ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA STROJNÍ Studijní program: Studijní obor:
N2301 2301T001
Strojní inženýrství Dopravní a manipulační technika
DIPLOMOVÁ PRÁCE Úprava rámu a odpružení vozidla vyšší hmotnosti (nad 3,5 T)
Autor:
Bc.Michal Brčák
Vedoucí práce:
Doc. Ing. Ladislav Němec, CSc.
Akademický rok 2012/2013
Poděkování Chtěl bych tímto poděkovat všem pedagogům na Západočeské univerzity v Plzni, kteří mi svými dobrými nápady, odbornou pomocí, cennými připomínkami pomáhali při tvorbě této diplomové práce a během studia vedli a předávali mi nové znalosti. Především však vedoucímu mé diplomové práce Doc. Ing. Ladislavu Němcovi CSc., z KKS-ZČU a konzultantovi Ing. Martinovi Klepetkovi z firmy Tebodin Czech Republic, s.r.o., za obětavou pomoc při překonávání problému a vstřícnost při poskytování informací potřebných pro sepsání diplomové práce.
Prohlášení o autorství Předkládám tímto k posouzení a obhajobě diplomovou práci, zpracovanou na závěr studia na Fakultě strojní Západočeské univerzity v Plzni. Prohlašuji, ţe jsem tuto diplomovou práci vypracoval samostatně, s pouţitím odborné literatury a pramenů, uvedených v seznamu, který je součástí této diplomové práce.
V Plzni dne: …………………….
................. podpis autora
ANOTAČNÍ LIST DIPLOMOVÉ PRÁCE
Příjmení
AUTOR
Jméno
Brčák
Michal
2301T001 „Dopravní a manipulační technika“
STUDIJNÍ OBOR VEDOUCÍ PRÁCE
Příjmení (včetně titulů)
Jméno
Doc. Ing. Němec, CSc.
Ladislav
ZČU - FST - KKS
PRACOVIŠTĚ DRUH PRÁCE
DIPLOMOVÁ
BAKALÁŘSKÁ
Nehodící se škrtněte
Úprava rámu a odpruţení vozidla vyšší hmotnosti (nad 3,5 T) NÁZEV PRÁCE
FAKULTA
strojní
KATEDRA
KKS
ROK ODEVZD.
TEXTOVÁ ČÁST
37
GRAFICKÁ ČÁST
2013
POČET STRAN (A4 a ekvivalentů A4) CELKEM
63
STRUČNÝ POPIS (MAX 10 ŘÁDEK) ZAMĚŘENÍ, TÉMA, CÍL POZNATKY A PŘÍNOSY
27
Návrh úprav podvozku (4x2) na vyšší zátěţ. Uzpůsobit návrh na horší typ vozovky, kde bude záměr umoţnit větší rozdíl výkyvu tuhé zadní nápravy oproti rámu vozidla. Koncept vylepšení vlastnosti odpruţení a tlumení zejména zadní tuhé nápravy za pouţití upravených listových pruţin a vzduchových vaků.
KLÍČOVÁ SLOVA ZPRAVIDLA JEDNOSLOVNÉ POJMY, KTERÉ VYSTIHUJÍ PODSTATU PRÁCE
Zadní náprava, vzduchový měch, nákladní automobil Tata, listové pruţiny.
SUMMARY OF DIPLOMA SHEET
Surname
AUTHOR FIELD OF STUDY
Michal
2301T001 “ Transport Vehicles and Handling Machinery“ Surname (Inclusive of Degrees)
SUPERVISOR
Name
Doc. Ing. Němec, CSc.
Ladislav
ZČU - FST – KKS
INSTITUTION TYPE OF WORK
DIPLOMA
BACHELOR
Delete when not applicable
Modification of frame and suspension of vehicle for higher load (over 3,5 T)
TITLE OF THE WORK
FACULTY
Name
Brčák
Mechanical Engineering
DEPARTMENT
Machine Design
SUBMITTED IN
2013
GRAPHICAL PART
27
NUMBER OF PAGES (A4 and eq. A4) TOTALLY
63
BRIEF DESCRIPTION TOPIC, GOAL, RESULTS AND CONTRIBUTIONS
TEXT PART
37
Design for modifications of chassis (4x2) for higher weight capacity. Adapt design for worse type of roads, where there will be intention to allow bigger difference in deviation of solid rear axle compared to the frame of the vehicle. Concept of improving characteristics of suspension mainly of solid rear axle by using modified leaf springs and air spring.
Leaf spring, air-spring, rear beam axle, vehicle body ambulance. KEY WORDS
Důleţité značky a zkratky F = síla[N] G = tíha E = modul pruţnosti [MPa] a = zrychlení [m/s2] m = hmotnost [kg] k = tuhost [N/cm] σD = Dovolené napětí Re = Mez kluzu pdz = Dovolené napětí v závitu k = koeficient bezpečnosti
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Obsah: 1
2
Úvod ......................................................................................................................................... 13 1.1
Základní požadavky: .......................................................................................................... 13
1.2
Nástavba sanitní vůz .......................................................................................................... 14
Odpružení ................................................................................................................................. 15 2.1
Listové pružiny .................................................................................................................. 15
2.1.1
Způsoby uložení listových per .................................................................................... 16
2.1.2
Dělení podle progresivity ........................................................................................... 17
2.1.3
Vlastnosti ................................................................................................................... 18
2.1.4
Výroba ....................................................................................................................... 18
2.2
Vinuté pružiny ................................................................................................................... 18
2.2.1 2.3 3
5
Vzduchové odpružení ........................................................................................................ 21
Rámy......................................................................................................................................... 22 3.1
4
Dělení podle progresivity ........................................................................................... 19
Rám žebřinový ................................................................................................................... 22
Teoreticko-analytická část ......................................................................................................... 23 4.1
Požadavky na zadní tuhou nápravu vozu Tata .................................................................... 23
4.2
Provozní scénář ................................................................................................................. 23
4.3
Návrh základní funkce (Black Box)...................................................................................... 24
4.4
Návrh technologického principu hlavního transformačního procesu .................................. 24
4.5
Morfologická matice .......................................................................................................... 25
4.6
Hodnocení variant ............................................................................................................. 26
Vlastní řešení ............................................................................................................................ 27 5.1
Návrh ................................................................................................................................ 27
5.1.1
Závěska...................................................................................................................... 28
5.1.2
Stabilizátor (možno použit na všechny varianty) ......................................................... 29
5.2
Návrh 2.............................................................................................................................. 30
5.3
Návrh 3.............................................................................................................................. 31
5.4
Návrh 4 ............................................................................................................................. 33
5.5
Návrh 5.............................................................................................................................. 34
5.6
Návrh 6.............................................................................................................................. 35
11
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
6
5.6.1
