REKONSTRUKCIJA PODVOZJA PRIKOLICE GRAVIS

Transcription

1 REKONSTRUKCIJA PODVOZJA PRIKOLICE GRAVIS Študent: Študijski program: Smer: Matej SINIC Univerzitetni študijski program 1. stopnje Strojništvo Konstrukterstvo Mentor: red. prof. dr. Srečko GLODEŽ Maribor, julij 2015

2 II

3 I Z J A V A Podpisani Matej SINIC izjavljam, da: je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom red. prof. dr. Srečka GLODEŽA; predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi; soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet Univerze v Mariboru. Maribor, Podpis: III

4 ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju red. prof. dr. Srečku GLODEŽU za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Zahvaljujem se tudi razvojnemu kolektivu v podjetju Farmtech d.o.o. Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili študij. IV

5 REKONSTRUKCIJA PODVOZJA PRIKOLICE GRAVIS Ključne besede: prikolica, rekonstrukcija, podvozje, hidro pogon, optimizacija UDK: (043.2) POVZETEK Diplomska naloga obravnava postopek rekonstrukcije podvozja prikolice GRAVIS. GRAVIS je prikolica, ki se uporablja v gradbeništvu za prevoz peska, skal, gramoza in drugih težkih materialov. Rekonstrukcijo smo opravili zaradi potrebe po izboljšanju voznih karakteristik prikolice. Odločili smo se za vgradnjo hidro pogona. Diplomska naloga obravnava preračun obremenitve na priklop, nihajna agregata in pol os, modeliranje in vgradnjo hidro pogona, optimizacijo nosilca nihajnih agregatov in numerično analizo nosilca osi. Z vgradnjo smo dosegli boljšo vožnjo na terenih v gradbeništvu, z optimizacijo pa smo se izognili šibki točki vijačne zveze. Pri tem smo uporabljali CoCreate Modeling 17.0 in Abaqus/ CAE V

6 RECONSTRUCTION OF THE GRAVIS TRAILER CHASSIS Key words: trailer, reconstruction, chassis, hydro drive, optimization UDK: (043.2) ABSTRACT The thesis deals with the process of reconstruction the chassis of the trailer GRAVIS. GRAVIS is a trailer, which is used in construction for the transportation of sand, rocks, gravel and other heavy materials. The reconstruction was done because of the need to improve the trailers driving characteristics. We decided to install a hydro drive. The thesis deals with the calculation of the load on the coupling, the pendle axle units and the half axle, modelling and installation of the hydro drive, optimization of the pendle axle units holder and numerical analysis of the axle holder. With the installation we achieved better riding options on the terrain in the construction areas and with the optimization we have avoided the weak point of the bolting assemblies. For this we used CoCreate Modeling 17.0 and Abaqus / CAE VI

7 KAZALO 1 UVOD Opis izdelka in opredelitev problema Cilji diplomskega dela PREDSTAVITEV PODJETJA FARMTECH d.o.o Osnovne informacije in opis podjetja Zgodovina podjetja Proizvodni program ZASNOVA IN KONSTRUIRANJE Predstavitev delovanja Izračun obremenitve na priklop in na nihajna agregata Izračun obremenitve na pol os Modeliranje in prilagajanje na nihajna agregata Optimizacija nosilca agregatov SKLEP Doseženi cilji Predlogi za nadaljnje delo SEZNAM UPORABLJENIH VIROV PRILOGE Priloga 1: Preglednica obremenitve osi VII

8 KAZALO SLIK Slika 1.1: Gradbena mulde prikolica GRAVIS Slika 1.2: Sestavni deli prikolice GRAVIS Slika 2.1: Znak podjetja Farmtech d.o.o. [10] Slika 2.2: Prikolica EDK Slika 2.3: Prikolica ZDK Slika 2.4: Prikolica DDK Slika 2.5: Prikolica TDK Slika 2.6: Prikolica DURUS Slika 2.7: Prikolica DURUS Slika 2.8: Prikolica GRAVIS Slika 2.9: Prikolica FORTIS Slika 2.10: Prikolica FORTIS Slika 2.11: Trosilnik MINIFEX Slika 2.12: Trosilnik SUPERFEX Slika 2.13: Trosilnik MEGAFEX Slika 2.14: Prikolica UNIRAISER Slika 3.1: Glavne komponente pogonskega sklopa [1] Slika 3.2: Prikazovalnik [1] Slika 3.3: Krmilna palica [1] Slika 3.4: Črpalka [2] Slika 3.5: Hidro motor [8] Slika 3.6: Krmilna enota [1] Slika 3.7: Skica prazne prikolice Slika 3.8: Skica prikolice z največjo skupno maso Slika 3.9: Skica prikolice s tehnično maso Slika 3.10: Skica nihajnega agregata Slika 3.11: Levi in desni nihajni agregat Slika 3.12: Razporeditvena risba Slika 3.13: Nastale spremembe Slika 3.14: Pogled na hidro pogon Slika 3.15: Nov levi in desni nihajni agregat s hidro pogonom VIII

9 Slika 3.16: Položaj vijaka Slika 3.17: Mesto in smer delovanja obremenitve na os Slika 3.18: Razlaga pojmov Slika 3.19: Nosilec osi - različica Slika 3.20: Model po optimizaciji Slika 3.21: Nov nosilec osi Slika 3.22: Prikaz primerjalne napetosti (Deformacijski faktor je 472) Slika 3.23:»Nov«(levo) in»star«(desno) nosilec Slika 3.24: Navojna izvrtina za demontažo KAZALO PREGLEDNIC Preglednica 1.1: Poimenovanje delov Preglednica 1.2: Tehnični podatki prikolice GRAVIS 2000 [6] Preglednica 3.1: Primerjava rešitve 2 napram rešitvi Preglednica 3.2: Podatki prikazovalnika [1] Preglednica 3.3: Podatki krmilne palice [1] Preglednica 3.4: Podatki črpalke [2] Preglednica 3.5: Podatki hidro motorja [8] Preglednica 3.6: Podatki krmilne enote [1] Preglednica 3.7: Poimenovanje elementov Preglednica 3.8: Materialne lastnosti nosilca osi [9] IX

