Tříbodový závěs traktoru z nekovového materiálu

Transkript

1 Technická fakulta ČZU Praha Autor: Karel Sobotka Semestr: letní 2009 Tříbodový závěs traktoru z nekovového materiálu Úkol Úkolem je vymodelovat v programu Autocad tříbodový závěs traktoru a zpočítat jeho hmotnost a nosnost při použití nekovového materiálu. Popis Z našeho traktoru Zetor 5718 jsem si na papír načrtl a změřil všechny části tříbodového závěsu traktoru. Poté jsem pomocí programu Autocad vymodeloval v přesných rozměrech jednotlivé součásti a následně spojil do jednoho celku tvořící daný tříbodový závěs. Vymodelováním součásti v Autocadu si můžu zjistit jejich přesný objem, což bylo mým cílem. Dále jsem si pomocí programu Mathcad zpočítal hmotnost závěsu, když je vyrobený z oceli a nebo z nekovového materiálu. Zvolil jsem si plastový materiál s nejvyšší mezí pevností, který se dal na internetu nalézt. Vhodný plast jsem našel u firmy Tribon. Následně jsem si zpočítal nosnost závěsu vyrobeného z plastu při zachovaní stejných rozměrů. Také jsem uvedl další materiály, které mají nižší hustotu, tudíž nižší hmotnost, o stejné, ale i o několikrát větší mezi pevnosti, které by byly vhodné k výrobě závěsu z důvodu snížení hmotnosti a zachování rozměrů a dokonce i zvýšení nosnosti závěsu. Foto tříbodového závěsu traktoru Zetor 5718

2 Zvolený plastový materiál technický špičkový plast KETRON PEEK CA 30 Tento materiál vyztužený 30% uhlíkových vláken nabízí lepší mechanické vlastnosti, vyšší mez pevnosti v tahu, vyšší modul pružnosti v tahu, vyšší odpor proti tečení a optimální odolnost proti opotřebení. Kromě toho poskytuje uhlíkové vlákno 3,5x vyšší tepelnou vodivost než nevyztužený plast, odvádí tak rychleji teplotu z povrchu součásti. základní vlastnosti Ketronu Peek CA 30: Rm = 130 MPa - mez pevnosti v tahu E = MPa - modul pružnosti v tahu ρ = kg/m3 - hustota Kovový materiál např. ocel zvolený k porovnání s nekovovými materiály OCEL ČSN Konstrukční ocel. Strojní součásti namáhané staticky i dynamicky.např. hřídele, ozubená kola, strojní součásti soustružené, čepy, kolíky, pouzdra, základové desky apod.. základní vlastnosti oceli: Rm = MPa - mez pevnosti v tahu E = MPa - modul pružnosti v tahu ρ = kg/m3 - hustota Další vhodné materiály k výrobě tříbodového závěsu z důvodu snížení hmotnosti a zachování rozměrů a dokonce i zvýšení nosnosti závěsu KEVLAR (Aramidy) Jedná se o výztuže na bázi aromatických polyamidů. Oproti skelným vláknům jsou aramidy mnohem lehčí, to znamená, že jejich pevnost v poměru k váze je několikanásobně větší. Mají rovněž dvojnásobně větší modul a vynikající schopnost absorbovat energii. Kompozity vyztužené aramidovými vlákny se proto používají pro dynamicky namáhané aplikace zejména v dopravních prostředcích. základní vlastnosti aramidových vláken: nízkomodulové vysokomodulové Rm = MPa Rm = MPa - mez pevnosti v tahu E = 70 GPa E = 130 GPa - modul pružnosti v tahu ρ = kg/m3 ρ = kg/m3 - hustota

3 KARBON (Uhlíková vlákna) Uhlíková vlákna se používají ve formě pramenců nebo jako tkaniny s různou vazbou buď jako celouhlíkové nebo hybridní v kombinaci s vlákny skleněnými resp. aramidovými. Vzhledem k jejich vysokému modulu a pevnosti a relativně nízké váze a také ale vysoké ceně se uhlíková vlákna používají na špičkové aplikace, převážně v kombinaci s epoxidovými pryskyřicemi jako matricí pro lodě, sportovní potřeby, závodní automobily, v letectví a kosmických aplikacích. základní vlastnosti uhlíkových vláken: vysokopevná vysokomodulové Rm = MPa Rm = MPa - mez pevnosti v tahu E = GPa E = GPa - modul pružnosti v tahu ρ = kg/m3 ρ = kg/m3 - hustota SUPERDURAL ČSN Al Cu 4 Mg 1 Je lehký neželezný kov. Vytvrzovatelná slitina o velké pevnosti. Konstrukční materiál na letadla, kolejová vozidla, auta a jiné dopravní prostředky. základní vlastnosti superduralu: Rm = MPa - mez pevnosti v tahu E = MPa - modul pružnosti v tahu ρ = kg/m3 - hustota Výpočty Zjitěné objemy součástí tříbodového závěsu z Autocadu objem zvedacích ramen: V mm 3 := objem horních táhel: V mm 3 := objem spodních táhel: V mm 3 := objem tažníků: V mm 3 := objem bočních táhel: V mm 3 := objem řetězů: V mm 3 := objem desek: V mm 3 := objem děrované lišty: V mm 3 := objem regulátoru: V mm 3 := objem stavěcí lišty na třetí bod: V 10 := mm 3 objem držáku: V mm 3 := objem třetího bodu: V mm 3 :=

