ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ

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 MANIPULÁTOR PRO MANIPULACI S VELKONÁBALEM MANIPULATOR FOR HANDLING OF CONE WITH PRODUCT DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BCMIROSLAV VOKÁL ING PŘEMYSL POKORNÝ PHD BRNO 2014

Vysoké uení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství Ústav automobilního a dopravního inženýrství Akademický rok: 2013/2014 ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE student(ka): Bc Miroslav Vokál který/která studuje v magisterském navazujícím studijním programu obor: Automobilní a dopravní inženýrství (2301T038) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem c111/1998 o vysokých školách a se studijním a zkušebním řádem VUT v Brně uruje následující téma diplomové práce: v anglickém jazyce: Manipulátor pro manipulaci s velkonábalem manipulator for handling of cone with product Struná charakteristika problematiky úkolu: Pomocí manipulátoru minimalizovat namáhavou runí práci pri manipulaci s materiálem navinutým na papírové trubici (velkonábalem) Cíle diplomové práce: Vypracujte technickou zprávu obsahující zejména: - konstrukní návrhn jednoduchého runě vedeného manipulátoru - proveďte kontrolní výpoty kostrukních uzlů Vypracujte základní výkresovou dokumentaci manipulátoru

Seznam odborné literatury: Hlavenka B: Manipulace s materiálem : systémy a prostředky manipulace s materiálem vyd 4 Brno: Akademické nakladatelství CERM 2008 164 s ISBN: 978-80-214-3607-7 HAVLÍČEK J a kol: Provozní spolehlivost strojů SZN v Praze 1983 GAJDŮŠEK J; ŠKOPÁN M: Teorie dopravních a manipulaních zařízení skripta VUT Brno 1988 Vedoucí diplomové práce: Ing Přemysl Pokorný PhD Termín odevzdání diplomové práce je stanoven asovým plánem akademického roku 2013/2014 V Brne dne 11112013 LS prof Ing Václav Píštěk DrSc prof RNDr Miroslav Doupovec CSc dr h c Ředitel ústavu Děkan fakulty

ANOTACE Tato práce se zabývá konstrukcí konkrétního zařízení na manipulaci s velkonábalem například rolí papíru navinuté na papírové trubici Je v ní obsažen konstrukní návrh zařízení kontrolní výpoty konstrukních uzlů vypracována základní výkresová dokumentace manipulátoru Klíová slova: Manipulátor paralelogram návrh kontrolní výpoet ANNOTATION This work deals with the construction of a specific device for handling batching such as paper rolls wound on a paper tube It is included in the structural design of the device control engineering calculations nodes developed basic drawing documentation manipulator Keywords Manipulator parallelogram proposal inspection computation

Bibliografická citace práce: VOKÁL M Manipulátor pro manipulaci s velkonábalem Brno: Vysoké uení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství 2014 80 s Vedoucí diplomové práce Ing Přemysl Pokorný PhD

Čestné prohlášení Prohlašuji že jsem svou diplomovou práci na téma manipulátor pro manipulaci s velkonábalem vypracoval samostatně pod vedením vedoucího bakalářské práce Ing Přemysla Pokorného PhD s použitím uvedených informaních zdrojů V Brně dne 27května 2014 Podpis

Poděkování Děkuji tímto všem kteří mi při psaní této práce pomáhali hlavní poděkování patří vedoucímu mé diplomové práce Ing Přemyslu Pokornému PhD za cenné připomínky a rady Dále děkuji své rodině a blízkému okolí za podporu při studiu na vysoké škole

Miroslav Vokál 2014 Tato práce byla vytvořena jako školní dílo na VUT v Brně Fakultě strojního inženýrství a je chráněna autorským zákonem Její užití bez oprávnění autorem je v rozporu s platným zákonem vyjma zákonem definovaných případů

Obsah 1 Úvod do problematiky 11 2 Rešerše - manipulátory 12 21 Mobilní manipulátory 12 22 Nemobilní manipulátory 13 3 Uchopovací zařízení 15 4 Návrh řešení 17 4 NÁVRH MANIPULÁTORU 18 41 Požadavky: 18 42 Konstrukce manipulátoru 18 421 Navrhované základní rozměry manipulátoru 19 422 Kinematika manipulátoru 25 423 Optimalizovaný návrh výložníku 30 424 Předběžný návrh sloupu 43 425 Návrh hydraulické soustavy 48 5 Kontrolní výpoet manipulátoru 50 51 Kontrolní výpoty paralelogramu 53 511 Horního táhlo paralelogramu 53 512 Spodního táhlo paralelogramu 54 514 Otoné rameno výložníku 55 515 Krátké ramínko na ložisku 55 516 Čepy horního táhla paralelogramu 55 517 Závěsná oka horního táhla paralelogramu 56 518 Čep spodního táhla sloup 58 519 Čep spojující spodní táhlo s krátkým svislým táhlem paralelogramu 58 5110 Prostřední ep spodního táhla paralelogramu 59 5111 Závěsná oko prostředního epu spodního táhla paralelogramu 60 5112 Závěsné oko spodní táhlo sloup 60 5113 Závěsné oko spodní táhlo krátké svislé táhlo 61 5114 Závěsné oko prostředního epu spodního táhla paralelogramu 62 5115 Čep otoného ramene 63 5116 Závěsné oko epu otoného ramene 63 5117 Uložení výložníku 64 5118 Radiální ložisko 64 5119 Radiálně axiální ložisko 65 5120 Čep otoe 66 521 kontrolní výpoty sloupu 66 522 Radiální ložisko 66 523Radiálně axiální ložisko 67 524Ukotvení sloupu 68 53 Kontrolní výpoet svarů 68 531 Sloup základní deska 68 532 Sloup deska otoe 69 533 Čep otoe deska otoe 69 534 Sloup závěs paralelogramu 70 535 Závěs epu otoného ramene 70 536 Otoné rameno ložiskové těleso 71 537 Ložiskové těleso krátké rameno 71 538 Spodní závěs hydraulického válce 72 6 Závěr 73 7 Použitá literatura a internetové zdroje 74 9

8 Seznam použitých znaek 75 9 Seznam příloh 80 91 Výkresová dokumentace 80 10

1 Úvod do problematiky Moderní průmyslová výroba klade velký důraz na stálé zlepšování výrobních procesů zvyšování efektivity výroby a bezpenosti pracovníků Z těchto důvodů jsou do výrobních procesů stále astěji zařazována zařízení která zvyšují efektivitu práce i bezpenost na pracovišti Cílem mé diplomové práce je navrhnout jednoduchý runě vedený manipulátor pro manipulaci s velkonábalem navinutým na papírové trubici provést kontrolní výpoty uzlů a zpracovat základní výkresovou dokumentaci dále na dané téma zpracovat rešerši Zadaný úkol řeší manipulaci s materiálem který je navinut na papírové trubici a dosahuje maximální hmotnosti 90 kg Je proto nutné z důvodů bezpenostních požadavků provádět manipulaci dvěma pracovníky Materiál je nejprve pomocí manipulaního vozíku vyjmut z navíjecího zařízení a umístěn s vozíkem do vymezeného prostoru Následně je runě manipulován a balen na dřevěné palety umístěné na válekovém dopravníku ve výšce 400 mm od podlahy viz schéma pracoviště obr3 Využití manipulátoru je plánováno na manipulaci s materiálem velkonábalem o průměru 1000 1100 mm jehož hmotnost přesahuje 40 kg což je přibližně 10% výrobního sortimentu Výrobky o nižší hmotnosti budou dále manipulovány runě Obr3 schéma pracoviště 1 odběrné místo 2 paleta s ukládaným materiálem 3 pracovník manipulující runě 11