10 UPORABLJENI SIMBOLI [/] - vsota FG0 [N] - lastna teža prikolice mg0 [kg] - lastna masa prikolice g [ m s2 ] - gravitacijski pospešek xg0 [mm] - razdalja med težiščem prazne prikolice in priklopom xpt [mm] - razdalja med vpetjem nihajnega agregata in priklopom FPT [N] - sila na priklop traktorja pri lastni teži prikolice FT [N] - sila na nihajna agregata pri lastni teži prikolice mgs [mm] - največja skupna masa xgs [mm] - razdalja med težiščem prikolice z največjo skupno maso in priklopom FGS [N] - teža prikolice pri največji skupni masi FPTS [N] - sila na priklop pri največji skupni masi FTS [N] - sila na nihajna agregata pri največji skupni masi mgt [mm] - tehnična masa xgt [mm] - razdalja med težiščem prikolice s tehnično maso in priklopom FGT [N] - teža prikolice pri tehnični masi FPTT [N] - sila na priklop pri tehnični masi FTT [N] - sila na nihajna agregata pri tehnični masi x1 [mm] - razdalja med vpetjem kolesa in vpetjem nihajnega agregata x2 [mm] - razdalja med vpetjem kolesa in vpetjem nihajnega agregata F TT 2 [N] - sila na nihajni agregat pri tehnični masi F1 [N] - sila na pol os 1 pri tehnični masi F2 [N] - sila na pol os 2 pri tehnični masi FZ [N] - zunanja sila FN [N] - notranja sila n [/] - število vijakov FV [N] - največja osna obremenitev vijaka σndop [MPa] - dopustna normalna napetost Re [MPa] - najmanjša meja plastičnosti gradiva vijaka AN [mm 2 ] - nosilni prerez stebla vijaka z navojem X

11 p [MPa] - tlak XI

12 UPORABLJENE KRATICE CAE - Computer Aided Engineering CE - Confirmité Européenne D - dolžina d.d. - delniška družba DDK - Dreiachs DreiseitenKipper DIN - Deutsches Institut fűr Normung DLG - Deutsche Landwirtschafts-Gesellschaft d.o.o. - družba z omejeno odgovornostjo EDK - Einachs DreiseitenKipper EN - European Standard GmbH - Gesellschaft mit beschränkter Haftung IP - International Protection Marking ISO - International Organisation for Standardisation max. - maksimum MKE - metoda končnih elementov SIST - Slovenski inštitut za standardizacijo Š - širina TDK - Tandem DreiseitenKipper V - višina ZDK - Zweiachs DreiseitenKipper XII

13 1 UVOD 1.1 Opis izdelka in opredelitev problema Predmet diplomskega dela je projektiranje hidro pogona in optimizacija nosilca nihajnih agregatov na prikolici GRAVIS, ki jo izdeluje podjetje Farmtech d.o.o. Podjetje je gradbeno prikolico GRAVIS izdelalo ob spoznanju, da je traktor v kombinaciji s prikolico napram tovornjaku boljša rešitev na grobem in blatnem terenu. Prikolica GRAVIS (Slika 1.1) je na gradbišču namenjena prevozu peska, skal, gramoza in drugih težkih materialov. [6] Slika 1.1: Gradbena mulde prikolica GRAVIS Zaboj je narejen iz pločevine orodnega jekla (HARDOX). Stranice so debeline 6 mm, dno zaboja pa ima debelino 8 mm. Na zadnji strani so hidravlično krmiljena vrata, ki se odpirajo in zapirajo preko dveh cilindrov. Spredaj se nahaja 4-stopenjski teleskopski hidravlični cilinder s kromiranimi batnicami. Višina kipanja znaša 6,84 m. Cilinder odlikuje zmožnost hitrega spuščanja. Podvozje je narejeno za večje obremenitve. Kolesa so pritrjena na robustne ADR polosi, ki so privarjene na nihajna agregata. Zavorni bobni so dimenzije 420 mm x 180 mm. [6] Prikolico odlikujejo še nekatere druge dobre lastnosti, kot so centralno mazanje, vzmeten priklop z gumi odbojniki, hidravlično preklopljiv naletni odbojnik, hidravlična stopa in visoka kakovost ter varnost. [6] - 1 -

14 Slika 1.2: Sestavni deli prikolice GRAVIS Na Sliki 1.2 so prikazani pomembni elementi oziroma sklopi, v Preglednici 1.1 pa so ti deli tudi poimenovani. Oznaka Ime sestavnega dela Preglednica 1.1: Poimenovanje delov Oznaka Ime sestavnega dela 1 Teleskopski cilinder 8 Y podporna stopa 2 Zaboj 9 Odbojnik 3 Zadnja hidravlična vrata 10 Nosilec nihajnih agregatov 4 Ojačeno podvozje 11 Naletni odbojnik s funkcijo zaščite luči 5 Nastavljiv spodnji priklop 12 ADR pol os 6 Plastični blatnik 13 Levi nihajni agregat 7 Klasična podporna stopa 14 Kolo Tehnični podatki prikolice GRAVIS (Slika 1.1) so podani v Preglednici

