HYDRAULICKÝ MANIPULÁTOR PRO MANIPULACI SE SENÁŽÍ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING

HYDRAULICKÝ MANIPULÁTOR PRO MANIPULACI SE SENÁŽÍ HYDRAULIC MANIPULATOR FOR HANDLING OF BALES OF HAY

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS

AUTOR PRÁCE

MICHAL RAŠKA

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2012

doc. Ing. MIROSLAV ŠKOPÁN, CSc.

ABSTRAKT, KLÍČOVÁ SLOVA

ABSTRAKT Bakalářská práce se zabývá konstrukcí a základními výpočty nutnými pro návrh manipulátoru s kulatými balíky senáže. Tento manipulátor bude připevněn k podvozku bývalého sběracího návěsu MV 3-042 a bude sloužit k přepravě kulatých balíků z pole na farmu.

KLÍČOVÁ SLOVA Manipulátor, zemědělský návěs, kulatý balík senáže, sběrací vůz, přestavba

ABSTRACT This thesis describes the construction and basic calculations necessary for designing the manipulator with round forage bales. This manipulator is attached under the chassis of the old forage wagon MV 3-042, and will serve to transport round bales from the field to the farm.

KEYWORDS Manipulator, agricultural trailer, round forage bales, forage wagon, rebuilding

BRNO 2012

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE RAŠKA, M. Hydraulický manipulátor pro manipulaci se senáží. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2012. 43 s. Vedoucí bakalářské práce doc. Ing. Miroslav Škopán, CSc..

BRNO 2012

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že tato práce je mým původním dílem, zpracoval jsem ji samostatně pod vedením doc. Ing. Miroslava Škopána, CSc. a s použitím literatury uvedené v seznamu.

V Brně dne 25. května 2012

…….……..………………………………………….. Michal Raška

BRNO 2012

PODĚKOVÁNÍ

PODĚKOVÁNÍ Rád bych poděkoval vedoucímu mé práce panu doc. Ing. Miroslavu Škopánovi, CSc. za rady, postřehy a připomínky, které mi pomohly při tvorbě této práce.

BRNO 2012

OBSAH

OBSAH Úvod ........................................................................................................................................... 8 1

Cíle bakalářské práce .......................................................................................................... 9

2

Podvozek ............................................................................................................................ 9

3

Typy přepravníků ............................................................................................................. 10 3.1

SMS CZ s.r.o. ............................................................................................................ 10

3.2

SIPMA ....................................................................................................................... 11

3.3

CRAI .......................................................................................................................... 12

3.4

POL-MOT Warfama .................................................................................................. 12

3.5

GRUBER ................................................................................................................... 13

3.6

Zhodnocení ................................................................................................................ 14

3.6.1 4

Návrh ................................................................................................................................ 16 4.1

5

Přepravníky na českém trhu ............................................................................... 14

Základní rozvaha........................................................................................................ 16

4.1.1

Výpočty vidlice .................................................................................................. 16

4.1.2

Výpočet namáhání v čepech ............................................................................... 17

4.1.3

Výpočty ok ......................................................................................................... 23

4.1.4

Problém s vyvážením ......................................................................................... 28

Popis navrženého zařízení a popis provozu...................................................................... 30 5.1

Technické řešení ........................................................................................................ 30

5.1.1

Hydromotor ........................................................................................................ 30

5.1.2

Rychlospojka ...................................................................................................... 30

5.1.3

Ostatní hydraulické komponenty ........................................................................ 30

5.2

Provoz stroje .............................................................................................................. 31

5.2.1

Údržba stroje ...................................................................................................... 31

Závěr ......................................................................................................................................... 32 Seznam použitých zkratek a symbolů ...................................................................................... 34 Seznam obrázků........................................................................................................................ 38 Seznam tabulek ......................................................................................................................... 39 Seznam příloh ........................................................................................................................... 40

