Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích Pedagogická fakulta Katedra alikované fyziky a techniky Bakalářská ráce Secializované uzavírací mechanizmy mobilních cisteren se zaměřením na vyrazdňovací víka skláěcích řeravníků Autor: Jaroslav Kadlec Vedoucí ráce: PaedDr. Veselý Bedřich, Ph.D. České budějovice 2013
Abstrakt Bakalářská ráce se zabývá zdokonalením konstrukce zavěšení zadního vyrazdňovacího víka skláěcího cisternového řeravníku. Práce řeší ředevším nosný rvek víka. Funkční návrh je dolněn o konstrukční výočty, které rověřují navržené řešení z kinematického i evnostního hlediska. Při výočtech se hlavní ozornost soustředila na evnostní kontrolu. Pro větší názornost jsou uvedena výočtová schémata, takže ráce je využitelná i jako vzorová úloha ro výuku ředmětu "Stroje a řízení". Klíčová slova konstruování, evnostní výočet, uzávěr řeravníku Abstract This bachelor thesis deals with an imroving of the design of the susension folding rear discharge tank container lid. The work deals rimarily suorting element cover. Functional roosal is comlemented by structural calculations that examine the roosed solution of kinematic and the strength. When calculation should be the main focus was on the analysis. To illustrate the calculation schemes are listed, so the work is usable as a role model for the teaching of "Machinery and control". Keywords constructing, strength calculation, seal of container
Prohlašuji, že v souladu s 47b zákona č. 111/1998 Sb. v latném znění souhlasím se zveřejněním své bakalářské ráce, a to v nezkrácené odobě elektronickou cestou ve veřejně řístuné části databáze STAG rovozované Jihočeskou univerzitou v Českých Budějovicích na jejích internetových stránkách, a to se zachováním mého autorského ráva k odevzdanému textu této kvalifikační ráce. Souhlasím dále s tím, aby toutéž elektronickou cestou byly v souladu s uvedeným ustanovením zákona č. 111/1998 Sb. zveřejněny osudky školitele a oonentů ráce i záznam o růběhu a výsledku obhajoby kvalifikační ráce. Rovněž souhlasím s orovnáním textu mé kvalifikační ráce s databází kvalifikačních rací Theses.cz rovozovanou Národním registrem vysokoškolských kvalifikačních rací a systémem na odhalování lagiátů. Prohlašuji, že jsem tuto ráci zracoval samostatně a uvedl jsem veškeré oužité informační rameny. V Českých Budějovicích dne 26. dubna 2013 Jaroslav Kadlec
Poděkování Za nemalou omoc a odoru ři výočtech bych chtěl oděkovat svému konzultantovi Ing. Marku Pletkovi z firmy ZVVZ a.s. Milevsko, který i řes své racovní vytížení věnoval čas této studentské ráci. Dále bych chtěl oděkovat vedoucímu učiteli PaedDr. Bedřichu Veselému, Ph.D. za odborné konzultace. Také bych chtěl oděkovat Andree Odehnalové za stylistické úravy a omoc s řekladem anotace.
Obsah Úvod... - 6 - Cíle ráce... - 9-1 Varianty řešení... - 10-1.1 Varianta A: Samostatný če...- 10-1.2 Varianta B: Nosná hřídel...- 11-2 Zhodnocení variant a výběr řešení...- 12-3 Dimenzování nosné hřídele... - 13-3.1 Zvolení nosného rvku...- 13-3.2 Získané hodnoty ro výočty...- 13-3.3 Výočet rozměrů zjednodušeného tvaru...- 14-3.4 Síla ůsobící na konci hřídele... - 15-3.5 Dovolená hodnota namáhání ři míjivém zatížení...- 15-3.6 Maximální vnitřní účinky...- 15-3.7 Kontrola únosnosti v kombinovaném namáhání...- 15-3.8 Výočet maximálního růhybu...- 16-3.9 Zhodnocení dimenzování nosné hřídele...- 17-4 Kontrola nosných lechů víka na otlačení... - 19-4.1 Zhodnocení otlačení... - 20-5 Dimenzování čeu a konzoly ro nosný rvek... - 21-5.1 Ohybový momenty a reakce...- 22-5.2 Zatížení a dimenzování čeu...- 23-5.3 Kontrola lechu říruby ouzdra na otlačení...- 24-5.4 Kontrola lechu konzoly na otlačení...- 25-6 Svary... - 27-6.1 Svar 1...- 28-6.2 Svar 2...- 28-6.3 Svar 3...- 29-6.4 Svar 4...- 29-7 Komentář k výrobě nosného rvku... - 30-7.1 Če...- 30-7.2 Konzole...- 31-7.3 Pouzdro...- 31-7.4 Nosná hřídel...- 31-7.5 Žebro roti deformaci... - 32-7.6 Poděrný rvek...- 32-7.7 Pojistka...- 32 - Závěr... - 33 - Seznam oužitých informačních zdrojů...- 35 - Seznam říloh... - 36 -