15 Uporabnikova želja je, da bi prikolice imele veliko nosilnost, majhno lastno težo, enostavno raztovarjanje tovora in odlične vozne lastnosti. Vsem tem željam se podjetje prilagaja oziroma so te želje njihova obveznost in zato jih v najboljši meri tudi izpolnjujejo. Optimizacija prikolice GRAVIS teži v smeri izboljšanja voznih lastnosti v težkih razmerah na gradbišču. Težke razmere so blatne in razmočene poti. Na gradbišču se tudi v lepem vremenu pojavljajo ovire, ki jih mora prikolica GRAVIS premagati z namenom, da se opravi delo oziroma prevozi določeno količino tovora. Prikolica GRAVIS opravlja svoj namen, če je v kombinaciji z močnim traktorjem. Z ekonomskega vidika bi bilo najbolje, da bi prikolico vozil traktor s čim manjšo močjo in prevozil čim večjo količino tovora na gradbišču v danih razmerah. Na ta način bi bil strošek prevoza najcenejši. Preglednica 1.2: Tehnični podatki prikolice GRAVIS 2000 [6] GRAVIS 2000 Največja skupna masa [kg]: Tehnična masa [kg]: Lastna masa odvisna od opreme [kg]: 7000 Nosilnost [kg]: (26000) Dimenzije prikolice D x Š x V [mm]: 7580 x 2550 x 2876 Dimenzija zaboja notranja D x Š [mm]: 5250 x 2300 HARDOX zaboj dno / stranica [mm]: 8/6 Višina stranic [mm]: 1220 Višina do dna pri serijskih pnevmatikah [mm]: 1400 Prostornina [m 3 ]: 13 Kolotek [mm]: 1950 Kvadrat osi [mm]: 150 Spodnji priklop s kroglo: K80 Dovoljena hitrost [km/h]: 40 Pnevmatike: 600/55 R26 Zavorni sistem: zračni Število stopenj hidravličnega cilindra (premer) [mm]: 4 (69/88/107/126) Višina dviga cilindra [mm]: 5100 Kipanje nazaj [ ]: 55 Potrebna količina olja [l]: 40 Potrebna vlečna moč [kw / KS]: 147/200 Podvozje: nihajni agregat - 3 -

16 Da bi ustregli vsem zgoraj naštetim zahtevam, so se v podjetju Farmtech d.o.o. odločili za vgradnjo hidro pogona. Vgradnja pogona prinese določene spremembe na podvozju. Nekateri elementi se bodo morali dimenzijsko in konstrukcijsko prilagoditi. 1.2 Cilji diplomskega dela Osnovni cilj diplomskega dela je rekonstrukcija podvozja prikolice GRAVIS tako, da bo obstoječi konstrukciji dodan hidro pogon, z namenom, da se izboljšajo vozne lastnosti. Tako se zmanjša poraba goriva in poveča storilnost. Cilj diplomskega je tudi optimizirati nosilec nihajnih agregatov. Delo v okviru diplomske naloge bo zajemalo naslednje aktivnosti: preračun obremenitev na priklop, nihajna agregata in pol os, modeliranje hidro pogona (hidro motorja, zavornega bobna in pol osi), vgradnja hidro pogona, optimizacija nosilca nihajnih agregatov, numerična analiza nosilca osi

17 2 PREDSTAVITEV PODJETJA FARMTECH d.o.o. 2.1 Osnovne informacije in opis podjetja Podjetje Farmtech d.o.o. iz Ljutomera, ki je član skupine Komptech, ponuja vrhunsko ter dovršeno kmetijsko mehanizacijo. Kmetijski proizvodni program zajema široko paleto različnih traktorskih prikolic in trosilnikov organskih gnojil od 4 do 33 ton skupne mase. Proizvodi se tržijo pod blagovno znamko Farmtech in so namenjeni sodobnim kmetovalcem, velikim kmetijskim gospodarstvom ter storitvenim podjetjem, ki zahtevajo visoko produktivnost. Okoljski proizvodni program zajema izdelavo varjenih konstrukcij in sestavo strojev pod blagovno znamko Komptech. Stroji so namenjeni za ravnanje s trdimi biološkimi odpadki. To so predvsem stroji za obračanje komposta ter drobljenje najrazličnejših odpadkov in sekencev. Kmetijski proizvodni program predstavlja 45 % delež, ostalih 55 % pa predstavlja okoljski proizvodni program. Farmtech d.o.o. zajema vsa poslovna področja marketing, prodajo, razvoj, proizvodnjo in logistiko. [3] [10] Proizvodno podjetje je locirano na dveh območjih v Ljutomeru, in sicer na Industrijski ulici 7 in na Prešernovi cesti 40. Na Prešernovi cesti 40 se nahajajo kmetijski in okoljski obrat ter trgovina z rezervnimi deli. Tukaj se elementi izrežejo, upognejo, stružijo, vrtajo in nato zvarijo. Tako pripravljeni polizdelki se pošljejo na peskanje in nato še v lakirnico. Tu se peskajo in lakirajo le kmetijski proizvodi. Na koncu se ti polizdelki sestavijo. Lakirnica in še en varilni obrat za okoljski program se nahajata na Industrijski ulici 7. Prav tako se tukaj končno sestavijo izdelki za oba programa. Na prikolice se zmontira razsvetljava, torej uredi električna in tudi hidravlična inštalacija, nalepijo napisi in oznake ter zmontirajo gume. Na tem naslovu delujejo vodstvo, uprava in razvojni kader. Dodatno družba opravlja še ostale dejavnosti. Opravljajo storitve na posameznih strojih po posebnih naročilih kupcev. Nudijo laserski razrez, vrtanje in upogibanje. Poleg dolgoletnih izkušenj inženirjev in izboljšav se podjetje Farmtech zaveda pomembnosti kakovosti proizvodov in storitev. Zato izpolnjujejo kriterije standardov kakovosti ISO. Za končne proizvode ima s strani nemškega inštituta opravljene DLG teste o preizkušanju proizvodov. Proizvodi prav tako vsebujejo CE oznako. Filozofija podjetja Farmtech d.o.o. je, da obravnavajo vse ljudi s spoštovanjem in delujejo v skladu z etičnimi načeli. [3] [7] [10] - 5 -

