Analýza životnosti pružícího orgánu zemědělského stroje



Podobné dokumenty
NAMÁHÁNÍ NA TAH NAMÁHÁNÍ NA TAH

1 Statické zkoušky. 1.1 Zkouška tahem L L. R = e [MPa] S S

Nauka o materiálu. Přednáška č.6 Únava materiálu

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

STEREOMETRIE. Vzdálenost bodu od přímky. Mgr. Jakub Němec. VY_32_INOVACE_M3r0113

MODEL MECHANISMU STĚRAČE SE TŘENÍM. Inženýrská mechanika a mechatronika Martin Havlena

Nerovnice s absolutní hodnotou

Rizikové faktory hluku a vibrace

VZPĚRNÁ PEVNOST. λ = [ 1 ], kde

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE. 1 Zaměření a vyrovnání rovinné sítě

WVB. Standardní úhelníky pro domy Trojrozměrné spojovací desky z uhlíkové oceli s galvanickým zinkováním WVB - 01 CELKOVÁ ŠKÁLA CERTIFIKOVANÁ ODOLNOST

2.8.9 Parametrické rovnice a nerovnice s absolutní hodnotou

Kvadratické rovnice pro učební obory

Umělá inteligence. Příklady využití umělé inteligence : I. konstrukce adaptivních systémů pro řízení technologických procesů

Diplomová práce. vozidla Jawa Bugxter ČVUT FAKULTA DOPRAVNÍ KATEDRA K František PENC


Doc. Ing. Stanislav Kocman, Ph.D , Ostrava

Napínání řetězů a řemenů / Pružné elementy Napínáky řetězů a řemenů

IDEA StatiCa novinky

výpočtem František Wald České vysoké učení technické v Praze

ŠROUBOVÉ SPOJE VÝKLAD

ELEKTROTECHNICKÁ MĚŘENÍ PRACOVNÍ SEŠIT 2-3

Oddělení teplárenství sekce regulace VYHODNOCENÍ CEN TEPELNÉ ENERGIE

Úlohy 22. ročníku Mezinárodní fyzikální olympiády - Havana, Cuba

Zvlhčovače vzduchu řady UX

NK 1 Konstrukce. Základní prvky konstrukce

2.7.2 Mocninné funkce se záporným celým mocnitelem

LABORATORNÍ CVIČENÍ Elektrotechnika a elektronika

PŘEJÍMACÍ A PERIODICKÉ ZKOUŠKY SOUŘADNICOVÝCH MĚŘICÍCH STROJŮ

GPS/GPRS/GSM tracker pro montáž do rámů kol a motocyklů. GPS tracker CYKLO 305

TECHNICKÉ ZNALECTVÍ. Oceňování strojů a zařízení. prof. Ing. Jan Mareček, DrSc. ÚZPET

Opakované měření délky

OVMT Mechanické zkoušky

Instalační pokyny.

Stlačitelnost a konsolidace

Semestrální práce k předmětu Konstruování s podporou PC Ing. Pavel Vrecion

Advance Design 2013 / SP1

Matematika - Tercie Matematika tercie Výchovné a vzdělávací strategie Učivo ŠVP výstupy

Tvorba trendové funkce a extrapolace pro roční časové řady

Jakub Kákona,

Zadání vzorové úlohy výpočet stability integrálního duralového panelu křídla

Semestrální práce NÁVRH ÚZKOPÁSMOVÉHO ZESILOVAČE. Daniel Tureček zadání číslo 18 cvičení: sudý týden 14:30

Obchodní řetězec Dokumentace k návrhu databázového systému

Pracovní list vzdáleně ovládaný experiment. Obr. 1: Schéma sériového RLC obvodu, převzato z [3].