BRNO 2012

7

ÚVOD

ÚVOD Zemědělské odvětví se nachází v né příliš dobrých časech. Menší farmáři, zaměření na živočišnou výrobu a výrobu mléka, musí při zachování nízkých nákladů produkovat kvalitní krmivo pro dobytek, aby získali kvalitní mléko. Toto krmivo, jedná se o travní senáž, je nutné rychle zakonzervovat, aby nedošlo k snížení jeho kvality. Jednou z možností jak toho dosáhnout je jejich rychlá přeprava z pole od lisu na kulaté balíky na půdu farmy k baličce kulatých balíku, kde jsou následně zabaleny do fólie a tím zakonzervovány. Na trhu existují speciální přepravníky, jenže jejich pořizovací cena vzhledem k využití tohoto přepravníku v sezóně je vysoká. Proto jsme se rozhodli přestavět starý podvozek ze sběracího návěsu MV 3-042 na tento typ stroje.

BRNO 2012

8

VLOŽTE NÁZEV KAPITOLY (PODLE NADPISU 1. ÚROVNĚ)

1 CÍLE BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Cílem mé práce je navrhnout manipulátor s kulatými balíky senáže. Základem je sestavit přehled přepravníků na kulaté balíky. Z tohoto přehledu vyvodím závěr, ve kterém vyhodnotím jednotlivá konstrukční řešení výrobců zabývajících se touto problematikou. Nejlépe vyhovující řešení bude inspirací pro mou tvorbu. Manipulátor musí splňovat několik nezanedbatelných faktorů, které musí být zohledněny jak ve výrobě, tak i při samotné práci. Tyto faktory jsou níže popsány. Výsledkem budou výkresy sestavení a svarku a základní výpočty několika komponent.

2 PODVOZEK Manipulátor bude namontován na podvozek od sběracího návěsu STS Nové Mesto nad Váhom - MV 3-042 (Obr. 1). Jedná se lehký sběrací vůz, vyráběný před rokem 1989 o celkové hmotnosti v nezatíženém stavu cca 2400kg. Farma tento stroj zakoupila od zemědělce, který jej aktivně používal po několik sezón. Stáří stroje a časté nasazení se negativně projevilo na stavu sběracího ústrojí a bočnic. Sběrací ústrojí ovšem bude odstraněno z důvodu Obr. 1 Sběrací návěs odlehčení přední části návěsu. Dále budou odstraněny již zmiňované bočnice a jejich místo zaujme konstrukce nových bočnic, která zabrání pohybu balíků na plošině návěsu. Nakonec bude provedeno přimontování manipulátoru k návěsu a na celém stroji bude následně zrenovován nátěr.

BRNO 2012

9


3 TYPY PŘEPRAVNÍKŮ Na trhu je několik výrobců, kteří nabízí zemědělcům různé typy přepravních zařízení. Mezi hlavní rozdíly těmito stroji patří hlavně typ konstrukce a kapacita přepravovaných balíků.

3.1 SMS CZ S.R.O. VÝROBCE: SMS CZ s.r.o. náměstí U Saské brány 12, 337 38 Rokycany Česká Republika SAMO-NAKLÁDACÍ PŘEPRAVNÍK SP - V2X4 Sběr a nakládka balíku je prováděn manipulátorem na kraji přepravníku. Traktorista najede k balíku, hydraulické klapky balík uchopí, otočí o 90° a naloží. To vše se děje pomocí automatické operace. Na plošině je hydraulické beranidlo, které posouvá balíky k její zadní části.

SAMO-NAKLÁDACÍ PŘEPRAVNÍK SP - V2X5

Obr. 2 Samo-nakládací přepravník SP - V2x4 [3]

Sběr a nakládka balíků je prováděn vidlicí, která se nachází na boční straně plošiny. Traktor najede k balíku a zvedáním vidlice balík naloží. Na plošině je hydraulické beranidlo, které posouvá balíky k její zadní části. Vykládka přepravníků je realizována za pomocí beranidla, které na balíky tlačí a ty se sesunou na zem nebo se plošina nakloní o 90° a balíky stojí na sobě.

