovacím stavu 23

24 Obr. 19: Sm ry reakcí sil v uzlech p i 2. zat žovacím stavu 5. TVORBA MODELU V NX I-DEAS Modely v softwaru NX I-Deas byly vytvo eny jako modely sko epinové, tvo ené st ednicovými plochami jednotlivých objem. To umož uje jednodušší modelování a tvorbu FEM modelu. Samoz ejm i menší asové a hardwarové nároky pro výpo et. Obr. 20: Modely v softwaru NX I-Deas. 24

25 5.1 Tvorba modelu základního rámu. Model základního rámu byl vytvo en napojením st ednicových ploch jednotlivých plech a profil, které jsou na skute ném rámu sva ovány. Model byl upraven na symetrický, pro zjednodušení modelování a pozd ji i vytvá ení sít. Zjednodušení spo ívá ve zdvojení montážních a funk ních otvor v hlavním nosníku a zadním p í ném plechu tak, aby se tyto otvory vyskytovaly na obou stranách základního rámu. Obr. 21: Otvory zp sobující nesymetrii modelu. Obr. 22: Model základního rámu v softwaru NX I-Deas. 25

26 5.2 Tvorba modelu nakládacího ramene Nakládací rameno bylo modelováno v základní složené poloze p i nulovém vysunutí. P i této poloze je uvažováno p enášení sil a následných nap tí a deformací od výsuvné ásti do t la ramene. Rameno bylo modelováno jako jeden kus, kdy výsuvná ást je uvnit ramene pevn a opírá se o vnit ní stranu ramene v místech styku vymezovacích plech a vnit ní plochy ramene. V t chto místech je výsuvná ást pevn spojena s plochami ramene. Obr. 23: Místa styku výsuvné ásti a ramene. Obr. 24: Model nakládacího ramene v softwaru NX I-Deas. 5.3 Vytvo ení kone noprvkové sít, vytvo ení FEM modelu Model základního rámu a nakládacího ramene byl sí ován dvourozm rnými prvky Thin Shell s definovanou tlouš kou. Elementy byly použity ty uzlové, na složitých plochách t í uzlové. Velikost element je u základního rámu 10 mm, v místech nejv tších nap tí je sí zjemn na a velikost elementu je zde 5 mm. Sí rámu tvo í element 26

27 Nakládací rameno je celé sí ováno 5 mm prvky se ty mi uzly. Sí tvo í element. Náhrady ep jsou realizovány pomocí tuhých prvk Rigid. Obr. 25: Náhrada h ídele nakládacích ramen prvky rigid. Obr. 26: Náhrada ep u uložení hlavních P H (vlevo) a uložení P H výsuvu nohy (vpravo). Obdobn jsou nahrazeny uložení na modelu nakládacího ramene. 27

28 Obr. 27: Tlouš ky jednotlivých plech a profil základního rámu, pohled shora a ze spodu. 5.4 Definice okrajových podmínek Okrajové podmínky na modelu jsou charakterizovány vazbami odpovídajícími vetknutí na všech místech výskytu plech, díky kterým je základní rám nástavby usazen a p ipevn n na rám automobilu. Plechy jsou erven vyzna eny na obr. 28. Obr. 28: Upevn ní základního rámu na rám automobilu. 28

29 Síly jsou definovány do uzl podle výsledk ze softwaru MSC.ADAMS. Ozna ení uzl na obrázku odpovídá ozna ení v tab. 1. Síly jsou definovány pro oba zat žovací stavy zvláš. Obr. 29: Definované síly a vazby na základním rámu. Obr. 30: Definované síly a vazby na nakládacím rameni. 5. ANALÝZA P VODNÍHO RÁMU 5.1 Výpo et návrhové pevnosti a posouzení reálnosti výsledk Návrhová pevnost nám ur uje míru maximálního nap tí v konstrukci, p i zatížení. S ohledem na ur itou velikost bezpe nosti. P esn ji s ohledem na spolehlivost ocelové konstrukce. Konstrukce základního rámu nástavby nosi e je vyrobena ze sva ovaným profil z oceli S355JO, d íve ozna ované podle eské normy [7] 29