Předpokladané zatížení .............................................................................................. 36
5.6.2
Silové rozložení ......................................................................................................... 37
Konkrétní navrhované řešení..................................................................................................... 37 6.1
Variabilní tuhost odpružení................................................................................................ 39
6.2
Zvolené vzduchové měchy ................................................................................................. 39
6.2.1 6.3
6.4
Výpočet listové pružiny s různými průřezy.................................................................. 40
Výpočty dynamických učinků ............................................................................................. 43
6.3.1
7
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Výpočet síly ............................................................................................................... 43
Návrh a výpočet šroubu ..................................................................................................... 45
6.4.1
Napětí v jádře ............................................................................................................ 45
6.4.2
Měrný tlak v závitech (návrh šroubu M12x1,75) ......................................................... 45
6.4.3
Zajišťovací podložky ................................................................................................... 46
6.5
Volba materiálu ................................................................................................................. 46
6.6
Výpočet pomocí MKP ........................................................................................................ 46
6.6.1
Okrajové podmínky .................................................................................................... 47
6.6.2
Zasíťovaní modelu...................................................................................................... 47
6.6.3
Zatěžující síla.............................................................................................................. 47
6.6.4
Výsledky .................................................................................................................... 48
6.6.5
Výpočet koeficientu bezpečnosti ................................................................................ 51
Závěrečné zhodnocení .............................................................................................................. 52 7.1
Technicko ekonomické hledisko......................................................................................... 52
7.1.1
Kalkulace ................................................................................................................... 52
7.2
Závěr ................................................................................................................................. 53
7.3
Literatura .......................................................................................................................... 54
PŘÍLOHA č. 1..................................................................................................................................... 56 PŘÍLOHA č. 2..................................................................................................................................... 57 PŘÍLOHA č. 3..................................................................................................................................... 58 PŘÍLOHA č. 4..................................................................................................................................... 59 PŘÍLOHA č. 5..................................................................................................................................... 60
12
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
1 Úvod Uţ od začátku 20. století se pouţívají nákladní vozy pro přepravu osob, zvířat a různých materiálů. Je snaha se stále zdokonalovat a vyvíjet nové věci u nákladních automobilů, které by usnadňovaly práci. Snahou konstruktérů je co nejvíce zvětšovat úloţný prostor, rozšiřovat přepravovanou kapacitu, sniţovat spotřebu paliva a omezit výfukové zplodiny atd. Konkrétně v této práci je cílem navrhnout a vylepšit podvozek malého nákladního vozu pro těţké indické podmínky.
1.1 Základní poţadavky: Návrh úprav podvozku (4x2) na vyšší zátěţ. Uzpůsobit návrh na horší typ vozovky, kde bude záměrem umoţnit větší rozdíl výkyvu tuhé zadní nápravy oproti rámu vozidla. Koncept vylepšení vlastnosti odpruţení a tlumení zejména zadní tuhé nápravy za pouţití upravených listových pruţin a vzduchových vaků. Vybraná varianta by měli být doloţena podrobnou výkresovou dokumentací a namáhané části ověřeny pevnostním výpočtem. Řešení by mělo splňovat zákonné poţadavky a technické předpisy pro provoz na pozemních komunikacích. Upravované vozidlo je indické firmy Tata: nákladní vůz Tata 497 SP vodou chlazený 4 válec o objemu 2956 ccm s přímým vstřikováním nafty. Výkon motoru 75PS pří 2800ot/min převodovka je pětistupňová manuální. Rám je jednoduché ţebřinové konstrukce. Brzdy jsou hydraulické a na všech kolech bubnové brzdy. Podvozek je jednoduché konstrukce, vzadu je podélně uloţená hnací tuhá náprava se dvěma masivními listovými pruţinami. Přední hnaná náprava, na níţ jsou uloţeny dvě listové pruţiny. Celková délka 5075 mm a rozvor kol je 3075 mm. Auto je vybaveno vzduchovým kompresorem poháněným od motoru.
Obr. 1 Tata 497 SP odkaz[1]
13
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Obr. 2 Tata 497 SP odkaz[1]
1.2 Nástavba sanitní vůz V indických městech i na venkově patří mezi nejčastější dopravní prostředek Tata. Slouţí k odvozu nákladu, převozu lidí, dovoz mraţených potravin atd. V této zemi je také nedostatek zdravotnické péče hlavně v méně rozvinutých Indie. Sanitní vozy jsou velice drahou záleţitostí, proto se hledají levnější varianty. Nabízí se například přestavba obyčejného nákladního vozu na vůz sanitní. I pro tento typ vozu by měla být v budoucnu pouţita nástavba sanitního vozu, kdy rám bude ocelová svařovaná konstrukce z lehké dřevotřísky. Aby mohl vůz nést nástavbu, musí být upraveno hlavně pérování. U dnes vyuţívaných vozů je aţ příliš tuhé a tvrdé. Samotná nástavba s vybavením má 1,2 tuny.
a)
b)
c)
obr. 3 a) základní nástavba vozu Tata mrazící box , b) prodlouţená varianta nástavby , c) Sanitní vůz originál od výrobce Mercedes vše odkaz[3].
14
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
2
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Odpruţení
Odpruţení chrání cestujícího popřípadě náklad před vibracemi, rázy a otřesy. Odpruţení se snaţí zamezit, popřípadě zmenšuje přenos kmitavých pohybů kol, náprav vozidla a podvozku a neposlední v řadě karoserie. Při přejíţdění nerovností zajišťuje stálý styk pneumatiky s vozovkou. Tím je zajištěn přenos obvodových sil (brzdných a hnacích). Spojovacím článkem mezi rámem vozu a zadní nápravou jsou kapalinové tlumiče. Kapalinové tlumiče tlumí kmitavý pohyb náprav a podvozku vozidla. Suvnou brzdnou silou kol je přenášena zejména přes listové pruţiny na podvozek. Základní rozdělení: Pruţiny ocelové (listové, vinuté, torzní) Pruţiny pryţové Pruţiny vzduchové (pneumatické) Pruţiny vzduchokapalinové (hydropneumatické) Pruţiny pryţokapalinové (hydro-elastické)
2.1 Listové pruţiny Listovou pruţinu je moţné si představit jako dlouhý nosník zatěţovaný na ohyb. Nejčastější průřez bývá obdélníkový o malé tloušťce. Listové pruţiny se rozdělují podle vetknutí na dva základní druhy, a to na pruţiny vetknuté na jednom konci a pruţiny podepřené na dvou podporách [4].
