Fakulta Aplikovaných Vd BAKALÁSKÁ PRÁCE Vlek pro p epravu sportovních plachetnic Plze, 2009 Václav Syná
Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalá skou práci zpracoval samostatn% a že jsem uvedl všechny použité prameny a literaturu, ze kterých jsem erpal. V Plzni dne..... podpis I
Podkování P edevším bych cht%l pod%kovat panu Ing. Miroslavu Horákovi, PhD., za jeho odborné rady, poskytnuté materiály a as, který v%noval tvorb% této bakalá ské práce. Také bych rád pod%koval panu Ing. Robertu Zemíkovi, PhD., za jeho cenné rady v pr2b%hu tvorby této práce. II
Abstrakt P edkládaná bakalá ská práce se zabývá vytvo ením výpotového modelu vleku za osobní automobil, pro p evoz dvou sportovních plachetnic. Hlavním cílem práce bylo vytvo ení modelu vleku a provedení statických pevnostních analýz rámu pro r2zné varianty zatížení. Práce je len%na do t í kapitol. První se zabývá metodou konených prvk2 (MKP) a výpotovým modulem Pro/MECHANICA Structure. Ve druhé kapitole je uvedena tvorba modelu vleku, jeho komponent a návrh mechanismu pro jednoduché nakládání. Ve t etí kapitole jsou rozebrány zp2soby zat%žování konstrukce, okrajové podmínky a jsou zde uvedeny výsledky pevnostních analýz. III
The Abstract Presented bachelor thesis disserts upon a creating of a computational model of a trailer for a passenger vehicle. This trailer is used for transport of two sport sailboats. The main purpose of this thesis was to create a model of a trailer and design a static strength analysis for different types of frame loads. The thesis consists of three chapters. The first chapter is about finite element method (FEM) and about computational module Pro/MECHANICA Structure. The second chapter describes creating of the trailer and its components and contain design of a mechanism for simple loading. The third chapter concerns the various kinds of frame loads, boundary conditions and discusses results of the strength analysis. IV
Obsah Prohlášení........ I Podkování........ II Abstrakt......... III The Abstract........ IV Obsah......... V Seznam obrázk........ VI Seznam tabulek........ VII Úvod......... 1 1. Teoretický úvod....... 2 1.1. Metoda konených prvk..... 2 1.2. Charakteristika modulu Pro/MECHANICA Structure.. 3 1.2.1. P-metoda....... 3 1.2.2. Geometrické prvky...... 4 2. Tvorba modelu....... 6 2.1. Konstrukce vleku a jeho komponent.... 6 2.2. Model nakládacího mechanismu..... 11 3. Pevnostní analýzy konstrukce..... 13 3.1. Statické zatížení rámu vleku nákladem.... 13 3.1.1. Výpoet silových okrajových podmínek.... 13 3.1.2. Výsledky pevnostní analýzy..... 15 3.2. Zatížení rámu vleku p0i prjezdu zatákou... 17 3.2.1. Výpoet silových okrajových podmínek.... 19 3.2.2. Výsledky pevnostní analýzy..... 21 3.3. Statické zatížení rámu vleku p0i zdvihání lod1... 23 Závr......... 26 Seznam použité literatury...... 27 V
Seznam obrázk) Základní typy objemových element2..... 4 SíD vytvo ená automaticky modulem Pro/MECHANICA Structure.. 5 Plachetnice t ídy Pirát....... 6 Konstrukce jednopatrového vleku...... 7 Model rámu vleku vetn% nástavby a výztuh.... 7 Model vleku........ 8 Celková sestava naloženého vleku...... 8 P ední uložení manipulaních vozíku v hlavním rámu... 9 Uložení horního vozíku na p íce (erven% oznaené)... 10 Uložení spodního vozíku v "zámku" (erven% oznaené)... 10 Nakládací navijáky....... 11 Vedení zdvihacích lan mechanismu..... 12 Schéma uložení manipulaního vozíku v hlavním rámu... 13 Okrajové podmínky na konstrukci rámu..... 15 Rozložení nap%tí dle HMH svislé zatížení.... 