Úvod Bez vynálezu kola by kulturní historie lidstva vyadala úlně jinak, než jak ji známe dnes. Kdyby neexistovala dorava, jejíž vznik kolo umožnilo, bylo by mnohem obtížnější masové stěhování a stejně tak i vojenská tažení nebo dobývání nových krajů. Vozy byly nenahraditelné ři řevozu těžkých materiálů na stavbu domů či chrámů. (úryvek z knihy Světová kronika: Objevy & vynálezy, Jörg Meidenbauer, str. 40, kaitola: Kolo: vynález, který zrychlil historii) Při výběru svého tématu ro bakalářskou ráci jsem se zaměřil na odvětví, které je denně lidem rosěšné, roto ředokládám, že i tato ráce bude ro tuto oblast řínosem. Mezi nejužitečnější a nejotřebnější růmyslová odvětví neochybně řadím stavebnictví. S tím souvisí další technologie, které odorují stavební ráce a jsou zárukou kvality a okroku. Když se kolem sebe rozhlédneme, zjistíme, že ani dnes se neobejdeme bez tahačů s návěsy ro řeravu sykých či kaalných látek. Proto jsem se rozhodl rozracovat roblematiku otvírání a uchycení víka ve své bakalářské ráci. Hlavním cílem mé bakalářské ráce je vytvořit odklad ro novou a vylešenou konstrukci uchycení a otevírání víka cisternového řeravníku a současně dát raktický říklad ro výuku v ředmětu stroje a řízení. Pro co možná nejleší orozumění celé roblematice sjaté s řeravou sykých materiálů jsem strávil velké množství času solurácí s firmou ZVVZ a.s. Milevsko. Tato firma vyrábí řeravníky ro syké materiály a má ohlasy svých zákazníků, jenž denně využívají výhody tohoto druhu řeravy. Námitky ze strany uživatelů jsou to, co nás žene kuředu a nutí nás ředbíhat konkurenční solečnosti. Věřím, že k vyřešení daného roblému mi omůže studovaný obor Strojírenství, který jsem vystudoval ři Střední růmyslové škole strojní a stavební v Táboře v letech 2005-2009. Využiji zde znalosti z ředmětů "Stavba a rovoz strojů", "Mechanika", "Konstrukční cvičení", ale i odklady a zkušenosti firmy ZVVZ a.s. Milevsko. Zároveň bych se chtěl ořít o znalosti, které jsem nabyl studiem na katedře alikované fyziky a techniky ři Pedagogické fakultě Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích. - 6 -
Konzultant ze zmíněné milevské solečnosti mi objasnil celý roblém a vyjádřil ředstavu o dosažení lešího umístění jejich ozice mezi konkurenčními firmami na trhu s řeravníky sykého materiálu, což je možné jen za ředokladu slnění ožadavků odběratelů. Mnou navržené víko by se mělo otvírat nahoru nebo do boku, odle otřeb rovozovatele. Svou rací bych chtěl navázat na ráci studenta SPŠ Tábor Jana Večeři, který si toto téma zvolil ro ročníkovou ráci ve školním roce 2007/2008 a zaměřil se na konstrukci uchycení víka, avšak jeho ráce ostrádala funkční detaily a výkresovou dokumentaci. Při navrhování nosného rvku vyrazdňovacího zařízení se otýkáme s malým rostorem okolo víka a s jeho značnou tíhou. Víko se zvedá do velké výšky, což může ůsobit roblém lidem menšího vzrůstu, a rávě na odstranění této nevýhody jsem se rozhodl zaměřit svou ráci. Věřím totiž, že moderní stroje mají být lidem užitečné a usnadňovat jejich ráci a ne komlikovat jejich obsluhu kvůli omezené funkci některého z komonentů celého stroje. Při konzultaci s konstruktérem z firmy ZVVZ a.s. Milevsko, s anem Ing. Pletkou, jsem se seznámil s konstrukčním 3D rogramem Solid Edge, který firma oužívá. Tento rogram umožňuje vytvoření názorného modelu řeravníku či jeho části a je tak řínosem jednak ro zákazníky milevské firmy, kteří si mohou vše v očítači rohlédnout ještě řed kouí stroje, tak i ro studenty, kteří by chtěli toto téma lée oznat. Pro velké klady rogramu a hlavně díky jednoduší komunikaci s firmou ohledně modelových arametrů jsem se rozhodl tento rogram oužít ve své ráci. Zároveň jsem svou ráci obohatil o reálné fotografie skutečných zařízení. Při zjišťování řesných funkcí řeravníku jsem v katalogu firmy našel tyto údaje: "Návěs cisternový NSA 62 (dále jen návěs) je určen ro řeravu volně ložených, suchých, sykých, rachových, jemně zrnitých i granulovaných materiálů oužívaných v růmyslu, stavebnictví a zemědělství. Zvláště ak elektrárenského oílku, mletého kaolínu, krmných směsí, krmných granulátů a granulovaných umělých hmot do +70 C. - 7 -