Jednoduchá listová pruţina vetknutá na jednom konci
obr. 4 Vetknutý nosník
15
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Jednoduchá listová pruţina podepřená na dvou podporách
obr. 5 Nosník na dvou podporách
2.1.1 Způsoby uloţení listových per Při průhybu listových pruţin se mění jejich podélné rozměry (natahují se nebo zkracují). A proto je třeba zajistit moţnost podélného posuvu. Nejčastější způsob uloţení je výkyvný závěs, kde dochází k rotačnímu pohybu v radiálním směru. Druhý způsob uloţení je pomocí kluzného závěsu, který se volně pohybuje po nízko adhezním povrchu. Pro upevnění kluzné vazby se pouţívá čep umístěný pod adhezním povrchem v speciálním drţáku. Výkyvný závěs
Obr. 6 Listová pruţina odkaz[2]
16
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Kluzná vazba
Čepové uloţení
Obr. 7 Listová pruţina z kluznou vazbou odkaz[9]
Kluzní vazba
2.1.2 Dělení podle progresivity a) stupňovité b) plynulé c) kombinované Přidáme jeden list k listovému peru, dosáhneme větší progresivity pruţin, další způsob prodlouţíme nebo zkrátíme délku listu pruţiny. Obě dvě varianty jde řešit tak, aby se měnila progresivita pruţiny stupňovitě nebo plynule.
Obr. 8 Druhy listových pruţin odkaz[11]
17
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
2.1.3 Vlastnosti Relativně malou únosnost mají jednoduché listové pruţiny při vysoké poddajnosti. Sloţené listové pruţiny mají relativní značnou únosnost při dosti vysoké poddajnosti. Tření mezi listy sloţených pruţin způsobuje hysterezní křivku. Listové pruţiny sloţené jsou náročné na servis (mazání a čistota). 2.1.4 Výroba Pruţiny se vyrábějí za tepla pouze z pruţinových ocelí jakosti 14 240, 14 260, 15 260, 50CrV4, 51CrV4 nebo 54SiCr6. Po dokončení tepelného zpracování se pruţiny přerovnají dle zatěţující charakteristiky a potom se odzkoušejí. Všechny pruţiny projdou technologickým postupem tvarování a rovnání za tepla v elektrických pecích, a tím sníţíme riziko oduhličení materiálu. Pro jednotlivé tvarové úkony jsou připravený speciální přípravky a razidla. Po ukončení tepelného zpracování jsou pruţiny přerovnány a následně odzkoušeny dle zatěţující charakteristiky. Technologie výroby je zaloţená na tvarování a rovnání za tepla v elektrických pecích, čímţ se výrazně sniţuje riziko oduhličení materiálu. Jednotlivé tvarovací úkony se provádějí v přípravcích či razidlech, v případě kusové výroby atypických tvarů ručně.
Obr. 9 Základní tvar pruţin odkaz[4]
2.2 Vinuté pruţiny Nejvyuţívanější mezi kovovými pruţinami je vinutá pruţina. Pouţívá se u podvozku osobních aut i některých nákladních automobilů zejména na předních nápravách. Největší výhodou jsou levné, jednoduché a spolehlivé. Nemají ţádné tlumící účinky a musí být doplněný tlumičem. Drát je namáhán zejména na krut. Pruţina můţe přenášet pouze axiální (osovou) sílu, a proto musí být zajištěno přesné vedení. Ustavit se můţe různými konstrukčními návrhy např. náprava McPherson. Speciální šroubové pruţiny pouţívá nákladní automobil Unimog.
18
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
obr. 10 Šroubové pruţiny odkaz[4]
2.2.1 Dělení podle progresivity a) S proměnlivým stoupáním závitu Ve střední části je stoupání velké a k oběma koncům se stoupání strmě sniţuje. Tímto způsobem je zajištěno, ţe při niţším zatíţení budou pruţit zejména okraje pruţiny. Střední část pruţiny bude zatěţována minimálně. Při zatíţení konců pruţiny se k sobě stlačí krajní prstence a střední část pruţí. A tím je dosaţeno progresivity v pruţině. Čím je drát kratší, tím je vyšší stoupání. Na menší délku vinutí se rozloţí ohybový moment a celkové stlačení je niţší.
Obr. 11 Proměnlivé stoupání zavitu odkaz[2]
19
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
b) S proměnlivým průměrem závitu pruţiny Pro změnu progresivity pruţiny se můţe pouţít i změna průměru drátu. Nejčastější provedení je se silnějším drátem uprostřed, kterýţto se k okrajům ztenčuje. Výhodou této pruţiny je to, ţe se jednotlivé závity navzájem horizontálně překrývají.
Obr. 12 Proměnlivý průměrem závitu pruţiny odkaz[2]
c) S proměnlivým průměrem drátu Tento druh pruţiny je nejdraţší ze dvou předešlých variant a nejsloţitější na výrobu.
Obr. 13 Proměnlivým průměrem drátu odkaz[2]
20
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
2.3 Vzduchové odpruţení Vzduchové pruţiny (výškově regulovatelné) jsou tvořeny uzavřeným gumovým prostorem vyztuţeným ţeleznými kordy nebo jinou vyztuţí. Uvnitř je stlačené médium (vzduch). Měch napuštěný vzduchem na určitý tlak, viz. příloha obr.50 tím dosáhneme určité tuhosti. Měchy se rozdělují na dva základní druhy, vlnovcové a vakuové. Měchy se nejčastěji pouţívají u nákladních automobilů a nahrazující klasické pruţiny. Gumový vlnovec je velmi pevný vůči vnějšímu poškození nebo protrţení. Skládá se z vaku a ten je vyztuţen kordy nejméně dvěma a nejvíce čtyřmi. Po straně bývá nejčastěji ventil, kterým se reguluje tlak uvnitř měchu. Při propruţení vozidla se stěna jen ohýbá a tím je dosaţeno vyšší ţivotnosti. Vakuové pruţiny se skládají z vakuového měchu a uvnitř je píst, který je utěsněn. Připouštění nebo upouštění vzduchu je regulovano (přepouštěcím) ventilem. Ve vaku se po pístu elasticky odvaluje guma, a tím je dosaţeno deformace pryţe. Pro dosaţení vysoké ţivotnosti pryţe je nutné, aby byla vysoce odolná proti otěru Měchy by měly být chráněny proti ultrafialovým slunečním paprskům, zamezí se tím zkrácená ţivotnost pryţe. Porovnání se šroubovými pruţinami mají kratší ţivotnost.[8].
Obr. 14 Vlevo vlnovcový měch vpravo vakuový odkaz[5]
Vzduchové pruţiny se na rozdíl od klasických pruţin liší tím, ţe činná plocha není konstantní, ale mění se v závislosti na propruţení a vnitřním přítlaku p. Zde je vzorec pro výpočet sily stlačení měchu.