30 Výpo et návrhové pevnosti odvozené od meze kluzu. f yd R e = (1) γ M Známe: R e = 355 MPa M = 1,15 Po dosazení do vztahu (1) dostaneme hodnotu návrhové pevnosti. f R = γ 355 = e yd = 308, 7 M 1,15 MPa Tato hodnota nám udává hranici nejvyššího možného nap tí na základním rámu nástavby. Oblasti s nap tím vyšším, než je hodnota návrhové pevnosti, jsou pro nás d ležité a je nutné je blíže prozkoumat a stanovit p í inu, pro tato nap tí vznikají. Pokud se jedná o koncentrace nap tí v místech svar, nejsou tato dále zkoumána, jelikož svary jsou v modelu poddimenzovány a zjednodušeny pro uleh ení práce v prost edí softwaru NX I-Deas. Ve skute nosti se v místech svaru po ítá s v tší tlouš kou materiálu. Skute ný tvar svaru by zna n omezil vliv vrubu a zm ny tlouš ky materiálu na vznik a koncentraci nap tí. Dále nejsou pro analýzu d ležité špi ky nap tí v oblastech spodní hrany kotvících plech na rám nákladního automobilu, protože jsou zp sobeny definicí okrajových podmínek do uzl sít. D ležit jší by byla oblast kolem t chto plech na rámu. Jelikož kolem plech nevznikají žádné závažné hodnoty nap tí, není ani toto p edm tem bližšího zkoumání. Místo styku výsuvu nohy a samotné nohy rámu je rovn ž místem výskytu koncentrace nap tí. Jedná se op t o definici okrajových podmínek do spodní hrany nohy, kde definované síly vyvolávají zna né nap tí. Ve skute nosti síly p sobí do v tší plochy, která s ásti tvo í plochu výztužných plech uvnit nohy rámu. Z pohledu simulace (v softwaru MSC.ADAMS) na místo styku výsuvu nohy a vlastní nohy rámu a místo záv su P H výsuvu nohy p sobí síly v tší než ve skute nosti. To je zp sobeno zvedáním zadní nápravy automobilu, nástavby a b emene nad úrove terénu. V praxi se tak ned je, jde pouze o zap ení nohou a mírné nadleh ení nápravy automobilu. 30

31 Pro pevnostní analýzu jsou nejd ležit jší ásti základního rámu, které jsou zobrazeny v detailech v následujících podkapitolách. Velmi závažná je p ední ást rámu, tvo ená p edním záv sem hlavních P H a jeho okolím. Zde nám nap tí v místech koncentrátor vysoce p esahuje hodnotu návrhové pevnosti. Další nemén d ležitou oblastí je spojení nohy rámu a zbytku rámu nástavby v zadní ásti. P esn ji, z horní strany na hranách plech, kde je nejv tší nap tí zp sobeno geometrií sou ástí. Ze spodní strany, v míst výztuže spoje nohy a rámu tj. v míst spoje výztuže a na ni kolmé st ny bo ního profilu rámu. Dosti namáhanou oblastí je také kolmé spojení p í ek pr ezu U s bo ním profilem rámu. To je patrné z pohledu ze spodu nástavby. V míst napojení kolmých ploch vzniká zna né nap tí. Tato t i místa jsou podrobn ji zkoumána a zobrazena v detailech v dalších podkapitolách. Je nutné navrhnout vhodné konstruk ní úpravy pro snížení nap tí v místech koncentrace a lepší rozvedení nap tí do v tších ploch kolem t chto koncentrátor. Pop ípad eliminace koncentrátor. Zobrazené deformace a velikosti nap tí jsou reálné. 5.1 První zat žovací stav 140 sekund První zat žovací stav je charakterizován polohou ramen nejvíce v zadu a kontejner visí nad podložkou (terénem). Hlavní P H dosáhly maximální síly nutné pro zasunutí píst a tím zvedání nakládacích ramen. P i tomto stavu je nejvíce namáhána oblast kolem uložení hlavních P H na základním rámu a oblast kolem spojení nohy rámu se zbytkem rámu. P esn ji bo ním obdélníkovým profilem. Zde dochází k vysokým nap tím a jsou zde velmi pravd podobné plastické deformace. Je velmi d ležité prostudovat místa s nejvyššími nap tími a zhodnotit, zda je možné odstranit koncentrace nap tí, nebo vysoká bodová nap tí rozložit do okolních ploch. Tyto oblasti budou dále ešeny do detail v následujících podkapitolách. 31

32 Obr. 31: Výsledky prvního zat žovacího stavu na základním rámu P ední ást rámu V p ední ásti rámu vzniká zna ná koncentrace nap tí kolem spojení uložení hlavních P H a bo ního obdélníkového profilu. A to na horní st n profilu v oblasti 32

33 výztužného plechu. Je to zp sobeno nevhodným tvarem plech, jak výztužného tak i bo ního plechu záv su. Ostatní špi ky nap tí na spojích plech je zap í in no koncentrací ve svarech. To lze odstranit siln jšími svary. Obr. 32: Detaily koncentrace nap tí na p ední ásti rámu P EDNÍ ÁST RÁMU NEVYHOVUJE Z HLEDISKA NÁVRHOVÉ PEVNOSTI Zadní ást rámu Na zadní ásti rámu vzniká maximální nap tí v oblasti napojení nohy rámu se zbytkem rámu. V míst, kde je napojena výztuha mezi nohou a bo ním obdélníkovým profilem na spodní st nu profilu. V tomto míst vzniká velká koncentrace nap tí. Je to zp sobeno nevhodným spojením na sebe kolmých ploch. Toto spojení má za následek koncentraci nap tí v oblasti spoje. V reálném p ípad by svar ve spoji zmenšil koncentraci nap tí, avšak dá se p edpokládat, že by nap tí nekleslo pod hodnotu návrhové pevnosti. Proto bude zapot ebí spojení a výztuhu p ehodnotit a zvolit jinou cestu k ešení problémového místa rámu. Z horní strany nohy je patrná koncentrace na plechu, který slouží k uchycení víka nohy. Dále na st n bo ního profilu. Tato místa bude t eba také p ehodnotit. Z ejm by sta ila jen zm na tlouš ky materiálu. 33

