VYOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ BRNO UNIVERITY OF TECHNOLOGY FAKULTRA TROJNÍHO INŽENÝRTVÍ ÚTAV AUTOMOBILNÍHO A DORAVNÍHO INŽENÝRTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INTITUTE OF AUTOMOTIVE AND ENGINEERING MOBILNÍ ŠTÍAČKA DŘEVĚNÉ KULATINY MOBILE WOOD LITTER BAKALÁŘKÁ RÁCE BACHELOR' THEI AUTOR RÁCE AUTHOR VEDOUCÍ RÁCE UERVIOR DAVID GRÁC doc. Ing. MIROLAV ŠKOÁN, Cc. BRNO 01
ABTRAKT, KLÍČOVÁ LOVA BRNO 01
ABTRAKT, KLÍČOVÁ LOVA BRNO 01
ABTRAKT, KLÍČOVÁ LOVA ABTRAKT Cílem mé bakalářské ráce je návrh mobilního štíače dřevěné kulatiny dle základních technických arametrů: max. silou na břitu 90 kn, zdvihem 580 mm, růměrem štíaného dřeva do 450 mm a jeho maximální délkou do 1100 mm. tavba stroje byla rovedena jako vertikální. KLÍČOVÁ LOVA římočarý hydromotor, zubový hydrogenerátor, elektromotor, štíací klín. ABTRACT The aim of my bachelor thesis is design a mobile wooden log slitter according to the basic technical arameters: maximum ressure on the slitting wedge 90 kn, stroke 580 mm, diameter of timber to be cut to 450 mm and its maximum length to 1100 mm. Construction equiment was carried out as vertical. KEYWORD Linear hydraulic motor, um, electric motor, slitting wedge BRNO 01
BIBLIOGRAFICKÁ CITACE BIBLIOGRAFICKÁ CITACE GRÁC, D. Mobilní štíačka dřevěné kulatiny. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 01. 40 s. Vedoucí dilomové ráce doc. Ing. Miroslav Škoán, Cc. BRNO 01
ČETNÉ ROHLÁŠENÍ ČETNÉ ROHLÁŠENÍ rohlašuji, že tato ráce je mým ůvodním dílem, zracoval jsem ji samostatně od vedením doc. Ing. Miroslava Škoána, Cc. a s oužitím literatury uvedené v seznamu. V Brně dne 5. května 01..... David Grác BRNO 01
ODĚKOVÁNÍ ODĚKOVÁNÍ Chtěl bych tímto oděkovat zejména svému vedoucímu bakalářské ráce doc. Ing. Miroslavu Škoánovi, Cc. za cenné rady, řiomínky a čas strávený ři konzultacích. BRNO 01
OBAH OBAH Úvod... 9 Cíl ráce... 10 1 Charakteristika a řehled vyráběných štíaček dřeva... 10 Návrh a kontrola důležitých konstrukčních komonentů... 1.1 Návrh a volba římočarého hydromotoru... 1. Kontrola ístní tyče H na tah... 14.3 Kontrola H na vzěrnou evnost... 15.4 Návrh a volba zubového hydrogenerátoru... 16.5 Výočet otřebného říkonu elektromotoru... 0.6 Návrh olejové nádrže... 0 3 Zvolené komonenty... 1 3.1 Hydraulické schéma štíačky... 3. ráce se štíačkou... 4 Kontrolní výočty čeových sojení... 3 4.1 Kontrolní výočet horního sojení če A... 3 4.1.1 Výočet maximálního ohybového momentu... 4 4.1. Kontrola čeu A na ohyb... 4 4.1.3 Kontrola čeu A na střih... 5 4.1.4 Kontrola na otlačení... 5 4.1.5 Kontrola odmínky HMH... 6 4.1.6 Kontrola klínu na tah... 6 4.1.7 Kontrola vidlice na tah... 7 4. Kontrolní výočet sodního sojení če B... 9 4..1 Výočet maximálního ohybového momentu... 30 4.. Kontrola čeu B na ohyb... 30 4..3 Kontrola čeu B na střih... 31 4..4 Kontrola na otlačení... 31 4..5 Kontrola odmínky HMH... 3 4..6 Kontrola ásnic na tah... 3 4..7 Kontrola táhla na tah... 33 Závěr... 35 eznam oužitých zkratek a symbolů... 37 eznam obrázků... 40 eznam výkresové dokumentace... 41 BRNO 01 8
ÚVOD ÚVOD Zadáním této bakalářské ráce bylo sestrojit mobilní hydraulický štíací stroj dřevěné kulatiny. ro 3D modelování jsem využil rogram Inventor, ro tvorbu výkresové dokumentace to byl rogram AutoCAD. Insiroval jsem se stavbou stroje od firmy Vari model 10 TON UER FORCE. Štíačky na dřevo se oužívají ro ulehčení ráce ři zracování toného dříví. Jsou neocenitelným omocníkem zvláště u větších olen, kdy je otřeba oleno rozdělit na více kusů. Existují v odstatě tyy štíacích zařízení. Jsou to štíačky hydraulické a štíačky vřetenové. U hydraulických štíaček je štíací síla vyvozena hydromotorem, který je oháněný hydrogenerátorem. Hydrogenerátor může být oháněn buď elektromotorem, nebo salovacím motorem. rinci vřetenové štíačky sočívá v zavrtávání kuželového šneku do šalku dřeva. Tím se nám šalek dělí na více kusů. Kuželový šnek je řiojen římo k elektromotoru s řevodovkou. Vřetenové štíačky jsou oroti hydraulickým vhodné síše ro malé šalky a je zde větší riziko úrazu z důvodu otáčejícího se šneku. Hydraulické štíačky dále dělíme na hobby a rofi, oloautomatické či automatické. Štíací síla hobby štíaček se ohybuje zravidla od 40 do 10 kn, rofi kolem 50 kn. odle racovní olohy se také rozdělují na horizontální a vertikální. oslední důležité rozdělení je odle ohybujících se částí. Jsou zde možnosti: štíací klín se ohybuje roti evné oěře nebo je klín neohyblivý a ohybuje se beran. V této ráci jsme řešili vertikální štíačku, kdy štíací síla byla vyvinuta ři zasouvání ohyblivé části stroje. Obr. 1 Návrh 3D modelu štíačky dřevěné kulatiny BRNO 01 9