Návěs umožňuje následující maniulace: a) lnění volným syáním b) vyrazdňování řetlakové do zásobníku cizím zdrojem tlakového vzduchu ozn.: Při řetlakovém vyrazdňování návěsu cizím zdrojem tlakového vzduchu o výkonu min. 500 m 3.h -1, max. 760 m 3.h -1 musí být tento vybaven odlučovačem kondenzátu ze vzduchu a redukován na max. řetlak vzduchu 2 bar. c) volné vysyání za současného otevření rvního horního víka lnícího otvoru."[1] Obr. 1 Fotografie cisternového řeravníku a detail vyrazdňovacího zařízení z rodukce firmy ZVVZ a.s. Milevsko, ůvodní zavěšení a otvírání víka směrem vzhůru, v detailu ohled zrava [1] - 8 -
Cíle ráce rešerše literatury uvedení do roblému ožadavky a arametry varianty otvírání oznatky racovníků konzultant z raxe firma vyrábějící řeravníky úrava a zlešení výhoda a řínos rezentace - 9 -
1 Varianty řešení 1.1 Varianta A: Samostatný če Jednou z cest k vyřešení roblému otvírání víka je řemístění čeu ři uzavřeném víku do zvolené roviny odkloení. Če se řemístí ze svislých nosných lechů do nosných lechů, které jsou umístěny ve vodorovné oloze. Nevýhodu vidím v racném řemístění čeu a velké sotřebě materiálu na vytvoření nosného lechu ro svislou osu otáčení kvůli umístění víka na kuželové loše zadní části cisterny. Obr. 2 - Večera, J.: Zavěšení zadního vyrazdňovacího víka skláěcího řeravníku, Ročníková ráce SPŠ Tábor 2007/2008, str. 13 [6] - 10 -
1.2 Varianta B: Nosná hřídel Ve druhé variantě řešení daného roblému se insiruji u konkurenčních firem, které daný roblém řeší za omoci nosné hřídele. Ta je uchycena otočně ve vodorovné rovině díky konzole na nádobě a víko je umístěno na hřídeli omocí vlastních nosných lechů. Nosná hřídel je na konci dolněna o oděrný rvek, aby nedocházelo k trvalému namáhání od ohybu a za jízdy k oškození svarů oraskáním kvůli vibracím. Obr. 3 Fotografie konkurenčního řeravníku [1] - 11 -
2 Zhodnocení variant a výběr řešení Na výrobu nosného rvku bude třeba minimum obráběcích oerací, jelikož se bude oužívat rovnou daný olotovar, který se bude svařovat, a roto není třeba dalšího sojovacího materiálu. Řešení konkurence (varianta B: Nosná hřídel) mě natolik zaujalo, že jsem se rozhodl toto řešení dále rozracovat formou evnostních výočtů a výkresové dokumentace. Výhodu tohoto řešení satřuji v konstrukční jednoduchosti, snadné výrobě a v cenové dostunosti. Věřím totiž, že má-li něco nové usět na konkurenčním trhu, musí každá novinka disonovat víc, než jen funkčností. Jinak se stane ro teoretické zájemce nedostuná či neatraktivní a tím se zomalí nejen zájem o ni, ale i technický okrok, který tato novinka mohla oskytnout. Přidání tažné ružiny by umožnilo zvedání víka efektivněji vzhůru. Pružina by snížila nároky na zvedací sílu obsluhy. Problém nastává v místě uchycení ružiny k nádobě a k víku tak, aby se víko mohlo otevírat nejen nahoru, ale i do strany. Tuto vylešenou variantou nebudu nadále rozracovávat z důvodu velké časové náročnosti. [2] - 12 -