15 Kritická místa v konstrukci, dle HMH (max 26 MPa)... 16 Kritická místa v konstrukci, dle HMH (max 30 MPa)... 16 Poloha t%žišt% naloženého vleku...... 18 Schéma uložení manipulaního vozíku v hlavním rámu... 20 Okrajové podmínky na konstrukci rámu..... 21 Rozložení nap%tí dle HMH zatížení odst edivou silou vozík2.. 21 Kritická místa v konstrukci, dle HMH (max 73 MPa)... 22 Kritická místa v konstrukci, dle HMH (max 90 MPa)... 22 Okrajové podmínky na konstrukci rámu..... 23 Rozložení nap%tí dle HMH zatížení p i vytahování horní lod%.. 24 Kritické místo v konstrukci, dle HMH (max 40 MPa)... 24 VI
Seznam tabulek Uložení manipulaních vozík2...... 14 Hodnoty odst edivých sil p2sobících na naložený vlek... 19 Hodnoty odst edivých sil p2sobících na manipulaní vozík vetn% trupu lod%....... 19 VII
Úvod P edkládaná bakalá ská práce se zabývá vytvo ením výpotového modelu vleku za osobní automobil, pro p evoz dvou sportovních plachetnic t ídy Pirát. Hlavním cílem práce bylo vytvo ení modelu vleku, navrhnutí mechanismu pro jednoduché nakládání a provedení statických pevnostních analýz rámu pro r2zné varianty zatížení. Zvláštní d2raz byl kladen na snadnou manipulaci p i nakládání a vykládání lodí a také na jednoduché, a p itom bezpené uložení p epravovaných lodí v rámu vleku. Pirát je dvouposádková plachetnice s hlavní plachtou, kosatkou a spinakrem. Jedná se o sportovní plachetnici využívanou pro závodní jachting. Tato lodní t ída je velice oblíbená hlavn% ve st ední a západní Evrop%, p edevším pro svoji robustnost, trvanlivost trup2 a jednoduchou ovladatelnost. Díky t%mto vlastnostem je t ída velice asto využívána pro nácvik základních dovedností mladých jachta 2. Robustnost konstrukce s sebou nese hlavní nevýhodu proti moderním lodním t ídám, kterou je znaná hmotnost lod%. Kompletní lol p ipravená k plavb% váží tém% 250 kg. To s sebou nese zásadní problémy p i manipulaci s lodí po b ehu a p i transportu lodí na závody. Trupy plachetnic jsou obvykle p epravovány na regaty na speciálních jednoúelových vlecích za osobními automobily. Souástí vleku je i tzv. manipulaní vozík urený jednak k bezpenému uložení samotného trupu lod% p i p eprav%, ale p edevším k manipulaci na b ehu a spoušt%ní lodí do vody. Vzhledem ke znané hmotnosti trup2 lodí lodní t ídy Pirát je nakládání a vykládání fyzicky znan% nároná operace, která vyžaduje p ítomnost nejen samotných posádek, ale i asistenci dalších osob. P edstavovaná konstrukce vleku umožuje p epravu dvou trup2 plachetnic nad sebou. Zvláštní d2raz byl kladen na snadnou obsluhu p i nakládání a vykládání tak, aby tuto operaci zvládly samotné posádky p epravovaných lodí. 1
1. Teoretický úvod V této kapitole jsou uvedeny informace o historii metody konených prvk2 (MKP) a o výpotovém modulu Pro/MECHANICA Structure. Tento modul je souástí celého balíku produkt2 firmy PTC. Umožuje simulovat, vyhodnocovat a optimalizovat strukturální chování výrobk2 v oblasti statiky, vlastních frekvencí, dynamiky a dalších. Výsledkem jsou nap. informace ohledn% nap%tí a deformací. 