BRNO 2012

Obr. 3 Samo-nakládací přepravník SP V2x5 [3]

10


SAMO-NAKLÁDACÍ PŘEPRAVNÍK SP – V3X5 Sběr a nakládka balíků je prováděn vidlicí, která se nachází na boční straně plošiny. Traktor najede k balíku a zvedáním vidlice balík naloží. Na plošině je hydraulické beranidlo, které posouvá balíky k její zadní části. Při naložení dolních dvou řad je možné naložit i horní pomocí teleskopického ramene. Vykládka přepravníku je realizována za pomocí beranidla, které na balíky tlačí a ty se sesunou na zem nebo se plošina nakloní o 90° a balíky stojí na sobě.

Obr. 4 Samo-nakládací přepravník SP – V3x5 [3]

3.2 SIPMA VÝROBCE: SIPMA S.A. ul. Budowlana 26 20-469 Lublin Polsko DOVOZCE: Polský dům - Zemědělská Technika s.r.o. Rybářská 365 735 62 Český Těšin-Mosty Česká republika WS 6510 DROMADER Sběr a nakládka balíků je prováděn vidlicí, která se nachází na boční straně plošiny. Traktor najede k balíku a zvedáním vidlice balík naloží. Na plošině je hydraulické beranidlo, které posouvá balíky k její zadní části. Obr. 5 Samo-nakládací přepravník SP - V2x5 Vykládka přepravníků je realizována za [3] pomocí beranidla, které na balíky tlačí a ty se sesunou na zem nebo se plošina nakloní o 90° a balíky stojí na sobě.

BRNO 2012

11


3.3 CRAI VÝROBCE: C.R.A.I. s.r.l. Strada Sacca, 76 46044 Goito (Mantova)

Itálie DOVOZCE: FAGUS spol. s r.o. Lohenická 607 19017 Praha 9 – Vinoř Česká Republika AC/6 PC Celý stroj pracuje na systému výkyvného oje. Při pracovním nasazení je oj vychýlena do pracovní polohy tak, aby traktor při nakládání stál vedle balíku. Sběr je prováděn pomocí prodloužené vidlice. Nejprve na vidlici traktorista naloží 2 balíky a poté je teprve překlopíme na plošinu.

Obr. 6AC/6 PC[5]

Vykládka přepravníku je realizována za pomocí dopravníku, který balíky vyloží. Tento přepravník je hlavně určen pro svážení balíků a ne pro jejich přímé ukládání.

3.4 POL-MOT WARFAMA VÝROBCE: POL-MOT WARFAMA S.A. ul. Fabryczna 21, 11-040 Dobre Miasto Polsko DOVOZCE: POL-AGRO TRADING ZT s.r.o. K čističce 1 739 25 Sviadnov Česká republika

BRNO 2012

12


T-127 Sběr a nakládání balíků je prováděno vidlicí, která se nachází na boční straně plošiny. Traktorem najedeme na balík a zvedáním vidlice balík naložíme. Na plošině je hydraulické beranidlo, které posouvá balíky k její zadní části. Vykládání přepravníku je realizováno za pomocí beranidla, které na balíky tlačí a ty se sesunou na zem nebo se plošina nakloní o 90° a balíky jsou postaveny na sebe do výšky.

Obr. 7 T-127[6]

3.5 GRUBER VÝROBCE: Otto Gruber Landmaschinen Harham 53 A-5760 Saalfelden Rakousko DOVOZCE: BLW 10 Sběr a nakládání balíků je prováděno vidlicí, která se nachází na boční straně plošiny. Traktorem najedeme na balík a zvedáním vidlice balík naložíme. Na plošině je řetězový dopravník, který posouvá balíky k její zadní části. Vykládání přepravníku je realizováno za pomocí zmíněného dopravníku, který balíky vysune na zem a ty se mohou postavit nebo položit.