Fp=p Sej [N]
Síla
Tlak v pístu
21
Plocha měchu
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
3 Rámy Základní rozdělení nosných rámů podvozků: 1) rámy ţebřinové 2) rámy kříţové 3) rámy páteřové 4) rámy kombinované 5) rámy plošinové 6) rámy skříňové 7) rámy prostorové, příhradové 8) samonosné karoserie 9) polosamostatná karoserie
3.1 Rám ţebřinový V dnešní době se uţ ţebřinový rám u osobních aut nepouţívá (výjimkou jsou terénní a nákladní vozy). Kaţdopádně se však pouţívá u nákladních automobilů (konkrétně indické vozidla Tata). Skládá se ze dvou hlavních podélníků z lisovaných profilů tvaru Z a U. K podélníkům jsou přinýtovány nebo přišroubovány, popřípadě svařené příčkami. Dohromady tvoří pevnou a tuhou konstrukci, ale i dostatečně pruţnou sestavu obdélníkového tvaru. Příčky jsou navrţený tak, aby se mezi ně dále vloţit hnací náprava, pruţení a ostatní části podvozku, popřípadě uchycení karoserie. Pro lepší tuhost a pevnost rámu se přidávají kříţové výztuhy. Namáhání rámu je po celé ploše proměnlivé (ve středu rámu je největší, ke krajům se sniţuje). První a poslední příčký bývají vyztuţeny z důvodu crash testů (testování bezpečnosti osobních aut ) a moţného zavěšení vozidla.
Obr. 15 Ţebřinový rám odkaz[7]
22
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
4 Teoreticko-analytická část 4.1 Poţadavky na zadní tuhou nápravu vozu Tata 1) 2) 3) 4) 5)
Lehká a jednoduchá konstrukce. Výškově stavitelný podvozek. Větší tuhost zadního vypruţení. Zamezení praskání náprav vozu. Moţná přestavba ze stávajícího řešení.
4.2 Provozní scénář Jedná o jednoduché schéma vstupů a výstupů systému.
Řidič
Nerovnosti na silnici, hrboly, díry ve vozovce
Energie
Tlumení (tlumiče, měchy, péra, gumy)
Energie Karoserie vozu
23
Rázy
Rám vozu, náklad
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
4.3 Návrh základní funkce (Black Box)
Auto ve statické a dynamické poloze
Auto v bodě A
Auto v bodě B
4.4 Návrh technologického principu hlavního transformačního procesu
Vývoj podvozku
Energie
Návrh podvozku Na startu Informace
Volba komponentů K
Neţadoucí vstupy E,I,K
Podvozek s navrţeným řešením
Účinky působení okolí
Ostatní účinky
Příprava před Jízdní jízdou vlastnosti podvozku na silnici
Jízdní vlastnosti podvozku v terénu
Zatížený podvozek materiálem
Umožnit naložení nákladu
Jízdu umožnit podvozku v terénu Dodání energie
Umožnit vysypání nákladu
Dodání energie pro naložení
Energie při dopadu nákladu
1.Fáze přípravy
Jízdu umožnit podvozku na silnici Dodání energie
Energie Energie dodaná z pohlcená nerovností vypružením 2a Fáze jízdy po silnici
2b Fáze jízdy po nerovnostech
Dodání energie pro vyložení nákladu
Energie z převáženého materiálu
3.Fáze ukončení
2.Fáze pérování Prostor SP
Spojení TrfP/ TP okl. System a prostorové propojení propojení operací dílčích procesů TrfP/TP
24
Cil cesty
Neţádoucí Výstupy E,I,K
Hranice řešení TrfP/TP
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
4.5 Morfologická matice Morfologická matice je to rozhodovací blok, kde se do tabulky vyplnily jednotlivá konstrukční řešení, ta se setřídila a posléze spojila čarami. Tímto způsobem vyjde několik variant. To mi pomohlo při návrhu jednotlivých řešení. Získal jsem tím jiný pohled na navrţená řešení.
Odpružení hlavní
Listová pruž.
Vinutá pruž.
Držáky pružin
Rotační a Pevně posuvnou spojený s vazbou rámem
Tlumící prvky
plynokap. tlumiče
zkrutná tyč
Pryžové pruž.
Vduch. Měchy
hydropneumatické Vinutá pruž. pérování
Kluzný závěs
Pevně spojené s rámem
Uchycení Pod pruž. na nápravou nápravě
Na nápravě
Na rámu vozu
Typ nápravy
Tuhá náprava
Nezávislé zavěšení
Zamezení příčních sil
Stabilizátor
Vahadlo
Uchycení k Výkyvný rámu závěs Tvar rámu
Hřebenový S převislým Vahadlo koncem list.
Legenda: Varianta 1 Varianta 5
, Varianta 2
, Varianta 3
,Varianta 4
25
,
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
4.6 Hodnocení variant V rámci této kapitoly je porovnáno šest návrhů se stávajícím řešením. Kaţdá z přiřazených vlastností má přiděleny body od 1 do 10b dle vlastního subjektivního dojmu. Nejlepší vlastnost má ohodnocení 10-ti body a nejméně vhodná vlastnost 1 bod. Vítěznou je varianta 3 se 43 body (měch s listovou pruţinou vedenou nad nápravou). Druhým nejvýhodnějším návrhem je varianta 4 se 42 body (kombinace listové a šroubové pruţiny).
Současné řešení Konstrukční řešení Tlumení Tuhost Výroba Montáž Údržba Cena Celkem
Varianta 1
Varianta Varianta Varianta Varianta Varianta 2 3 4 5 6
2
6
4
8
7
8
8
5 5 4 5 8 6 35b
5 8 4 5 3 3 34b
4 4 6 6 5 5 34b
6 5 6 6 5 7 43b
7 8 5 4 6 5 42b
9 8 1 2 1 2 31b
7 7 2 2 7 2 35b
Tabulka. 1 hodnocení.
26
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
5 Vlastní řešení 5.1 Návrh Návrh zadního odpruţení nákladního automobilu se skládá ze dvou listových pruţin. Pruţiny jsou umístěny na obou stranách rámu a jsou uchyceny ve dvou pohyblivých podporách na jedné pevné podpěře. Volný konec funguje jako vetknutý nosník, na které působí zatíţení vozu. Dalšími prvky jsou vzduchová odpruţení, která jsou přichycena k rámu vozu a k zadní nápravě. Tato slouţí zároveň jako tlumiče. Výhody: velký výkyv nápravy výškově regulovatelný podvozek, jednoduchost konstrukce Nevýhody: menší zástavbový prostor pro příslušenství menší tuhost neţ varianta 2,3, nevhodné pro jiné varianty nástavby
Vzduchový měch
Rotační vazba (čep)
Posuvná kloubová vazba na zadní nápravě
Podpěrná posuvná vazba (upevněna k rámu
Obr. 16 Náprava z převislým koncem
27
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Měchy vzduchové
Závěska Listová pruţina
Obr. 17 Náprava pohled shora
5.1.1 Závěska Závěska sniţuje kříţení nápravy a zamezuje vzniku příčných sil. Aby dobře fungovala musí být závěska uchycena na pravé a levé straně nápravy viz obr.18. V případě montování na nákladního vůz Tata na zadní nápravu, je to technicky sloţité. Uchycení by muselo být připraveno uţ z výroby a to by značně prodraţilo výrobu. Nevýhodou menší prostupnost velkým terénem.