CÍL RÁCE, CHAREKTERITIKA A ŘEHLED VYRÁBĚNÝCH ŠTÍAČEK DŘEVA CÍL RÁCE Cílem této bakalářské ráce bylo sestrojit mobilní hydraulický štíací stroj dřevěné kulatiny. Jako ty stroje jsem volil vertikální rovedení, kdy štíací klín koná racovní ohyb směrem dolů roti evné základně (beranu). Dle zadaných arametrů byl navržen vhodný hydraulický agregát (elektromotor, zubový hydrogenerátor, hydraulický rozvaděč a nádrž). ři návrhu byla snaha o dodržení bezečnosti ři ráci a ochranu důležitých komonentů. Umístění římočarého hydromotoru bylo zvoleno uvnitř rámu štíacího stroje, kdy hlavní racovní (štíací) ohyb je konán ři zasouvání ístnice. ro snadnější maniulaci je stroj oatřen koly. 1 CHARAKTERITIKA A ŘEHLED VYRÁBĚNÝCH ŠTÍAČEK DŘEVA Díky stále se zvyšujícím cenám elektřiny či lynu se štíačka dřeva stává raktickým a neocenitelným omocníkem každého zahrádkáře. louží ro ulehčení ráce, resektive šetří fyzickou námahu člověka a také snižuje racovní čas otřebný ke zracování dřeva. Štíací klín slouží k dělení (ůlení) dřevěné kulatiny, řičemž tento klín může být dolněn o říslušenství v odobě ocelového kříže, který o nasazení umožní štíat olena i na více částí. Hydraulický okruh štíačky ohání elektromotor nebo čtyřdobý salovací motor. rotiólem ři ohybu štíacího klínu je evná základna (sodní stolice) stroje, která drží štíané oleno ve srávné oloze vůči ohybujícím se klínu. ro leší zachycení olene a zabránění jeho říadnému odlétnutí, jsou oužity dvě řidržovací kleštiny umístěné na vnitřních stranách ovládacích rukojetí. Štíačky dřevěné kulatiny se rozdělují dle umístění římočarého hydromotoru na : a) svislé (vertikální) b) vodorovné (horizontální) c) univerzální (olohovatelné) Horizontální stroje atří mezi méně výkonné, určené ro růměry štíaných olen obvykle okolo 5 cm a délky 50 cm. Cena tohoto tyu stroje se ohybuje okolo 5 tisíc korun. amozřejmě je kladen velký důraz na bezečnost ři ráci s těmito stroji. Tato je zravidla zajištěna nutností obouručního suštění racovního chodu stroje, což vylučuje možnost kontaktu s olenem ři štíání. Tento ty je vhodný ro méně časté využití. Avšak velkou výhodou horizontálního stroje je jeho snadná maniulace a skladnost i díky jeho nižší hmotnosti oroti vertikálním štíačům dřeva. BRNO 01 10
CÍL RÁCE, CHAREKTERITIKA A ŘEHLED VYRÁBĚNÝCH ŠTÍAČEK DŘEVA Obr.1- Horizontální štíač dřeva LH 45 VARIO Woodster [11] Mezi nejčastěji využívaný ty atří vertikální štíač dřevěné kulatiny. Oroti horizontálním štíačům se jedná o výkonnější stroj, zaměřený ředevším na větší rozměry štíaných olen a to až do růměrů ohybujícíh se okolo 45 cm a délkách olen dosahujících 140 cm. Jako ohon těchto strojů se běžně oužívají elektromotory o naětí 0 V a 400 V či salovací motory. Cena tohoto tyu štíačky se ohybuje vzhledem k její výkonnosti již od 9 tisíc korun až na hranici rofi, kde se můžeme dostat až na ceny okolo 70 tisíc korun. Vertikální štíačka má vzhledem k její svislé konstrukci ohodlnější obsluhu. ři ráci s menšími oleny je možnost nastavení racovní výšky štíacího klínu díky nadstavovací sodní části beranu. ro zajištění bezečnosti se štíačka ovládá oběma rukama. Rukojeti jsou vybaveny kleštinami, které zabrání odlétnutí části olen. Obr.1-3 Vertikální štíač dřeva Vari 10 TON UER FORCE [8] BRNO 01 11