Téma 10: Podnikový zisk a dividendová politika

Optimalizace řezných podmínek I. (konvenční optimalizace)

Pingpongový míček. Petr Školník, Michal Menkina. TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

PŘEDSTAVENÍ PROJEKTU ZPOPLATŇOVÁNÍ ÚSEKŮ POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ. Ing. Veronika Dvořáková, Ph.D. 11. prosince 2015, Brno

( ) Kreslení grafů funkcí metodou dělení definičního oboru I. Předpoklady: 2401, 2208

On-line datový list DFV60A-22PC65536 DFV60 ENKODÉR S MĚŘICÍM KOLEČKEM

M - Rovnice - lineární a s absolutní hodnotou

Př. 3: Dláždíme čtverec 12 x 12. a) dlaždice 2 x 3 12 je dělitelné 2 i 3 čtverec 12 x 12 můžeme vydláždit dlaždicemi 2 x 3.

Přínosy ekodesignu pro. Klára Ouředníková a Robert Hanus Centrum inovací a rozvoje

POSDOKTORSKÉ PROJEKTY 2012

Radiální vrtačky RD 1400 x 50 Vario / RD 1600 x 60 Vario RD 2000 x 70 Vario / RD 2500 x 80 Vario

E-ZAK. metody hodnocení nabídek. verze dokumentu: QCM, s.r.o.

a) Slovní úlohy o směsích b) Slovní úlohy o pohybu c) Slovní úlohy o společné práci

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření Měření nízkofrekvenčního koncového zesilovače, část

Testování výškové přesnosti navigační GPS pro účely (cyklo)turistiky

Zpětná klapka L30 PN , DN , T max : 540 C

Ing. Petr Cikrle, Ph.D., Ing. Dalibor Kocáb ČSN EN 206 a další nové standardy pro výrobu a zkoušení betonu

Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola technická Brno, Sokolská 1. Podpora digitalizace a využití ICT na SPŠ CZ.1.07/1.5.00/34.

Pracovní list. pracovní právo typové cvičení. může být sjednána na jakoukoliv dobu může být sjednána maximálně na dobu 3 měsíců je vždy tříměsíční

Sněhové řetězy pro. pro terénní vozidla. Přehled výrobků. terénní vozidla

Systém zvukové signalizace a spouštění motoru na základě stavu světla

9.2.5 Sčítání pravděpodobností I

Mřížky a vyústky NOVA-C-2-R2. Vyústka do kruhového potrubí. Obr. 1: Rozměry vyústky

INTEGRÁLNÍ POČET NEURČITÝ INTEGRÁL,

Energetický regulační

Napájecí soustava automobilu. 2) Odsimulujte a diskutujte stavy které mohou v napájecí soustavě vzniknout.

4.6.6 Složený sériový RLC obvod střídavého proudu

Svěrná pouzdra. Obsah TLK TLK TLK TLK 132/ /188 TLK 133/ /187 TLK TLK 250/250L 191 TLK TLK

3.2.4 Podobnost trojúhelníků II

Úpravy skříní a čelních ploch pro úchopovou lištou

DUM téma: KALK Výrobek sestavy

Potenciál těžeb v lesích v České republice

DOPRAVNÍK PRO BIOMASU

PLÁNOVÁNÍ, ZÍSKÁVÁNÍ A VÝBĚR

JAK BY SJEDNOCENÍ DPH NA 17.5% DOPADLO

AUTORKA Barbora Sýkorová

Informace k novému vydání učebnice 2015 Manažerské účetnictví nástroje a metody (2. aktualizované a přepracované vydání) OBSAH 2015

Aplikované úlohy Solid Edge. SPŠSE a VOŠ Liberec. Ing. Aleš Najman [ÚLOHA 18 TVORBA PLOCH]

Vedoucí bakalářské práce

1.1.1 Kvadratické rovnice (dosazení do vzorce) I

GYMNÁZIUM, OLOMOUC, ČAJKOVSKÉHO 9 Kriteria hodnocení pro 1. kolo přijímacích zkoušek pro školní rok 2016/17

1.3.1 Kruhový pohyb. Předpoklady: 1105

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

{ } Kombinace II. Předpoklady: =. Vypiš všechny dvoučlenné kombinace sestavené z těchto pěti prvků. Urči počet kombinací pomocí vzorce.