1.1. Metoda kone/ných prvk) MKP je numerická metoda sloužící k simulaci rozložení nap%tí, deformací, tepla, jev2 elektromagnetismu, proud%ní tekutin atd. na vytvo eném modelu. Její princip spoívá v diskretizaci neboli rozd%lení spojitého kontinua do uritého (koneného) potu prvk2, p iemž hledané parametry jsou urovány v jednotlivých uzlových bodech. V technické praxi je metoda užívána p edevším pro kontrolu již navržených za ízení, nebo pro stanovení kritického (nejnamáhan%jšího) místa konstrukce [1]. Metoda vznikla v období kolem roku 1956 ve výzkumném ústavu aeronautické a kosmické mechaniky v Ohiu v USA. Zkoumání a vyvinutí této numerické metody je následkem požadavku programu Apollo v oblasti vývoje a konstrukce nosných raket. P i rozsáhlém a velice drahém projektu se po rozboru zjistilo, že se úkol pomocí experimentu nedá splnit. Zaalo se tedy pracovat na vývoji numerické metody, která by pot ebné výpoty byla schopna provést. Tento výzkum a jeho výsledky byly nadále využity v projektech letadel, ponorek, raket atd. Díky tomu byla metoda a její detaily utajena. Je zajímavé a paradoxní, že inžený i metodu úsp%šn% používali po n%kolik let a až poté byla matematiky dokázána a potvrzena konvergence. Výpoty tedy byly do té doby matematicky nepodložené. Ve ejn% do civilního sektoru se metoda konených prvk2 rozmohla v 60. 70. letech. Za pomoci této metody se v dnešní dob% eší mnoho úloh, které nebylo možné d íve realizovat. Jelikož je metoda konených prvk2 velice obecná, m2žeme jí ešit problémy, které 2
se nutn% nemusí týkat jen mechaniky. Je použitelná i v p ípade ešení problém2 v oblasti proud%ní, ší ení tepla, zá ení elektromagnetických polí atd. V pr2b%hu rozvoje metody konených prvk2 se zaalo objevovat mnoho program2, které daný algoritmus obsahovaly. Vývoj t%chto program2 byl p edevším na univerzitách, kde se MKP používala a zkoumala. Už v pr2b%hu 60. let se však stále ast%ji používalo vyvinutého softwaru k ešení inženýrských problém2, vycházejících p ímo z požadavk2 pr2myslové praxe. Zájem o nový výpotový prost edek pak p irozen% vedl k rozvoji program2 na ist% komerní bázi. Tém% všechny programy na bázi MKP mají p2vod ješt% v dob% sálových poíta2. V dnešní dob% je složité p ijít na trh s novým produktem, který není postupem asu ov% en a v podstat% nemá historii. Jednou výjimek je systém Pro/MECHANICA, který p išel na trh až v pr2b%hu 90. let s nezvyklou koncepcí základního algoritmu MKP [2]. 1.2. Charakteristika modulu Pro/MECHANICA Structure Modul Structure je p ímo propojen se systémem Pro/ENGINEER, z ehož plyne, že veškeré modely vytvo ené v programu PRO/ENGINEER lze okamžit% analyzovat. Model je možné vytvo it i v jiném programu, jako je nap íklad Autodesk Inventor, a importovat ho do programu Pro/ENGINEER. Modul je vybaven automatickou tvorbou sít%. Generuje automaticky síd geometrických prvk2 a obsahuje funkci pro optimalizaci sít%. Okrajové podmínky je možné zadávat na plochy, k ivky a nebo body. Bodové zatížení nebo okrajové podmínky s sebou nesou riziko zvýšeného nap%tí fungují totiž jako nap%dový koncentrátor, v praxi takovéto zatížení nebo okrajová podmínka reáln% nenastane. 1.2.1. P-metoda V%tšina moderních komerních program2 používá p i výpotu pro zp esn%ní tzv. adaptivní metody. 3
Adaptivní metody na bázi MKP používají pro zp esn%ní výsledk2 algoritmus modifikující konen%prvkovou síd. Nejpoužívan%jší jsou tyto 4 metody: a) R-metoda: pracuje s pohyblivými uzly v síti b) H-metoda: upravuje síd zahušdováním element2 c) P-metoda: m%ní stupn% polynomu d) HP-metoda: kombinace H a P metody Modul Pro/MECHANICA Structure, využívá adaptivní P-technologii (P-metodu). P i aplikaci P-metody nedochází k zp esn%ní výpotu zhušt%ním sít% v kritických místech, nýbrž zvyšováním stupn% polynomu. Zvyšováním stupn% polynom2 samoz ejm% nar2stá poet rovnic, který je nutné