Obr. 18 Závěska s pryţovým silentblokem
28
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
5.1.2 Stabilizátor (moţno pouţít na všechny varianty) Snahou stabilizátoru je zmenšovat náklon karoserie při jízdě v zatáčce. Tento stabilizátor má tvar písmena U a plní funkci jako zkrutná tyč. Jedna část je upevněná k zadní nápravě pomocí objímek uchycený přes tubus poloosy. Druhá část stabilizátoru je uchycena k rámu vozu pomocí silentbloků.
Stabilizator ve tvaru U
Uchycení k nápravě pomocí objímek
Obr. 19 Pohled shora stabilizátoru
Závěska uchycená na obou stranách v gumách Obr. 20 Boční pohled na nápravu se stabilizátorem
29
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
5.2 Návrh 2 Je to klasické uspořádání listové pruţiny vedené pod zadní nápravou uchycené z jedné strany čepem k rámu vozu a z druhé strany kluznou vazbou. Návrh je doplněn o vzduchové měchy, které jsou umístěny na zadní nápravě. Z druhé strany jsou měchy opřeny o rám vozu. Výhody: tuţší neţ varianta 1 výškově regulovatelný podvozek Nevýhody: horší světlá výška více namáhané pruţiny více odpruţené hmoty
Vzduchový měch
Rotační vazba (čep) Posuvná vazba uloţená v rámu
List. Pruţina podvlečená pod nápravu
Obr. 21 Listová pruţina pod nápravou
30
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
5.3 Návrh 3 Toto řešení je dnes hojně vyuţíváno u malých a středních nákladních automobilů. Skládá se ze dvou základních listových pruţin, které jsou uchyceny z jedné strany k rámu pomocí závěsu (posuvný). Druhá strana je uchycena na čep přes speciální drţák, který je odlehčený a přivařený k rámu vozu. Pruţina je umístěna nad nápravou a pruţí zároveň se vzduchovými měchy, které zvyšují tuhost vypruţení. Měchy působí jako tlumič. Měch se můţe výškově regulovat. Výhody: tuţší neţ varianta 1 výškově regulovatelný podvozek jednoduché konstrukční řešení Nevýhody: méně místa pro měch musí být přepouštěcí ventil vzduchu nebo membrána působení ultrafialového záření
Obr. 22 2D model návrh
31
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Poloosy Diferenciál Obr. 23 3D model návrh
Vzpěra vyztuţení rámu
Listová pruţina
Obr. 24 Návrh 3 pohled shora
32
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Příprava pro měch Vzduchový měch Obr. 25 Návrh pohled z boku
5.4 Návrh 4 Skládá se ze dvou listových pruţin a ze dvou šroubových pruţin uloţený pod rámem vozu. Listová pruţina je na jedné straně pevně uloţená k rámu a zajištěna čepem. Na druhém konci je uloţena posuvná vazba, která stlačuje šroubovou pruţinu při naloţeném nákladu. A při prázdném voze pouze listová pruţina. Výhody: lepší tlumicí účinnost progresivní tlumení při zatíţení jednoduší řešení menší poruchovost dobrá průchodnost terénem Nevýhody: ustavení pruţin obtíţné nemoţnost výškové regulace
33
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Rotační vazba
Šroubová pruţina
Posuvná vazba uchycená k rámu
Listová pruţina
Obr. 26 Kombinace listové a šroubové pruţiny
5.5 Návrh 5 Zespoda na rámu vozu jsou umistěny na pravé a symetricky na levé straně dvojice tlumičů a dvojice šroubových pruţin. Tlumič a pruţina jsou umistěny před nápravou a vyuţívají pákový mechanismus pohlcují podelné síly. Dvojice tlumič s pruţinou umístěnou za nápravou a výuţívajícího stejného principu jako před nápravou. Výhody: vysoká tuhost komfortní odpruţení dobré jízdné vlastnosti Nevýhody: horší průchodnost terénem malý výkyv náprav sloţité konstrukční řešení vhodné pro kvalitní silnice drahé řešení.
34
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Šroubová pruţina
Vahadlo
Tlumič
Obr. 27 Dva tlumiče a dvě pruţiny na jedné straně podvozku
5.6 Návrh 6 Skládá se z rámu, nápravy diferenciálu, závěsek a listových pruţin na kaţdé straně dvě, umístěny proti sobě. Pruţiny vozu mají zajistit co nejlepší progresivitu. Uchyceny jsou ze spodu k rámu, na jedné straně posuvnou vazbou a na opačné straně pevnou vazbou. Pro lepší zachycení příčních sil byly pouţity závěsné tyče (závěska). Závěsky měli by zabránit deformaci a praskání zadních poloos. Jsou umístěné kluzně na nápravě a pevně umístěné k výztuze rámu. Výhody: velice tuhé odpruţení z progresivní charakteristikou, Nevýhody: nemoţnost výškové regulace sloţité konstrukční a montáţní řešení
35
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Listová pruţina
Závěska
Obr. 28 Pohled shora listové pruţiny navrţeny proti sobě
5.6.1 Předpokladané zatíţení Odstředivé zatíţení Názorné zobrazení: průjezd zatáčkou nákladního automobilu Fomax= hnací síla h = výška k těţišti
Obr. 29 Předpokládané zatíţení 36
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
5.6.2 Silové rozloţení Rozloţení síly působící na nápravu rovnoměrně na obě strany kolmo dolů a naopak působí síly R1,R2 od kol na opačnou stranu neţ síla F na rameni l.