3 Dimenzování nosné hřídele 3.1 Zvolení nosného rvku Volím nerezovou ocel, materiál 17240, jelikož výrobce tento materiál uřednostňuje ři výrobě řeravníků. Z olotovarů jsem si vybral bezešvou trubku, jelikož je v ohybu a v krutu ři stejném objemu materiálu odolnější než lná tyč. Tato trubka by měla lée bránit růhybu nežádoucímu ři uzavírání víka. Předběžně volím velikost trubky: vnější růměr D44,5, tloušťka stěny s4 dle olotovarové normy DIN 17456. 3.2 Získané hodnoty ro výočty Rozměry součastné konstrukce jsem získal omocí rogramu Solid Edge z modelu řeravníku od firmy ZVVZ a.s. Milevsko. Hmotnost víka: m54,4 kg Rozměry zakótované v obr. 4, str. 13: a134 ; b300 ; c165 ; α35 Rozměr b je kótovaný do svislého růmětu těžiště víka. Pro zjednodušení výočtů očítáme s osamělou silou. Z toho lyne, že hřídel bude muset ve skutečnosti být delší, než je uvádí hodnota b. Hřídel musí rocházet oběma lechy víka a dosáhnout na oděrný rvek. Z hlediska statiky vyjdou reakce stejně velké. Rozměry R, r, L zakótované v obr. 4 str. 14 jsou zavedeny ro zjednodušený tvar, terve je zjistím výočtem. - 13 -
Stěna nádoby řeravníku Bod otáčení α Skutečný tvar nosné hřídele Zjednodušený tvar ro výočty c a L α Hmotnost m R. r b g Obr. 4 Tvar nosné hřídele, ohled ze shora 3.3 Výočet rozměrů zjednodušeného tvaru a R + cosα * b sinα a tgα 134 134 R + cos35 * 300 sin 35 tg35 R 322,6 r sinα * b a tgα 134 r sin 35 * 300 tg35 r 62,3 L L R + r 322,6 L 328,6 2 2 2 + 62,3 2 g b a tgα 134 g 300 tg35 g 108,6 Srávnější je dosazovat do výočtů hodnotou L, jelikož síla bude mít vetší rameno, než s hodnotou R. - 14 -
3.4 Síla ůsobící na konci hřídele Fm*g F... síla F54,4*10 N m... hmotnost vyrazdňovacího zařízení F540 N g... gravitační konstanta 3.5 Dovolená hodnota namáhání ři míjivém zatížení Re cii * k 210 0,75* 2,5 63 MPa MPa R c k e II... maximální dovolené naětí ři míjivém zatížení... mez kluzu... konstanta míjivého zatížení... konstanta bezečnosti 3.6 Maximální vnitřní účinky L, r... rameno na kterém ůsobí síla M omax... maximální ohybový moment M k... maximální kroutící moment M omax F*L M omax 544*328,6 N M omax 178758 N M k F*r M k 544*62,3 N M k 33891 N 3.7 Kontrola únosnosti v kombinovaném namáhání W o růřezový modul v ohybu W k růřezový modul v krutu D... velký růměr trubky d... malý růměr trubky W W W o o o π * D 32 3 π * 44,5 32 4735,55 d * 1 D 3 4 36,5 * 1 44,5 3 4 3 W W W k k k π * D 16 3 π * 44,5 16 9471,12 d * 1 D 3 4 36,5 * 1 44,5 3 4 3-15 -
red evnostní odmínka - výočet odle evnostní teorie HMH red red red M W o o 2 M + 3* W 2 178758 33897 + 3* 4735,55 9471,12 38,3 MPa 63 MPa k k 2 2 MPa Vyhovuje 3.8 Výočet maximálního růhybu Výočtem růhybu zjistíme, o kolik se trubka ři zatížení ohne na volném konci. Z této hodnoty odvodíme, jak je trubka tuhá a jestli je dostačující jako nosný rvek, který má ulehčit ráci ří zavírání víka. Mk F α q s y max r Obr. 5 Výočtové schéma k řešení růhybu a zkrutu ve vodorovném ohledu J kvadratický moment růřezu k centrální ose růřezu J olární moment růřezu očítaný k odélné ose J J J 4 4 π * D π * d 64 64 4 π * 44,5 π *36,5 64 64 4 105366 4 4 J J J 4 4 π * D π * d 32 32 4 π * 44,5 π *36,5 32 32 4 210732 4 4-16 -
E modul ružnosti v tahu, E2,1*10 5 MPa q růhyb úseku R (odle obr. 4, str. 14) růhyb úseku r 3 F * R q 3* E * J 3 544 *322,6 q 5 3* 2,1*10 *105366 q 0,28 3 F * r 3* E * J 3 544*62,31 5 3* 2,1*10 *105366 0,00198 G modul ružnosti ve smyku, G0,8*10 5 MPa α úhel zkrutu úseku R (odle obr. 4, str. 14) ) M k * R α G * J ) 33896,64 * 322,6 α 5 0,8*10 * 210732 ) 4 α 6,486 *10 rad rad ) 180 α α * π α 6,486 *10 α 0 2 14 4 180 * π s řevedený úhel zkrutu na délkovou hodnotu do ůsobiště síly y max maximální růhyb nosné hřídele s tgα r s tgα * r s tg0 2 14 *62,31 s 0,04 y y y max max max + q + s 0,00198 + 0,28 + 0,04 0,322 3.9 Zhodnocení dimenzování nosné hřídele Předběžně zvolenou velikost trubky nechávám: vnější růměr D44,5, tloušťku stěny s4, jelikož je dostačující na unesení víka s minimálním růhybem ři otevření. Polotovar: Tr 44,5x4 DIN 17456 17 240 DIN 1.4301-17 -