2 Rešerše - manipulátory Druhy manipulátorů dle funkce: Manipulátory mobilní manipulátor je buď pojízdný nebo je možné ho pomocí manipulaní techniky převážet Manipulátory nemobilní manipulátor je ukotven do země nebo do konstrukce haly popřípadě je souástí jeřábu Manipulátory ovládané pneumaticky k pohybu manipulátoru je používán tlakový vzduch Manipulátory ovládané elektronicky ovládání a pohyb jsou prováděny pomocí elektrosouástí Manipulátory ovládané hydraulicky ovládání a pohyb jsou prováděny pomocí hydraulické soustavy 21 Mobilní manipulátory Manipulátor je souástí manipulaního vozíku nebo je konstruován tak že je ho možné pomocí manipulaního vozíku dle potřeb přemísťovat Tyto manipulátory jsou vhodné pro manipulaci s materiálem se kterým je manipulováno na několika různých pracovištích Obr4 Mobilní manipulátor - souást vozíku [1] 12

Obr5 Mobilní manipulátor konstruován na manipulaci pomocí manipulaního vozíku [2] 22 Nemobilní manipulátory Manipulátor je konstruován tak že je pevně ukotven k podlaze nebo ke konstrukci haly dále také může být ukotven k jeřábu nebo umístěn na kolejnice ím se jeho dosah výrazně zvětší Obr6 Manipulátor ukotvený pohyblivě na kolejnicích [3] 13

Obr7 Manipulátor ukotvený pevně k podlaze [4] Obr8 Manipulátor ukotvený pevně ke konstrukci haly [5] 14

3 Uchopovací zařízení Podle tvaru a materiálu manipulovaného předmětu je volen uchopovací mechanismus Materiál může být uchopen za dutinku pomocí pneumatického nebo mechanického trnu pomocí uchopovacích elistí popřípadě textilních popruhů dále i pomocí podtlakových přísavek nebo elektromagnetů Obr9 Podtlakové uchopovací zařízení [6] Obr10 Uchopovací zařízení svěrací kleště [7] 15

Obr11 Uchopení pomocí elektromagnetu [8] Obr12 Rozpínací trn [9] 16

4 Návrh řešení Materiál bude stabilně manipulován ve vymezeném prostoru proto byl zvolen manipulátor stabilně ukotvený k podlaze budovy Umístění manipulátoru je navrženo tak aby nebránil runí manipulaci při výrobě výrobků nižší hmotnosti U lehkých výrobků je vyšší efektivita balení při runí manipulaci Ovládání zdvihu je navrženo pomocí hydraulické soustavy pohyb okolo otoného sloupu a v kloubu je řešen sílou pracovníka obsluhujícího zařízení Jako uchopovací zařízení byl zvolen otoný mechanický trn dle průměru trubice a bude dle požadavků nakoupen od dodavatele není souástí návrhu Obr13 schéma pracoviště s manipulátorem 1 odběrné místo 2 paleta s ukládaným materiálem 3 pracovník obsluhující manipulátor 4 manipulátor 17

4 NÁVRH MANIPULÁTORU Navrhněte manipulátor pro přemísťování velkonábalů na konci výrobní linky 41 Požadavky: Otoný výložník délky 1900 mm s pracovní výškou od 500 mm do 2000 mm od podkladu Na konci výložníku bude mechanický trn o požadovaném průměru délky 350 mm pro zavěšení břemene Maximální průměr nábalu je 1100 mm šířka 300 mm a maximální hmotnost 90 kg Celková výška manipulátoru maximálně 2100 mm Břemeno bude zvedáno za trubici o průměru 45 mm 76 mm anebo 152 mm Nábal je soudržný homogenní svitek válcového tvaru navinutý na papírové trubce Obsluha manipulátoru bude runí rotaní pohyb bude vykonán tahem obsluhy za madlo umístěné na konci výložníku a zdvih bude zajištěn hydraulickým válcem s runí pumpou 42 Konstrukce manipulátoru Manipulátor bude navržen jako sloupový s výložníkem skládající se z ásti paralelogramu a návazně vetknutého otoného nosníku Celý výložník bude otoně uložen na sloupu a pro zachycení vertikální reakce s možností zdvihu bude podepřen hydraulickým válcem Čerpadlo hydraulického válce bude runí umístění bude řešeno montážně při instalaci zařízení z důvodů co nejlepší ergonomie Zjednodušené znázornění manipulátoru na obr 13 Vyznaené jsou hlavní konstrukní rozměry celkové zatížení od břemene a tíhy výložníku spolu s reakními silami v uložení výložníku na konstrukci sloupu Obr 13 Zjednodušené vyobrazení manipulátoru 18

421 Navrhované základní rozměry manipulátoru Výška paralelogramu: Šířka paralelogramu: a = 250 mm b = 800 mm Vzdálenost spoleného působiště tíhy břemene a výložníku c bude stanoveno dále výpotem Vertikální vzdálenost spodního a horního epu hyd válce ve vodorovné poloze výložníku: d = 660 mm Největší horizontální vzdálenost spodního a horního epu hyd válce: e = 165 mm Výpoet úhlu γ sevřeného hydraulickým válcem a sloupem manipulátoru (41) Výpoet spoleného působiště tíhy výložníku a břemene Obr 14 Horizontální vzdálenosti těžišť jednotlivých komponent výložníku od zavěšení paralelogramu 19

Stanovení přibližných hmotností jednotlivých komponent výložníku Níže uváděné rozměry a profily jednotlivých ástí výložníku jsou navrženy předběžně na základě praxe Jejich urení je nutné pro získání alespoň přibližných hmotností a tím i zatížení jednotlivých ástí výložníku Na základě vypoítaných reakních sil R 1 R 2 a R 3 bude konstrukce výložníku optimalizována Těleso s těžištěm T 1 z obrázku je navrženo z ocelového tenkostěnného tvercového profilu jmenovitého rozměru a = 40 mm a t = 3 mm dle ČSN 426935 délky 800 mm doplněné o dvě ocelová pouzdra pro epy Celková hmotnost je předběžně stanovena na m 1 = 32 kg Těleso s těžištěm T 2 z obrázku je navrženo z ocelového tenkostěnného obdélníkového profilu jmenovitého rozměru h = 60 mm b = 40 mm a t = 3 mm dle ČSN 426936 délky 800 mm doplněné o dvě ocelová pouzdra pro epy Celková hmotnost je předběžně stanovena na m 2 = 46 kg Těleso s těžištěm T 3 z obrázku je navrženo jako ocelový svarek pěti plechů tloušťky 6 mm a 8 mm Celková hmotnost je předběžně stanovena na m 3 = 33 kg Těleso s těžištěm T 4 z obrázku je navrženo z ocelové trubky obdélníkového průřezu jmenovitého rozměru a = 60 mm b = 40 mm a t = 5 mm dle ČSN 425720 délky 600 mm doplněné o ocelové pouzdro pro ep Celková hmotnost je předběžně stanovena na m 4 = 43 kg Těleso s těžištěm T 5 z obrázku je ložiskové těleso s jedním radiálním a jedním radiálně axiálním ložiskem Celková hmotnost je předběžně stanovena na m 5 = 100 kg Těleso s těžištěm T 6 z obrázku je navrženo z ocelové trubky obdélníkového průřezu jmenovitého rozměru a = 60 mm b = 40 mm a t = 5 mm dle ČSN 425720 délky 260 mm Celková hmotnost je předběžně stanovena na m 6 = 18 kg Těleso s těžištěm T 7 z obrázku je břemeno s upínacím trnem výložníku Celková hmotnost je předběžně stanovena na m 7 = 105 kg Hmotnosti epů nebyly zvlášť poítány v rámci zaokrouhlování hmotností ostatních dílů na celé vyšší desetiny kilogramu byly takto zahrnuty 20