BRNO 2012

Obr. 8 BLW 10 [7]

13


3.6 ZHODNOCENÍ 3.6.1 PŘEPRAVNÍKY NA ČESKÉM TRHU V tab. 1. Jsou uvedeny přepravníky, které jsou vyrobeny v ČR nebo dováženy ze zahraničí. Většina těchto strojů nemá velké nároky na tažný prostředek. Přepravníky firmy SMS se vyznačují jednoduchou konstrukcí. Typ SP - V2x4 je vhodný pro menší zemědělce, kteří disponují slabším tažným prostředkem. Typ SP - V3x5 a SP - V2x5 jsou konstrukčně vyřešeny stejným způsobem. U stroje s kapacitou až 15 kusů je výhoda v tom, že lze z pole svážet i třetí řadu balíků tzn. 15 kusů. Toho lze využít při přepravě slámy a sena. U senáže musí být ovšem brán také ohled na vyšší objemovou hmotnost tohoto materiálu. Společnost CRAI se vyznačuje odlišnou koncepcí u svého přepravníku. Stroj není vhodný pro práci ve svazích vzhledem k jeho výšce. Polský výrobce POL-MOT nabízí levný a jednoduchý přepravník. V České Republice, vlivem slabého zastoupení této firmy, vlastní zemědělci odhadem malý počet těchto strojů. Rakouska firma Gruber představila v roce 2010 na výstavě Techagro v Brně přepravník BLW 10. Tento stroj se vyznačuje robustnější konstrukcí oproti jeho konkurentům. Má níže položené těžiště. Tento a předešlý fakt jistě ocení zemědělci v horských a podhorských oblastech, kde mohou použít tento stroj ve strmějších pozemcích než jak je to u běžných přepravníků. Stroj je proto nutné agregovat se silnějším traktorem. Tab. 1 Porovnání přepravníků kulatých balíků, které jsou k dostání na českém trhu

výrobce typ kapacita balíků prumer balíků [cm] celková hmotnost [kg] pohotovostní hmotnost [kg] nosnost [kg] nosnost na 1 balík [kg]

BRNO 2012

SMS [3] SP ‐ V2x4

SMS [3]

SMS [3]

SP ‐ V2x5 SP ‐ V3x5 10

CRAI [5]

SIPMA [4]

AC/6 PC

WS 6510

POL‐ MOT [6] T‐127

12/10/8

8

8

GRUBER [7] BLW 10

8

10

10

120‐150

120‐150

7500

9420

9420

9000

9300

‐

12000

2200

2320

2320

2500

2800

‐

3000

5300

7100

7100

6500

6500

‐

9000

663

710

710

542

813

‐

900

120‐150 120/150/180 120‐150 120‐150 120‐130

14


Každá z výše uvedených firem nabízí jiné řešení nakládacího mechanismu. Každý stroj má své přednosti a hodí se pro odlišné polní podmínky. Z konstrukčních řešení jednotlivých firem, které jsem měl možnost vidět na veletrzích, předváděcích akcích a v nasazení u zemědělců se mi nejvíce zamlouvá konstrukční řešení firmy SIPMA.

U dvou zemědělců však nastal problém s podpěrou (Obr. 9). Na obrázku je tato část manipulátoru přivařena k rámu tohoto zařízení. Podpěra zabraňuje převrácení přepravníku při nakládce. Při zajetí vidlemi pod balík, se podpěra vytočí a proběhne samotná nakládka balíku, poté se vrátí zpět na původní místo. Dle jejich názoru tato podpěra pouze zdržuje při práci a svůj účel moc neplní. Nutno podotknout, že tito dva farmáři používají přepravník pouze na Obr. 9 Podpěra manipulátoru rovných polích a nemají polnosti v kopcích. V našem případě to je jinak. Manipulátor, který budu konstruovat tuto podpěru obsahovat nebude, ale je nutné spočítat, zda se manipulátor nepřevrhne. Kapacita přepravníku jsou 4 kusy balíků v jedné řadě. Většina výše uvedených výrobců naloží 2 řady. Zde ovšem nastává problém s posunem balíku do druhé řady po dopadu na plošinu. Tyto stroje obsahují podávací zařízení. Toto zařízení, z důvodu náročnosti realizace na našem podvozku, nebudeme realizovat. Tato kapacita je dostačující také z toho důvodu, že polnosti farmy jsou v blízkosti skladovací plochy pro senáž a haly pro slámu a seno. Stroj se bude pohybovat po polních cestách, proto jsou zanedbány pravidla pro provoz na pozemních komunikacích.