F l
l
F/2
F/2
R1
R2
obr. 30 Silové rozloţení
6 Konkrétní navrhované řešení Řešení byla navrţeno v programu Nx 8,5. Skládá se ze dvou podélných traverz a dvou příčných traverz. Na kterých je umístěno uchycení listových pruţin. Z jedné strany je listová pruţina pevně přichycena šroubovým spojením. Uchycení pruţiny je zajištěno čepem. Posuvné uloţení listové pruţiny pomocí dvou rotačníých drţáku zajištěných čepem. V modelu záměrně není vidět druhy měch, aby bylo lépe vidět uchycení vaku.
obr. 31 Úchyt pruţiny pomocí čepu
37
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Rám vozu Zde je vidět prostor pro montáţ měchu Drţák umoţňující posuv pruţiny
obr. 32 Podvozek s popisky
obr. 33 3D pohled sestavy
38
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
obr. 34 Izometrický pohled
6.1 Variabilní tuhost odpruţení Pokud by byla nedostatečná tuhost a potřebovala se z nějakého důvodu zvýšit, můţe se pouţít speciální přídavný na ohýbaný list pruţiny viz obr. 35, který se upevní na spodní stranu listu, na obě pruţiny. Pomocí dvou úchytů ve tvaru U. Přes tento drţák kovový výlisek a ten se stáhne matkou s pérovou podloţkou.
obr. 35 Přídavný list odkaz[8]
6.2 Zvolené vzduchové měchy Pro tuto variantu byl zvolen měch vlnovcový. Uvnitř měchu jsou umístěny ţelezné kordy. Ţelezné kordy zamezují při velkém podhuštění deformaci měchů. Vzduchové měchy jsou také pevnější a odolnější neţ klasické vakuové měchy. Typ měchu je Conti tech FD 120179. Síla při 7 barech je F = 9300 N, tuhost k = 1520 N/cm. Další info viz. příloha: tabulka a graf obr. 50.
39
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
6.2.1 Výpočet listové pruţiny s různými průřezy h b
1) Výpočet pruţiny průřez b = 100 mm, h = 6 mm Materiál ocel: Mez kluzu v tahu Re 300 MPa, modul pruţnosti v tahu E= 206000MPa, Zatěţující síla F = 20 kN Výpočet Reakce Ra = Rb =
M(x) = obr. 36 Nosník na dvou podporách
M(0) = 0; M(l/2) = Reakce Ua = Ub Ua =
∑ Mb : Ua l - l
=0
Průhyb =
v(l/2) =
Tuhost jednoho listu
Výsledky: Ohybový moment Momax= 6008 N
40
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Obr. 37 Ohybový moment Momax
Maximální průhyb vb = 1,945mm
Obr. 38 Průhyb vb
2) Výpočet pruţiny průřez b = 80 mm, h = 10 mm Materiál je stejný jako v předchozím případě Zatěţují síla F = 20 kN, [3].
h b
Výpočet Reakce Ra=Rb =
M(x) =
obr. 39 Nosník na dvou podporách
41
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
M(0) = 0; M(l/2) = Reakce Ua = Ub
Ua =
∑ Mb : Ua l -
l
=0
Průhyb
v(l/2) =
=
Tuhost jednoho listu
Výsledky: Ohybový moment Momax = 6011N
Obr. 40 Ohybový moment Momax
Maximální průhyb vb = 0,5255mm
42
= 0,539 mm
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Obr. 41 Průhyb vb
6.3 Výpočty dynamických učinků Vyška nerovnosti h zvedá tuhou nápravu ve směru osy y pod úhlem φ a udává ji zrychlení a = . Opačným směrem působí tíha (hmotnost vozu v těţišti) mg, tuhost listových pruţin k a. Zrychlení a zjistíme pomocí grafu přiloţené v příloze 2 obr.54 [7], kde zjistime vychylku y v určité frekvenci pro jednu nerovnost. A dvakrát zderivujem vychylku y.Ve směru osy x působí síly Tl, Tp, které nabývají stejné velikosti. Výsledné síly působících v pruţinách jsou Sp, Sl. Tento výpočet je pouze okrajově řešen v jednom bodě nerovnosti nevstahuje se to na řešení vice nerovností za sebou. Kde mohou vznikat vlastní frekvence a vlastní tvary. 6.3.1 Výpočet síly F – ka – mg = 0 F = ka + mg F = 667x8 +2000x9,81 F = 24956 N
Výpočet síly působící na pruţiny Sl, St, x: Tl – Tp = 0 y: F - Sl - St – mg =0 Mia: Sl e + St e +Iα – FB cosφ = 0 Tl = Tp Sl = mg - F + St Sl = 22613 N
43
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Sp=27949 N
N = F cosφ
St
A
m
Sl
I B
Tl y
N
mg
h x
e
F
Tp
φ
L/2 obr. 42 Dynamika vozu na najetí na nerovnost
44
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
6.4 Návrh a výpočet šroubu Nejdůleţitější uchycení listové pruţiny k rámu vozu je ve tvaru písmene T, které budou drţet šrouby. Navrhovaný drţák bude k rámu přišroubován čtyřmi pevnostními šrouby se šestihrannou – hlavou ISO 4014 M12. Při výpočtu byly uvaţovány statické a dynamické účinky, bezpečnost byla uvaţována dva [3]. Pevnost při maximálním zatíţení šroubu k = dovolená bezpečnost 2 σD =150 MPa Re = 300 MPa F = 20000N d = průměr šroubu pdz = 40 MPa 6.4.1 Napětí v jádře
Návrh průřezu šroubu
Navrhneme nejbliţší vyšší z tabulky M8 6.4.2 Měrný tlak v závitech (návrh šroubu M12x1,75) Měrný tlak proti vytrţení závitu vyšel 37 MPa a vyhovuje danému řešení.[1]
45
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
6.4.3 Zajišťovací podloţky Pro zajištění proti povolení byla pouţita speciální podloţka obr. 43. Pracující na principu závěrného klínu, jenţ vyuţívá tahovou sílu proti povolení (patent firmy Nord-Lock). Klasické podloţky vyuţívají princip tlaku a tření proti povolení. Pouţité podloţky jsou typu: NL 12.
Obr. 43 Speciální podloţka Nord-Lock odkaz[6]
6.5 Volba materiálu Na rám vozu, uchycení listových pruţin, příčníky a podélníky byla pouţita ocel ČSN 11343,[1] Nejvíce namahané součásti podvozkové části jsou listové pruţiny. Je důleţitá volba materiálu. Pro toto řešení jsem zvolil ocel třídy 14 240 (ČSN 41 4240) [1] Mn-Cr, ocel se bude popouštět a kalit na teplotu cca 500 °C, viz přiloha 3.
6.6 Výpočet pomocí MKP Výpočet byl namodelován v systému NX_8.5 byl pouţit řešič Nastram, kde bylo provedeno zatěţování(statické a dynamické), návrhu konstrukce. Pomocí metody konečných prvků byly zjištěny velikosti deformací a napětí v kritických místech v konstrukci.
46
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
6.6.1 Okrajové podmínky Okrajové podmínky byly zvoleny: zakázaný pohyb ve směru x, zakázaná rotace ve směru osy y, z. Další okrajová podmínka byla zákaz pohybu pruţin vůči pevné podloţce viz obr.44. 6.6.2 Zasíťovaní modelu Bylo pouţito zasíťování sítě pomocí tetraedrů po celém povrchu zjednodušeného modelu. Pouţil jsem několik funkcí, např. lepení nebo trim. Dále, pro lepší a konkrétnější výsledky bylo vyuţito zhuštěné sítě v kritických místech.