Celková hmotnost výložníku s břemenem: m cv = m 1 + m 2 + m 3 + m 4 + m 5 + m 6 + m 7 m cv = 32 + 46 + 33 + 43 + 10 + 18 + 105 = 1322 kg (42) Celkový moment jednotlivých ástí výložníku ke spolenému epu paralelogramu a sloupu: M cv1 = g (m 1 + m 2) p + g m 3 r + g m 4 s + g m 5 t + g m 6 u + g m 7 v M cv1 = 981 (32 + 46) 400 + 981 33 808 + 981 43 1127 + 981 10 1505 + 981 18 570 + 98 05 790 2 23 579 N mm 2 235 N m (43) kde g je gravitaní zrychlení 981 m s -2 Celkový moment výložníku ke spolenému epu paralelogramu a sloupu: M cv2 = g m cv c (44) kde c [mm] je horizontální vzdálenost celkového těžiště výložníku od spoleného epu paralelogramu a sloupu Z rovnováhy momentů: M cv1 = M cv2 lze vyjádřit: 37 (45) Síly v uložení výložníku na sloup a) Výložník v horizontální poloze (maximální vyložení břemene) viz obr 13 Suma sil působících horizontálně: F x = 0 R 2 R + R 3 sinγ = 0 (46) Suma sil působících vertikálně: F y 0 R 3 cosγ - G c = 0 (47) Suma momentů k bodu působiště síly R 3 : M R3 0 R 2 d + G c c - R (a +d) = 0 (48) 21

Z těchto rovnic vypoítáme velikosti jednotlivých sil R 1 [N] R 2 [N] a R 3 [N] 33 (49) z první rovnice: R 2 = R - R 3 sinγ po dosazení do třetí: + ( + ) 0 = = 76404 N (410) R 2 = 76404 33 sin 73 7 N (411) b) Výložník v dolní poloze (maximální síla v hydraulickém válci) viz obr 15 Obr 15 Výložník v dolní poloze 22

Celkový moment jednotlivých ástí výložníku ke spolenému epu paralelogramu a sloupu viz obr 15: M cv1 g (m 1 + m 2) p + g m 3 r + g m 4 s + g m 5 t + g m 6 u + g m 7 v M cv1 98 (32 + ) 280 + 98 33 525 + 98 3 8 2 + 98 0 2 9 + 98 8 28 + 98 05 50 757 972 N mm 7575 N m kde g je gravitaní zrychlení 981 m s -2 (412) Celkový moment výložníku ke spolenému epu paralelogramu a sloupu: M cv2 g m cv c (413) kde c [mm] je horizontální vzdálenost celkového těžiště výložníku od spoleného epu paralelogramu a sloupu Z rovnováhy momentů: M cv1 M cv2 lze vyjádřit: 3552 (414) Obr 16 Horizontální vzdálenosti těžišť jednotlivých komponent výložníku od zavěšení paralelogramu v dolní poloze 23

G c (c - b ) R a R ( ) ( ) R ( ) 77 N (415) Suma sil působících horizontálně: F x 0 R + R 3 sinγ - R sinα = 0 (416) Suma sil působících vertikálně: F y 0 R 3 cosγ - R 2 - G c + R cosα = 0 (417) Suma momentů k bodu působiště síly R 3 : M R3 0 G c b - R 3 e 0 (418) Z těchto rovnic vypoítáme velikosti jednotlivých sil R 1 [N] R 2 [N] R 3 [N] R 4 [N] Z třetí rovnice: 288 (419) Z druhé rovnice: R cosγ Gc + R cosα 288 cos827 322 98 + 77 cos 0 0 7 N (420) Z první rovnice: R = R sinα - R 3 sinγ R = 6776 sin40 62886 sin827 = 3451 N (421) Návrh výložníku a souvisejících komponent bude proveden vždy pro větší sílu z dvojice výše vypoítaných 24

γ α [ ] 422 Kinematika manipulátoru V této kapitole bude vyšetřena kinematika manipulátoru tj zjištěny průběhy a extrémy hlavních kinematických veliin navrhovaného manipulátoru Následující funkce a jejich grafické znázornění byly vytvořeny pomocí software Microsoft Excel a jednotlivé konstanty a proměnné jsou znázorněny na obr17 Obr17 Kinematika manipulátoru Úhel natoení hydraulického válce γ α [ ] v závislosti na natoení výložníku α[ ] [ ] (422) 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Obr18 Úhel natoení hydraulického válce γ α [ ] v závislosti na natoení výložníku α 25

Y v (α) [mm] d p (α) [mm] Délka hydraulického válce d pα [mm] v závislosti na natoení výložníku α[ ] ( ) + ( ) [ ] (423) 900 850 800 750 700 650 600 550 500 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Obr19 Délka hydraulického válce d p [mm] v závislosti na natoení výložníku α [ ] Vzdálenost upínací tye manipulátoru od základny y v [mm] v závislosti na natoení výložníku α [ ] ( ) 05 [ ] (424) 2300 2200 2100 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Obr20 Vzdálenost upínací tye manipulátoru od základny y v v závislosti na natoení výložníku α 26

R 3 [N] a(α) [mm] Velikost ramene síly hydraulického válce a (α) [mm] v závislosti na natoení výložníku α [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) + ( ) [ ] (425) 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Obr21Velikost ramene síly hydraulického válce a (α) [mm] v závislosti na natoení výložníku α Velikost síly hydraulického válce R 3 [N] v závislosti na natoení výložníku α [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] (426) 4900 4850 4800 4750 4700 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Obr22 Velikost síly hydraulického válce R 3 [N] v závislosti na natoení výložníku α [ ] 27

R 2 [N] R 1 [N] Velikost síly R 1 [N] v závislosti na natoení výložníku α [ ] = [N] (427) 13000 12000 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Obr23 Velikost síly R 1 [N] v závislosti na natoení výložníku α [ ] Velikost síly R 2 [N] v závislosti na natoení výložníku α [ ] R cosγ Gc + R cosα [N] (428) 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0-2000 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Obr24 Velikost síly R 2 [N] v závislosti na natoení výložníku α [ ] 28

R 4 [N] Velikost síly R 4 [N] v závislosti na natoení výložníku α [ ] R = R sinα - R 3 sinγ [N] (429) 3800 3700 3600 3500 3400 3300 3200 3100 3000 2900 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Obr25 Velikost síly R 4 [N] v závislosti na natoení výložníku α [ ] 29

423 Optimalizovaný návrh výložníku Výložník bude navržen z materiálu S235JR (11373) Průřez horního táhla paralelogramu 1 Zatěžující stav: otoné rameno v ose s paralelogramem Horní táhlo paralelogramu je namáháno na tah Dovolené napětí v tahu σ dt = 65 MPa pro míjivé namáhání [11] 75 (430) 2 Zatěžující stav: otoné rameno kolmo k ose paralelogramu Horní táhlo paralelogramu je namáháno zejména ohybem zapříiněným otoením otoného ramene o 90 proto v této fázi návrhu bude namáhání na tah zanedbáno 98 322 3 (431) 9 (432) Předběžně navržený tenkostěnný tvercový profil o velikosti 40 mm a tloušťce stěny 3 mm s plochou průřezu 399 mm 2 bude nahrazen stejným typem velikosti 100 mm s tloušťkou stěny 5 mm o ploše průřezu 1835 mm 2 a 5 220 30

Průřez spodního táhla paralelogramu 1 Zatěžující stav: otoné rameno v ose s paralelogramem Spodní táhlo paralelogramu je namáháno tlakem silou R 1 a ohybem kolmou složkou síly R 3 vůi táhlu Dovolené napětí v tlaku σ dt = 65 MPa pro míjivé namáhání [11] 75 (433) Dovolené napětí v ohybu σ o = 70 MPa pro míjivé namáhání [11] ( ) ( ) 7 0 7 (434) 2 Zatěžující stav: otoné rameno kolmo k ose paralelogramu Dolní táhlo paralelogramu je namáháno zejména ohybem zapříiněným otoením otoného ramene o 90 proto v této fázi návrhu bude namáhání na tah a ohyb od silového úinku hydraulického válce zanedbáno 98 322 3 (435) 9 (436) Navrhovaný tenkostěnný profil obdélníkového průřezu 60 x 40 mm s tloušťkou stěny 3 mm plochou průřezu 5295 mm 2 a W o 8185 mm 3 bude nahrazen tvercovým profilem o velikosti 100 mm s tloušťkou stěny 5 mm plochou průřezu 1835 mm 2 a 5 220 31