Metodické principy NIL

PŘEJÍMACÍ A PERIODICKÉ ZKOUŠKY SOUŘADNICOVÝCH MĚŘICÍCH STROJŮ

ANALÝZA NAPĚTÍ A DEFORMACÍ PRŮTOČNÉ ČOČKY KLAPKOVÉHO RYCHLOUZÁVĚRU DN5400 A POROVNÁNÍ HODNOCENÍ ÚNAVOVÉ ŽIVOTNOSTI DLE NOREM ČSN EN A ASME

Vzduchové dveřní clony COR 1000 N

2 Kotvení stavebních konstrukcí

Fig B36 Košový nebo 'T' filtr z nerez oceli

Euro a stabilizační role měnové politiky. 95. Žofínské fórum Euro s otazníky? V Česku v představách, na Slovensku realita Praha, 13.

INDIVIDUÁLNÍ JEDNOOHNISKOVÉ BRÝLOVÉ ČOČKY. Bc. Petr Ondřík

Posuzování hluku v pracovním prostředí podle ČSN EN ISO 9612

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Jaké jsou důsledky použití kulového ventilu jako regulačního ventilu?

Ing. Jan BRANDA PRUŽNOST A PEVNOST

Transkript:

Analýza životnosti pružícího orgánu zemědělského stroje 1. Úvod Pavel Syrovátka Cílem tohoto projektu je porovnání dvou variant pružných součástí pracovních orgánů zemědělského stroje. Starší varanta prošla jednou sezonou provozu, přičemž nejeví vážnější trvalejší deformace. U 5-ti pružin z 80-ti došlo k porušení, které bylo způsobeno špatnou technologickou kázní při tepelném zpracování a pravděpodobně nestandardním provozem. Starší varianta je však náročná na výrobu. Nízká přesnost polohy pracovního disku způsobí špatnou kvalitu práce celého stroje. Z tohoto důvodu byla vyvinuta nová pružina. Výroba je jednoduší a montáž přesnější, ale změna konstrukce má vliv na tuhostní charakteristiku součásti. 2. Popis úlohy Zkoumaná součást je vykovaná z čtvercového profilu pružinové oceli 14 260 a dále je tepelně zpracovaná. Předpokládaný Youngův modul pružnosti je 206000 MPa. Pružina je uchycena k rámu stroje svěrným spojem a pracovní orgán, disk s nábojem, je uchycen k navařené patici na pružině pomocí 3 šroubů. Nová varianta vychází konstrukčně ze staré, s rozdílem dolní části pružiny, která je nahrazena obdélníkovým profilem podobného tvaru jako u starší verze a je spojena s horní částí pomocí třmenového spoje. Jelikož je konstrukce nové varianty složitá a provozní podmínky jsou rozmanité, byl model zjednodušen. Pro tento výpočet budeme uvažovat pouze statické namáhání. Do výpočtu zahrnujeme konstantní tahovou složku síly, konstantní boční sílu, která vznikne díky pracovnímu úhlu disku, předpětí a dále počítáme s maximální výchylkou pracovního orgánu. Předpětí je dáno výrobcem a je zvoleno tak, aby síly v pružných součástech dokázaly udržet váhu stroje a přesnou polohu pracovního orgánu, která se nesmí změnit při práci stroje. Změna polohy pracovního orgánu může nastat pouze při překonávání tvrdých překážek v podobě kamenů. Z tohoto důvodu byl také tento systém vyvinut. Na základě daných předpokladů je zřejmé, že větší část provozu je pružina namáhaná pouze tahovou silou a předpětím. Pro získání přesných podkladů o skutečných provozních podmínkách, by bylo nutné uskutečnit dlouhodobější měření. K dispozici máme pouze měření v krátkých časových úsecích, viz příloha č.9. Maximální výchylka je rovna velikosti překážky, viz příloha č.8. V praxi se překážka velikosti 200mm vyskytuje zřídka a na životnost pružiny nebude mít takřka vliv, ale důležitá je kontrola na tvarovou pevnost. Tato všechna zatížení budeme simulovat na MKP modelu obou variant. MKP model starší varianty je zjednodušen o pracovní orgán, který byl nahrazen elementy typu LINK. Toto nahrazení bylo nutné z důvodu přiblížení působiště sil ke skutečnému pracovnímu bodu. Jeho poloha má za následek, že síly působící na disk vyvozují nejen ohybové namáhání, ale i krut profilu pružiny. U MKP modelu nové varianty došlo kromě zjednodušení disku, také ke zjednodušení třmenového spoje na pružné součásti. Jeho modelování a simulace získá na hodnotě v momentě, kdy budeme znát skutečné provozní podmínky. 1