18 2.2 Zgodovina podjetja Leta 1995 je bilo ustanovljeno podjetje Heissenberger & Pretzler Strojegradnja d.o.o. s sedežem v najemnih prostorih podjetja Tehnostroj Moderna oprema d.d., na Prešernovi 40 v Ljutomeru, kot hčerinsko podjetje družbe Heissenberger & Pretzler GmbH Graz. Namen ustanovitve slovenskega podjetja Heissenberger & Pretzler Strojegradnja d.o.o. je bilo zagotoviti dobavo strojev za obračanje komposta in mešanje bioloških odpadkov in doseči ustrezno kvaliteto izdelave visoko produktivnih strojev. Omeniti je potrebno, da je bilo podjetje Tehnostroj Moderna oprema d.d. pred stečajem. Dve leti kasneje je podjetje Heissenberger & Pretzler Strojegradnja d.o.o. kupilo premoženje podjetja Tehnostroj Moderna oprema d.d. na javni dražbi, saj je bilo podjetje v stečaju. Začetki podjetja Tehnostroj Moderna oprema d.d. segajo v leto [5] Istega leta se je spremenilo tudi ime družbe. Novo ime družbe je bilo Heissenberger & Pretzler Proizvodnja kmetijskih strojev in opreme ter trgovina d.o.o. (skrajšano Heissenberger & Pretzler d.o.o.). Leta 2006 se je preimenovalo v Farmtech, Proizvodnja kmetijskih strojev in opreme ter trgovina d.o.o., s sedežen na Prešernovi cesti 40 (skrajšano Farmtech d.o.o.). Slika 2.1: Znak podjetja Farmtech d.o.o. [10] - 6 -

19 Kasneje je podjetje Farmtech d.o.o. delovalo kot hčerinsko podjetje družbe Komptech GmbH iz Avstrije, s sedežem v Frohnleitenu. Letos je podjetje Hirtenberger AG iz Avstrije s sedežem v Hirtenbergu, prevzelo večinski delež družbe Komptech. Podjetje Hinterberger AG je dejavno na različnih poslovnih področjih sveta. Glavno področje jim predstavlja avtomobilska varnost. Podjetje ima 150-letno tradicijo in je od leta 1996 v lasti podjetniške družine Schuster. [4] 2.3 Proizvodni program Proizvodni program podjetja Farmtech d.o.o. je precej pester. Že v osnovi so izdelki opremljeni z bogato opremo in simbolnim znakom (Slika 2.1). Ta bogat osnovni model lahko kupci izboljšajo z dodatno opremo. Kupec si lahko prilagodi izdelek glede na svoje potrebe in tako zagotovi optimalno rešitev. Izdelki se prodajajo večinoma po Srednji in Jugovzhodni Evropi. [10] Izdelki podjetja: a) EDK Enoosne traktorske prikolice: - EDK 500, - EDK 650 (Slika 2.2), - EDK 800. b) ZDK Dvoosne traktorske prikolice: - ZDK ZDK 1100, - ZDK 1400, - ZDK 1600, - ZDK 1800 (Slika 2.3). Slika 2.2: Prikolica EDK 650 Slika 2.3: Prikolica ZDK

20 c) DDK Triosne traktorske prikolice: - DDK 2400 (Slika 2.4). Slika 2.4: Prikolica DDK 2400 d) TDK Tandem traktorske prikolice: - TDK 800, - TDK 900, - TDK 1100, - TDK 1300 (1300F), - TDK 1600 (Slika 2.5), - TDK Slika 2.5: Prikolica TDK 1600 e) DURUS Univerzalne mulde prikolice: - DURUS 1600 (Slika 2.6), - DURUS 1800, - DURUS 2000, - DURUS 3000 (Slika 2.7). Slika 2.6: Prikolica DURUS 1600 Slika 2.7: Prikolica DURUS

21 f) GRAVIS Gradbena mulde prikolica: - GRAVIS 2000 (Slika 2.8). Slika 2.8: Prikolica GRAVIS g) FORTIS Univerzalne potisne prikolice: - FORTIS 2000 (Slika 2.9), - FORTIS 2200, - FORTIS 3000 (Slika 2.10). Slika 2.9: Prikolica FORTIS 2000 Slika 2.10: Prikolica FORTIS 3000 h) MINIFEX Hribovski trosilniki organskih gnojil: - MINIFEX 500 (Slika 2.11), - MINIFEX 550. Slika 2.11: Trosilnik MINIFEX

22 i) SUPERFEX Trosilniki organskih gnojil: - SUPERFEX 600, - SUPERFEX 700, - SUPERFEX 800, - SUPERFEX 1000 (Slika 2.12), - SUPERFEX Slika 2.12: Trosilnik SUPERFEX 1000 j) MEGAFEX Univerzalni trosilniki: - MEGAFEX 1600, - MEGAFEX 1800, - MEGAFEX 2200 (Slika 2.13). Slika 2.13: Trosilnik MEGAFEX 2200 k) UNIRAISER Dvovišinske prikolice: - UNIRAISER 2000 (Slika 2.14). Slika 2.14: Prikolica UNIRAISER 2000 Na slikah od 2.2 do 2.14 so prikazani tipi prikolic. Prikolica GRAVIS (Slika 2.8) se od ostalih prikolic razlikuje v tem, da ima nihajne agregate, naletni odbojnik s funkcijo zaščite luči, robustno podvozje in velik kot kipanja

23 3 ZASNOVA IN KONSTRUIRANJE V nadaljevanju je opisan postopek rekonstrukcije podvozja prikolice GRAVIS. Na sestanku s podjetjem Poclain Hydraulics smo se zmenili, da nam potrebne elemente za pogon priskrbijo oni. Predstavili so nam podoben projekt, ki so ga v preteklosti že izvedli. Za naš primer so nam predlagali dve rešitvi. Prva rešitev je vgradnja dveh hidro motorjev, torej samo na dve kolesi, druga pa vgradnja hidro motorjev na vsa štiri kolesa. Obe rešitvi dajeta primerljivo izhodno moč. Prednosti in slabosti štirih hidro motorjev napram dvema so prikazane v Preglednici 3.1. Po premisleku na podlagi Preglednice 3.1 smo se odločili za štiri hidro motorje. Preglednica 3.1: Primerjava rešitve 2 (4 hidro motorji) napram rešitvi 1 (2 hidro motorja) PREDNOSTI več pogonskih koles, večja kontaktna površina oprijema, lažje in boljše premagovanje ovir, manjša velikost enega hidro motorja, dizajnersko privlačnejši, lažja montaža. SLABOSTI večje število hidravličnih cevi, kasneje večji strošek vzdrževanja, dražja izvedba. V fazi rekonstrukcije so bili potrebni naslednji podatki: max. hitrost vožnje prikolice, hitrost, pri kateri se izklopi pogon, tehnična masa prikolice, obremenitev na priklop in obremenitev na kolesa, velikost zavor ter izhodna vrtilna frekvenca na traktorski gredi. V našem primeru je prikolica izdelana za 40 km/h (Preglednica 1.2). Njena tehnična masa je kg (Preglednica 1.2). Vožnja prikolice je po terenih, kot sta vožnja v klanec in vožnja po blatni progi, počasna, zato nam zadostuje delovanje hidro motorja do hitrosti 5 km/h. Vozijo jo traktorji z večjo močjo in tako ostane še dovolj moči za pogon črpalke pri 1000 min -1. Obremenitev na priklop pri tehnični masi znaša 4320 kg, na posamezni agregat pa kg. Izračun je prikazan v poglavju 3.2. Za diplomsko nalogo smo izbrali zavore dimenzij 420 mm x 220 mm. Pol osi bodo izdelali v podjetju Paillard. Prečni presek kvadratne cevi ostane nespremenjen (150 mm x 150 mm). Preračun pol osi je naveden v poglavju