NÁVRH A KONTROLA DŮLEŽITÝCH KONTRUKČNÍCH KOMONENTŮ NÁVRH A KONTROLA DŮLEŽITÝCH KONTRUKČNÍCH KOMONENTŮ Zadanými arametry mé bakalářské ráce jsou síla na břitu, tedy racovní síla otřebná ro štíání olena, a to o velikosti 90 kn. racovní osuv je volen ro ohyb nástroje (břitu) směrem dolů. V mém říadě byl zvolen vertikální štíací stroj s krytou ístnicí s racovním osuvem konaným ři zasouvání římočarého hydromotoru (dále jen H ). Dle zadání je volen zdvih 580 mm..1 NÁVRH A VOLBA ŘÍMOČARÉHO HYDROMOTORU Z katalogu od firmy HYDRAULIC ehradice s.r.o. ředběžně vybírám vhodný H s těmito arametry : F 90000 N D 90 mm 0,09 m d 45 mm 0,045 m Z 580 mm 0,58 m max 0 Ma 0 10 6 a (1) F [N] - ožadovaná síla ři štíání (ůlení) olena D [m] - růměr ístu H d [m] - růměr ístní tyče H Z [m] - Zdvih H max [a] - maximální ovolený racovní tlak H VÝOČET LOCHY OD ÍTEM π D 4 π 0,09 4 6,36 10 3 m () [m ] - činná locha od ístem H D [m] - růměr ístu H BRNO 01 1
NÁVRH A KONTROLA DŮLEŽITÝCH KONTRUKČNÍCH KOMONENTŮ VÝOČET LOCHY NAD ÍTEM n n n π (D d ) 4 π (0,09 0,045 ) 4 3 4,77110 m (3) n [m ] - činná locha nad ístem H D [m] - růměr ístu H d [m] - růměr ísní tyče H KUTEČNÁ ÍLA VYVOZENÁ H ŘI ŠTÍÁNÍ F F F skut skut skut max 0 10 6 n 4,77110 3 9540 N 95,4 kn (4) F 95,4 kn 90 kn F skut [N] - skutečná (štíací) síla vyvozená na břitu nástroje max [a] - maximální ovolený racovní tlak H n [m] - činná locha nad ístem H Zvolený H VYHOVUJE z hlediska otřebné velikosti štíací síly. Dle ředběžných úvah a volby vybírám vhodný římočarý hydromotor : ZH1 90 / 45 x 580 K z katalogu od firmy HYDRAULIC ehradice s.r.o. F skut Obr.- 4 chéma římočarého hydromotoru série ZH1 [6] BRNO 01 13
NÁVRH A KONTROLA DŮLEŽITÝCH KONTRUKČNÍCH KOMONENTŮ. KONTROLA ÍTNÍ TYČE H NA TAH Materiálové charakteristiky: - Chromovaná ístní tyč: Vanadiová ocel 0MnV6 (dle ČN ocel 13 0) [7] Materiálové charakteristiky: R e = 440 Ma R m = 550 Ma ístní tyč tvoří základní ohyblivou část římočarého hydromotru. Byl oužit materiál s vyšší mezí růtažnosti a zlešenou svařitelností a obrobitelností. VÝOČET NEBEZEČNÉHO RŮŘEZU RO ÍTNÍ TYČ T T T π d 4 π 0,045 4 1,5904 10 3 m (5) T [m ] - locha v místě nebezečného růřezu ístní tyče d [m] - růměr ístní tyče KONTROLA NAMÁHÁNÍ ÍTNÍ TYČE NA TAH ro materiál 13 0 volím ožadovanou bezečnost k = T T T T T F T F T DT R k 90000 1,5904 10 e 56,59 10 6 440 a 0 56,59 Ma 0 Ma -3 VYHOVUJE (6) F [N] - ožadovaná síla ři štíání (ůlení) olene T [m ] - locha v místě nebezečného růřezu ístní tyče R e [Ma] - mez kluzu v tahu BRNO 01 14
NÁVRH A KONTROLA DŮLEŽITÝCH KONTRUKČNÍCH KOMONENTŮ.3 KONTROLA H NA VZĚRNOU EVNOT Kontrolu vzěrné evnosti je u římočarých hydromotorů důležité rovést v říadě, jestli jsme zvolili zdvih vyšší než je garantovaná hodnota zdvihu, kterou udává sám výrobce. Firma Hydraulics ehradice s.r.o. stanovuje míru bezečnosti k V =. V mém říadě nebyla mezní hodnota zdvihu daná výrobcem řekročena. Dále bereme v úvahu i to, že mnou stanovený racovní osuv H je konán ve směru zasouvání ístní tyče, tudíž není zcela nutné tuto kontrolu rovádět. ři vysouvání ístní tyče je ůsobící síla na íst vyvinutá ouze tíhou vysouvané soustavy. Mezi tuto sílu zahrnuji i mezní stav, kdy se oleno může zadrhnout ve štíacím klínu a do namáhání se tedy rojeví i tíha olene. Jako řibližnou hodnotu síly ůsobící roti směru vysouvání ístní tyče tedy uvažuji 1,5 kn. Kontrolu na vzěrnou evnost rovedu odečtením mezních hodnot z grafu. Obr.- 5 chéma namáhání na vzěr dle Eulera [9] Obr.- 6 Diagram vzěrné evnosti [9] BRNO 01 15
NÁVRH A KONTROLA DŮLEŽITÝCH KONTRUKČNÍCH KOMONENTŮ aramentry jsem vynesl do diagramu a značení rovedl omocí červené křivky. Z diagramu je již atrné, že se ohybujeme v Eulerově oblasti ro ružný vzěr. l r d 45 mm 0,045 m F F Z 1450 mm 1,45 m 1,5 kn DOV 96 kn F DOV > F Z (7) F Z [N] - síla ůsobící roti směru vysouvání H l r [m] - redukovaná délka d [m] - růměr ístní tyče H Zvolený římočarý hydromotor VYHOVUJE na vzěrnou evnost..4 NÁVRH A VOLBA ZUBOVÉHO HYDROGENERÁTORU ro hydrogenerátor (dále jen HG ) ředběžně volím tyto arametry: n 1440 ot min V 0 5,8 cm 3-1 5,8 10 6 m 3 VÝOČET MINUTOVÉHO RŮTOKU HG Q Q Q 0 0 0 n V 0 1440 5,8 10 8,3510 3 m 6 3 min 1 8,35 l min 1 (8) Q 0 [m 3.min -1 ] - minutový růtok HG n [ot.min -1 ] - otáčky motoru V 0 [cm 3 ] - geometrický objem na jednu otáčku HG VÝOČET RACOVNÍ RYCHLOTI Jedná se o rychlost, s jakou se H zasouvá, a tedy dochází ke štíání (ůlení) olena. v v v Q0 60 n 8,35 10 4,77110 3 0,09 m s 3 60 1 (9) BRNO 01 16