Průřez otoného ramene výložníku Otoné rameno výložníku je namáháno na ohyb ( ) ( ) ( ) 55 (437) Navrhovaný tenkostěnný profil 60 x 40 s tloušťkou stěny 5 mm a W o 12274 mm 3 bude nahrazen tenkostěnným profilem 80 x 40 s tloušťkou stěny 4 mm a W o 16198 mm 3 Průřez krátkého ramínka na ložisku Krátké rameno na ložisku je namáháno tahem a ohybem 20 (438) ( ) ( ) ( ) 07 (439) Navrhovaný tenkostěnný profil obdélníkového průřezu o rozměrech 60 x 40 mm s tloušťkou stěny 5 mm plochou průřezu 853 mm2 a Wo 12274 mm3 bude nahrazen tenkostěnným profilem tvercového průřezu velikosti 45 mm s tloušťkou stěny 3 mm s plochou průřezu 469 mm 2 a W o 5934 mm 3 Průřez epů horního táhla paralelogramu Čepy horního táhla paralelogramu jsou namáhány na smyk a ohyb Smykové napětí je však u tohoto způsobu namáhání dominantní proto bude ohybové napětí v této návrhové ásti zanedbáno Táhlo bude epem připevněno mezi dvě závěsná oka sloupu Nosné průřezy jsou tedy dva Dovolené napětí ve smyku τ d = 40 MPa pro míjivé namáhání dle [11] 1 Zatěžující stav: otoné rameno v ose s paralelogramem 955 (440) 32

Průměr epu (441) kde S 1min [mm 2 ] je minimální průřez epů d 1min [mm] je minimální průměr epů 2 Zatěžující stav: otoné rameno kolmo k ose paralelogramu 3 3 752 (442) 8 88 (443) 333 (444) kde S 1min [mm 2 ] je minimální průřez epu 1 d 1min [mm] je minimální průměr epu 1 š 1 [mm] je šířka profilu horního táhla Volím průměr epu 35 mm Návrh pouzder epů horního táhla paralelogramu Profil táhla bude v místě průchodu epu zesílen trubkou o vnitřním průměru 35 mm a s tloušťkou stěny 3 mm vevařenou mezi dvě stěny profilu Ta bude také sloužit jako ložisko táhla Vzhledem ke kývavému pohybu nejsou zapotřebí ložiska z kluzného materiálu Nízký souinitel tření bude zajištěn namazáním tohoto pouzdra a epu plastickým mazivem při montáži Nyní bude navržena tloušťka závěsných ok na sloupu manipulátoru pro horní táhlo a také ok krátkého ramene paralelogramu ke kterým bude horní táhlo paralelogramu připevněno Tyto oka budou zejména namáhána na otlaení proto bude jejich šířka stanovena z tlaku dovoleného na otlaení 33

1 Zatěžující stav: otoné rameno v ose s paralelogramem Dovolené napětí na otlaení volím pro nepohyblivé uložení p d = 45 MPa 2 (445) Kde š 3min [mm] je minimální šířka závěsného oka horního táhla paralelogramu 2 Zatěžující stav: otoné rameno kolmo k ose paralelogramu 22 (446) Volím šířku 22 mm Průřez epu spodního táhla paralelogramu 1 Zatěžující stav: otoné rameno v ose s paralelogramem Čep spojující spodní táhlo se sloupem je nejvíce namáhán ve spodní poloze výložníku výslednou silou sil R 2 a R 4 viz obr 3 Tato výsledná síla bude oznaena R 24 [N] Navrhovaný ep namáhá zejména smykem proto bude jeho průměr navržen z dovoleného napětí ve smyku + 0 7 + 3 5 0 89 (447) 33 (448) 34

Průměr epu 3 (449) kde S 21min [mm 2 ] je minimální průřez epu spojující spodní táhlo se sloupem d 21min [mm] je minimální průměr epu spojující spodní táhlo se sloupem 2 Zatěžující stav: otoné rameno kolmo k ose paralelogramu 3 3 752 (450) 333 (451) kde S 21min [mm 2 ] je minimální průřez epu 1 d 21min [mm] je minimální průměr epu 1 š 2 [mm] je šířka profilu spodního táhla Volím průměr epu 35 mm Čep spojující spodní táhlo s krátkým svislým táhlem paralelogramu 1 Zatěžující stav: otoné rameno v ose s paralelogramem Čep spojující spodní táhlo s krátkým svislým táhlem paralelogramu je nejvíce namáhán ve spodní poloze výložníku výslednou silou sil R 1 a G c viz obr 3 Tato výsledná síla bude oznaena R 1gc [N] Navrhovaný ep je namáhán zejména smykem proto bude jeho průměr navržen z dovoleného napětí ve smyku + ( cos (90 )) + ( 98 cos (90 )) + ( 98 cos(90 )) 77 + ( 322 98 cos(90 0)) 827 (452) 35

853 (453) Průměr epu 0 (454) kde S 22min [mm 2 ] je minimální průřez epu spojující spodní táhlo se svislým táhlem paralelogramu d 22min [mm] je minimální průměr epu spojující spodní táhlo se svislým táhlem paralelogramu 2 Zatěžující stav: otoné rameno kolmo k ose paralelogramu 3 3 752 (455) 8 88 (456) 333 (457) Kde: S 22min [mm 2 ] je minimální průřez epu 1 d 22min [mm] je minimální průměr epu 1 š 2 [mm] šířka profilu dolního táhla Volím průměr epu 35 mm 36

Prostřední ep spodního táhla Prostřední ep spodního táhla je nejvíce namáhán silou R 3 viz obr 3 A to v dolní poloze výložníku a jeho průměr bude navržen obdobně jako u epů horního táhla paralelogramu z podmínky na smyk Výpotem bude navržen minimální průměr epu který bude upřesněn až při výběru hydraulického válce (458) 78 (459) Průměr epu (460) 0 (461) kde S 23min [mm 2 ] je minimální průřez epu spojující spodní táhlo s pístnicí hydraulického válce d 23min [mm] je minimální průměr epu spojující spodní táhlo s pístnicí hydraulického válce Návrh pouzder epů spodního táhla paralelogramu Profil táhla bude v místě průchodu epu zesílen trubkou o vnitřním průměru 35 mm a s tloušťkou stěny 3 mm vevařenou mezi dvě stěny profilu Ta bude také sloužit jako ložisko táhla Vzhledem ke kývavému pohybu nejsou zapotřebí ložiska z kluzného materiálu Nízký souinitel tření bude zajištěn namazáním tohoto pouzdra a epu plastickým mazivem při montáži Vzhledem k téměř shodnému namáhání spodního a horního táhla paralelogramu při 2 zatěžovacím stavu budou závěsná oka spodního táhla paralelogramu navržena shodně jako pro horní táhlo paralelogramu 37

Průřez epu otoného ramene Čep otoného ramene je zejména namáhán ohybovým momentem od tíhy břemene na rameni vzdálenosti působiště tíhy břemene od osy otáení otoného ramene Vlastní tíhu otoného ramene ložiskového tělesa a krátkého ramene na ložisku vzhledem k tíze břemene zanedbám Rameno momentu tíhy břemene od osy otáení otoného ramene l or = 837 mm Obr26 Schématické znázornění zatížení epu otoného ramene Smyková síla působící na ep 077 9 (462) Kde M tb [Nmm] je moment od tíhy břemene na ramenu vzdálenosti působiště tíhy břemene od osy otáení otoného ramene V or [mm] výška profilu otoného ramene Průměr epu bude stanoven z dovoleného smykového napětí 2 9 (463) Průměr epu (464) 85 Volím průměr 20 mm 38