BRNO 2012

15


4 NÁVRH 4.1 ZÁKLADNÍ ROZVAHA Pro konstrukci rámů, výztuh, žeber, čepů apod. bude použita ocel 11375, která zaručuje dobrou svařitelnost a má tyto charakteristiky: Charakteristika oceli 11375 z Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.: Minimální mez kluzu Re = 235 Mpa Minimální mez pevnosti Rm = 360 Mpa Pro méně důležité komponenty bude použito ocelí z vlastních zdrojů. Návrhový součinitel bezpečnosti a dynamický součinitel volím vzhledem ke způsobu zatěžování a provozu na poli. 4.1.1 VÝPOČTY VIDLICE Při najetí traktoru k balíku je balík nabrán vidlicí a poté zvedán na horní úvrať kde se balík překulí přes trubku vidlice a spadne na plošinu. NAMÁHÁNÍ ZAHNUTÉ TRUBKY Trubka (obr. 10-T ) je namáhána tíhou balíku (obr. 10-B), na který působí gravitační síla g. Jedná se o polohu, kdy se balík odlepí od země. Jaký je vnitřní průměr d trubky T v nejhorším místě (obr. 10-I.)? Je dána hmotnost balíku mb = 600 kg, návrhový součinitel bezpečnosti k = 2, dynamický součinitel ω = 1,3, šířka Obr. 10 Balík na vidlici balíku sb = 1 200 mm, průměr balíku ∅Db = 1 300 mm, vnější průměr trubky D = 72 mm, vzdálenost osy trubky k svislé půlicí rovině balíku a1 = 540 mm, hodnota gravitační konstanty g = 9,81 m·s-2, ocel třídy 11 375. Dané zatížení uvažuji jako spojité - liniové. Úhel mezi gravitačním zrychlením g a směrem působení síly od liniového zatížení q: Obr. 11Úhel mezi q a g

sin

BRNO 2012

sin

22,469°

(1)

16


Kde hodnota

686 mm

(2)

Hodnota liniového zatížení působícího na 1 mm trubky T1 vynásobená dynamickým součinitelem:

ω

,

·

,

°

1,3

4,198 N · mm

(3)

Ohybový moment v kritickém místě I.: ,

·

3,026 · 10 N · mm

(4)

Modul průřezu v ohybu: (5) Ohybové napětí v kritickém místě I.: (6) Porovnání bezpečnosti, maximálního ohybového napětí a průřezové charakteristiky: (7) Po dosazení rovnice (5) do rovnice (6) a jejich dosazením do rovnice (7) po vyjádření d dostávám: ·

·

· ·

· ,

·

·

53,195 mm

(8)

Při výběru trubky bude vybrána ta s průměrem menším než 53,195 mm. 4.1.2 VÝPOČET NAMÁHÁNÍ V ČEPECH Čepy drží celou váhu manipulátoru, proto bude ve výpočtu zohledněna i předpokládána váha celého mechanismu. Tato váha je realizována jako spojité zatížení působící na délce stejné jako je šířka balíku. Pro zjednodušení výpočtu uvažuji polohu, kdy balík působí celou vahou na vidlici T , 2 profily beru vždy jako jeden celek: P P PC , P P PB , P P PA

BRNO 2012

17

VLOŽ ŽTE NÁZEV V KAPITOLY (PODLE NA ADPISU 1. ÚROVNĚ) Ú

VELIK KOST REAK KČNÍCH SIL V PROFILEC CH

,

,

.