34 Obr. 33: Detaily koncentrace nap tí na zadní ásti rámu ZADNÍ ÁST RÁMU NEVYHOVUJE Z HLEDISKA NÁVRHOVÉ PEVNOSTI Napojení p í ek Napojení p í ek je další problematická oblast na konstrukci. Na obr. 34 je detail nejvíce namáhané p í ky (blíže k zadní ásti rámu). Je tvo ena U profilem napojeným na bo ní obdélníkový profil rámu. V tomto zat žovacím stavu vznikají nap tí v okolí napojení nízko pod hodnotou návrhové pevnosti. Proto pro tento zát žový stav není nutná úprava napojení. 34

35 Obr. 34: Detaily koncentrace nap tí v míst napojení p í ky na bo ní profil rámu NAPOJENÍ P Í EK RÁMU VYHOVUJE Z HLEDISKA NÁVRHOVÉ PEVNOSTI. 5.2 Druhý zat žovací stav 220 sekund Druhý zat žovací stav je charakterizován polohou ramen nejvíce ve p edu, kontejner visí nad nákladním prostorem automobilu. Hlavní P H dosáhly maximální síly nutné pro vysunutí píst a tím zvedání nakládacích ramen. P i tomto stavu je nejvíce namáhána oblast kolem uložení hlavních P H na základním rámu a oblast kolem spojení nohy rámu se zbytkem rámu. P esn ji bo ním obdélníkovým profilem. Další problémové místo se nachází ve spoji p í ného profilu a bo ního profilu. Nap tí zde zna n p evyšují hodnotu návrhové pevnosti, proto se konstruk ní úpravy odvíjí od tohoto zat žovacího stavu. 35

36 Obr. 35: Výsledky druhého zat žovacího stavu základním rámu P ední ást rámu V tomto p ípad je zjevné, že stávající provedení záv su pro hlavní P H je nevyhovující, protože nap tí v okolí i na samotném záv su vysoce p evyšují hodnotu návrhové pevnosti a tím hrozí plastická deformace konstrukce. Tento stav je nežádoucí a 36

37 je nutné posoudit, zda je vhodné použít jiný druh záv su, nebo pouze stávající záv s vyztužit. Nejvýhodn jší bude, dle mého názoru, navrhnutí nového záv su s využitím uzav eného profilu. P vodní záv s tvo ený otev eným profilem z ohýbaných plech dovoluje zna nou deformaci zp sobenou namáháním na ohyb a krut zárove. Obr. 36: Detaily koncentrace nap tí na p ední ásti rámu P EDNÍ ÁST RÁMU NEVYHOVUJE Z HLEDISKA NÁVRHOVÉ PEVNOSTI Zadní ást rámu Zadní ást rámu v druhém zat žovacím stavu je odlišná od prvního tím, že nap tí se koncentruje pouze na spodní stran bo ního obdélníkového profilu a výztuhy nohy. Jde op t o špatn zvolené napojení kolmých ploch. Nap tí je zna n nad hodnotou návrhové pevnosti. To je zp sobeno velkými silami od zatížení hmotnosti nástavby, hmotností vozidla a samotným b emenem. 37

38 Obr. 37: Detaily koncentrace nap tí na zadní ásti rámu ZADNÍ ÁST RÁMU NEVYHOVUJE Z HLEDISKA NÁVRHOVÉ PEVNOSTI Napojení p í ek P í ka má tendenci proniknout do bo ního obdélníkového profilu, nebo se od n j odtrhnout. Vzniká zde velká koncentrace nap tí, zp sobená velkých rozdílem tuhostí jedné plochy v tahu a druhé plochy v ohybu. Je tedy nutné zvolit jiné napojení, nebo tento spoj dostate n vyztužit, a tak vzniklá nap tí rozložit do v tší plochy. V míst spojení s vysokou koncentrací nap tí je zcela z ejmé, že bude docházet k porušení svaru. To je nežádoucí jev, který bude mít za následek i rozší ení koroze. 38

39 Obr. 38: Detaily koncentrace nap tí v míst napojení p í ky na bo ní profil rámu NAPOJENÍ P Í EK RÁMU NEVYHOVUJE Z HLEDISKA NÁVRHOVÉ PEVNOSTI. 39