NÁVRH A KONTROLA DŮLEŽITÝCH KONTRUKČNÍCH KOMONENTŮ Q 0 [m 3.min -1 ] - minutový růtok HG n [m ] - činná locha nad ístem H v [m.s -1 ] - racovní rychlost VÝOČET ZĚTNÉ RYCHLOTI Jde o rychlost, s jakou se H vysouvá. Díky systému řeouštění bereme jako činnou lochu ouze růřez ístní tyče. v v v v Z Z Z Z Q 0 60 Z 4 Q 0 d 60 3 4 8,3510 0,045 60 0,088 m s 1 (10) Q 0 [m 3.min -1 ] - minutový růtok HG Z [m ] - činná locha ístní tyče H v Z [m.s -1 ] - zětná rychlost směr ohybu ístu Obr.- 7 chéma řeouštění ři zětném zdvihu BRNO 01 17
NÁVRH A KONTROLA DŮLEŽITÝCH KONTRUKČNÍCH KOMONENTŮ VÝOČET OBJEMU NAD ÍTEM H V V V V n Z π (D d ) Z 4 π (0,09 0,045 4 3 3,767 10 m ) 0,58 (11) V [m 3 ] - racovní objem, tj. objem nad ístem n [m ] - činná locha nad ístem H Z [m] - zdvih H VÝOČET OBJEMU OD ÍTEM H V V V V Z Z Z Z Z Z π d Z 4 π 0,045 0,58 4 4 3 9,5 10 m (1) V Z [m 3 ] - objem ři zětném zdvihu, tj. objem od ístem Z [m ] - činná locha ístní tyče H Z [m] - zdvih H VÝOČET RACOVNÍHO ČAU t t t V Q 0 3,767 10 3 8,3510 0,331 min 19,8 s (13) t [s] - racovní čas, tj. čas zasouvání H V [m 3 ] - racovní objem, tj. objem nad ístem Q 0 [m 3.min -1 ] - minutový růtok HG BRNO 01 18
NÁVRH A KONTROLA DŮLEŽITÝCH KONTRUKČNÍCH KOMONENTŮ VÝOČET ČAU ZĚTNÉHO ZDVIHU t t t Z Z Z V Q Z 0 4 9,510 3 8,3510 0,11 min 6,6 s (14) t Z [s] - čas zětného zdvihu, tj. čas vysouvání H V Z [m 3 ] - objem ři zětném zdvihu, tj. objem od ístem Q 0 [m 3.min -1 ] - minutový růtok HG OTŘEBNÝ TLAK HYDROGENERÁTORU F n 90000 4,77110 18,86 10 3 6 a 18,86 Ma (15) [a] - otřebný (tj. minimální) tlak v H vyvolaný ři štíání olena n [m ] - činná locha nad ístem H F [N] - ožadovaná síla ři štíání (ůlení) olena Z těchto výočtů se nám otvrzuje rvotní úvaha ři volbě zubového hydrogenerátoru. ro hydrogenerátor tedy latí tyto arametry: n 1440 ot min V 0 0 5,8 cm Q 8,35 l min 3-1 5,8 10 1 6 m 3 BRNO 01 19
NÁVRH A KONTROLA DŮLEŽITÝCH KONTRUKČNÍCH KOMONENTŮ.5 VÝOČET OTŘEBNÉHO ŘÍKONU ELEKTROMOTORU Q0 60 3 8,3510 18,86 10 60 64,7 W 6 (16) η 64,7 0,9 916 W,916 kw (17) [W] - otřebný (tj. minimální) výkon elektromotoru Q 0 [m 3.min -1 ] - minutový růtok HG [a] - otřebný (tj. minimální) tlak v H vyvolaný ři štíání olena [W] - otřebný říkon elektromotoru [ - ] - účinnost elektromotoru Volím ožadovaný říkon elektromotoru = 3 kw..6 NÁVRH OLEJOVÉ NÁDRŽE Objem nádrže by se měl ohybovat v rozmezí od do 4 násobku maximálního objemového růtoku navrhovaného hydrogenerátoru [3]. Z důvodu využití řeouštění objemů ři zětném zdvihu římočarého hydromotoru volím 1,5 násobek minutového objemového růtoku. V V V N N N 1,5 Q 0 1,5 8,35 1,5 l (18) V N [ l ] - objem olejové nádrže Q 0 [m 3.min -1 ] - minutový růtok HG Díky výočtu již víme, že objem námi oužité olejové nádrže by se měl řibližně rovnat této hodnotě. Volím tedy užitečný objem olejové nádrže 11 litrů. BRNO 01 0
ZVOLENÉ KOMONENTY 3 ZVOLENÉ KOMONENTY Dle firmy Hykom s.r.o. jsem zvolil vhodný hydraulický agregát, který nejlée odovídá zadaným a vyočítaným ožadovaným arametrům. Za omocí katalogu Oil sistem comonenti Hydraulické agregáty řady K od firmy Hykom s.r.o. jsem vybral tyto jednotlivé komonenty: Ty elektromotoru: Ty hydrogenerátoru: střídavý třífázový 4 - ólový motor 30-400V \ 50Hz, tvar: B14 otáčky: 1 n 1440 ot min výkon: 3 kw obj. kód : 409 zubový hydrogenerátor skuiny 01, levotočivý dodávané množství: 3 V 5,8 cm 6 5,8 10 3 m objemový růtok : Q 8,7 l min obj. kód: A19 1 Ty hydraulické nádrže: ocelová nádrž objem: užitečný objem: obj. kód: 15 litrů 11 litrů 141 Obr.3-8 3D Návrh hydraulického agregátu Hnací moment elektromotoru je na zubový hydrogenerátor řenášen omocí ružné sojky. Elektromotor je řes sojovací mezikus evně uchycen ke středovému anelu. anel je omocí šroubů sojen s oděrou, která je řivařena k rámu štíačky. Hydrogenerátor je umístěn uvnitř hydraulické nádrže solečně se sacím filtrem. BRNO 01 1