Návrh pouzder epu otoného ramene Profil táhla je tenkostěnný proto bude v místě průchodu epu zesílen trubkou o vnitřním průměru 20 mm a s tloušťkou stěny 3 mm vevařenou mezi dvě stěny profilu Ta bude také sloužit jako ložisko táhla Vzhledem ke kývavému pohybu nejsou zapotřebí ložiska z kluzného materiálu Nízký souinitel tření bude zajištěn namazáním tohoto pouzdra a epu plastickým mazivem při montáži Návrh radiálně axiálního ložiska výložníku Uložení ramene bude provedeno jedním radiálním a jedním radiálně axiálním ložiskem Slouží pro zachycení silové dvojice F lr od momentu tíh M 67 krátkého ramene na ložisku s těžištěm T 6 z obr 14 a břemene s upínacím epem výložníku se spoleným těžištěm T 7 z obr 14 Axiální složku zatížení ložisek F lax způsobenou tíhou G 67 zachytí právě radiálně axiální ložisko Obr27 Schématické znázornění zatížení radiálně axiálního ložiska ramene + 98 8 5 + 98 05 285 29 7 2 (465) r M6 [mm] je rameno tíhy krátkého ramene s těžištěm T6 z obr14 r M6 = u t = 1570 1505 = 65 mm (466) 39

r M7 [mm] je rameno tíhy břemene s upínacím epem výložníku se spoleným těžištěm T7 z obr14 r M7 = v t = 1790 1505 = 285 mm (467) M 67 = F lr l l = 3349 N (468) 2 ( + ) 2 8 7 (469) Radiální ložisko Návrh ložisek dle [11] Ekvivalentní dynamické zatížení: + Kde F a = 0 N 33 9 + 0 33 9 (470) kde V [ ] je rotaní souinitel X [ ] koeficient radiálního zatížení pro radiální ložiska Y [ ] koeficient axiálního zatížení pro radiální ložiska Urení základní dynamické únosnosti C Pro základní trvanlivost L = 20 10 6 otáek Vzhledem ke kývavému otáení se tato trvanlivost dá považovat za dostatenou ( ) Pro m = 3 je ( ) 27 27 33 9 27 907 (471) 40

Statické zatížení ložiska + Protože : 0 33 9 (472) Pro dané provozní podmínky a způsob zatížení byla zvolena bezpenost ložiska S 0 S 0 = 15 Minimální statická únosnost ložiska 5 33 9 502 (473) Radiálně axiální ložisko Ekvivalentní dynamické zatížení + 0 0 0 8 0 33 9 + 0 8 7 33 9 (474) Urení základní dynamické únosnosti C Pro základní trvanlivost L = 20 10 6 otáek Vzhledem ke kývavému otáení se tato trvanlivost dá považovat za dostatenou ( ) Pro m = 3 je ( ) 27 27 33 9 27 907 (475) Statické zatížení ložiska + Radiální souinitel ložiska 05 Axiální souinitel ložiska 037 41

Pro S 0 = 15 05 33 9 + 037 8 7 2223 (476) 5 2223 3335 (477) Z vypotených C a C 0 vychází jako vhodné radiální ložisko jednořadé kulikové 6304 dle ČSN 024630 a radiálně axiální ložisko kulikové jednořadé s kosoúhlým stykem 7204 dle ČSN 024645 Obě navržená ložiska jsou s vnitřním průměrem 20 mm Ověření epu ø 20 mm pro ložiska s ohledem na ohybový moment M 67 Kde [mm 3 ] je průřezový modul epu ložisek v ohybu 785 (478) 70 je dovolené napětí pro ocel 11373 a míjivé namáhání [11] 375 70 (479) Pro navržený průměr epu ložisek je dané namáhání příliš velké proto nyní zvolím vhodný ø epu 2 0 (480) Minimální průměr epu ložisek 35 (481) Volím průměr epu 40 mm a z tohoto důvodu následující ložiska: Radiální 6308 dle ČSN 024630 Radiálně axiální 7208 dle ČSN 024645 42

424 Předběžný návrh sloupu Návrh průřezu sloupu Průřez sloupu bude odvozen od ohybového momentu působícího na sloup při maximálním vyložení břemene To je když je výložník ve vodorovné poloze Velikost tohoto momentu byla stanovena v kapitole 421 jako celkový moment jednotlivých ástí výložníku ke spolenému epu paralelogramu a sloupu M cv1 = 21234579 Nmm 30335 (482) Sloup bude navržen z trubky podélně svařované o vnějším průměru 1524 mm a tloušťkou stěny 6 mm dle ČSN EN 10219-2 Průřezový moment v ohybu této trubky je: 97 87 (483) Předimenzování tuhosti trubky je v souladu s požadavkem na její tuhost Návrh radiálně axiálního uložení výložníku na sloupu Tíha výložníku s břemenem 98 322 297 (484) Rozte ložisek sloupu L ls = 995 mm Radiální síla působící na každé ložisko 2 3 (485) Axiální síla působící na radiálně axiální ložisko 297 (486) 43

Obr28 Schématické znázornění otoe sloupu Návrh radiálního ložiska Ekvivalentní dynamické zatížení + Pro rotaní souinitel V = 1 Souinitel radiální síly X = 1 Souinitel axiální síly Y = 0 2 3 + 0 2 3 (487) Pro základní trvanlivost L = 20 10 6 otáek a exponent m = 3 je odpovídající jednořadému kulikovému ložisku je poměr: 27 (488) potom 27 2 3 27 5783 (489) Statické zatížení ložiska + Protože : 0 2 3 (490) Pro dané provozní podmínky a způsob zatížení byla zvolena bezpenost ložiska S 0 44

S 0 = 15 Minimální statická únosnost ložiska 5 2 3 320 2 (491) Návrh radiálně axiálního ložiska Ekvivalentní dynamické zatížení + Pro jednořadé kulikové ložisko s kosoúhlým stykem je e = 68 0 0 0 8 0 2 3 + 0 297 2 3 (492) Urení základní dynamické únosnosti C Pro základní trvanlivost L = 20 10 6 otáek a exponent m = 3 je odpovídající jednořadému kulikovému ložisku je poměr: 27 potom 27 2 3 27 5783 (493) Statické zatížení ložiska + Pro jednořadé kulikové ložisko s kosoúhlým stykem je X 0 = 05 a Y 0 = 037 05 2 3 + 037 297 5 9 (494) Pro dané provozní podmínky a způsob zatížení byla zvolena bezpenost ložiska S 0 S 0 = 15 Minimální statická únosnost ložiska 5 5 9 2320 (495) 45

Při návrhu ložisek zohledním průměr epu na který mají být montovány Tento ep je namáhán ohybovým momentem M cv1 od tíhy výložníku Proto je zapotřebí stanovit jeho průměr a ložiska budou navržena na minimálně tuto hodnotu Kde [mm 3 ] je průřezový modul epu ložisek v ohybu 30335 (496) Minimální průměr epu ložisek (497) 7 Volím průměr epu 84 mm a z tohoto důvodu následující ložiska: Radiální 6412 dle ČSN 024630 Radiálně axiální 7217 dle ČSN 024645 Návrh ukotvení sloupu Obr29 Základní deska sloupu 46

Obr30 Schématické znázornění namáhání kotvících šroubů Síla na dva kotvící šrouby Z rovnováhy ke klopné hraně - znaeno A ( ) 297 ( 37 300) 5 0 32 3 (497) Síla na jeden kotvící šroub 05 5 Výpoet minimálního průměru šroubu d 3 Stanovení šroubu pro spoj s předpětím zatížený míjivě platí 02 kde pro šrouby třídy 28 je Re = 640 MPa 02 0 28 399 (498) Z montážních důvodů volím d 3 = 9853 mm což odpovídá šroubu se závitem M12 47

425 Návrh hydraulické soustavy Maximální síla ve válci je R 3 = 62886 N Požadovaný rozsah hydraulického válce 550 880 mm Požadovaný zdvih hydraulického válce 330 mm Runí pumpa PMI 12 RV + nádrž TNA 5 objem 5 L - Oleoweb Objem kapaliny na 1 cyklus pumpy V o = 012 L Maximální tlak pumpy 350 bar = 35 MPa Obr31 Schématické znázornění hydraulického obvodu Minimální průměr pístu Jmenovitý tlak p n = 16 MPa [M a] 393 (499) 22 (4100) Navržený přímoarý hydromotor dvojinný od firmy Hydraulics EH 40/25 x 363 R o rozsahu 540 903 mm a skuteném zdvihu 363 mm 48