24 Dogovorjeno je bilo, da pridejo predstavniki podjetja Poclain Hydraulics na testiranje prikolice, kjer bodo izmerili posamezne parametre in potrebno nastavili tako, da bo delovanje brezhibno. 3.1 Predstavitev delovanja Na Sliki 3.1 so prikazane komponente pogonskega sklopa. V nadaljevanju so te tudi na kratko predstavljene. Prikazovalnik»Joystick«Multiplikator Posoda za olje Hladilnik Ventili Črpalka Hidro motorji Krmilna enota Slika 3.1: Glavne komponente pogonskega sklopa [1] PRIKAZOVALNIK Prikazovalnik ali ekran (Slika 3.2; Preglednica 3.2) je izhodna enota, ki vozniku daje osnovne informacije (npr. hitrost). Preglednica 3.2: Podatki prikazovalnika [1] Slika 3.2: Prikazovalnik [1] Enosmerno napajanje: Temperatura obratovanja: Masa: 9 do 60 V (-20 do 70) C 63 g

25 »JOYSTICK«OZ. KRMILNA PALICA S krmilno palico opravljamo hidro motorje. Krmilna palica (Slika 3.3; Preglednica 3.3) se nahaja v kabini traktorja, in sicer mora biti v dosegu vozniku. Preglednica 3.3: Podatki krmilne palice [1] Napajanje: 5 V Masa: 560 g Temperatura (-25 do 70) C obratovanja: Zaščita: IP 65 Slika 3.3: Krmilna palica [1] ČRPALKA PW 085 Črpalka (Slika 3.4; Preglednica 3.4) skrbi za tlak in na ta način ustvarja pretok olja po hidravličnem sistemu. Gnana je s traktorjem preko kardanske gredi. Olje se nahaja v posodi. Slika 3.4: Črpalka [2] HIDRO MOTOR MFE08 Preglednica 3.4: Podatki črpalke [2] Pretok: Teoretična moč: Masa: Rotacija: Vrtilna frekvenca: minimalna: nominalna: maksimalna: Maksimalni tlak: Proizvede vlečno silo oziroma moment za pogon koles. Hidro motor (Slika 3.5; Preglednica 3.5) se lahko prosto vrti do 500 min l/min 223 kw/299 KS 71 kg Urna 500 min min min bar Preglednica 3.5: Podatki hidro motorja [8] Teoretični moment: Maksimalna moč: Maksimalni tlak: Maksimalna vrtilna frekvenca: 1984 Nm 41 kw/55 PS 400 bar 75 min -1 Slika 3.5: Hidro motor [8]

26 KRMILNA ENOTA Krmilna enota (Slika 3.6; Preglednica 3.6) v skladu s kotom zasuka krmilne palice vklaplja in izklaplja pogon preko ventilov. Skrbi tudi za avtomatski izklop, ko se preseže maksimalna hitrost. Na podlagi senzorjev hitrosti se uskladi obodna hitrost na pogonskih kolesih traktorja z obodno hitrostjo pogonskih koles na prikolici. Preglednica 3.6: Podatki krmilne enote [1] s Enosmerno napajanje: Temperatura obratovanja: Masa: 12 V/24 V (-40 do 85) C 0,5 kg Slika 3.6: Krmilna enota [1] HLADILNIK, VENTILI IN MULTIPLIKATOR Hladilnik je pomembna komponenta v hidravličnem sistemu. Njegova naloga je hladiti hidravlični sistem. Postavitev hladilnika naj bo takšna, da ima ta čim boljši in neoviran pretok zraka. Ventili so tisti, preko katerih se vklaplja in izklaplja pogon ter usmerja tok olja. Uporablja se več vrst ventilov, npr. ventili razdelilniki, kontrolni momentni ventili itd. Multiplikator je gonilo, kjer na izhodni gredi dobimo večjo vrtilno frekvenco, kot jo dovajamo na vstopno gred. Na izhodni gredi traktorja proizvedemo maksimalno vrtilno frekvenco 1000 min -1. Črpalka pa za svoje delovanje rabi večjo vrtilno frekvenco. V ta namen damo pred črpalko zobniški multiplikator s prestavo 0,

27 3.2 Izračun obremenitve na priklop in na nihajna agregata V tem poglavju je predstavljeni izračun obremenitve na priklop in na nihajna agregata v treh primerih, in sicer izračun pri lastni teži prikolice, pri največji skupni masi in pri tehnični masi. Največja skupna masa je masa, ki je dovoljena za vožnjo po cesti. Na cesti namreč velja omejitev glede na osno obremenitev, za vožnjo izven ceste pa je dovoljena vožnja z največjo tehnično maso. Na to tehnično maso je GRAVIS skonstruiran. Pri izračunu smo potrebovali težišče prikolice, ki smo ga določili s pomočjo programa CoCreate Modeling To je licenčni program, ki ga podjetje Farmtech d.o.o. uporablja pri konstruiranju. LASTNA TEŽA PRIKOLICE Pri izračunu smo naredili poenostavitev, ki je prikazana na Sliki 3.7. Označene so znane in neznane veličine ter mesto delovanja. Za prazno prikolico velja, da je težišče v smeri x oddaljeno 4777 mm od priklopa. Ker obremenitve računamo samo v smeri y, lahko zapišemo enačbo v skalarni obliki. Lastna teža prikolice FG0 znaša FG0 = mg0 g = N, kjer je m G0 lastna masa (Preglednica 1.2) in g gravitacijski pospešek. y xg0 FG0 x FPT xpt FT Slika 3.7: Skica prazne prikolice Podatki: xg0 = 4777 mm xpt = 5338 mm FG0 = N