3. Výpočet metodou konečných prvku Obr. 3.1 Stroj Discland LN3000 3D MKP modely obou variant byly vytvořeny v programu ANSYS. Sít modelu je tvořena elementy SOLID 45. Elementy typu LINK8 nahradili pracovní disk a zároveň umožnili simulovat reálné působiště sil. Z předpokladu, že při práci nedochází k deformaci disku, do materiálových konstant elementů LINK8 jsme dosadili hodnotu Youngova modelu pružnosti 2,1 10 MPa. Pro každou variantu provedeme 3 výpočty. 1. pro určení napětí σ D v předepjatém stavu. Tuto hodnotu použijeme pro výpočet mezních hodnot trvalé pevnosti. 2. výpočet bude pro určení maximálního napětí při deformaci o 200 mm z předepjatého stavu. 3. výpočet bude simulovat výchylku pro mezní napětí σ h, případně budeme měnit odhadnutou výchylku pro docílení napětí σ h. Obr. 4.2 Starší varianta s detailem uchycení disku Obr. 4.3 MKP model starší varianty s detailem náhrady disku 2

Obr 4.4 Nová varianta s detailem třmenového spoje a s detailem disku Obr. 4.5 MKP model nové varanty s detailem náhrady třmenového spoje a náhrady disku 3.1 Výpočet tahové síly Předpokládáme, že stroj, který má 22 pracovních orgánů, bude tahán traktorem o maximálním výkonu 123 kw a jeho pracovní rychlost bude přibližně 14km/h. Tahová síla traktoru 30750 N 123000 W; 14 4 Tahová síla na jednu pružinu 1400 N Boční síla na jednu pružinu sin 15 375 N 3.2 Výpočet předpětí u obou variant pružin 3 Obr. 4.6 Rozklad sil působících na disk Dle výrobce předpokládána deformace o 6 Tomu odpovídá posunutí pracovního bodu o 58mm ve svislém svislem směru. sin 6 58 mm 560 mm délka ramene Výpočet byl proveden pomocí MKP. Pro zadaný posuv a síly jsme získali hodnotu maximální napětí ve sledovaném místě, která je v pružině při práci, kdy pracovní disk není vychýlen překážkou. Pro starou variantu vyšlo 257 MPa Pro novou variantu vyšlo 283 MPa 4. Stanovení mezních hodnot pro trvalou životnost 4.1 Výpočet maximálního napětí pro trvalou životnost součásti Při určení maximálního napětí budeme vycházet z konstrukce Highova diagramu, viz příloha č.2, informace o materiálových charakteristikách použijeme ze Smithova diagramu, viz literatura [2]. Průběh zatížení budeme předpokládat 0, 1

Pro převládající ohybové namáhání součásti z oceli 14 260.7 jsou charakteristické tyto hodnoty : 286,9 kp 2811,62 MPa 192,6 kp 1881,6 MPa 62 kp 607,6 MPa Dále je při konstrukci Highova diagramu nutná hodnota fiktivního napětí, která je 1,5 násobek meze pevnosti (dle literatury [1]) 1.5 4217,43 MPa 4.2.1 Analytické řešení starší varianty Rovnice mezní čáry Rovnice pracovní přímky 1 1 Po úpravě 498.73 MPa M 755,73 MPa 2 1254,45 Hodnoty snížené o bezpečnost k=2 249,36 MPa 506,36 MPa 2 775, 72 MPa 4.2.2 Určení maximální výchylky pracovní bodu pro trvalou životnost součásti Maximální výchylku pracovního bodu určíme exaktně volbou hodnot a zpětnou korekcí dle výsledného napětí. Pro volbu první hodnoty použijeme linearizovaný průběh napětí v pružině 1263 258 257 58 257 58 1263 257 258 58 5.03 ; 34,74 34,74 5.03 161,1 dle výpočtu MKP tomuto zdvihu odpovídá napětí 772 MPa Volíme 158 ; napětí 757 MPa Pracovní zdvih se rovná 100 mm 4.3.1 Analytické řešení nové varianty: Rovnice mezní čáry Rovnice pracovní přímky 1 1 Po úpravě 4