2

Obrr. 12 Silové schéma s

Je dáána hmotnoost balíku mb = 600 kgg, celková hmotnost h viidlice mv = 50 kg, dyn namický součiinitel ω = 1,3, šířka balíku sb = 1 200 mm, m 3 332 mm , 514 mm m, 198 mm, m pružžnosti v tahu u E = 210 000 MPa, hodnota grravitační 158 mm, modul konstanty g = 9,,81 m·s-2 Hodnnota liniovvého zatíženní působícíího na 1 mm m trubkyy I. vynásoobená dynaamickým součiinitelem: ,

·

1,3

6,908 N · mm

(9)

Kvaddratický mooment průřezu pro meziidruhový prrůřez ·

·

9,018 · 10 N ·

(10)

Hodnnota nahrazzující síly F : F

6 6,908 · 1 20 00

8,29 · 10 N

(11)

Rovnnice statickéé rovnováhyy: ∑

0

∑

0

∑

0

Dále platí podm mínka o poosunutí funkccí

BRNO 2012

(12) 0

(13) 0

(14)

0 , všech hny proměnnné při doosazování musí m být

18


Funkkční vyjádřeení ohybovýých momenttů pro dané intervaly: Interrval

;

0 332 0; (15)

Interrval

;

0 514 0; (16)

Interrval

;

0 158 0; (17)

Interrval

;

0 196 0; (18)

Rovnnice pro possunutí v boddě A 0 (19) me 3 neznám mé Mám

;

;

a sousttavu 3 rovniic (33); (34)); (39)

Po výýpočtu v prrogramu MaathCad dosttávám hodno oty sil, které působí naa profily: 4 516 N

(20)

2 334 N

(21)

1 439 N

(22)

PEČNOST K ČEPU Č BEZP

PŘI NAMÁHÁNÍ NA OHYB B.

Na čep č ČA půsoobí síla , která k je rozzdělena na dvě části, protože tlaačí na čep ve v dvou půssobištích. To je způsobeno tvareem profilů P a P . Reakční síly a na čepu jssou od ok OA a OA . Je dána d síla 4 516 N , průměěr čepu 36 m mm , rozm měry 2 22 mm , 12,5 m mm , 79 mm, 12,5 m mm, 9 mm


0

BRNO 2012

Obr. 133 Silové schém ma

(23) 19


∑

0

∑

D

0

(24)

0

0

a V rovnicích jsou dvě neznámé dostávám hodnoty těchto neznámých:

(25)

po vyřešení této soustavy v programu Mathcad

2 258 N

(26)

Funkční vyjádření ohybových momentů pro dané intervaly: ;

Interval

0; 22

0

(27) ;

Interval

0; 12,5 (28)

;

Interval

0; 79 (29)

;

Interval

0; 9

0 Interval

(30) ;

0; 12,5 (31)

Tab. 2 Hodnoty maximálních ohybových momentů pro jednotlivé intervaly

Interval

Délka intervalu

Funkční vyjádření

Hodnota

(-)

(mm)

(-)

(Nmm)

0; 22

0

0

0; 12,5

28 230

0; 79

2

0; 12,5 0; 9

BRNO 2012

28 230 28 230

0

0

20


Moddul průřezu v ohybu: ·

W

4 58 80 mm

(32)

6,16 6 MPa

(33)

Ohybbové napětí:

W

Bezppečnost: ,

38

(34)

Vzhlledem k tyypu namáháání a poddmínkám provozu p daaný čep vyyhovuje zv voleným předppokladům. Průměr polotovaru pro výrobu u volím stejný jako u řepu ČB jehož bezpečnost je poočítána v náásledujícím výpočtu. Tuto T volbu provádím p vzzhledem k tomu, t že je leppší koupit jeeden kus tyčče o stejném m průměru než n dva kussy o jiném pprůměru. BEZP PEČNOST K ČEPU Č OHYB B.