28 F PT + F T F G0 = 0 (3.1) M = 0 => F G0 x G0 = F T x PT (3.2) F T = F G0 x G0 X PT = = N F PT = F G0 F T = = 7217 N x G0 [mm] - razdalja med težiščem prazne prikolice in priklopom x PT [mm] - razdalja med vpetjem nihajnega agregata in priklopom F G0 [N] - lastna teža prikolice F PT [N] - sila na priklop traktorja pri lastni teži prikolice F T [N] - sila na nihajna agregata pri lastni teži prikolice Obremenitev na priklop FPT je 7217N oziroma slabih 740 kg, obremenitev na nihajna agregata FT pa N oz. dobrih 6260 kg. NAJVEČJA SKUPNA MASA Pri izračunu največje skupne mase smo morali najprej določili skupno težišče tovora in prazne prikolice. Pri tem smo si pomagali s programom za modeliranje CoCreate. Največja skupna masa (lastna masa + masa tovora) mgs je kg, to pa je masa, s katero se lahko peljemo po cesti. Sedaj je težišče v smeri x oddaljeno 4653 mm od priklopa. Teža prikolice pri največji skupni masi FGS znaša FGS = mgs g = N, kjer je mgs največja skupna masa (Preglednica 1.2) in g gravitacijski pospešek. y xgs x FGS FPTS xpt FTS Slika 3.8: Skica prikolice z največjo skupno maso

29 Podatki: xgs = 4653 mm xpt = 5338 mm FGS = N F PTS + F TS F GS = 0 (3.3) M = 0 => F GS x GS = F TS x PT (3.4) F TS = F GS x GS X PT = = N F PTS = F GS F TS = = N x GS [mm] - razdalja med težiščem prikolice z največjo skupno maso in priklopom x PT [mm] - razdalja med vpetjem nihajnega agregata in priklopom F GS [N] - teža prikolice pri največji skupni masi F PTS [N] - sila na priklop pri največji skupni masi F TS [N] - sila na nihajna agregata pri največji skupni masi Obremenitev na priklop FPTS pri največji skupni masi je N oz. dobrih kg, obremenitev na nihajna agregata pa FTS je N oz kg. TEHNIČNA MASA Pri izračunu največje skupne mase smo najprej morali določiti skupno težišče tovora in prazne prikolice. Pri tem smo si pomagali s programom za modeliranje CoCreate. Tehnična masa (lastna masa + masa tovora) FGT je kg, to pa je masa, ki jo prikolica zdrži. Težišče je v smeri x oddaljeno 4640 mm od priklopa. Tehnična teža prikolice FGT znaša FGT = mgt g = N, kjer je mgt tehnična masa (preglednica 1.2) in g gravitacijski pospešek

30 xgt y x FGT FPTT xpt FTT Slika 3.9: Skica prikolice s tehnično maso Podatki: xgt = 4640 mm xpt = 5338 mm FGT = N F PTT + F TT F GT = 0 (3.5) M = 0 => F GT x GT = F TT x PT (3.6) F TT = F GT x GT x PT = = N F PTT = F GT F TT = = N x GT [mm] - razdalja med težiščem prikolice s tehnično maso in priklopom x PT [mm] - razdalja med vpetjem nihajnega agregata in priklopom F GT [N] - teža prikolice pri tehnični masi F PTT [N] - sila na priklop pri tehnični masi F TT [N] - sila na nihajna agregata pri tehnični masi Obremenitev na priklop FPTT je 42331N oziroma slabih 4320 kg, obremenitev na nihajna agregata FTT pa N oz. dobrih kg

31 3.3 Izračun obremenitve na pol os Poglejmo si primer obremenitve na pol os 1 in 2. V primeru, da bi bili razdalji x1 in x2 enaki (x1 = x2), bi se obremenitev FTT/2 enakomerno porazdelila na obe pol osi (F1 = F2). V našem primeru sta pa razdalji različni (x1 x2) in se zato temu primerno porazdelita tudi sili F1 in F2. Predvidevamo, da bo na pol os 2 večja obremenitev zaradi krajše razdalje x2 < x1. F TT 2 y x F1 x1 x2 F2 Slika 3.10: Skica nihajnega agregata Podatki: F TT 2 = N x1 = 800 mm x2 = 750 mm F 1 + F 2 F TT 2 = 0 (3.7) M = 0 => F 1 x 1 = F 2 x 2 (3.8) F 1 = F 2 x 2 X 1 = F = F 2 15 F F 2 = 0 => 31 F 16 2 = F TT = N 2 F 2 = N F 1 = N x 1 [mm] - razdalja med vpetjem kolesa in vpetjem nihajnega agregata x 2 [mm] - razdalja med vpetjem kolesa in vpetjem nihajnega agregata F TT 2 [N] - sila na nihajni agregat pri tehnični masi F 1 [N] - sila na pol os 1 pri tehnični masi F 2 [N] - sila na pol os 2 pri tehnični masi