40 5.3 Nakládací rameno Na nakládacím rameni nevznikají velké koncentrace nap tí. Nap tí je zde dob e rozvedeno do ploch konstrukce. Proto není nutné provád t n jaké zm ny na konstrukci ramene. Maximální hodnoty nap tí jsou patrné pouze v místech definice dotyku pevné a výsuvné ásti ramene. Ve skute nosti zde tato koncentrace nevzniká. Obr. 39: Výsledky zat žovacího stavu nakládacího ramene. NAKLÁDACÍ RAMENO VYHOVUJE Z HLEDISKA NÁVRHOVÉ PEVNOSTI. 6. NÁVRH VHODNÝCH ÚPRAV RÁMU Jak je z p edešlých obrázk patrné, nejvíce nap tí se p enáší do bo ního obdélníkového profilu. Výrobce používá profil 200 x 120 x 5. Z pevnostní analýzy vyplývá, že tento profil má nedostate nou tlouš ku st ny. Proto základní úpravou základního rámu byla zm na bo ního obdélníkového profilu na 200 x 120 x 6, ímž se nám zv tšila tlouš ka st ny a tím se snížila hodnota nap tí. P ední p í ný obdélníkový 40

41 profil stejného pr ezu bylo rovn ž nutno zesílit na 200 x 120 x 8. Tato úprava zp sobila zvýšení tuhosti základního rámu. Nap tí v okolí p edního záv su hlavních P H vysoce p esahovala hodnotu návrhové pevnosti. Zp sob umíst ní t lesa záv su byl nevyhovující, jelikož byl situován z bo ní strany nástavby. Tato poloha zp sobovala, v místech styku záv su a bo ního profilu, velké ohybové momenty, které se projevily vysokou hodnotou nap tí ve st nách bo ního profilu a také na samotném t lese záv su. Nejvýhodn jší z hlediska snížení nap tí, by bylo p ehodnotit uspo ádání nástavby a tento záv s umístit nad bo ní profil. To by zjednodušilo konstrukci této ásti nástavby a nebylo by t eba žádných složit jších vyztužení. Bo ní nosník je namáhán na ohyb a áste n na krut. Toto namáhání by se v p ípad záv su nad nosníkem omezilo jen na ohyb, nebo by se namáhání kroucením zna n snížilo. Jelikož by tato úprava znamenala rozší ení nástavby a složit jší upravení celé konstrukce, p iklonil jsem se k mén náro nému ešení. To spo ívalo v prodloužení p edního p í ného profilu tak, aby p esahoval p es bo ní profily. Záv s se umístil na volný konec p í ného profilu. ep pro zav šení P H není nad úrovní horní plochy bo ního profilu. Namáhání kroucením se tak p eneslo více na p í ný profil. Celý záv s se tím zjednodušil. Obr. 40: P vodní provedení záv su hlavních P H na p ední stran základního rámu 41

42 Nový záv s byl vytvo en z plech tlouš ky 20 mm, což nám umožnilo dosáhnout dostate né tuhosti. Spojení pouzder epu a bo ních plech bylo vyztuženo žebry o tlouš ce také 20 mm. Žebra zabra ují vylomení pouzdra a pomáhají lepšímu rozvedení nap tí do bo ních plech. Záv s upevn ný na volný konec p edního p í ného profilu byl dále vyztužen plechy tlouš ky 8 mm, které p enášejí nap tí do vodorovných ploch bo ního profilu. Takto vytvo ený záv s je vhodn jší hlavn díky umíst ní epu za p ední p í ný profil, ale je i tužší díky uzav enému profilu, na který je upevn n. Nové provedení záv su hlavních P H na p ední stran základního rámu zp sobuje rozší ení, v místech záv s, o 10 mm na každé stran rámu. Pro p ímé uložení hlavních P H je tedy nutné posunout pouzdra o 10 mm sm rem ven i na nakládacích ramenech. Tato úprava není nijak složitá, jde jen o umíst ní jiné délky pouzder ep. Obr. 41: Nové provedení záv su hlavních P H na p ední stran základního rámu. Nutné bylo také upravit ep ur ený pro uložení do záv su hlavního P H. P vodní ep byl proveden sva ením dvou ástí. D íku a p íruby, tvo ící hlavu epu, která byla uzp sobena pro zajišt ní proti pooto ení a uvoln ní epu v pouzdrech. ep je vybaven mazacím otvorem, který byl u p vodního provedení na volném konci d íku. To je výhodné pro uložení v pr chozím pouzd e. Jelikož zm na polohy pouzder zp sobila, že pouzdra už nejsou pr chozí, ale slepá, bylo nutné použít nový ep. Nový ep má mazací otvor na stran hlavy epu. Nový ep byl op t ešen jako sva enec dvou ástí. 42

43 Obr. 42: P vodní ep záv su hlavního P H Obr. 43: Nový ep záv su hlavního P H Nový ep byl vytvo en ze stejného materiálu a stejnou technologií jako ep p vodní. Jelikož jde o dlouhou dobu používanou a prov enou sou ást, není t eba provád t pevnostní analýzu. Nap tí v okolí spojení nohy nástavby s bo ním obdélníkovým profilem, p esn ji v míst spoje výztuhy a bo ního profilu, vysoce p esahovalo hodnotu návrhové pevnosti. ešení tohoto spoje bylo nevyhovující, protože se jednalo o napojení dvou kolmých ploch, což zp sobilo zna né namáhání a tendenci odtržení výztuhy od bo ního obdélníkového profilu. Problém vysokého nap tí v oblasti spoje nohy a bo ního profilu bylo možné ešit použitím jiného druhu výztuhy. A to nava ením výztužných plech vhodného tvaru na protilehlé svislé plochy tohoto spoje. Použití výztužných plech umožní p enesení nap tí 43