Při zavřeném víku růhyb nevadí, rotože na konci bude nosná hřídel odeřena tak, aby nedocházelo k raskání svarů během jízdy. Poděrný rvek musí mít náběhovou hranu minimálně o hodnotu růhybu níže, než je základní oloha trubky odlehčené. Díky náběhové hraně se zabrání otížím zůsobeným růhybem ři zavírání víka, jak znázorňuje obr. 6. y max n h min Obr. 6 Náčrt náběhové hrany s ojistkou n h min minimální hodnota výšky náběhové hrany [2] - 18 -
4 Kontrola nosných lechů víka na otlačení Ve strojnických tabulkách je dooručená bezečnost ro slitiny hliníku k(8 10). V raxi se ale ukázalo, že tato bezečnost je až říliš vysoká ro některé říady, jako je využití u cisternového řeravníku a dimenzování jeho víka. Doosud firma neměla žádný roblém se šatně nadimenzovaným víkem. Po dohodě s konzultantem mohu oužít ři výočtech bezečnost k2,5 ro slitiny hliníku. Nosné lechy Obr. 7 Náčrt umístění nosných lechů víka, stávající uchycení R e minimální mez kluzu nosného lechu vyrobeného ze slitin hliníku dle materiálové normy DIN AlMg4,5Mn c II součinitel míjivého zatížení ro lehké slitiny a neželezné kovy, dle (4) c II 0,65 Re cii * k 125 0,65* 2,5 32,5 MPa MPa / k D - 19 -
t tloušťka nosného lechu víka k bezečnost ro dotyk součástí ohyblivých od zatížením F D 2 * t * d 544 MPa 2 *8* 44,5 0,76 MPa 6,5 MPa D D D D k 32,5 5 MPa 6,5 MPa 4.1 Zhodnocení otlačení Plechy na otlačení vyhovují, a tudíž je nechávám stejné, jako u ůvodního řešení materiál: DIN AlMg4,5Mn tloušťka: t8 [2] - 20 -
5 Dimenzování čeu a konzoly ro nosný rvek Pro konstrukci konzoly oužiji lechy o tloušťce t k 12, z materiálu DIN AlMg4,5Mn. Plech je ze stejného materiálu, který výrobce oužívá na výrobu řeravníku. Tloušťka zvolena dle oužívaných olotovarů firmou ZVVZ a.s. Milevsko. Če Příruba ouzdra Pouzdro Žebro roti deformaci Konzole (rám) Síla F Nosná hřídel Obr. 8 Schéma usořádání nosného rvku Volím délku trubky na ouzdro ro če l110, ze stejného materiálu a olotovaru jako je nosná hřídel. Na konce ouzdra se navaří čelní lech s dírou ro če. Plech volím o tloušťce t 6 ze stejného materiálu, aby bylo zaručeno dobré rovaření základních materiálů. Celková délka ouzdra bude o dvě hodnoty tloušťky lechu větší, tzn.: l c 122. Na straně bezečnosti budu očítat s délkou l. Ohybový moment trubky ouzdra budu očítat ro kontrolu, že navržená trubka vydrží jako ouzdro. - 21 -
5.1 Ohybový momenty a reakce R B M OF l 1 F l M ORB M O- R Ay l 2 Bod A R Ax L Obr. 9 Výočtové schéma s vyobrazenými ohybovými momenty Délky l 1 a l 2 volím s ohledem na konstrukci a nedostatek místa kolem víka l 1 80, l 2 30. Jak je vidět ze schématu obr. 9, tak R Ax a R B je dvojice sil, tudíž jsou reakce stejně velké. M ia 0 ; F * L R * l 0 B M M M ORA ORA ORA RB * l 2 1625,1* 30 N 48753 N R R R B B B F * L l 544 *328.6 110 1625,1 N N M M M ORB ORB ORB RB * l 1 1625,1* 80 N 130008 N M M M OF OF OF F * L 544*328,6 N 178758 N - 22 -
Kontrola srávnosti ostuu sočívá v tom, že součet ohybových momentů ouzdra musí být stejný, jako je maximální ohybový moment nosné hřídele. M ORA + M ORB M OF 48753 + 130008 178758 N 178761 N 178758 N Srávnost ostuu byla ověřena, roto nemusím nadále kontrolovat trubku ouzdra a můžeme nechat trubku stejného materiálu a olotovaru jako je nosná hřídel, rotože trí menším ohybovým momentem. Tzn.: Tr 44,5x4 DIN 17456 17 240 DIN 1.4301 5.2 Zatížení a dimenzování čeu t k R RB t Příruba ouzdra Svar v R B Materiál ouzdra l/2 M OF l R A Materiál konzole (rám) R RA d Obr. 10 Výočtové schéma zatížení čeu - 23 -
R RA, R RB reakce konzoly na reakce R A, R B v čelech lechu říruby ouzdra, na straně bezečnosti očítám s reakcí R B reakce konzoly jsou na větším rameni, roto vyjdou menší než reakce říruby t k tloušťka lechu konzole t tloušťka lechu říruby ouzdra v axiální vůle uložení, ro výočty na straně bezečnosti volím v6 R e mez kluzu nerezového materiálu 17240: R e 210 N/ 2 M M M O O O t t k RRB * + + v ; 2 2 6 + 12 1625,1* + 6 2 24376,5 N R RB N R B Re cii * k 210 0,75* 2,5 63 MPa MPa O d M W 3 O O 32* M π * M π * d 32 O O 3 24376,5*32 d 3 π * 63 d 15,8 dle olotovarové normy tyče DIN 671: volím nejbližší vyšší růměr čeu d16 5.3 Kontrola lechu říruby ouzdra na otlačení Re cii * k 210 0,75* 2,5 63 MPa MPa / k D - 24 -