32 S preračunom smo potrdili predpostavko, da je sila F2 > F1. Na pol os 2 je masna obremenitev večja za približno 460 kg. Vrednost obremenitve na os oz. pol os je zelo pomembna, saj proizvajalci dajejo v tabele. Dimenzija osi je tako odvisna od obremenitve in hitrosti vožnje. Z večanjem obremenitve in hitrosti se manjša dopustna obremenitev. Pri 40 km/h je dopustna obremenitev (Fdop.) N na os. Obremenitev F2 < Fdop., kar pomeni, da je pol os pravilno izbrana. Dopustna obremenitev Fdop. pri hitrosti 60 km/h je malo manjša in znaša N. [Priloga 1] 3.4 Modeliranje in prilagajanje na nihajna agregata Na podlagi dokumentacije in podatkov smo zmodelirali potrebne elemente. Naša želja je, da z vgradnjo hidro pogona ne nastanejo velike spremembe na nihajnem agregatu. Obstoječ nihajni agregat je bil trdnostno preverjen. Gre namreč za varjeni sklop, ki mora prenašati dinamične obremenitve in je ključni element pri prikolici GRAVIS. Slika 3.11: Levi in desni nihajni agregat Na Sliki 3.11 sta obstoječi levi in desni nihajni agregat, na Sliki 3.12 pa je prikazan levi nihajni agregat v pogledu»explode«. Na ta način vidimo, kako so elementi sestavljeni v sklop

33 Slika 3.12: Razporeditvena risba Preglednica 3.7: Poimenovanje elementov Oznaka Ime elementa Oznaka Ime elementa 1 Okrogla cev 11 Vodilo zavorne gredi 2 Vodilo 12 Zavorna gred 3 Stranska ojačitvena plošča 13 Pol os 4 Nosilec membranskega cilindra 14 Kotnik 5 Sredinska ojačitvena plošča 15 Cev 150 mm x 200 mm x 15 mm 6 Odbojni element 16 Podložka 7 Pokrov 17 Srednja plošča 8 Boben s pesto 18 Glikodur drsni ležaj 9 Zavorna ročica 19 Os 10 Zgornja ojačitvena plošča

34 Zgornja ojačitvena plošča Kotnik Zavorna gred Slika 3.13: Nastale spremembe Pol os Boben z zavorami Hidro motor Vijaki M 12x90 Hidravlični priključki Slika 3.14: Pogled na hidro pogon

35 Slika 3.13 prikazuje elemente, na katerih so nastale spremembe. Na Sliki 3.14 je prikazan zmodeliran hidro pogon. Treba je pripomniti, da podrobnosti niso zmodelirane (npr. manjka nosilec s senzorjem). Ti elementi se bodo dodali v nadaljnjem razvoju. Vse elemente smo združili in rezultat je na spodnji Sliki Slika 3.15: Nov levi in desni nihajni agregat s hidro pogonom 3.5 Optimizacija nosilca agregatov V podjetju Farmtech d.o.o. vlada želja po najcenejši tehnološki izdelavi z orodjem in kadrom, ki ga podjetje premore. Optimizacije se nismo lotili zgolj zaradi tehnološkega problema, ampak tudi zaradi strankine povratne informacije. Zgodilo se je, da vijaka M 24 na notranji strani (Slika 3.16) nista zdržala obremenitve in sta se zlomila. Opravili smo ponovni osnovni preračun. Slika 3.16: Položaj vijaka

36 PRERAČUN VIJAKA FZ FN Slika 3.17: Mesto in smer delovanja obremenitve na os Za primer izračuna vijaka smo naredili poenostavitev, ki je prikazana na Sliki Za izračun smo upoštevali tehnično maso (na eno os se prenese polovica mase). Celotno obremenitev nosijo kolesa. Sila FZ podlage deluje navzgor in os potiska navzgor na nosilec osi, ki je privarjen na nosilec nihajnega agregata. Tako sta na zunanji strani vijaka neobremenjena. Posledica tega je, da na notranji strani deluje sila FN v nasprotni smeri, pri čemer sta vijaka obremenjena na nateg (Slika 3.18). Vijak smo preračunali z enačbo (3.9) za zasnovo vijakov. [11] Nosilec osi Vijaka obremenjena na nateg Slika 3.18: Razlaga pojmov

37 Podatki: n = 2 FV = N σndop = 0,8 Re = 720 MPa Re = 900 MPa A N F V = = 244,3 σ ndop n mm2 (3.9) n [/] - število vijakov F V [mm] - največja osna obremenitev vijaka σndop [MPa] - dopustna normalna napetost R e [N] - najmanjša meja plastičnosti gradiva vijaka [11] A N [N] - nosilni prerez stebla vijaka z navojem [11] Največja osna obremenitev je v našem primeru FV = 2,5 FN (FN = N), ker gre za dinamično obremenjen vijak. Obremenitev nosita dva vijaka M 24 x 150 DIN Nosilni prerez AN vijaka M 24 je 353 mm 2. Iz tega sledi, da je vijačna zveza pravilno izbrana, vendar bi morali narediti natančnejši preračun z upoštevanjem prednapetja vijačne zveze. Izbrali bi enačbo za kontrolo napetosti v vijaku pri delovanju osne delovne obremenitve. [11] Odločili smo se za varianto, da na notranji strani ne bo vijačne zveze. Nosilec osi ne bo več dvodelen, ampak enodelen. Tako se izognemo problemu vijačne zveze. Zaradi tega pride do sprememb na nosilcu agregata. Spremeni se način montaže in demontaže. Najprej smo zmodelirali različico 1 (Slika 3.19). Ploskev B Ploskev A Slika 3.19: Nosilec osi - različica

38 Različica 1 je precej robustna in ima na vsaki strani precej materiala, ki je po našem mnenju nepotreben. Svoje domneve smo potrdili z optimizacijo topologije, ki smo jo naredili v programskem paketu Abaqus. Na ploskev A smo predpisali tlak velikosti 43 MPa (enačba 3.10). Ploskev B smo togo vpeli. Model smo parabolično zamrežili. Naredili smo grobo mrežo, kjer je bila velikost končnih elementov 10 mm. Model je vseboval vozlišč in elementov (parabolični tetraedri tipa C3D10). V program smo vnesli Poissonovo število in modul elastičnosti. Vrednost Poissonovega števila je 0,3, vrednost modula elastičnosti pa MPa. Ostali parametri so zbrani v Preglednici 3.8. Podatki: F TT 2 = N A = 3300 mm 2 p = F TT 2 = = 43 MPa (3.10) A 3300 F TT 2 [N] - sila na nihajni agregat pri tehnični masi A [mm 2 ] - površina ploskve A (3.19) p [mm 2 ] - tlak na ploskev A (3.19) Številka SIST EN Preglednica 3.8: Materialne lastnosti nosilca osi [9] Oznaka SIST EN Oznaka ISO Napetost tečenja R e (N//mm 2 ) Natezna trdnost R m (N/mm 2 ) Razteznost A (%) S355J2G3 Fe 510 D V dodatnih nastavitvah smo preprečili odvzemanje materiala v področju obremenitve s pomočjo funkcije»freeze load regions«in v področju vpetja s funkcijo»freeze boundary condition«. Program smo nastavili tako, da je ta na podlagi deformacijske energije (Strain energy) optimiziral volumen (Volume). V programu smo nosilec osi obravnavali kot statično obremenjen element