ešit a tím pádem i asová a hardwarová náronost výpotu. Náronost výpotu, resp. Poet element2 v generované síti, p ímo ovlivuje množství detail2, které se v konstrukci objevují. Jedná se p edevším o r2zná zaoblení (radiusy), otvory apod. P ed generováním sít% je proto vhodné model zjednodušit vypušt%ním t%chto prvk2. P i vyhodnocení výsledk2 musí být ovšem na toto zjednodušení brán z etel. 1.2.2. Geometrické prvky Jak již bylo eeno, modul Pro/MECHANICA Structure používá algoritmus na bázi MKP. Jde tedy o rozd%lení modelu na elementy, kterých je konený poet a p esn% vyplují a respektují objem a tvar modelu [2]. Je možné použít t i základní typy element2: 1) elementy typu Solid: Jsou to objemové elementy existující ve t ech základních typech: Tetrahedron, Wedge a Brick. Brick Wedge Tetrahedron Obrázek. 1 Základní typy objemových element2 4
Není však možné síd automaticky vytvo it nap íklad pouze z geometrického prvku Wedge nebo Brick. Algoritmus tvorby sít% používá pouze urité kombinace a to: a) Tetrahedron b) Tetrahedron, Wedge c) Tetrahedron, Wedge, Brick Hlavním a nejast%ji používaným objemovým prvkem v modulu Structure je tetrahedron neboli ty st%n. 2) elementy typu Shell: Tento typ element2 se využívá v p ípad%, že se jedná o tenkost%nný nebo plošný model. Použít tento typ element2 je výhodné, pokud jeden rozm%r (tloušdka) je mnohem menší, než rozm%ry ostatní. 3) elementy typu Beam: Tento typ element2 je použit v p ípad% že pr2 ezové rozm%ry jsou mnohem menší než jejich délka. Model je tedy vytvo en pouze k ivkami a body, kterým je posléze p i azen pr2 ez s pat inými rozm%ry. Na obrázku íslo 2 je ukázka automaticky vygenerované sít% na ásti 3D modelu dvoupatrové konstrukce vozíku. Obrázek. 2 SíD vytvo ená automaticky modulem Pro/MECHANICA Structure 5
2. Tvorba modelu Tato kapitola je v%nována tvorb% konstrukce vleku a jeho komponent (náprava, manipulaní vozíky, trupy lodí). Trupy plachetnic se obvykle p epravují na speciálních jednoúelových vlecích za osobními automobily. Souástí vleku je manipulaní vozík urený jednak k bezpenému uložení samotného trupu lod% p i p eprav%, ale p edevším k manipulaci na b ehu a spoušt%ní lodí do vody. P edstavovaná konstrukce umožuje p epravu dvou trup2 sportovních plachetnic t ídy Pirát nad sebou. Vzhledem ke znané hmotnosti trup2 byl kladen zvláštní d2raz na snadnou obsluhu p i nakládání a vykládání do a z vleku a bezpené uložení nákladu. 2.1. Konstrukce vleku a jeho komponent Konstrukce vychází z komerního jednopatrového vleku (viz obrázek íslo 4) na který byla p idána nástavba pro uložení druhé lodi. Vzhledem p edpokládanému zatížení byla pro vlek zvolena náprava AL-KO B850-10 firmy Kobras [3]. Jedná se o bržd%nou nápravu pro jednonápravové vleky s nosností 1000 kg. Obrázek. 3 Plachetnice t ídy Pirát 6
Obrázek. 4 Konstrukce jednopatrového vleku Obrázek. 5 Model rámu vleku v etn% nástavby a výztuh 7
Obrázek. 6 Model vleku Obrázek. 7 Celková sestava naloženého vleku 8
Vozíky jsou v rámu vleku upevn%ny ve t ech bodech. D2raz byl kladen na to, aby oba manipulaní vozíky byly identické, tedy aby bylo možné naložit lol na stejném manipulaním vozíku do horního i spodního patra vleku. V p ední ásti je vozík upevn%n pomocí standardní botky na kouli, tak jako b%žný vlek za osobním automobilem. Toto ešení navíc umožuje použít osobní automobil pro usnadn%ní manipulace s vozíkem po b ehu a p ípadné vytažení vozíku s trupem z vody, nebo spušt%ní do vody. V zadní ásti je horní vozík uložen na tvarové p íce, která se do konstrukce vkládá až po jeho vyzvednutí. Spodní vozík zapadne v zadní ásti do zámk2, které jsou souástí hlavního rámu. Obrázek. 8 P ední uložení manipulaních vozíku v hlavním rámu 9