Obr. 44 Okrajové podmínky chycení rám a náprava
6.6.3 Zatěţující síla Zatěţující síla je po celé délce rámu vozu. Síla je umístěna kolmo na rám vozu v ose x . Zatíţení bylo navrţeno o velikosti a) F = 20000N Statické účinky b) F = 50000N Statické + dynamické účinky
47
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Zatěţující síla F
Okrajové podmínky
obr. 45 Dvě okrajové podmínky a zatíţení kolmo na osu x
6.6.4 Výsledky Varianta a) Rám je namáhán pouze staticky a největší napětí je u drţáků pruţin. Koeficient bezpečnosti k = 5.
obr. 46 Napětí v zjednodušeném modelu 48
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
obr. 47 Zatíţení rámu vozu
obr. 48 Napětí v rámu vozu bez spodní části
49
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
obr. 49 Deformace rámu maximální průhyb byl 1,965 mm
Varianta b) Byly uvaţovány statické a dynamické účinky, které se projevily zejména ve zvýšení napětí v kritickém místě uchycení pruţiny o 50 MPa, viz obr. 48 a 49.
Max napětí 101MPa
obr. 50 Napětí v rámů
50
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Maximální napětí obr. 51 Detail největšího napětí
6.6.5 Výpočet koeficientu bezpečnosti V automobilovém průmyslu se pouţívá pro konstrukční návrhy a vypočty (podvozku, šasí atd.) koeficient bezpečnosti v rozmezí 1,5 < k < 2,5. Čím je větší koeficent k, tím nárůstá bezpečnost a úměrně se zvětšuje hmotnost a cena.
Varianty a) Maximální napětí bylo vypočteno pomocí metody Von Mieses. Jedná se zejména o ocelovou konstrukci, byla navrţena ocel (ČSN 11343). Mez kluzu Re = 250 MPa, maximální normálové napětí σmax = 50 MPa. =>
=>
Varianta b) Maximální napětí bylo vypočteno pomocí metody Von Mieses. Jedná se zejména o ocelovou konstrukci, byla navrţena ocel (ČSN 11343). Mez kluzu Re = 250 MPa, maximální normálové napětí σ max = 101 MPa.
=>
=>
51
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
7 Závěrečné zhodnocení 7.1 Technicko ekonomické hledisko Jednou z důleţitých podmínek konkurenceschopné řešení je také návrh a správně vypracováná technicko-ekonomicka úvaha. Řešení se můţe hodnotit dle výrobních nákladů, ceny materiálu nebo výsledné montáţe. Dalším hlediskem je země provozu stroje. Jedno z neméně důleţitých hledisek je většinou nemoţnost koupě nového sanitního vozu (vysoká pořízovací cena), proto byla zvolena levnější varianta přestavby z nákladního vozu. Konkrétně u tohoto provedení je to Indie, kde se kladou velké nároky na spolehlivost, lehkou opravitelnost, svařitelnost a neposlední řadě cenu. Cílem bylo splnit poţadavky od zadavatele, např. zlepšit jizdní vlastnosti, tuhost a pevnost rámu, dalé zlepšit jízdní komfort. Navrţené řešení zadní tuhé nápravy s dvěmi vzduchovými měchy. Varianty byly mezi sebou porovnány z technického a ekonomického hlediska, následně bodově ohodnoceny a srovnány v tabulce. Body byly přiděleny jednotlivým variantám . Ta, která dosáhla největšího počtu bodů, se stala variantou řešenou. Byla vybrána Variata 3, která je cenově i technicky nejpřijatelnější, jak z pohledu montáţe, tak i z hlediska výrobních a technologických procesů. Konkrétní řešení se skládá hlavně z několika nakupovaných dílů a dále z obráběných dílů. Pokud chceme sníţít náklady, zásadně ovlivní cenu způsob výroby. Nejvýhodněji se jeví výroba hromadná případě sanitní vozu to však není moţné. Montáţní náklady budou níţši, protoţe nebudou provaděny v evropských servisech, ale v indických pobočkách. V Indii je levnější pracovní síla neţ je v Evropě. Cenová přibliţná kalkulace je v tabulce 2.
7.1.1 Kalkulace Předběţná kalkulace přestavby ze stávajícího řešení na nově navrţené dvě varianty pro porovnání, ceny obsahuje DPH v České republice. Poloţky slouţí pouze orientačně pro vypočtení nákladů. V ceně nejsou zahrnuty slevy při odběru většího počtu kusů. Měchy Listové pruţiny Obráběné díly Příslušenství k vzduchovému odpruţení Montáţ Spojovací materiál Celkem Tabulka. 2
Navrţená varianta 3 2x4000kč 2x8000kč 6000kč 500kč
Navrţená varianta 1 2x4000kč 2x13000kč 5000kč 500Kč
2000kč 1200kč 33700kč
4000kč 1200kč 44000kč
52
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
7.2 Závěr Cílem této práce bylo navrhnout a vylepšit zadní odpruţení stávajícího řešení na nákladním voze indické značky Tata. Tento nákladní vůz je často pouţíván na přestavbu na různorodých nástavbách, např. valník, mrazící nástavba. Pro budoucí pouţití, například jako sanitního vozu, je poţadavek podvozku vozu na zlepšení nedostatečného pérování, tlumení a při přejezdu nerovností (bezpečnost lékařského vybavení a větší komfort pro pacienta). V této diplomové práci byla provedena rešerše, úvod do problematiky, základní rozdělení a druhy pérováni. Jednotlivé návrhy řešení byly rozpracovány dle základních konstrukčních principů. Celkem bylo navrţeno 6 různých variant s podrobným popisem jejich výhod a nevýhod daných řešení. Na všechny varianty bylo provedeno technicko-ekonomické hodnocení. Pro zvolení nejlepší varianty bylo pouţito několik metod: tabulky hodnocení, morfologická matice, orgánová a funkční struktura, základní pevnostní výpočty. Z výsledku vyšla nejlepší varianta 3 (listová pruţina v kombinaci vzduchových měchů). Varianta 1 nevyhovovala zejména kvůli malému zástavbovému prostoru pod rámem pro umístění měchů a dalších komponentů např. palivové nádrţe. Další varianta byla nevyhovující vlivem velkého zásahu do konstrukce vozu. Vybrané řešení bylo dále rozpracováno, navrţeno konkrétní uloţení listových pruţin, napočítány listové pruţiny, šrouby proti vytrţení závitu. Navrţené