ZVOLENÉ KOMONENTY 3.1 HYDRAULICKÉ CHÉMA ŠTÍAČKY ři návrhu agregátu byl na výstuu z hydrogenerátoru oužit monoblokový hydraulický rozvaděč 4-cestný, 3-olohový. M 3. RÁCE E ŠTÍAČKOU Obr.3-9 Hydraulické schéma štíačky ystém ovládacích ák je konstruován tak, že ři stlačení obou ák směrem dolů dojde ke štíání olene (ohyb štíacího klínu směrem dolů). ři uštění jedné z ák dojde k zastavení ohybu klínu v dané oloze. o uvolnění obou ovládacích ák se rameno klínu vysune do krajní (maximální) olohy. Za omocí táhla a utahovací hvězdice si můžeme snadno nastavit ožadovanou výšku, do které se má štíací klín o uvolnění ák vrátit. Toto nám ušetří čas, jestli štíáme menší rozměry olen. ro zvýšení trvanlivosti ohyblivých částí je vhodné na tyto ovrchy nanést tenkou vrstvu maziva. táhlo mazací místa Obr.3-10 Detail ramene klínu BRNO 01
KONTROLNÍ VÝOČTY ČEOVÝCH OJENÍ 4 KONTROLNÍ VÝOČTY ČEOVÝCH OJENÍ 4.1 KONTROLNÍ VÝOČET HORNÍHO OJENÍ ČE A Materiálové charakteristiky čeu A konstrukční ocel 1153 R R τ m e D DO 500 Ma 90 Ma 40 Ma 140 Ma F če A klín vidlice F F F F A1 F A Mo Amax Obr.4-11 chéma horního sojení če-klín-vidlice BRNO 01 3
KONTROLNÍ VÝOČTY ČEOVÝCH OJENÍ 4.1.1 VÝOČET MAXIMÁLNÍHO OHYBOVÉHO MOMENTU ředběžně volím : - če délky L ča = 100 mm = 0,1 m - růměr čeu A d ča = 40 mm = 0,04 m - šířka vidlice a 1 = 19 mm = 0,019 m - šířka klínu b 1 = 38 mm = 0,038 m F A1 F A F (19) a1 b1 1 r1 (a1 b1) 4 4 1 r1 (0,019 0,038) 4 r 0,019 m 1 (0) Mo Mo Mo Amax Amax Amax F F r 1 r1 r 90000 0,019 855 N m 1 (1) F A1, F A [N] - síly reakce F [N] - ožadovaná síla ři štíání (ůlení) olene L ča [m] - délka čeu A d ča [m] - růměr čeu A Mo Amax [N.m] - maximální ohybový moment r 1 [m] - rameno na kterém síla ůsobí 4.1. KONTROLA ČEU A NA OHYB O O O O O Mo W Amax O DO MoAmax 3 DO π d ča 3 855 3 DO π 0,040 3 6 136,0810 a 136,08 Ma 136,08 Ma 140 Ma VYHOVUJE () BRNO 01 4
KONTROLNÍ VÝOČTY ČEOVÝCH OJENÍ [Ma] - výočtové namáhání v ohybu O DO [Ma] - dovolená hodnota namáhání v ohybu Mo Amax [N.m] - maximální ohybový moment d ča [m] - růměr čeu A 4.1.3 KONTROLA ČEU A NA TŘIH F τ τ D τ τ τ τ τ ča F τ π d ča 4 F τ D π d ča 90000 π 0,040 35,80910 τ 6 D D a 35,809 Ma 35,809 Ma 40 Ma VYHOVUJE (3) ča [m ] - střižná locha čeu A τ [Ma] - smykové naětí materiálu τ [Ma] - dovolená hodnota smykového naětí materiálu D 4.1.4 KONTROLA NA OTLAČENÍ ČE A KLÍN Dovolené otlačení D 60 Ma F 1A D 1A 1A 1A 1A t1a F d b ča 1 90000 0,0400,038 59,10 6 D D a 59, Ma 59, Ma 60 Ma VYHOVUJE (4) 1A [Ma] - stykový tlak mezi čeem A a klínem D [Ma] - hodnota dovoleného otlačení b 1 [m] - šířka klínu v místě kontrolovaného styku s čeem A t1a [m ] - locha čeu A namáhaná na otlačení v klínu BRNO 01 5
KONTROLNÍ VÝOČTY ČEOVÝCH OJENÍ ČE A VIDLICE Dovolené otlačení D 60 Ma A A A A A F ta F (d ča 90000 (0,0400,019) 59,10 a ) 6 1 D a 59, Ma 59, Ma 60 Ma D D VYHOVUJE (5) A [Ma] - stykový tlak mezi čeem A a vidlicí a 1 [m] - šířka vidlice v místě kontrolovaného styku s čeem A ta [m ] - locha čeu A namáhaná na otlačení ve vidlici 4.1.5 KONTROLA ODMÍNKY HMH ro materiál 1153 volím ožadovanou bezečnost k = 1,8 O O 3 τ 3 τ 136,08 R k RED 335,809 149,5 Ma 161 Ma e 90 1,8 VYHOVUJE (6) R e [Ma] - mez kluzu v tahu [Ma] - redukované naětí dle odmínky HMH RED 4.1.6 KONTROLA KLÍNU NA TAH Materiálové charakteristiky: - klín konstrukční ocel 11 53 R e = 90 Ma BRNO 01 6
KONTROLNÍ VÝOČTY ČEOVÝCH OJENÍ VÝOČET NEBEZEČNÉHO RŮŘEZU RO KLÍN AK AK AK (b h 1 K 3,49610 ) (b d 3 1 m ča (0,038 0,13) (0,038 0,040) ) (7) AK [m ] - locha v místě nebezečného růřezu sojení če A - klín b 1 [m] - šířka klínu v místě kontrolovaného styku s čeem A h K [m] - hloubka klínu d ča [m] - růměr čeu A KONTROLA NAMÁHÁNÍ KLÍNU TAH ro materiál 1153 volím ožadovanou bezečnost k = oučinitel tvaru vrubu 5 [1] TK TK TK TK TK F AK F AK R k 90000 3,49610 18,7 10-3 6 DT 5 a 90 18,7 Ma 145 Ma e VYHOVUJE (8) F [N] - ožadovaná síla ři štíání (ůlení) olene AK [m ] - locha v místě nebezečného růřezu sojení če A - klín 4.1.7 KONTROLA VIDLICE NA TAH Materiálové charakteristiky: - vidlice konstrukční ocel 11 53 R e = 90 Ma VÝOČET NEBEZEČNÉHO RŮŘEZU RO VIDLICI AV AV AV (a h 1 V 0,95010 ) (a d -3 1 m ča (0,0190,090) (0,0190,040) ) (9) AV [m ] - locha v místě nebezečného růřezu sojení če A - vidlice a 1 [m] - šířka vidlice v místě kontrolovaného styku s čeem A h V [m] - hloubka vidlice d ča [m] - růměr čeu A BRNO 01 7