495,45 MPa 778,45 MPa 2 1273,9 MPa Hodnoty snížené o bezpečnost k=2 247,73 MPa 530,73 MPa 2 778,46 MPa 4.3.2 Určení maximální výchylky pracovní bodu pro trvalou životnost součásti Maximální výchylku pracovního bodu určíme stejnou metodou jako v předchozím výpočtu. 1397 258 283 58 283 58 1397 283 258 58 5.57 ; 40,06 40,06 5.57 146,9 mm dle výpočtu MKP tomuto zdvihu odpovídá napětí 775 MPa Volíme 149 mm napětí 786 MPa Pracovní zdvih se rovná 146,9 58 88,9 mm 5. Závěr Nová varianta má strmější charakteristiku, která je méně příznivá. Při překonávání 200 mm velké překážky má v kritickém místě, uvnitř levého závitu, napětí 1397 MPa, což je o 134 MPa víc než u starší varianty. Hodnota 1397 MPa je pod hodnotu meze kluzu σ K =1881.6MPa, znamená to, že při provozu nebude v kritických stavech docházet trvalé deformaci pružiny. Z tohoto pohledu obě varianty vyhovují. Reálnost výsledku dokládá podobnost s měřením starší pružiny v extrémních podmínkách, viz příloha č.9. Na MKP modelu se v místě měření zprůměrovaná hodnota napětí rovnala přibližně 1045 MPa a naměřená hodnota byla 1085 MPa. Hodnota maximální výchylky pro neomezený počet cyklů vyšla u nové varianty 89mm, což je hodnota o 11 mm nižší. Znamená to, že u nové varianty může dojít při provozu v extrémních podmínkách dříve ke snížené životnosti. I přes méně příznivé vlastnosti, může být nová pružina zavedena do výroby. Důvodem je přesnější a snazší výroba. 6. Seznam příloh Příloha č.1 Highův diagram č.2 Výsledky simulace předepjatého stavu starší varianty č.3 Ukázka napětí při pracovním zdvihu 100mm u s.var. č.4 Ukázka napětí při maximálním zdvihu 200mm u s.var. č.5 Výsledky simulace předepjatého stavu nové varianty č.6 Ukázka napětí při pracovním zdvihu 100mm u n.var. č.7 Ukázka napětí při maximálním zdvihu 200mm u n.var. č.8 Ukázka přejezdu velkého kamene č.9 Výpis měření napětí při přejezdu velkého kamene 5

7. Seznam použité literatury [1] Doc. Ing MICHALEC, Jiří a kol. Pružnost a pevnost I. Praha: ČVUT 2001 [2] LINHART, V. a kol. Podklady a smernice pro únavove a pevnostni vypocty, Státni výzkumný ústav materialu, listopad 1974 [3] ANSYS manuál Příloha č.1 σ a 2000 Haighův diagram pro obě variantypružiny σ ko 1800 1600 1400 1200 Mezní přímka R=0 Pracovni přímka staré varianty pružiny Pracovní přímka nové varianty pružiny R=0 1000 800 σ co 600 σ A 400 σ a 200 Pracovní přímka staré varianty Pracovní přímka nové varianty 0 σ D σ M σ 0 200 D 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 σ 2000 ko σ m starší v. σ m nová v. σ m 6

Příloha č.2 Pro 1400 ; 375 ; 58 7

Příloha č.3 Pro 1400 ; 375 ; 158 Příloha č.4 Pro 1400 ; 375 ; 258 8

Příloha č.5 Pro 1400 ; 375 ; 58 9

Příloha č.6 Pro 1400 ; 375 ; 147 Příloha č.7 Pro 1400 ; 375 ; 258 10

Příloha č.8 Příloha č.9 11