39 Slika 3.20: Model po optimizaciji Na podlagi optimizacije smo naredili nov model (Slika 3.21). Slika 3.21: Nov nosilec osi Po metodi končnih elementov (MKE) smo naredili še statično analizo novega nosilca osi. Obremenitve, podpore in materialne lastnosti so enake kot pri topološki optimizaciji. Globalna velikost elementov je bila 3 mm, elementi pa so bili tipa C3D8R. Model je vseboval vozlišč in elementov. Največja primerjalna napetost σ max = 159 MPa ni presegla mejo tečenja R e (Preglednica 3.8). Največja napetost se je pojavila na pričakovanem mestu. Če bi na prehodu (mesto največje primerjalne napetosti) povečali radij zaokrožitve, bi bila maksimalna napetost manjša. Napetostna slika za nov nosilec osi je prikazana na Sliki

40 Slika 3.22: Prikaz primerjalne napetosti (Deformacijski faktor je 472) cev sredinska plošča vzdolžna srednja opora stranska plošča Slika 3.23:»Nov«(levo) in»star«(desno) nosilec Na Sliki 3.23 lahko opazimo razlike med nosilcema. Stranski plošči smo naredili U luknjo, sredinsko pa smo podaljšali. Vzdolžni srednji opori smo zamenjali s cevjo 100 mm x 120 mm x 8 mm. Na ta način smo zmanjšali dolžino varkov, nastavljanje pred varjenjem pa je lažje ter hitrejše. Vse tri plošče imajo sedaj ustrezno luknjo, saj je cev enodelna. Navsezadnje je tudi odpornostni moment cevi večji od opore, ki je bila namesto cevi

41 Sedaj smo še morali poskrbeti za demontažo osi. Os se lahko sname, če se potegne iz nosilca. Zato smo v os naredili luknjo z navojem M 27. Na ta način z dobro pripravljenim orodjem potegnemo os iz nosilca. Navoj M 27 Slika 3.24: Navojna izvrtina za demontažo

42 4 SKLEP Za modeliranje smo uporabljali programski paket CoCreate Modeling 17.0 in Catia V5R20. Topološko optimizacijo in statično analizo po MKE smo naredili v programskem paketu Abaqus/CAE Slike smo urejali v programskem paketu Gimp 2. Vsi programski paketi so za operacijski sistem Windows. 4.1 Doseženi cilji V predloženem delu je predstavljen postopek rekonstrukcije podvozja prikolice GRAVIS. Poseben poudarek je na ustrezni izbrani in konstrukcijski zasnovi hidro pogona ter optimizaciji nosilca agregatov. Hidro pogon smo vgradili z namenom, da izboljšamo vozne karakteristike prikolice. Na ta način lahko prikolica na gradbišču premaga ovire. Ena izmed ovir, ki se pogosto pojavlja na gradbišču, je klanec. Optimizacija nosilca agregatov je prinesla kar nekaj novosti. Izognili smo se šibki točki vijačne zveze. Dosegli smo hitrejšo predpripravo pri varjenju. Posledično se je spremenila montaža in demontaža nihajnih agregatov. 4.2 Predlogi za nadaljnje delo Vgrajen je samo pogon. Za delovanje je potrebno vgraditi še ostale komponente (črpalko, senzorje, hladilnik itd.). Pojavila se je tudi nova alternativna ideja rekonstrukcije podvozja. Treba je namreč poudariti, da je prikolica vlečni element, čeprav ima vgrajen lastni pogon. Stranke želijo, da se pri prevozu pojavljajo čim manjši odpori, zato bi bila idealna rešitev prikolica z možnostjo vožnje po kolesih in gosenicah. Kolesa bi se uporabljala na cesti, gosenice pa na različnih terenih

43 5 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV [1] Addidrive assist. Spletni katalog podjetja Poclain Hydraulics [svetovni splet]. Dostopno na WWW: [ ] {2] Črpalka PW 085. Spletni katalog podjetja Poclain Hydraulics [svetovni splet]. Dostopno na WWW: [ ] [3] Farmtech d.o.o.. Na kratko [svetovni splet]. Dostopno na WWW: [ ] [4] Farmtech d.o.o.. Novice [svetovni splet]. Dostopno na WWW: [ ] [5] Farmtech d.o.o.. O nas [svetovni splet]. Dostopno na WWW: [ ] [6] Farmtech d.o.o..proizvodi [svetovni splet]. Dostopno na WWW: [ ] [7] Farmtech d.o.o.. Vizija podjetja [svetovni splet]. Dostopno na WWW: 4.pdf [ ] [8] Hidro motor. Spletni katalog podjetja Poclain Hydraulics [svetovni splet]. Dostopno na WWW: [ ] [9] Kraut Bojan. Krautov strojniški priročnik, 15. Slovenska izdaja predelana/ izdajo pripravila Jože Puhar, Jože Stropnik. Ljubljana: Littera picta, [10] Proizvodni program. Spletni katalog podjetja Farmtech d.o.o. [svetovni splet]. Dostopno na WWW: l-new.pdf [ ] [11] Ren Zoran, Glodež Srečko. Strojni elementi I. del: univerzitetni učbenik. Maribor: Fakulteta za strojništvo,

44 6 PRILOGE Priloga 1: Preglednica obremenitve osi