KONTROLNÍ VÝOČTY ČEOVÝCH OJENÍ KONTROLA NAMÁHÁNÍ VIDLICE TAH ro materiál 11 53 volím ožadovanou bezečnost k = oučinitel tvaru vrubu 3 [1] TV TV TV TV TV F F AV AV 90000 0,95010 14,1 10 R k 6 a 3 90 14,1 Ma145 Ma -3 DT e VYHOVUJE (30) F [N] - ožadovaná síla ři štíání (ůlení) olene AV [m ] - locha v místě nebezečného růřezu sojení če A - vidlice BRNO 01 8
KONTROLNÍ VÝOČTY ČEOVÝCH OJENÍ 4. KONTROLNÍ VÝOČET ODNÍHO OJENÍ ČE B Materiálové charakteristiky čeu B konstrukční ocel 1153 R R τ m e D DO 500 Ma 90 Ma 40 Ma 140 Ma F če B ásnice táhlo F F F F F B1 F B Mo Bmax Obr.4-1 chéma sodního sojení če-ásnice-táhlo BRNO 01 9
KONTROLNÍ VÝOČTY ČEOVÝCH OJENÍ 4..1 VÝOČET MAXIMÁLNÍHO OHYBOVÉHO MOMENTU ředběžně volím : - če délky L čb = 10 mm = 0,1 m - růměr čeu B d čb = 40 mm = 0,04 m - šířka ásnice a = 19 mm = 0,019 m - šířka táhla b = 38 mm = 0,038 m F FB1 FB a b 1 r (a b ) 4 4 1 r (0,019 0,038) 4 r 0,019 m F MoBmax FB1 r r 90000 MoBmax 0,019 Mo 855 N m Bmax (31) (3) (33) F B1, F B [N] - síly reakce F [N] - ožadovaná síla ři štíání (ůlení) olene L čb [m] - délka čeu B d čb [m] - růměr čeu B Mo Bmax [N.m] - maximální ohybový moment r [m] - rameno na kterém síla ůsobí 4.. KONTROLA ČEU B NA OHYB O O O O O Mo W Bmax O DO MoBmax 3 DO π dčb 3 855 3 π 0,040 3 3 136,0810 a DO 136,08 Ma140 Ma VYHOVUJE (34) [Ma] - výočtové namáhání v ohybu O [Ma] - dovolená hodnota namáhání v ohybu DO BRNO 01 30
KONTROLNÍ VÝOČTY ČEOVÝCH OJENÍ 4..3 KONTROLA ČEU B NA TŘIH τ τ τ τ τ τ F čb τ F τ π dčb 4 F τ D π d čb 90000 π 0,040 D 35,809 10 τ a 35,809 Ma 40 Ma 6 D D VYHOVUJE (35) čb [m ] - střižná locha čeu B τ [Ma] - smykové naětí materiálu τ D [Ma] - dovolená hodnota smykového naětí materiálu F [N] - ožadovaná síla ři štíání (ůlení) olene 4..4 KONTROLA NA OTLAČENÍ ČE B TÁHLO Dovolené otlačení D 60 Ma 1B 1B 1B 1B 1B F t1b F d b čb 90000 0,0400,038 59, 10 D 6 a 59, Ma 60 Ma D D VYHOVUJE (36) 1B [Ma] - stykový tlak mezi čeem B a táhlem D [Ma] - hodnota dovoleného otlačení b [m] - šířka táhla v místě kontrolovaného styku s čeem B t1b [m ] - locha čeu B namáhaná na otlačení v táhlu BRNO 01 31
KONTROLNÍ VÝOČTY ČEOVÝCH OJENÍ ČE A ÁNICE Dovolené otlačení D 60 Ma B B B B B F tb F (d čb 90000 (0,0400,019) 59,10 a ) 6 D a 59, Ma 60 Ma D D VYHOVUJE (37) B [Ma] - stykový tlak mezi čeem B a ásnicí D [Ma] - hodnota dovoleného otlačení a [m] - šířka ásnice v místě kontrolovaného styku s čeem B tb [m ] - locha čeu B namáhaná na otlačení v ásnici 4..5 KONTROLA ODMÍNKY HMH ro materiál 11 53 volím ožadovanou bezečnost k = 1,8 O O 3 τ 3 τ 136,08 R k RED 335,809 149,5 Ma 161 Ma e 90 1,8 VYHOVUJE (38) R e [Ma] - mez kluzu v tahu RED [Ma] - redukované naětí dle odmínky HMH [Ma] - výočtové namáhání v ohybu O τ [Ma] - smykové naětí materiálu 4..6 KONTROLA ÁNIC NA TAH Materiálové charakteristiky: - ásnice konstrukční ocel 11 53 R e = 90 Ma BRNO 01 3
KONTROLNÍ VÝOČTY ČEOVÝCH OJENÍ VÝOČET NEBEZEČNÉHO RŮŘEZU RO ÁNIC B B B (a h,1810 ) (a -3 (0,0190,15) (0,0190,040) m d čb ) (39) B [m ] - locha v místě nebezečného růřezu sojení če B - ásnice a [m] - šířka ásnice v místě kontrolovaného styku s čeem B h [m] - hloubka ásnice d čb [m] - růměr čeu B KONTROLA NAMÁHÁNÍ ÁNIC NA TAH ro materiál 11 373 volím ožadovanou bezečnost k = oučinitel tvaru vrubu 3 [1] T T T T T F F B B 90000,1810 63,4510 R k 6 a 3 00 63,45 Ma100 Ma -3 DT e VYHOVUJE (40) F [N] - ožadovaná síla ři štíání (ůlení) olene B [m ] - locha v místě nebezečného růřezu sojení če B - ásnice 4..7 KONTROLA TÁHLA NA TAH Materiálové charakteristiky: - ásnice konstrukční ocel 11 53 R e = 90 Ma BRNO 01 33