44 do svislých ploch nohy a bo ního profilu. Tvar plech byl volen s ohledem na p iva ení ke konstrukci a na vzniklé koncentrátory nap tí. Tvar byl vytvo en bez ostrých hran, kolem kterých by vznikla koncentrace nap tí. Tlouš ka plechu 8 mm byla volena podle tlouš ky st ny podp rné nohy rámu. Podle pevnostní analýzy je z ejmé že navrhovaná tlouš ka je dosta ující. Nové ešení je velmi jednoduché a ú inné. Jde o vyztužení spoj, které je velmi používané u jiných výrobc transportní nebo stavební techniky. Obr. 44: P vodní provedení výztuže spojení nohy a bo ního profilu. Obr. 45: Nové provedení výztuže spojení nohy a bo ního profilu. 44

45 T leso op rné nohy nabylo nutné nijak závažn upravovat. Pouze plechy umíst ný vodorovn v horní ásti nohy zp sobovaly pravoúhlými hranami otvoru koncentrace nap tí. Tyto plechy byly nahrazeny jedním plechem o tlouš ce 6 mm. Hrany byly zaobleny. Nap tí se tím zna n snížilo. Plechy p vodn sloužily pro upevn ní víka nohy zakrývající otvor pro montáž P H a montáž hadic hydraulické kapaliny. Za horní hranou nohy v míst spoje s bo ním profilem byl p idán plech tlouš ky 3 mm. P idání plechu zv tší tlouš ku st ny a vyztuží horní hranu spoje. Obr. 46: P vodní provedení horního konce podp rné nohy. Obr. 47: Nové provedení horního konce podp rné nohy. 45

46 Nap tí v okolí spojení p í ek a bo ního obdélníkového profilu p esahovalo hodnotu návrhové pevnosti. Jde op t o napojení kolmých ploch. Spojení bylo ešeno pomocí plechových žeber tlouš ky 6 mm spojujících svislé plochy p í ek a vodorovné plochy bo ního profilu. Tato úprava má za následek lepší p enesení zatížení do ploch bo ního profilu. Jde o úpravu, která nijak nezasahuje do p vodního uspo ádání základního rámu. Jedná se pouze o p iva ení vyztužujících žeber na plochy podle obr. 49. Obr. 48: P vodní provedení napojení p í ek na obdélníkový profil. Obr. 49: Nové provedení napojení p í ek na obdélníkový profil. 46

47 Všechny uvedené úpravy znamenají mírný nár st hmotnosti nástavby. Bohužel jsou nutné a nelze se jim vyhnout. Snad pouze ubráním materiálu v místech s nejnižším zatížením, nebo bez zatížení, by mohlo nár st hmotnosti snížit. Ovšem je nutné zhodnotit zda je tato úspora hmotnosti p edm tná a výhodná. Po všech provedených úpravách se hmotnost základního rámu nástavby zvýšila o cca 70 kg. P idaná hmotnost není až tak závratná a nezp sobuje žádné komplikace ohledn provozu po pozemních komunikacích. Bez t chto úprav by základní rám nebyl dostate n dimenzován a v provozu by se projevovaly viditelné plastické deformace na ur itých místech. 7. ANALÝZA UPRAVENÉHO RÁMU Základní rám nástavby nosi e byl po všech úpravách a zm nách op t analyzován ve výpo tovém programu NX I-Deas. Pevnostní analýza ukázala rapidní snížení nap tí v kritických místech na konstrukci. Nap tí se poda ilo snížit nebo rozložit do ploch tak, že jeho hodnoty nep esahují hodnotu návrhové pevnosti na nosných nebo výztužných prvcích. Jak už bylo výše uvedeno, není brán z etel na koncentrace nap tí zp sobené náhradami svar nebo v místech velkých rozdíl tlouš ky sva ovaných sou ástí bez modelového definování svar. V reálném modelu tato nap tí nevznikají nebo jsou mnohem menší než u modelu pro pevnostní analýzu. Zvolené úpravy jsou tedy prokazateln ú inné a zvyšují bezpe nost celé nástavby p i provozu. Velmi d ležité je spln ní požadavku na návrhovou pevnost konstrukce. Tento požadavek byl spln n a místa, která byla shledána jako nejvíce namáhaná jsou vyhovující. 47

48 7.1 První zat žovací stav 140 sekund. Obr. 50: Výsledky prvního zat žovacího stavu upraveného základním rámu. 48