D D D k 63 5 12,6 MPa MPa RB t * d 1625,1 6*16 16,93 D MPa MPa 12,6 MPa D Protože odmínce na otlačení v lechu říruby ouzdra konstrukce nevyhověla, stává se rozhodující odmínkou, ze které teď budu dimenzovat růměr čeu. RB t * d d t d d D RB * D 1625,1 6*12,6 21,5 dle olotovarové normy tyče DIN 671: volím nejbližší vyšší růměr čeu d25 5.4 Kontrola lechu konzoly na otlačení R e mez kluzu lechu konzoly z materiálu DIN AlMg4,5Mn Re cii * k 125 0,65* 2,5 32,5 MPa MPa / k D RB t * d k 1625,1 MPa 12 * 25 5,42 MPa 6,5 D MPa D D D D k 32,5 5 MPa 6,5 MPa - 25 -
Če je ředimenzován, ale výrobce ři tomto řešení nemusí če jistit roti ootočení v konzole, jelikož je na konzole nedostatek místa ro řídržku čeu. Proto jsem rováděl výočty ro ohyb od zatížením jak v ouzdru, tak i v konzole. Pro konzolu musíme vyočítat minimální šířku zbytkového materiálu (b min ), aby lech tak velké zatížení vydržel. b k Ød R B b min Obr. 11 Výočtové schéma růřezu oka konzole Re cii * k 125 0,65* 2,5 32,5 MPa MPa R 2* b B min * t k b b b min min min RB 2 * t * 1787,6 2 *12*32,5 2,3 k Z minimální šířky zbytkového materiálu zjistíme šířku vodorovného lechu na konzolu. b k 2*b min +d b k 2*2,3+25 b k 29,6 na straně bezečnosti volím minimální šířku vodorovného lechu konzole b k 35 [2] - 26 -
6 Svary Pro nerezovou ocel 17 240 určuji ředběžně výšku svaru a4 odle nejmenší tloušťky olotovaru, aby bylo zaručeně dobré rovaření základních materiálů. Rozhodl jsem se, že svary ro materiál DIN AlMg4,5Mn nebudu uravovat, ale využiju hodnot od výrobce. Svar 3 Svar 4 Síla F Svar 2 Svar 1 Obr. 12 - Schéma ro výočet svarů F... síla, viz. strana 15, kaitola 3.4... dovolená hodnota namáhání základního materiálu, viz. str. 15, kaitola 3.5 M omax, M k... vnitřní účinky, strana 15, kaitola 3.6 W o, W k... růřezové moduly, stana 15, kaitola 3.7 g... rameno ůsobící na svar, obr. 4 na straně 14 R B... reakce říruby, viz. str. 22, 23, kaitola 5.1 a 5.2 S v1... celkové naětí ve svaru 1 S v2... celkové naětí ve svaru 2 a... výška svaru l... skutečná délka svaru l... výočtová délka svarů, zkrácena o očáteční a koncové krátery D... vnější růměr trubky d.. vnitřní růměr trubky - 27 -
s... tloušťka materiálu... normálové naětí kolmé na svar τ... smykové naětí kolmé na svar τ C... smykové naětí rovnoběžné se svarem 6.1 Svar 1 Při zkoumání náčrtu obr. 4 na stránce 14 jsem zjistil, že tento obvodový svar trí na ohyb a krut, roto ro vyšší bezečnost očítám s kolmým růřezem trubky. To znamená kratší délku svaru, než bude ve skutečnosti. F * g Wo 544 *108,6 4735,55 12,5 MPa MPa τ τ τ C C C Mk Wk 33891 MPa 9471,12 3,58 MPa S S S 2 2 v1 + 3* τc v1 v1 14 12,5 2 + 3*3,58 MPa 63 2 MPa MPa Vyhovuje 6.2 Svar 2 Ze schématu obr. 12 str. 27 vylývá, že tento koutový svár trí na ohyb a smyk. Pro větší únosnost je svar z obou stran žebra. Z bezečnostního hlediska budu očítat ouze se žeberními svary, i když bude svar mezi nosnou hřídelí a ouzdrem. l l 2 * a l 55 2* 4 l 47 τ τ τ Mo MAX 2 2 * a * l 178758 2 2 * 4* 47 60,7 MPa MPa τ τ τ C C C F 2 * a * l 544 MPa 2 * 4* 47 1,45 MPa - 28 -
S S S 2 2 v2 τ + τc v2 v2 60,7 2 + 1,45 60,72 MPa 63 2 MPa MPa Vyhovuje 6.3 Svar 3 Ze schématu obr. 12 str. 27 vylývá, že tento koutový svar trí na tah. Pro větší únosnost je svar z obou stran žebra. l l 2* a l 130 2* 4 l 122 F 2* a * l 544 MPa 2* 4 *122 0,6 MPa 63 MPa Vyhovuje 6.4 Svar 4 Svary jsou zatížené stejnou silou viz. kaitola 5.1 na straně 22, tudíž stačí vyočítat ouze jeden z nich. Každý z těchto svarů je namáhán na smyk. Toto tvrzení vychází z obr. 10 na straně 23. d d d D 2 * s 44,5 2 * 4 36,5 τ τ τ C C C RB 2 2 π * ( D d ) 4 1625,1 2 2 π * (44,5 36,5 ) MPa 4 3,19 MPa 63 MPa Vyhovuje Všechny svary vyhovují, rotože neřekročily dovolené naětí základního materiálu. Tímto je celý nosný rvek nadimenzován a může být oužit v raxi. [9] - 29 -