KONTROLNÍ VÝOČTY ČEOVÝCH OJENÍ Obr.4-13 chéma nebezečného růřezu táhla VÝOČET NEBEZEČNÉHO RŮŘEZU RO TÁHLO BT BT BT ( h T 60) 30 (60b (95-60) 30 (6038) (38 40) 1810 mm 1,81010 ) ( b d 3 m čb ) (41) BT [m ] - locha v místě nebezečného růřezu sojení če B - táhlo b [m] - šířka táhla h T [m] - hloubka táhla d čb [m] - růměr čeu B KONTROLA NAMÁHÁNÍ TÁHLA NA TAH ro materiál 11 53 volím ožadovanou bezečnost k =1,8 oučinitel tvaru vrubu 3 [1] TT TT TT TT TT F BT F BT α R k 90000 1,8110-3 149,110 6 DT 3 a 90 1,8 149,1 Ma161,1 Ma e VYHOVUJE (4) F [N] - ožadovaná síla ři štíání (ůlení) olene BT [m ] - locha v místě nebezečného růřezu sojení če B - táhlo BRNO 01 34
ZÁVĚR ZÁVĚR Zadáním této bakalářské ráce bylo navrhnout mobilní štíačku dřevěné kulatiny. Tato štíačka by měla být schona štíat olena o růměru do 450 mm a maximální délky 1100 mm. Zvolil jsem si vhodnou stavbu stroje a to vertikální s krytým římočarým hydromotorem. Během návrhu konstrukce jsem se snažil využít normalizovaných součástí. Výočtem jsem navrhl vhodný elektromotor, hydromotor a hydrogenerátor. Díky těmto navrženým hodnotám jsem zvolil vhodný hydraulický agregát dle katalogu Hykom [10]. Dále byla rovedena kontrola důležitých konstrukčních komonentů. Čey byly zkontrolovány na ohyb, smyk, otlačení a následně dle odmínky lasticity HMH. ro ůlení kratších délek olen je štíací stroj vybaven odnímatelnou a otočnou racovní deskou. Z důvodu leší maniulace se štíacím strojem jsou o obou stranách umístěné transortní kola. ři zasouvání horního ohyblivého dílu do evného rámu stroje nám vzniká značné tření. Z tohoto důvodu jsou mezi dutými čtvercovými rofily umístěny kluzné lastové desky. Tyto kluzné díly zaručují bezroblémový chod stroje, bez nutnosti mazání a snesou i vysoké zatížení. Vzhledem k tomu, že jsem měl možnost racovat ouze s teoretickými znalostmi, ovažuji cíl mé bakalářské ráce za slněný. BRNO 01 35
OUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE OUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE [1] HIGLEY, J., E., MICHKE, CH., R., BUDYNA, R., G., Konstruování strojních součástí. Nakladatelství VUTIUM, rvní vydání, Brno, 010. IBN 978-80-14-69-0. [] VOBODA,., BRANDEJ, J., ROKEŠ, F., Výběry z norem ro konstrukční cvičení. Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., Třetí vydání, Brno, 009. IBN 978-80-704-636- [3] ŠKOÁN, M., Hydraulické ohony strojů, studijní text sylabus, Ústav doravní techniky, VUT Brno 004 [4] VOBODA,., BRANDEJ, J., DVOŘÁČEK, J., ROKEŠ, F., Základy konstuování. Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., Třetí uravené a dolněné vydání, Brno, 009. IBN 978-80-704-633-1 [5] LEINVEBER, J., VÁVRA,., trojnické tabulky. edagogické nakladatelství ALBRA, Čtvrté dolněné vydání, Úvaly, 008. IBN 978-80-7361-051-7 INTERNET [6] Hydraulics : římočaré hydromotory [online]. 01 [cit. 01-05-15]. Dostuné z WWW: < htt://www.hydraulics.cz/zh1_str15.df > [7] Hydraulics : Chromované ístní tyče [online]. 01 [cit. 01-05-15]. Dostuné z WWW: < htt://www.hydraulics.cz/chromove_tyce_str8-15.df > [8] Vari : Návod k oužívání [online]. 01 [cit. 01-05-15]. Dostuné z WWW: < htt://www.vari.cz/res/data/064/007585.df > [9] Hydraulics : Technická agenda [online]. 01 [cit. 01-05-15]. Dostuné z WWW: < htt://www.hydraulics.cz/technicka_agenda_str93-99.df > [10] Hykom : Malé hydraulické agregáty tyu K [online]. 01 [cit. 01-05-15]. Dostuné z WWW: < htt://www.hykom.cz/age.h?lang=cs&m1=5 > [11] Woodster : LH 45 VARIO [online]. 01 [cit. 01-05-15]. Dostuné z WWW: < htt://www.woodster-sk.sk/woodster/stieacky/lh45vario.h > [1] resal : růmyslová kolečka, ojezdová kola [online]. 01 [cit. 01-05-15]. Dostuné z WWW: <htt://www.resal.cz/rumyslova_kolecka-ojezdova_kolakladky_3mb.df> BRNO 01 36