49 7.1.1 P ední ást rámu P ední ást rámu prod lala nejv tší zm ny konstrukce, díky které se maximální hodnota nap tí snížila pod hodnotu návrhové pevnosti. Koncentrace nap tí kolem pouzdra uložení ep záv s hlavních P H dosahuje hodnoty blízké hodnot meze kluzu oceli S355JO. Koncentrace nap tí je zp sobena ostrým napojením mezi pouzdrem a bo ním plechem záv su. V realit je však nap tí v tomto spoji menší, jelikož koncentrátor nap tí je zde omezen svarem mezi ob ma sou ástmi. Obr. 51: Detaily p ední ásti upraveného rámu P EDNÍ ÁST RÁMU VYHOVUJE Z HLEDISKA NÁVRHOVÉ PEVNOSTI Zadní ást rámu Zadní ást rámu byla vyhodnocena jako nevyhovující v oblasti spojení podp rné nohy a zbytku základního rámu, respektive spojení nohy a bo ního obdélníkového profilu. 49

50 Úprava spojení pomocí vyztužovacích plech na bo ních plochách snížila hodnotu nap tí pod hodnotu návrhové pevnosti. Obr. 52: Detaily zadní ásti upraveného rámu ZADNÍ ÁST RÁMU VYHOVUJE Z HLEDISKA NÁVRHOVÉ PEVNOSTI. 50

51 7.1.3 Napojení p í ek Vyztužení oblasti napojení p í ek má za následek kvalitn jší rozložení nap tí do ploch bo ního obdélníkového profilu a tím snížení lokálních extrém pod hodnotu návrhové pevnosti. Toto ešení, jak je patrné z obrázk, je velmi výhodné pro podobn namáhané spoje. Nap tí zde není koncentrováno ve v tší mí e. Obr. 53: Detaily napojení p í ky na bo ní profil upraveného rámu NAPOJENÍ P Í EK RÁMU VYHOVUJE Z HLEDISKA NÁVRHOVÉ PEVNOSTI. 51

52 7.2 Druhý zat žovací stav 220 sekund Obr. 54: Výsledky druhého zat žovacího stavu upraveného základním rámu. 52

53 7.2.1 P ední ást rámu P ední ást rámu i pro druhý zat žovací stav vykazuje podobné zatížení jako p i prvním zat žovacím stavu. Hodnoty maximálních nap tí jsou pod hodnotou návrhové pevnosti. Op t pouze v oblasti kolem pouzder uložení ep pro zav šení hlavních P H dosahují nap tí hodnoty do meze kluzu oceli S355JO. Obr. 55: Detaily p ední ásti upraveného rámu P EDNÍ ÁST RÁMU VYHOVUJE Z HLEDISKA NÁVRHOVÉ PEVNOSTI. 53

54 7.2.2 Zadní ást rámu Zadní ást rámu p i druhém zat žovacím stavu, odpovídající simula nímu asu 220 sekund, nevykazuje velké hodnoty nap tí, p ekra ující hodnotu, p i které dochází k plastické deformaci. Maximálních nap tí zde dosahují hodnot, nižších než je hodnota návrhové pevnosti. Proto je zvolená konstruk ní úprava vyhovující. Obr. 56: Detaily zadní ásti upraveného rámu ZADNÍ ÁST RÁMU VYHOVUJE Z HLEDISKA NÁVRHOVÉ PEVNOSTI. 54

55 7.2.3 Napojení p í ek Úprava kolmého spoje p í ek a bo ního obdélníkového profilu je ú elná i pro druhý zat žovací stav. Ob p í ky p i simula ním ase 220 sekund a p i plném zatížení nevykazují známky v tšího namáhání. Nap tí v oblasti napojení je díky úprav rozloženo a tím sníženo na hodnoty nižší hodnot návrhové pevnosti. Obr. 57: Detaily napojení p í ky na bo ní profil upraveného rámu NAPOJENÍ P Í EK RÁMU VYHOVUJE Z HLEDISKA NÁVRHOVÉ PEVNOSTI. 55

56 7.3 Nakládací rameno Nakládací ramena prod lala jen malou zm nu, a to posunutí pouzder ep pro uložení hlavních P H o 10 mm sm rem od st edu nástavby. Po provedení zm ny bylo nutné provést pevnostní analýzu, pro ov ení, že nedošlo k velkým zm nám v rozložení nap tí na konstrukci ramen. Tato zm na m la malý, tém nepatrný vliv na zm nu rozložení nap tí v plochách výsuvné ásti a t lesa ramene. Rozdíl mezi nap tím v ramenech p ed úpravou a po úprav je malý. Koncentrace nap tí v místech svar a v místech definice dotyku pevné a výsuvné ásti ramene je op t zanedbána. Úprava ramen, a koliv nemá žádný závažný dopad na zm nu nap tí, je nezbytná z d vodu dodržení p ímosti hlavních P H. Ramena jsou dostate n dimenzována a není tedy nutný žádný další zásah do konstrukce. Ramena i po úprav lze považovat za vyhovující. Obr. 58: Výsledky zat žovacího stavu nakládacího ramene. NAKLÁDACÍ RAMENO VYHOVUJE Z HLEDISKA NÁVRHOVÉ PEVNOSTI. 56