Obrázek. 9 Uložení horního vozíku na p í ce ( erven% ozna ené) Obrázek. 10 Uložení spodního vozíku v zámku ( erven% ozna ené) 10
2.2. Model nakládacího mechanismu Vzhledem ke znané hmotnosti trup2 byl kladen zvláštní d2raz na snadnou obsluhu p i nakládání a vykládání do a z vleku. Cílem bylo, aby naložení nákladu zvládly posádky p epravovaných lodí bez pomoci okolí. Obrázek. 11 Nakládací navijáky Nakládání probíhá ve t ech fázích. Nejprve je do vleku vtažena první lol i s vozíkem pomocí malého navijáku v p ední ásti vleku (viz obrázek íslo 8). Poté je lano odpojeno a lol je vyzdvižena do horního patra vleku. K vyzdvižení horního manipulaního vozíku slouží v%tší naviják který navíjí souasn% t i lana. První lano zvedá p ední ást manipulaního vozíku zav%šenou na posuvném mechanismu v p ední stojin%. Zbylá dv% lana zdvihají zadní ást vozíku. Tato lana jsou vedená podél hlavního rámu vleku a jeho nástavby kladkami. Po vyzdvižení je pod vozík v zadní ásti umíst%na p íka, která slouží k uzamení vozíku v požadované poloze. Zdvihací lana jsou poté uvoln%na. 11
Následuje vtažení spodní lod% do vleku pomocí malého navijáku. Spodní vozík v zadní ásti pouze zapadá do zámk2. Obrázek. 12 Vedení zdvihacích lan mechanismu 12
3. Pevnostní analýzy konstrukce V této kapitole budou uvedeny zp2soby zatížení konstrukce vleku, okrajové podmínky a samoz ejm% výsledky pevnostních analýz. Trup plachetnice s p íslušenstvím (plachty, kulatiny, ploutev, kormidlo) na manipulaním vozíku váží cca 310 kg. 3.1. Statické zatížení rámu vleku nákladem Jak již bylo uvedeno v kapitole 2.1. jsou manipulaní vozíky v rámu vleku uloženy ve t ech bodech. I p esto, že jsou oba manipulaní vozíky identické, liší se jejich uložení v zadní ásti rámu. Horní vozík leží na tvarové p íce, která se do konstrukce vkládá až po jeho vyzvednutí. Spodní vozík zapadá v zadní ásti do zámk2, které jsou souástí hlavního rámu vleku. 3.1.1. Výpo/et silových okrajových podmínek Volba silových okrajových podmínek respektuje p2sobení vozík2 vetn% nákladu na konstrukci rámu vzhledem k jejich uložení. Velikost zát%žné síly F g = 3100 N. Obrázek. 13 Schéma uložení manipulaního vozíku v hlavním rámu 13
Horní vozík Spodní vozík l 3139 mm 3391 mm a 2480 mm 2480 mm b 659 mm 911 mm Tabulka. 1 Uložení manipulaních vozík2 Horní manipula/ní vozík Ra * l F g Ra = 655N * b = 0 Rb * l F g Rb = 2450N * a = 0 Rc = Rd = Rb 2 = 1225N Spodní manipula/ní vozík Ra * l F g Ra = 835N * b = 0 Rb * l F g Rb = 2270N * a = 0 Rc = Rd = Rb 2 = 1135N Vypotené síly jsou aplikovány jako silové okrajové podmínky v místech uložení vozík2. Dále je pot eba definovat okrajové podmínky v míst% sp áhla se záv%sem osobního automobilu a v míst% nápravy. Samotná náprava, resp. Její pohyblivé ásti, nebyla p edm%tem výpotu. Okrajová podmínka je proto definována na p íce spojující boní plechy nápravy (viz obrázek íslo 14). 14
Obrázek. 14 Okrajové podmínky na konstrukci rámu 3.1.2. Výsledky pevnostní analýzy Obrázek. 15 Rozložení nap%tí dle HMH svislé zatížení 15
Obrázek. 16 Kritická místa v konstrukci, dle HMH (max 26 MPa) Obrázek. 17 Kritická místa v konstrukci, dle HMH (max 30 MPa) 16