EZNAM OUŽITÝCH ZKRATEK A YMBOLŮ EZNAM OUŽITÝCH ZKRATEK A YMBOLŮ a 1 [m] šířka vidlice v místě kontrolovaného styku s čeem A (horní sojení) a [m] šířka ásnice v místě kontrolovaného styku s čeem B (sodní sojení) b 1 [m] šířka klínu v místě kontrolovaného styku s čeem A (horní sojení) b [m] šířka táhla v místě kontrolovaného styku s čeem B (sodní sojení) d [m] růměr ístní tyče H D [m] růměr ístu H d ča [m] růměr čeu A (horní sojení) d čb [m] růměr čeu B (sodní sojení) F A1,F A [N] síly reakce (horní sojení) F B1,F B [N] síly reakce (sodní sojení) F DOV [N] dovolené zatížení F [N] ožadovaná síla ři štíání (ůlení) olena F skut [N] skutečná (štíací) síla vyvozená na břitu nástroje F Z [N] síla ůsobící roti směru vysouvání H HG [ - ] hydrogenerátor h k [m] hloubka klínu (horní sojení) h [m] hloubka ásnice h T [m] hloubka táhla h V [m] hloubka vidlice (horní sojení) k [ - ] součinitel bezečnosti k V [ - ] míra bezečnosti dle Hydraulics ehradice s.r.o. L ča [m] délka čeu A (horní sojení) L čb [m] délka čeu B (sodní sojení) l r [m] redukovaná délka M [ - ] elektromotor M oamax [Nm] maximální ohybový moment (horní sojení) Mo Bmax [Nm] maximální ohybový moment (dolní sojení) n [min -1 ] otáčky motoru [W] otřebný (tj. minimální) výkon elektromotoru D [Ma] hodnota dovoleného otlačení H [ - ] římočarý hydromotor [a] otřebný (tj. minimální) tlak v H vyvolaný ři štíání olena BRNO 01 37
EZNAM OUŽITÝCH ZKRATEK A YMBOLŮ [W] otřebný říkon elektromotoru max [a] maximální ovolený racovní tlak H 1A [a] stykový tlak mezi čeem A a klínem (horní sojení) A [a] stykový tlak mezi čeem A a vidlicí (horní sojení) 1B [a] stykový tlak mezi čeem B a táhlem B [a] stykový tlak mezi čeem B a ásnicí Q [l.min -1 ] minutový růtok zvoleného HG Q 0 [l.min -1 ] minutový růtok HG R e [Ma] mez kluzu v tahu R m [Ma] mez evnosti v tahu r 1 [m] rameno, na kterém síla ůsobí (horní sojení) r [m] rameno, na kterém síla ůsobí (sodní sojení) AK [m ] locha v místě nebezečného růřezu sojení če A-klín (horní sojení) AV [m ] locha v místě nebezečného růřezu sojení če A-vidlice (horní sojení) B [m ] locha v místě nebezečného růřezu sojení če B-ásnice (sodní sojení) BT [m ] locha v místě nebezečného růřezu sojení če B-táhlo (sodní sojení) ča [m ] střižná locha čeu A (horní sojení) čb [m ] střižná locha čeu B (sodní sojení) [m ] činná locha od ístem H T [m ] locha v místě nebezečného růřezu ístní tyče n [m ] činná locha nad ístem H Z [m ] činná locha ístní tyče H t1a [m ] locha čeu A namáhaná na otlačení v klínu (horní sojení) ta [m ] locha čeu A namáhaná na otlačení ve vidlici (horní sojení) t1b [m ] locha čeu B namáhaná na otlačení v táhlu tb [m ] locha čeu B namáhaná na otlačení v ásnici t [s] racovní čas, tj. čas zasouvání H t Z [s] čas zětného zdvihu, tj. čas vysouvání H V [cm 3 ] geometrický objem na jednu otáčku zvoleného HG V N [m 3 ] objem olejové nádrže v [m.s -1 ] racovní rychlost V [m 3 ] racovní objem, tj. objem nad ístem v z [m.s -1 ] zětná rychlost BRNO 01 38
EZNAM OUŽITÝCH ZKRATEK A YMBOLŮ V Z [m 3 ] objem ři zětném zdvihu, tj. objem od ístem V 0 [cm 3 ] geometrický objem na jednu otáčku HG Z [m] zdvih H [ - ] účinnost elektromotoru α [ - ] součinitel tvaru vrubu DT [Ma] dovolená hodnota namáhání na tah Do [Ma] dovolená hodnota namáhání v ohybu T [Ma] výočtové namáhání ístu na tah o [Ma] výočtové namáhání v ohybu RED [Ma] redukované naětí dle odmínky HMH TK [Ma] výočtové namáhání klínu na tah TV [Ma] výočtové namáhání vidlice na tah TT [Ma] výočtové namáhání táhla na tah τ [Ma] smykové naětí materiálu τ D [Ma] dovolená hodnota smykového naětí materiálu BRNO 01 39
EZNAM OBRÁZKŮ EZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Návrh 3D modelu štíačky dřevěné kulatiny 9 Obr. 1- Horizontální štíač dřeva LH 45 VARIO Woodster [11] 11 Obr. 1-3 Vertikální štíač dřeva Vari 10 TON UER FORCE [8] 11 Obr. - 4 chéma římočarého hydromotoru série ZH1 [6] 13 Obr. - 6 Diagram vzěrné evnosti [9] 15 Obr. - 5 chéma namáhání na vzěr dle Eulera [9] 15 Obr. - 7 chéma řeouštění ři zětném zdvihu 17 Obr. 3-8 3D Návrh hydraulického agregátu 1 Obr. 3-9 Hydraulické schéma štíačky Obr. 3-10 Detail ramene klínu Obr. 4-11 chéma horního sojení če-klín-vidlice 3 Obr. 4-1 chéma sodního sojení če-ásnice-táhlo 9 Obr. 4-13 chéma nebezečného růřezu táhla 34 BRNO 01 40
EZNAM VÝKREOVÉ DOKUMENTACE EZNAM VÝKREOVÉ DOKUMENTACE Mobilní štíačka dřevěné kulatiny Výkres sestavy 0-MW-00-00 Mobilní štíačka dřevěné kulatiny eznam oložek K-4-MW-00-00 Rameno klínu Výkres svarku 3-MW-01-00 Rameno klínu eznam oložek K-4-MW-01-00 BRNO 01 41