57 8. ZÁV RE NÁ ÁST V této kapitole je celkové shrnutí poznatk ze zpracovávání výsledk pevnostní analýzy základního rámu nástavby ramenového nosi e kontejner. Jde o celkové nastín ní problematiky provázející návrh a následné od vodn ní úprav na konstrukci základního rámu a nakládacích ramen nástavby. 8.1 Shrnutí Všechny simulace a následné okrajové podmínky pro výpo et MKP byly odvozeny od podmínky, která up esnila maximální využití síly použitelné pro nakládání a vykládání b emene ( kontejneru ). Tj. maximální využití tlaku pod pístem a nad pístem hlavních P H, a tím vyvozené síly p sobící na záv sy P H na základním rámu a nakládacích ramenech. Je to samoz ejm zp sobeno variabilitou zav šení kontejneru na et zy p i manipulaci s kontejnerem. Pouze nakládací ramena byla analyzována ve vodorovné poloze, aby byl nasimulován p ípad maximálního zatížení. I p es extrémní p ípad zatížení ramen ve vodorovné poloze je z výsledk analýzy MKP patrné, že nebylo t eba žádných úprav. Naopak tomu bylo u základního rámu testovaného ve dvou stádiích nejv tšího zatížení ( zat žovacích stavech ), kdy konstrukce vykazovala veliké nedostatky. Po všech úpravách nejvíce namáhaných ástí konstrukce a po vyhodnocení výsledk pevnostní analýzy je vid t velké zlepšení z pohledu rozložení nap tí v celé konstrukci základního rámu. Provedené úpravy jsou nutné z d vodu bezpe nosti provozu nástavby. Ta byla p ed úpravami velmi namáhána a vykazovala v jistých oblastech plastické deformace. Úpravy byly provedeny s ohledem na návrhovou pevnost konstrukce, stanovenou výpo tem v kapitole 5.1, kdy hodnoty st edního nap tí, podle podmínky HMH, jsou pod hodnotou návrhové pevnosti. Pouze v místech maximální koncentrace, vlivem koncentrátor závislých na geometrii sou ástí, skokových zm nách tloušt k nebo na provedení svar, se hodnota st edního nap tí pohybuje pod hodnotou meze kluzu použitého materiálu. Dalším ohledem p i navrhování konstruk ních úprav byla hmotnost základního rámu a tím i celé nástavby nosi e. Jelikož tato nástavba byla navržena velmi odleh ená, byl veliký prostor pro p idávání materiálu. Po úpravách, p ídavek materiálu vyvolal nár st hmotnosti pouze o 70 kg. Tento nár st hmotnosti je vzhledem k hmotnosti celé nástavby ( kolem 2100 kg ) mírný, a nevyvolá žádné v tší rozdíly v zatížení nákladního vozidla, ani v zatížení vozovky. D ležitým parametrem po úprav je jist i cena upravené nástavby. Ovšem po výše uvedeném nár stu hmotnosti, nebude ani nár st ceny, v závislosti na hmotnosti použitého materiálu, nijak závažný. Proto považujme všechny úpravy nejen za vyhovující, vhodné, ale i výhodné. 57

58 8.2 Záv r V této záv re né diplomové práci jsem provád l po íta ovou simulaci manipulace nákladního automobilu, osazeného ramenovým nosi em kontejner, s b emenem o celkové hmotnosti 13 tun. Simulace probíhala v softwaru MSC.Adams, z n hož bylo hlavním výstupem dat zjišt ní reakcí sil od zatížení v hlavních vazebních uzlech na konstrukci základního rámu. Ze získaných reakcí a zpracovaných graf jsem stanovil zat žovací stavy, které odpovídají okamžiku, kdy je základní rám zatížen nejv tšími silami vyvolanými hlavními P H. Zjišt né síly jsem definoval jako okrajové podmínky pro výpo et pevnostní analýzy MKP v softwaru NX I-Deas. Výsledky pevnostní analýzy jsem zpracoval a vyhodnotil. Na základ výsledk jsem ur il nejvíce namáhané oblasti a prvky na konstrukci základního rámu a nakládacích ramen. Dále jsem navrhnul konstruk ní úpravy analyzovaného základního rámu. Uvedené a ov ené výsledky zna n snížily nap tí v zatíženém rámu. Takto upravený rám vyhovuje s ohledem na návrhovou pevnost. Nakládací ramena nejsou namáhána velkými nap tími, a tudíž nepot ebovala žádné konstruk ní úpravy. Optimalizace základního rámu byla velmi nutná, jelikož nap tí v ur itých oblastech vysoce p esahovalo hodnotu návrhové pevnosti i hodnotu meze kluzu. Po zvolených úpravách, pevnostní výpo et potvrdil zna né snížení nap tí pod hodnotu návrhové pevnosti. Pouze v místech koncentrace nap tí v malých oblastech, z stala hodnota nap tí, blížící se hodnot meze kluzu. S ohledem na reálné chování konstrukce, je však i v t chto p ípadech konstrukce vyhovující. 58