7 Komentář k výrobě nosného rvku V této kaitole řiblížím výrobu, výrobní schéma a zohlednění rostorové disozice na řichycení nosného rvku k nádobě. Veškeré důležité výrobní rozměry budou uvedeny ve výkresech. Če Příruba ouzdra Pouzdro Žebro roti deformaci Konzole (rám) Síla F Svary Nosná hřídel Obr. 13 Schéma nosné konstrukce 7.1 Če Polotovary: tyč Ød25 DIN 671 17240 DIN 1.4301 (lech t6 DIN 17441-17240 DIN 1.4301) Če se bude vyrábět z tyčového materiálu. Plech se může oužít na vytvoření hlavy, která se řivaří na čelo tyče. Ve sodní části čeu se vyvrtá díra ro závlačku, aby se če ojistil roti vyadnutí nebo neúmyslnému vyndání. Levnější je oužití závlačky na obou koncích čeu. Tyč by se zkrátila jen na ožadovanou délku a na koncích by se vyvrtala díra ro závlačku. Tudíž by se k čeu nevařil žádný materiál navíc. - 30 -
7.2 Konzole Polotovar: lech t12 DIN AlMg4,5Mn Konzole se skládá ze dvou vodorovných lechů s dírou ro če. Plechy se řivaří na nádobu v ožadované rozteči, a tak se vytvoří rám ro sestavu nosného rvku. 7.3 Pouzdro Polotovar: trubka 44,5x4 DIN 17456 17240 DIN 1.4301 lech t6 DIN 17441-17240 DIN 1.4301 Pouzdro se skládá z trubky a dvou lechů, které jsou řivařeny na konce trubky. Vyvrtání děr ro če by bylo leší o navaření lechů. Tak to by byla zaručena souosost děr. Na ouzdro ak bude navařena nosná hřídel a žebro ro rozložení síly, aby nevznikaly deformace svarů a nosné hřídele. 7.4 Nosná hřídel Polotovar: trubka 44,5x4 DIN 17456 17240 DIN 1.4301 Nosná hřídel se skládá ze dvou částí, jsou to trubky o stejné velikosti růřezu řivařené k sobě od určitým úhlem. Po svaření nosné hřídele se může kolmo k její rovině řivařit ouzdro. Volný konec nosné hřídele bude muset být delší, než je uvedeno v obr. 4 na straně 14, jelikož schéma bylo určené ro výočty. Nosná hřídel musí dosáhnout na oděrný rvek a mít alesoň malou úchoovou část ro otevírání do strany. - 31 -
7.5 Žebro roti deformaci Polotovar: lech t6 DIN 17441 17240 DIN 1.4301 Plech trojúhelníkového tvaru je řivařen k ouzdru a k nosné hřídeli, jak je vidět z obr. 13 na straně 30. Plech má zabránit deformacím trubek a svarů rozložením sil na větší lochu. 7.6 Poděrný rvek Polotovar: lech t8 DIN AlMg4,5Mn Poděrný rvek musí mít náběhovou hranu ro ulehčení zavírání víka ři růhybu nosné hřídele. Pro srávnou funkčnost konstrukčního řešení ohyblivého nosného rvku musí být oděrný rvek vybaven ojistkou, aby nedošlo k samovolnému otevírání do strany. Pojistkou se zabrání otížím ři zvedání víka nahoru. Ukázka v obr. 6 na straně 18. 7.7 Pojistka Polotovar: t6 DIN 17441 17240 DIN 1.4301 Celkem budou dva ojistné rvky. První ojistka, která slouží ro zajištění otevřeného víka v horní oloze, zůstane stejná. Druhá ojistka bude bránit víku samovolném otevření do strany. Oba tyto rvky jsou vidět v obr. 14 na straně 33. [2] - 32 -
Závěr V bakalářské ráci jsem se snažil vyřešit zdokonalení zavěšení zadního vyrazdňovacího víka skláěcího cisternového řeravníku. Insiraci ro návrh jsem viděl u konkurenčních firem, odle kterých jsem navrhoval odobný nosný rvek ro otevírání víka do strany. Při řešení jsem využil odklady od firmy ZVVZ a.s. Milevsko, rady konzultanta a znalosti z ředmětů "Mechanika" a "Stavba a rovoz stojů". Poté jsem rováděl základní evnostní výočty na základě znalostí z vyučovacích ředmětů. Snažil jsem se navrhnout co nejmenší nosný rvek kvůli úsoře materiálu, ale zároveň dostačující ro nesení víka a s dostatečnou otevíratelností do boku. Z důvodu omezené rostorové disozice by mělo jít mnou navržené víko otevřít do boku alesoň o 90,což by mohlo být dostačující ro vyčištění víka. Pro bezečnou a bezroblémovou funkčnost je nutná ojistka roti samovolnému otevření a ojistné kroužky roti osunutí víka na tyči. K ráci je řiložena výkresová dokumentace. Obr. 14 Celkový ohled na návrh usořádání Při řešení roblematiky umístění zadního vyrazdňovacího víka jsem se musel vyořádat s nedostatečnou dostuností literatury. Oíral jsem se o strojnické tabulky, mechanické - 33 -