Nutno p ipomenout, že se jedná o zjednodušený model. Maximální nap%tí (30 MPa) se objevuje v ostrých p echodech, kde došlo k vypušt%ní zaoblení a svar2. V blízkém okolí t%chto roh2 nap%tí ale rychle klesá. Okolí t%chto kritických míst by m%lo být p edm%tem dalšího zkoumání. Konstrukce vozíku je ocelová s žárov% pozinkovaným povrchem. Jako nejvhodn%jší byla vybrána ocel 11 523. Její výhodou je vyšší mez pevnosti (Rm), která je p ibližn% 520 MPa a vyšší mez kluzu (Re), která je p ibližn% 0,7 * Rm = 0,7 *520 = 364MPa 360MPa. V tomto p ípad% konstrukce zatížená nákladem vyhovuje s bezpeností 12. k Re = MAX 360 = = 12 30 3.2. Zatížení rámu vleku p?i pr)jezdu zatá/kou Další výpoet se týkal zatížení rámu vleku v zatáce odst edivou silou. Jak již bylo zmín%no, každý manipulaní vozík s plachetnicí váží p ibližn% 310 kg. Celková hmotnost naloženého vozíku (tj. hmotnost vleku a dvou manipulaních vozík2 s plachetnicemi) iní p ibližn% 900 kg. Rozchod nápravy Kobras AL-KO B850-10 iní 1800 mm. Výška t%žišt% naloženého vleku nad vozovkou je 1160 mm. Poloha t%žišt% je zobrazena na obrázku íslo 18. Výpotem uríme maximální velikost odst edivé síly, která m2že p2sobit na vlek tak, aby ješt% nedošlo k jeho p eklopení na bok. Mezní velikost odst edivé síly je F MAX = 6500 N. Zanedbán byl také propad nápravy a s tím související mírné naklon%ní celého vleku ve sm%ru odst edivé síly. 17
Obrázek. 18 Poloha t%žišt% naloženého vleku Jako referenní byla zvolena zatáka o polom%ru 70 m a rychlost 80 km/h. P i této rychlosti p2sobí na vlek odst edivá síla F DV., která je menší než mezní síla F MAX a vlek se tedy nep evrátí. Nutno podotknout, že tato rychlost je znan% vysoká a v praxi by pravd%podobn% znamenala ztrátu kontroly nad soupravou. 80 900* 2 m * v 3,6 900* 493,827 F DV. = = = 6349N 70 70 2 V tabulce 2 jsou vyhovující rychlosti, kterými je možné zatáku projet, aniž by se vlek p evrátil, oznaeny sv%tle zelenou barvou. V tabulce 3 jsou uvedeny velikosti odst edivých sil p2sobící na lod% na manipulaních vozících pro vyhovující rychlosti pr2jezd2 zatáek. 18
Polomr (m) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Rychlost (km/h) 40 5556 3704 2778 2222 1852 1587 1389 1235 1111 50 8681 5787 4340 3472 2894 2480 2170 1929 1736 60 12500 8333 6250 5000 4167 3571 3125 2778 2500 70 17014 11343 8507 6806 5671 4861 4253 3781 3403 80 22222 14815 11111 8889 7407 6349 5556 4938 4444 Tabulka. 2 Hodnoty odst edivých sil p2sobících na naložený vlek Polomr (m) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Rychlost (km/h) 40 1914 1276 957 765 638 547 478 425 383 50 1993 1495 1196 997 854 747 664 598 60 2153 1722 1435 1230 1076 957 861 70 1953 1674 1465 1302 1172 80 2187 1914 1701 1531 Tabulka. 3 Hodnoty odst edivých sil p2sobících na manipulaní vozík vetn% trupu lod% 3.2.1. Výpo/et silových okrajových podmínek Obdobn% jako v p ípade výpotu sil, kterými p2sobí manipulaní vozík na rám v klidu tel uríme, jak velkými silami p2sobí manipulaní vozík na rám vleku v zatáce. Rozm%ry vlek2 se shodují s rozm%ry uvedenými v kapitole 3.1.1. viz tabulka 1. Referenní odst edivá síla na rám F D = 2200 N vyplývá z tabulky íslo 3. Jde o zaokrouhlenou hodnotu odst edivé síly p i pr2jezdu zvolené zatáky o polom%ru 70 m rychlostí 80 km/h. 19
Obrázek. 19 Schéma uložení manipulaního vozíku v hlavním rámu Horní manipula/ní vozík Ra * l F D Ra = 465N * b = 0 Rb * l F D Rb = 1740N * a = 0 Rc = Rd = Rb 2 = 870N Spodní manipula/ní vozík Ra * l F D Ra = 595 N * b = 0 Rb * l F D * a = 0 Rb = 1610 N = Rd Rc = 0 Jak již bylo uvedeno, je spodní vozík v zadní ásti rámu vleku pouze zasunut do zámk2. P i pr2jezdu zatákou tedy p2sobí reakce v uložení pouze na jedné stran% (vn%jší strana zatáky). Vypotené síly op%t aplikujeme jako silové okrajové podmínky na rám vleku. 20