Výpoet tlaku který bude nastaven na redukním ventilu z důvodu ochrany zařízení před přetížením 5 50 (4101) Tento vypotený tlak vyhovuje maximálnímu statickému zatížení Připevnění runí pumpy a nádrže bude řešeno montážně z důvodů optimální ergonomie obsluhy Potřebná délka hadic bude upřesněna také při montáži 49

5 Kontrolní výpoet manipulátoru V kontrolním výpotu budou ověřeny navržené rozměry manipulátoru a jeho jednotlivých komponent stanovených v kapitole 42 Konstrukce manipulátoru a při tvorbě návrhového výkresu Hmotnosti jednotlivých ástí výložníku Níže jsou uvedeny skutené hmotnosti jednotlivých ástí výložníku dle rozměrů v návrhovém výkrese které odpovídají skutenosti Horní rameno paralelogramu ocelový tvercový tenkostěnný profil o jmenovitém rozměru 100 mm a tloušťkou stěny 5 mm délky 864 mm dle ČSN 425720 Hmotnost vetně víek pouzder a epů m 1 = 135 kg Dolní rameno paralelogramu ocelový tvercový tenkostěnný profil o jmenovitém rozměru 100 mm a tloušťkou stěny 5 mm délky 864 mm dle ČSN 425720 Hmotnost vetně víek pouzder a epů m 2 = 137 kg Krátké rameno paralelogramu hmotnost m 3 = 45 kg Otoné rameno výložníku ocelový tenkostěnný obdélníkový profil 80 x 40 mm s tloušťkou stěny 4 mm dle ČSN 425720 délky 619 mm Hmotnost vetně víka pouzdra a epu m 4 = 44 kg Ložiskové těleso m 5 = 124 kg Krátké ramínko na ložisku ocelový tenkostěnný tvercový profil o jmenovitém rozměru 45 mm s tloušťkou stěny 3 mm dle ČSN 425720 délky 280 mm Hmotnost vetně víka a madla m 6 = 12 kg Břemeno s upínacím epem výložníku Celková hmotnost m 7 = 105 kg Celková hmotnost výložníku s břemenem m cvskut = m 1skut + m 2skut + m 3skut + m 4skut + m 5skut + m 6skut + m 7skut m cvskut = 135 + 137 + 45 + 44 + 124 + 12 + 105 = 1547 kg (51) Celkový moment jednotlivých ástí výložníku ke spolenému epu paralelogramu a sloupu M cv1skut = g (m 1skut + m 2skut) p + g m 3skut r + g m 4skut s + g m 5skut t + g m 6skut u + g m 7skut v M cv1skut = 981 (135 + 137) 400 + 981 45 808 + 981 44 1127 + 981 124 1505 + 981 12 1570 + 981 105 1790 = 22363935 N mm 22364 N m (52) kde g je gravitaní zrychlení 981 m s -2 50

Celkový moment výložníku ke spolenému epu paralelogramu a sloupu M cv2skut = g m cvskut c kde c [mm] je horizontální vzdálenost celkového těžiště výložníku od spoleného epu paralelogramu a sloupu Z rovnováhy momentů: M cv1skut = M cv2skut lze vyjádřit: 73 (53) Síly v uložení výložníku na sloup a) Výložník v horizontální poloze (maximální vyložení břemene) viz obr 1 Suma sil působících horizontálně: F xskut 0 R 2skut R skut + R 3skut sinγ = 0 (54) Suma sil působících vertikálně: F yskut 0 R 3skut cosγ - G c = 0 (55) Suma momentů k bodu působiště síly R 3 : M R3skut 0 R 2skut d + G c c - R skut (a +d) = 0 (56) Z těchto rovnic vypoítáme velikosti jednotlivých sil R 1skut [N] R 2skut [N] a R 3skut [N] 5 (57) z první rovnice R 2skut = R skut - R 3skut sinγ 51

po dosazení do třetí + ( + ) 0 79 (58) R 2skut = 79465 15641 sin 75681 N (59) Celkový moment jednotlivých ástí výložníku ke spolenému epu paralelogramu a sloupu viz obr 4 M cv1skut g (m 1skut + m 2skut) p + g m 3skut r + g m 4skut s + g m 5skut t + g m 6skut u + g m 7skut v M cv1skut 98 (135 + 137) 280 + 981 45 525 + 981 44 842 + 981 12 1219 + 981 12 1284 + 981 105 1504 = 18420443 N mm 1842 N m (510) kde g je gravitaní zrychlení 981 m s -2 Celkový moment výložníku ke spolenému epu paralelogramu a sloupu M cv2skut g m cvskut c kde c [mm] je horizontální vzdálenost celkového těžiště výložníku od spoleného epu paralelogramu a sloupu Z rovnováhy momentů: M cv1skut M cv2skut lze vyjádřit: 2 38 (511) G c (c - b ) R skut a R R ( ) ( ) ( ) 79293 N (512) 52

Suma sil působících horizontálně: F xskut 0 R skut + R 3skut sinα - R skut sinβ 0 (513) Suma sil působících vertikálně: F yskut 0 R 3skut cosα - R 2skut - G c + R skut cosβ 0 (514) Suma momentů k bodu působiště síly R 3skut: M R3skut 0 G cskut b - R 3skut e 0 (515) Z těchto rovnic vypoítáme velikosti jednotlivých sil R 1skut [N] R 2skut [N] R 3skut [N] R 4skut [N] Z třetí rovnice (516) 7359 (517) Z druhé rovnice R cosγ G + R cosα 7359 cos827 5 7 98 + 79293 cos 0 839 N (518) Z první rovnice R skut = R skut sinα - R 3skut sinγ R skut = 79293 sin40 7359 sin827 = 40384 N (519) 51 Kontrolní výpoty paralelogramu 511 Horního táhlo paralelogramu 1 Zatěžující stav: otoné rameno v ose s paralelogramem Horní táhlo paralelogramu je namáháno na tah Dovolené napětí v tahu σ dt = 65 MPa pro míjivé namáhání [1] 3 (520) 53

2 Zatěžující stav: otoné rameno kolmo k ose paralelogramu Horní táhlo paralelogramu je namáháno tahem a ohybem zapříiněným otoením otoného ramene o 90 98 5 7 089 (521) 003 (522) + 003 + 3 33 70 M a 512 Spodního táhlo paralelogramu 1 Zatěžující stav: otoné rameno v ose s paralelogramem Spodní táhlo paralelogramu je namáháno tlakem silou R 1skut a ohybem kolmou složkou síly R 3śkut vůi táhlu 3 (523) Napětí v ohybu σ do = 70 MPa pro míjivé namáhání [11] ( ) ( ) 07 (524) Výsledné normálové napětí + 07 + 3 5 (525) 2 Zatěžující stav: otoné rameno kolmo k ose paralelogramu Spodní táhlo je namáháno tlakem a ohybem viz první zaťežující stav a ohybem z důvodů vytoení otoného ramene viz Horní táhlo paralelogramu + 003 + 5 7503 70 M a (526) 54

Vzhledem k nízkému překroení zvoleného dovoleného napětí je bezpenost dostatená a navržený profil tedy vyhovuje Pro materiál S235 je pro míjivé zatížení rozsah dovoleného napětí v ohybu 70 105 MPa [11] 514 Otoné rameno výložníku Otoné rameno výložníku je namáháno na ohyb ( ) ( ) ( ) 3 (527) 3 70 515 Krátké ramínko na ložisku Krátké rameno na ložisku je namáháno tahem a ohybem Napětí v tahu 32 (528) ( ) ( ) ( ) 5 3 (529) Výsledné normálové napětí + 5 3 + 32 595 595 70 (530) 516 Čepy horního táhla paralelogramu 1 Zatěžující stav: otoné rameno v ose s paralelogramem Čepy horního táhla paralelogramu jsou namáhány na smyk a ohyb Smykové napětí je však u tohoto způsobu namáhání dominantní proto je ohybové napětí zanedbáno 55