59 9. SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJ [1] KOVOK Jeseník [online] [cit ]. Dostupné z: < [2] CTS Containers. [online] [cit ]. Dostupné z: < [3] FORNAL trading s.r.o. [online] [cit ] Dostupné z: < [4] KOP IVA, Petr. Landwirtschafts Simulator Traktor Zetor simulátor 2011 [online] [cit ]. Nákladní auta. Dostupné z : < [5] MAN Truck & Bus AG. TGM 18 Tonne 4x4 Rigid [online] [cit ]. Dostupné z: < d_0809.pdf > [6] MAN Truck & Bus AG. Sm rnice pro nástavbá e [online]. Mnichov: Odd lení ESC, s. Dostupné z: < [7] SN Navrhování ocelových konstrukcí. [s.l.] : eský normaliza ní institut, B ezen s. ICS [8] LEINVEBER, Jan - VÁVRA, Pavel. Strojnické tabulky. 3. vyd.úvaly: Albra s. ISBN

60 10. SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOL Adams Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems CN ozna ení uložení p ímo arých hydromotor výsuvu nohy CR ozna ení uložení nakládacích ramen CSN eská státní norma CV p edního uložení hlavních p ímo arých hydromotor FEM finite element method f yd [MPa] návrhová pevnost M [-] sou initel spolehlivosti materiálu HMH Huber-Mises-Henckly I-DEAS Integrated design and Engineering Analysis I xx [kg.mm 2 ] moment setrva nosti k t žištní ose X I yy [kg.mm 2 ] moment setrva nosti k t žištní ose Y I zz [kg.mm 2 ] moment setrva nosti k t žištní ose Z MKP metoda kone ných prvk MSC MacNeal-Schwendler Corporation N ozna ení místa dotyku nohy a výsuvu nohy NKR nosi kontejner ramenový NX Next Generation OBJ Object P H p ímo arý hydromotor R e [MPa] mez kluzu zs zat žovací stav 60

61 11. SEZNAM P ÍLOH P íloha 1 P íloha 2 P íloha 3 P íloha 4 P íloha 5 P íloha 6 P íloha 7 P íloha 8 P íloha 9 P íloha 10 První zat žovací stav p vodního rámu 140 s horní strana První zat žovací stav p vodního rámu 140 s spodní strana Druhý zat žovací stav p vodního rámu 220 s horní strana Druhý zat žovací stav p vodního rámu 220 s spodní strana První zat žovací stav upraveného rámu 140 s horní strana První zat žovací stav upraveného rámu 140 s spodní strana Druhý zat žovací stav upraveného rámu 220 s horní strana Druhý zat žovací stav upraveného rámu 220 s spodní strana Nakládací rameno - p vodní Nakládací rameno upravené ZÁKLADNÍ RÁM NKR130V, výkres sestavy. výkresu 1-NKR130V-00/00 VÝZTUŽNÝ PLECH BO NÍ, výkres sou ásti. výkresu 3-NKR130V-00/11 HORNÍ PLECH NOHY, výkres sou ásti. výkresu 4-NKR130V-00/12 VÝZTUHA ULOŽENÍ HL P H HORNÍ, výkres sou ásti. výkresu 4-NKR130V-00/17 VÝZTUHA ULOŽENÍ HL P H SPODNÍ,výkres sou ásti. výkresu 4-NKR130V-00/18 VÝZTUŽNÝ PLECH HORNÍ, výkres sou ásti. výkresu 3-NKR130V-00/19 P Í KA, výkres sestavy. výkresu 3-NKR130V-06/00 VÝZTUHA P Í KY, výkres sou ásti. výkresu 4-NKR130V-06/02 ULOŽENÍ HLAVNÍCH P H VNIT NÍ, výkres sestavy,. výkresu 2-NKR130V-15/00 BO NICE VNIT NÍ, výkres sou ásti. výkresu 3-NKR130V-15/01 ŽEBRO TROJÚHELNÍKOVÉ, výkres sou ásti. výkresu 4-NKR130V-15/02 POUZDRO EPU VNIT NÍ, výkres sou ásti. výkresu 4-NKR130V-15/03 ŽEBRO OBDÉLNÍKOVÉ VNIT NÍ, výkres sou ásti. výkresu 4-NKR130V-15/04 ULOŽENÍ HLAVNÍCH P H VN JŠÍ, výkres sestavy. výkresu 3-NKR130V-16/00 BO NICE VN JŠÍ, výkres sou ásti. výkresu 3-NKR130V-16/01 ŽEBRO OBDÉLNÍKOVÉ VN JŠÍ, výkres sou ásti. výkresu 4-NKR130V-16/02 POUZDRO EPU VN JŠÍ, výkres sou ásti. výkresu 4-NKR130V-16/03 EP, výkres sou ásti. výkresu 3-CEP-01/00 61