Obrázek. 20 Okrajové podmínky na konstrukci rámu 3.2.2. Výsledky pevnostní analýzy Obrázek. 21 Rozložení nap%tí dle HMH zatížení odst edivou silou vozík2 21
Obrázek. 22 Kritická místa v konstrukci, dle HMH (max 73 MPa) Obrázek. 23 Kritická místa v konstrukci, dle HMH (max 90 MPa) 22
Maximální nap%tí (90 MPa) se op%t nejvíce vyskytuje v ostrých p echodech, kde došlo k zjednodušení geometrie. V blízkém okolí t%chto roh2 nap%tí ale rychle klesá. Okolí t%chto kritických míst by op%t m%lo být p edm%tem dalšího zkoumání. V p ípad% použití oceli 11 523 s mezí kluzu p ibližn% 360 MPa vychází bezpenost rámu 4. k Re = MAX 360 = = 4 90 3.3. Statické zatížení rámu vleku p?i zdvihání lod P i zdvihání manipulaního vozíku s lodí do horní polohy je konstrukce vleku zatížena v horní ásti nástavby v míst% p echodu lana p es kladku. Rám vleku je v tomto p ípad% namáhán odlišn% než v p edchozích p ípadech. Vzhledem k zav%šení vozíku za zadní p íku v míst% zámk2, odpovídají velikosti sil zatížení spodním manipulaním vozíkem viz kapitola 3.1.1. Tyto síly jsou aplikovány na místo zav%šení kladkového mechanismu v horní ásti nástavby. Obrázek. 24 Okrajové podmínky na konstrukci rámu 23
Obrázek. 25 Rozložení nap%tí dle HMH zatížení p i vytahování horní lod% Obrázek. 26 Kritické místo v konstrukci, dle HMH (max 40 MPa) 24
Maximální nap%tí (40 MPa) se vyskytuje v ostrém p echodu mezi podporou a nosníkem nástavby (viz obrázek íslo 26). V blízkém okolí tohoto p echodu ale nap%tí rychle klesá. V p ípad% použití oceli 11 523 s mezí kluzu p ibližn% 360 MPa vychází bezpenost 9. k Re = MAX 360 = = 9 40 25
Závr Bakalá ská práce se v%novala tvorb% modelu vleku pro p evoz dvou sportovních plachetnic t ídy Pirát a všech jeho komponent. Hlavním cílem práce bylo vytvo it MKP model rámu vleku a provést základní statické pevnostní analýzy pomocí programu Pro/MECHANICA pro jednotlivé varianty zatížení konstrukce. Jednalo se o statické zatížení rámu vleku nákladem o zatížení vleku odst edivou silou na náklad p i pr2jezdu zatákou a o statické zatížení rámu vleku p i vytahování lod% do horní polohy. Na základ% mnoha pevnostních výpot2 bylo navrhnuto zesílení základního rámu vleku, tvar nástavby, výztuhy konstrukce a nejvýhodn%jší uložení nápravy vleku. Zvláštní pozornost byla v%nována návrhu mechanismu pro jednoduché nakládání obou lodí vetn% manipulaních vozík2 do rámu vleku pomocí naviják2 a kladkostroje. Vzhledem k výsledk2m pevnostních analýz konstrukce vyhovuje. Vzhledem k tomu, že k nakládání a vykládání lodí dojde ádov% 10x 20x za rok, nemá smysl v p ípad% zatížení konstrukce p i nakládání nebo vykládání ešit únavu materiálu. Jiný problém ovšem je únava b%hem dynamického zatížení rámu vleku p i jízd%. Tento problém by op%t m%l být p edm%tem dalšího zkoumání. 26
Seznam použité literatury [1] Wikipedie internetová encyklopedie. Dostupné na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/metoda_konených_prvk2 [2] Zden%k Konený - Václav Krys: Skripta katedry robotechniky, CAD III Pevnostní analýzy. Vysoká škola báská Technická univerzita Ostrava, Fakulta strojní. Dostupné na WWW: http://robot.vsb.cz/skripta/cadiii/index.html [3] Katalog bržd%ných náprav firmy Kobras pro p ív%sy. Dostupné na WWW: http://www.kobras.cz/katalog/group-120121211000/item-120121211043/ 27