výočty [3] a odklady z raxe od firmy ZVVZ a.s. Milevsko. Dále byla využita "Kniha ocelí" [4] a online katalog olotovarů ro výběr normalizovaných rozměrů dané oceli. Zdroj [9] jsem nejvíce ocenil, rotože zde byly uvedeny informace o všech běžně namáhaných svarech. Jak již bylo řečeno v úvodu ráce, hlavní myšlenkou bylo raktické využití otevírání víka i ro lidi menšího vzrůstu. Předokládám, že i tomuto ožadavku navržené řešení vyhovuje. Jako hlavní ožadavek jsem si stanovil funkčnost víka. Kalkuloval jsem s arametry, jako jsou váha víka s komonenty, rostorovou disozicí v rogramu Solid Edge tak, aby nový nosný rvek mohl být co nejmenší a řitom stále účinný. Dále jsem myslel na snadnou obsluhovatelnost ři otevírání. Zůsob otevírání tohoto víka je na libovůli obsluhy. Při lnění úkolu jsem myslel na obě varianty otevírání víka, ovšem uřednostnil jsem zůsob méně náročný ro obsluhu. Tento zůsob jsem dále rozracoval. Pracovníci firmy ZVVZ a.s. Milevsko viděli u konkurenčních firem na ředváděcích akcích řeravníků daleko leší variantu otevírání víka, než doosud vyráběli. Proto uvítali mojí ráci jako zlešovací návrh. Díky touze o konkurenceschonosti mi konzultant firmy s mým návrhem ochotně vyomáhal tím, že oskytl materiály i ostřehy z technických veletrhů, kterých se zúčastnil. Úrava vyžaduje minimální zásah do stávající konstrukce a její výhody ocení zejména obsluha nižšího vzrůstu. Myslím si, že by výsledek této ráce mohl být oužitelný v raxi, rotože jsem se snažil vyřešit konstrukční roblém tak, jako ho vyřešily konkurenční firmy. Podle konzultanta je tato ráce vyracována obsahově dostatečně a hlavní úkol, vyřešení nosného rvku, byl slněn. Práce bude také řínosem do ředmětu Stroje a řízení jako ukázka konstrukčního řešení ohyblivého nosného rvku. - 34 -
Seznam oužitých informačních zdrojů [1] Podklady od firmy ZVVZ a.s. Milevsko [2] Jaroslav Kadlec, Zavěšení zadního vyrazdňovacího víka skláěcího řeravníku, Ročníková ráce SPŠSS Tábor 2008/2009 [3] Mrňák L., Drdla A., Mechanika ružnost evnost 3. oravné vydání, Praha SNTL 1981 [4] Emil Novák, Albín Köszegi, Kniha ocelí 1. vydání, Ferona Olomouc 1996 [5] Lienverber Jan, Vávra Pavel, Strojnické tabulky 1. Vydání, Praha Albra 2003 [6] Jan Večera, Zavěšení zadního vyrazdňovacího víka skláěcího řeravníku, Ročníková ráce SPŠ Tábor 2007/2008 [7] INOX, Nerezový hutní materiál [firemní stránky]. 4/2013 URL: htt://inoxsol.cz/index.h?acta&cat4&art16 [8] Ferona, Velkoobchod hutním materiálem [firemní stránky, sortimentní katalog]. 4/2013. URL: htt://www.ferona.cz/cze/ URL: htt://www.ferona.cz/cze/katalog/search.h?kat1 [9] MITCalc, Svarové soje [technické údaje]. 4/2013 URL: htt://www.mitcalc.com/doc/welding/hel/cz/welding.htm [10] Sešity oznámek z výkladu ředmětů "Mechanika" a "Stavba a rovoz stojů" - 35 -
Seznam říloh I. Sestava zavěšeného víka s nosným rvkem II. Kusovník k sestavě III. Výkres nosného rvku IV. Materiálová norma slitiny hliníku V. Materiálová norma oceli VI. Normalizační tabulka trubky VII. Secifikace materiálu ro če VIII. Elektronická odoba na řiloženém CD Fotodokumentace rostorové disozice Podklad k výočtu otlačení Podklady od firmy ZVVZ a.s. Milevsko Fotodokumentace Materiálové normy Sestava řeravníku Polotovarové normy Výrobní sestavy
Příloha 1 - sestava
Příloha 2 - kusovník
Příloha 3 - výkres
Příloha 4 - materiálová norma slitiny hliníku
Příloha 5 - materiálová norma oceli
Příloha 6 - normalizační tabulka
Příloha 7 - secifikace materiálu ro če