vzduchové měchy slouţí jako tlumící a pruţící prvek. Potom byl proveden pevnostní vypočet pomocí metody konečných prvku (MKP) v programu NX 8,5, řešičem Nastram, kde byly uvaţovány zatěţovací statické a dynamické síly. Model byl také zjednodušen z důvodu rychlejšího výpočtu. Byly zvoleny okrajové podmínky, model zasíťován a posléze zatíţen. Při statickém zatíţení vyšlo největší napětí v úchytu pruţiny 50 MPa s koeficientem bezpečnosti k = 5. Následně byl model zatěţkán statickými i dynamickými účinky. Největší napětí vyšlo v úchytu pruţiny, a to 101 MPa s koeficientem bezpečnosti k = 2,46. Došlo k odlehčení od původních těţkých pruţin, ty byly nahrazeny novějšími a lehčími pruţinami, vyrobenými z kvalitnější pruţinové oceli. Dále byly přepracovány úchyty listových pruţin. Pro zlepšení jízdní stability jízdy v zatáčkách byl přidán stabilizátor, který také zachycuje příčné sily a zmenšuje naklánění karoserie. Jeden konec stabilizátoru je uchycen kluznou vazbou k zadní nápravě vozu a druhý konec pomocí silentbloků k rámu. Pro zajištění šroubového spojení proti povolení byla pouţita podloţka Nord-lock zajištující spoj tahem. Tento vůz bude jezdit hlavně v Indii, většinou po asfaltových silnicích, občas po nezpevněných a rozbitých cestách. Bude značně přetěţován nákladem, špatným servisem, hrubým zacházením a rozdílnými klimatickými podmínkami. Nákladní automobil splňuje základní poţadavky na konstrukci: tuhý pevný rám s jednoduchým zavěšením listových pruţin. Dále jednoduchým, a přitom dobře fungujícím podvozkem a pérováním. V případě proraţení měchu je zde moţné nouzového dojetí, a také moţnost opravitelnosti ve špatných podmínkách. Tato práce mě obohatila ve znalostech konstrukčních návrhu a řešení u nákladních automobilů. Prací s odbornou literaturou a cizojazyčných textech. Ucelil jsem si své poznatky ze “ strojařského oboru ,, a z mého působení na ZČU. Poznatky jsem aplikoval ve své diplomové práci.
53
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
7.3 Literatura Pouţitá literatura: [1]
FIALA, J., BEBR, A., MATOŠKA, Z. Strojnické tabulky1-materiály pro strojírenskou výrobu. 2. vyd. Praha: SNTL, 1990. ISBN 80-03-00457-8.
[2]
FIALA, J., SVOBODA, P., ŠIMONOVSKÝ, M. Strojnické tabulky2-základní strojní prvky a součásti. 1. vyd. Praha: SNTL, 1988.
[3]
HOSNEDL, S., KRÁTKÝ, J., Příručka strojního inženýra. 1. vyd. Praha: Computer Press, 1999. ISBN 80-7226-055-3.
[4]
VLK, F., Automobilová technická příručka. 1. vyd. Brno: Vlk, 2003.
[5]
KLÍNE, J., Automobily 1. 1. vyd. Praha : Jindřich Klíne a kolektiv
[6]
HLAVAČ, Z., Dynamika pro kombinované studium. 1. vyd. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni.
[7]
MITSCHKE, M., Dynamika der Kraftfahhrzeuge. 4. vyd. Verlag Berlin Heidelberg New York: Springer , 2004.ISBN 3- 540-42011-8.
[8]
BUCEK, M., Bakalářské práce: Návrh a zhotovení výukového panelu pérování a tlumičů pérování. 1. vyd. Pardubice: Univerzita Pardubice, 2010.
Pouţitý software: NX 8.5 - modelovací systém Autocad 2007 – kreslící 2D software Microsoft office (word, excel, powerpoit)
54
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Odkazy obrázků [1] Tata automobil [online].2013[cit 2013-3-2].O firmě. Dostupné z WWW< http://www.dimolanka.com/tata/commercial-vehicles/commercial-vehicle-models/tata-vehicle/vehicle-modelspecifications?id=13>. [2] Automobilová technická příručka František Vlk [3] Emergency-vehicles [online].2013[cit 2013-5-3].O firmě. Dostupné z WWW
, Sanitní vůz [online].2013[cit 2013-5-5].O firmě. Dostupné z WWW< http://www.sicar.cz/ >. [4] Pružiny [online].2013[cit 2013-13-4].Firma zabývající se výrobou pruţin. Dostupné z WWW< . [5] Podložka [online].2013[cit 2013-3-2].O firmě. Nord-Lock Dostupné z WWW. [6] Vzduchové měchy [online].2013[cit 2013-23-2]. Bakalářská práce Dostupné z WWW< http://dspace.upce.cz/bitstream/10195/38440/1/BucekM_Perovani%20tlumice_MB_2010.pdf.pdf>. [7] Žebřinový rám [online].2013[cit 2013-8-4].O firmě. Dostupné z WWW< http://www.initialdave.com/cars/tech/chassisbasics01.htm>. [8] Přídavní list [online].2013[cit 2013-12-5].Německá firma prodávající náhradní díly Dostupné z WWW< http://www.motomobil.com/> [9] Listová pružina z kluznou vazbou [online].2013[cit 2013-18-4].O firmě. Dostupné z WWW< http://listovapera.cz/14-listove-pero-typ-3.html>. [10] Sanitní nástavba [online].2013[cit 2013-18-3].O firmě. Dostupné z WWW . [11] Listová pružina [online].2013[cit 2013-28-4].Wayne State University College of Engineering Dostupné z WWW. [12] Složení ocelí [online].2013[cit 2013-9-4].Třinecké ocelárny Dostupné z WWW. [13] Graf měchu [online].2013[cit 2013-1-4].Firma Contintal Dostupné z WWW.
55
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
PŘÍLOHA č. 1 Graf měchu Contintal
obr. 52 Graf měchu Continentál odkaz [13]
56
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
PŘÍLOHA č. 2 Graf zrychlení a výchylky y
obr. 53 Graf určující faktoru výchylky y odkaz[7]
obr. 54 Graf určující faktoru výchylky y v závislosti na frekvenci odkaz[7]
obr. 55 Druhy odpruţení z obr. 54 odkaz[7]
57
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
PŘÍLOHA č. 3
obr. 56 Nástavby ambulance odkaz[10]
Sloţení pruţinové ocelí
obr. 57 Sloţení ocelí odkaz[12]
58
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
PŘÍLOHA č. 4 Tabulka hodnot ocel 14 240
obr. 58 Tabulka hodnot ocel 14 240
59
Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Dopravní a manipulační technika
Diplomová práce, akad.rok 2012/13 Bc. Michal Brčák
PŘÍLOHA č. 5 Výkresová dokumentace
60