Dovolené napětí ve smyku τ d = 40 MPa pro míjivé namáhání dle [11] (531) 0 2 Zatěžující stav: otoné rameno kolmo k ose paralelogramu 3 (532) 3 0 517 Závěsná oka horního táhla paralelogramu 1 Zatěžující stav: otoné rameno v ose s paralelogramem Provedení závěsných ok je shodné na sloupu i na krátkém rameni paralelogramu proto bude výpoet jednotný pro obě Kontrola na roztržení v minimálním průřezu (533) 5 Kde: t 1skut [mm] je minimální vzdálenost otvoru od okraje závěsu š 3 [mm] je tloušťka závěsného oka Kontrola na otlaení Dovolené napětí na otlaení pro nepohyblivé uložení p d = 45 MPa 56

52 (534) 52 5 Kde: š 3 [mm] je tloušťka závěsného oka d 1skut [mm] je průměr epu spojující horní táhlo se závěsnými oky 2 Zatěžující stav: otoné rameno kolmo k ose paralelogramu Kontrola na roztržení v minimálním průřezu 527 (535) 527 5 Kde: t 1 [mm] je minimální vzdálenost otvoru od okraje závěsu š 3 [mm] je tloušťka závěsného oka Kontrola na otlaení Dovolené napětí na otlaení pro nepohyblivé uložení p d = 45 MPa 52 (536) 5 5 Vypotená hodnota sice překrauje povolenou mez ale velmi málo toto závěsné oko vyhovuje 57

518 Čep spodního táhla sloup 1 Zatěžující stav: otoné rameno v ose s paralelogramem Napětí ve smyku + 839 + 038 25089 (537) 5 (538) kde S 21skut [mm 2 ] je průřez epu spojující spodní táhlo se sloupem d 21skut [mm] je průměr epu spojující spodní táhlo se sloupem 2 Zatěžující stav: otoné rameno kolmo k ose paralelogramu Smykové napětí 3 (539) Skutená hodnota smykového napětí bude vyšší o zatížení od síly od hydraulického válce Tato složka bude ale malá proto lze konstatovat že ep vyhovuje 519 Čep spojující spodní táhlo s krátkým svislým táhlem paralelogramu 1 Zatěžující stav: otoné rameno v ose s paralelogramem + ( cos (90 )) + ( 98 cos (90 )) + ( 98 cos(90 )) 79293 + ( 5 7 98 cos(90 0)) 7989 (540) 83 (541) 58

83 0 kde S 22skut [mm 2 ] je průřez epu spojující spodní táhlo se svislým táhlem paralelogramu d 22skut [mm] je průměr epu spojující spodní táhlo se svislým táhlem paralelogramu 2 Zatěžující stav: otoné rameno kolmo k ose paralelogramu Smykové napětí 3 (542) 3 0 Skutené napětí bude vyšší o napětí od tlakové síly v táhle a tíhy výložníku 5110 Prostřední ep spodního táhla paralelogramu Napětí ve smyku Průměr epu je dán použitým hydraulickým válcem d 23 = 20 mm (543) 7 kde S 23skut [mm 2 ] je průřez epu spojující spodní táhlo s pístnicí hydraulického válce d 23skut [mm] je průměr epu spojující spodní táhlo s pístnicí hydraulického válce 59

5111 Závěsná oko prostředního epu spodního táhla paralelogramu Kontrola na roztržení v minimálním průřezu 307 (544) 307 5 Kde: t 2 [mm] je vzdálenost otvoru od okraje závěsu š 4 [mm] je tloušťka závěsného oka Kontrola na otlaení 23 (545) 23 5 5112 Závěsné oko spodní táhlo sloup 1 Zatěžující stav: otoné rameno v ose s paralelogramem Kontrola na roztržení v minimálním průřezu 95 (546) 9 5 Kde: t 1 [mm] je vzdálenost otvoru od okraje závěsu š 3 [mm] je tloušťka závěsného oka Kontrola na otlaení 60

8 (547) 8 5 2 Zatěžující stav: otoné rameno kolmo k ose paralelogramu Kontrola na roztržení v minimálním průřezu 52 (548) 52 5 Kde: t 1 [mm] je vzdálenost otvoru od okraje závěsu š 3 [mm] je tloušťka závěsného oka Kontrola na otlaení 5 (549) 5 5 5113 Závěsné oko spodní táhlo krátké svislé táhlo 1 Zatěžující stav: otoné rameno v ose s paralelogramem Kontrola na roztržení v minimálním průřezu (550) 5 Kde: t 1 [mm] je vzdálenost otvoru od okraje závěsu š 3 [mm] je tloušťka závěsného oka 61

Kontrola na otlaení 52 (551) 52 5 2 Zatěžující stav: otoné rameno kolmo k ose paralelogramu Kontrola na roztržení v minimálním průřezu 52 (552) 52 5 Kde: t 1 [mm] je vzdálenost otvoru od okraje závěsu š 3 [mm] je tloušťka závěsného oka Kontrola na otlaení 5 (553) 5 5 5114 Závěsné oko prostředního epu spodního táhla paralelogramu Kontrola na roztržení v minimálním průřezu 5 (554) 5 5 62

Kde: t 2 [mm] je vzdálenost otvoru od okraje závěsu š 4 [mm] je tloušťka závěsného oka Kontrola na otlaení 23 (555) 23 5 Kde t 2 [mm] je vzdálenost otvoru od okraje závěsu š 4 [mm] je tloušťka závěsného oka 5115 Čep otoného ramene Napětí ve smyku 3 3 (556) 3 3 0 5116 Závěsné oko epu otoného ramene Kontrola na roztržení v minimálním průřezu 599 (557) 599 5 Kde: t 3 [mm] je vzdálenost otvoru od okraje závěsu š 5 [mm] je tloušťka závěsného oka 63

Kontrola na otlaení 9 (558) 9 5 5117 Uložení výložníku + 98 2 5 + 98 05 285 29 329 (559) r M6 [mm] je rameno tíhy krátkého ramene s těžištěm T6 z obr14 r M6 = u t = 1570 1505 = 65 mm (560) r M7 [mm] je rameno tíhy břemene s upínacím epem výložníku se spoleným těžištěm T7 z obr14 r M7 = v t = 1790 1505 = 285 mm (561) M 67skut = F lrskut l l 33 (562) 2 ( + ) 2 733 (563) 5118 Radiální ložisko 6308 dle ČSN 024630 C = 31000 C o = 22400 Ekvivalentní dynamické zatížení: + kde F lax = 0 N 33 + 0 33 (564) V [ ] je rotaní souinitel X [ ] koeficient radiálního zatížení pro radiální ložiska Y [ ] Koeficient axiálního zatížení pro radiální ložiska 64

Základní trvanlivost ( ) ( ) 79 2 0 (565) Statické zatížení ložiska + Protože : 0 33 (566) 7 (567) 5119 Radiálně axiální ložisko 7208 dle ČSN 024645 C = 30000 C o = 23200 Ekvivalentní dynamické zatížení + 0 (568) 0 0 8 0 Základní trvanlivost 33 + 0 733 33 (569) ( ) ( ) 72 0 (570) Statické zatížení ložiska + Radiální souinitel ložiska 05 Axiální souinitel ložiska 037 05 33 + 037 733 22 7 (571) 05 (572) 65

5120 Čep otoe Napětí v ohybu 8 (573) 8 70 521 kontrolní výpoty sloupu Napětí v ohybu 23 (574) 23 70 Uložení výložníku na sloupu Tíha výložníku s břemenem 98 5 7 5 7 (575) Rozte ložisek sloupu L ls = 995 mm Radiální síla působící na každé ložisko 22 7 (576) Axiální síla působící na radiálně axiální ložisko 5 7 (577) 522 Radiální ložisko 6412 dle ČSN 024630 C = 110000 N C o = 69400 N Ekvivalentní dynamické zatížení: + kde F alskut = 0 N 22 7 + 0 22 7 (578) 66