4 Hmotnost tříbodového závěsu z oceli hustota oceli: ρ o := 7850kg m 3 ( ) ρ o m o := V 1 + V 2 + V 3 + V 4 + V 5 + V 6 + V 7 + V 8 + V 9 + V 10 + V 11 + V 12 hmotnost tříbodového závěsu z oceli: m o = kg Hmotnost tříbodového závěsu z plastu hustota technického špičkového plastu KETRON PEEK CA 30: ρ p := 1410kg m 3 ( ) ρ p m p := V 1 + V 2 + V 3 + V 4 + V 5 + V 6 + V 7 + V 8 + V 9 + V 10 + V 11 + V 12 hmotnost tříbodového závěsu z plastu: m p = kg Výpočet nosnosti tříbodového závěsu z plastu na konci dolních táhel délka od konce dolního táhla k hornímu táhlu: l:= 450mm šířka dolního táhla: b:= 20mm výška dolního táhla: h:= 80mm napětí dovolené v ohybu: σ Do := Pa gravitační zrychlení: g:= 9.81m s 2 b h 2 pruřezový modul v ohybu: W o := W 6 o = L M o ohybový moment: σ o := W o M o := σ Do W o M o = N m zvedací síla závěsu na konci dolních táhel: M o := F l M o F:= l F = N nosnost tříbodového závěsu z plastu na konci dolních táhel: F:= m g m:= F g m = kg

5 Závěr Nosnost tříbodového závěsu traktoru Zetor 5718, vyrobeného z oceli, udávaná výrobcem je 14 kn, tedy kg a vypočtená hmotnost závěsu je 123 kg. Nosnost tříbodového závěsu se zachovanými rozměry, ale vyrobený z plastu má nosnost 240 kg a vypočtenou váhu 22 kg. Z toho nakonec vyplývá, že kdyby jsme chtěli udělat tříbodový závěs traktoru z plastu z důvodu snížení hmotnosti závěsu, tak se nám i sníží nosnost závěsu. Kdyby jsme chtěli zachovat stejnou nosnost plastového závěsu jakou má ocelový, museli bychom rozměry plastového závěsu udělat šestkrát větší, čímž se nám i zvedne hmotnost na stejnou úroveň s ocelovým, což není žádoucí. Důvodem v současnosti je, že jsem nenašel plast, který by měl alespoň přibližně stejné mechanické vlastnosti ( mez pevnosti v tahu a kluzu) jako ocel. Nejpevnější plasty co jsem našel, tak měli většinou asi tak čtyřikrát menší pevnost než ocel. Vhodnějšími materiály pro snížení hmotnosti a dokonce i zvýšení nosnosti tříbodového závěsu by byly materiály uvedené výšše. Jako například použítí kevlarových nebo uhlíkových vláken. Ty mají mnohonásobně několikrát větší pevnost než plast a i ocel, ale hustotu skoro shodnou s daným plastem, čímž je zaručena menší hmotnost než u oceli. To je předurčuje k použití na pevnější a lehčí součásti. Jejich cenna není zrovna nejnižší, ale dostupné jsou. Otázkou je, jestli má smysl vyrobit lehčí tříbodový závěs pro traktor, protože to je jen nepatrná část z váhy celého traktoru. V nynější době se, ale klade hlavně důraz na co nejmenší utužení půdy způsobené přejezdem těžkého traktoru po poli, z druhé strany se zas vyrábí traktory s velkými výkony motorů. Z tohodle důvodu se zase traktory dotěžují přídavnými závažími, aby byl daný výkon motoru traktoru přenesen na podložku s co nejmenší ztrátou a prokluzem kol. Takže těžko říci, jestli ano nebo ne. Nejlépe by se tyto tříbodové závěsy s využitím nekovových materiálů z důvodu snížení hmotnosti hodily například pro menší traktory do sadů a vinic a nebo především na stroje, které se používají na rýžových polích, kde je vyšší vlhkost půdy a cílem je vyrobit lehčí stroje, které by se moc nebořili a lehce se pohybovaly po rýžových polích. Literatura, odkazy a zdroje adresy použitých webových stránek: použitá literatura: LEINVEBER,J., VÁVRA,P. * Strojnické tabulky * ÚVALY: ALBRA, 2003 * 894 s * ISBN