V [ ] je rotaní souinitel X [ ] koeficient radiálního zatížení pro radiální ložiska Y [ ] Koeficient axiálního zatížení pro radiální ložiska Základní trvanlivost ( ) ( ) 7225 0 (579) Statické zatížení ložiska + Protože : 0 22 7 (580) 9 00 309 (581) 523Radiálně axiální ložisko 7217 dle ČSN 024645 C = 102000 N C o = 90000 N Ekvivalentní dynamické zatížení + 22 7 (582) ( ) ( ) 93 0 (583) Statické zatížení ložiska + Radiální souinitel ložiska 05 Axiální souinitel ložiska 037 05 22 7 + 037 5 7 853 (584) 90000 53 (585) 67

524Ukotvení sloupu Síla na dva kotvící šrouby ( ) 5 7 ( 37 300) 5 0 (586) 37575 Síla na jeden kotvící šroub Napětí v tahu 8787 2 (587) 2 28 Namáhání závitu šroubu na otlaení ( ) ( ) 7 (588) 53 Kontrolní výpoet svarů 531 Sloup základní deska Svar obvodový a5 plus výztužná žebra Kontrolní výpoet bude proveden na obvodový svar sloupu bez výztužných žeber Ohyb Dovolené napětí koutového svaru při namáhání v ohybu τ dov = 42 MPa [ 10 ] ( ) ( ) ( ) ( ) 2 7 (589) 2 7 2 68

Kde: z d sl D tr [ mm ] je vzdálenost osy epu paralelogramu ke kraji trubky sloupu [ mm ] je vnější průměr vnějšího průřezu svaru [ mm ] je vnější průměr sloupu 532 Sloup deska otoe Obvodový svar V 6 Dovolené napětí svaru při namáhání v ohybu τ d = 55 MPa [ 10 ] Ohyb ( ) ( ) ( ) ( ) 2 (590) 2 55 Kde: d tr [ mm ] je vnitřní průměr trubky sloupu 533 Čep otoe deska otoe Dvakrát obvodový svar a4 Dovolené napětí svaru při namáhání v ohybu τ d = 55 MPa [ 10 ] Ohyb ( ) ( ) ( ) ( ) 30 (591) 30 55 Kde: d d v [ mm ] je průměr epu v místě přivaření k desce otoe [ mm ] je vnější průměr průřezu sváru 69

534 Sloup závěs paralelogramu Závěsy přenášející tahovou sílu R 1 jsou dva proto bude výpotová délka svaru dvojnásobná Dovolené napětí svaru při namáhání v ohybu τ d = 55 MPa [ 10 ] Ohyb: ( ) ( ) ( ) ( ) 52 (592) 52 55 Kde: l z s svz [ mm ] je délka závěsu paralelogramu [ mm ] je velikost svaru závěsu paralelogramu Smyk Dovolené napětí svaru při namáhání na smyk τ d = 24 MPa [ 10 ] ( ) ( ) 02 (593) 02 2 Celkové napětí + 52 + 02 52 (594) 52 2 535 Závěs epu otoného ramene Závěs je namáhán tahem zejména silou F rtb Velikost sváru s = 6 + a3 délka 70 mm Dovolené napětí svaru při namáhání v tahu σ dt = 42 MPa [ 10 ] ( ) ( ) ( ) ( ) 239 (595) 239 2 70

536 Otoné rameno ložiskové těleso Ohyb Dovolené napětí svaru při namáhání v ohybu τ d = 455 MPa [ 10 ] 05 98 295 3038 8 (596) 55 Kde: r ar B rl H rl b rl h rl [ mm ] je vzdálenost těžiště břemene od konce otoného ramene [ mm ] je šířka vnějšího obdélníka nosného průřezu svaru [ mm ] je výška vnějšího obdélníka nosného průřezu svaru [ mm ] je šířka vnitřního obdélníka nosného průřezu svaru [ mm ] je výška vnitřního obdélníka nosného průřezu svaru 537 Ložiskové těleso krátké rameno Napětí od tíhy břemene Smykové napětí Dovolené napětí svaru při namáhání na smyk τ d = 24 MPa [ 10 ] 3 (597) 3 2 Kde: l sr [ mm ] je délka svaru Tahové napětí má stejnou velikost jako smykové 3 Napětí od ohybového momentu Dovolené napětí svaru při namáhání v ohybu τ d = 455 MPa [ 10 ] 71

23 (598) 23 55 Kde: r br B rl H rl b rl h rl [ mm ] je vzdálenost těžiště břemene od osy krátkého ramene [ mm ] je šířka vnějšího obdélníka nosného průřezu svaru [ mm ] je výška vnějšího obdélníka nosného průřezu svaru [ mm ] je šířka vnitřního obdélníka nosného průřezu svaru [ mm ] je výška vnitřního obdélníka nosného průřezu svaru Celkové napětí + + 3 + 23 + 3 235 (599) 235 2 538 Spodní závěs hydraulického válce Smyk Dovolené napětí svaru při namáhání na smyk τ d = 24 MPa [ 10 ] (5100) 7359 cos 827 7282 Kde: [ ] je úhel mezi sloupem a hydraulickým válcem v dolní poloze výložníku Sílu hydraulického válce budou do sloupu přenášet dva závěsy proto bude průřez sváru dvakrát zvětšen ( ) ( ) 9 (5101) 9 2 Kde: l z [ mm ] je výška závěsu válce 72

6 Závěr Cílem mé práce bylo na základě existujících možností manipulace zpracovat návrh jednoduchého manipulátoru na manipulaci s homogenním materiálem navinutým na papírové trubici o maximální hmotnosti 75 kg Nejprve byla provedena rešerše na téma manipulátory používané v průmyslu vetně možností uchopení materiálu Následně byl zpracován konstrukní návrh jednoduchého otoného runě vedeného manipulátoru s paralelogramem Byly provedeny kontrolní výpoty jednotlivých uzlů se zatížením kde bylo ověřeno že zařízení na požadované zatížení vyhovuje Nejvíce je namáháno spodní rameno paralelogramu kde byla vypotena celková hodnota napětí 7503 MPa ímž bylo mírně překroeno stanovené dovolené napětí σ do = 70 MPa Vzhledem k nízkému překroení zvoleného dovoleného napětí pro materiál S235 je pro míjivé zatížení rozsah dovoleného napětí v ohybu 70 105 MPa je bezpenost dostatená a navržený profil tedy vyhovuje Navržená konstrukce je z pevnostního hlediska pro zadané provozní zatížení vyhovující Pro ovládání zdvihu byla navržena soustava složená z runího hydraulického erpadla olejové nádrže a dvojinného přímoarého hydromotoru která je pro požadovanou funkci manipulace plně dostaující Pro ochranu zařízení proti přetížení bude pojišťovací ventil seřízen na tlak 5 MPa Dle návrhu a jednotlivých kontrolních výpotů byla vytvořena základní výkresová dokumentace 73

7 Použitá literatura a internetové zdroje [1] http://wwwindevagroupcz/cs-cz/truck-mounted-load-balancer-czhtml [2] http://wwwdalmeccom/cz/manipulators/industrial_manipulators_micropartnerhtml [3] Jaromír AdamecTechnologie automatizovaných výrob 2006 ISBN 80-248-0871-4 [4] http://wwwdalmeccom/cz/manipulators/industrial_manipulators_partner_pshtml [5] http://wwwdalmeccom/cz/manipulators/industrial_manipulators_maxipartnerhtml [6] http://wwwdalmeccom/cz/ [7] http://wwwtedoxcz/sveraci-kleste [8] http://wwwindevagroupcz/cs-cz/elektronicke-manipulatory-liftronichtml [9] http://wwwauringcz/cs/reference/linky/ [10] Strojnické tabulky Bedřich Vrzal a kolektiv vydání SNTL Praha 1972 [11] LEINVEBER J ŘASA J VÁVRA P Strojnické tabulky 3 Vydání Scientia Praha 1999 ISBN 80-7183-164-6 74