P PŘI NAMÁHÁ ÁNÍ NA

Na čep č ČB půsoobí síly a , kteréé jsou rozděěleny na dvvě části, prootože tlačí na n čep ve dvou d půsoobištích. Too je způsobeno tvareem profilů P a P a P a P . Reeakční síly na n čepu jsouu od ok OB a OB . Jsou dány síly 2 334 N N, 36 mm , 1 439 N , průůměr čepu rozm měry 79 mm , 17 7 mm , 83 mm, 17 mm m, 79 m mm

O 14 Silovéé schéma Obr.


0

∑

0

∑

0

V rovvnicích jsou dvě neznnámé a dostáávám hodnooty těchto neznámých:

(35) G

0

(36) 0 (37)

po vyřeešení této soustavy s v programu Mathcad M

829 N

(38)

4 603 N

(39)

BRNO 2012

21


Funkční vyjádření ohybových momentů pro dané intervaly: Interval

;

0; 79 (40)

Interval

;

0; 17 (41)

Interval

;

0; 83 (42)

Interval

;

0; 79 (43)

Interval

;

0; 17 (43)

Tab. 3 Hodnoty maximálních ohybových momentů pro jednotlivé intervaly

Interval

Délka intervalu

Funkční vyjádření

Hodnota

(-)

(mm)

(-)

(N·mm)

0; 79

2

0; 17

0; 83

2 2

0; 17

2

2

0; 79

Nejhorší místo se nachází v místě působení síly

BRNO 2012

2

2 2

-92 210 -131 900

56 380

-81 300 -56 840

.

22


Moddul průřezu v ohybu: ·

W

4 58 80 mm

(45)

Ohybbové napětí: |

|

W

2 28,79 MPa

(46)

Bezppečnost: ,

8,16

(47)

Vzhledem m k typu namáhání n a podmínkám m provozu daný čep vvyhovuje zv voleným předppokladům. 4.1.3 3 VÝPOČTTY OK BEZP PEČNOST KRUT T.

K SVARU U OKA O

NA AMÁHANÝCH NA

Cílem m výpočtu je zjistit bezpečnost b svarů, kteerými jsou přivařeny oka o OA a OA k profillům P a P pod plošiinou podvoozku. Pro zjednodušeení uvažuji, že maxiimální síla působí koolmo k okuu. Vzhledem m ke stejnným hodnotáám sil 3 8 821 N a stej ejným rozm měrům oboou ok poččítám pouzze s okem OA zatížženým silou . Obr. 15 SSilové schém ma Je ddána síla 2 258 8 N , šířka profilu oka o 72 mm , vodorovnná délka svaru 130 mm, vzdáleenost síly odd těžiště O ´´ 200 mm, tloušťťka profilu 5 mm.

Plochha účinnéhoo průřezu poodle rovnicee z [2] str. 511 5 pro kouutový obdelnníkový proffil: 1,414

1,414 · 5 · 72

130

1 428 m mm

(48)

Jednotkový poláární kvadrattický momeent z [2] str. 511 pro kooutový U proofil: 1,374 · 10 mm

(49)

Polárrní kvadratiický momennt sklopenéhho účinného o průřezu: 0,707

0,707 7 · 5 · 1,374 4 · 10

4,856 · 10 mm m

(50)

Radiální vzdálennost těžiště:: 74,303 mm

BRNO 2012

(51)

23


Kroutící moment:

´´

145

1,638 · 10 Nmm

(52)

Smykové napětí související s posouvající silou. ´

0,791 MPa

(53)

Smykové napětí od kroutícího momentu. ,

´´

·

·

,

·

,

2,506 MPa

(54)

Celková hodnota smykového napětí. ´

´´

0,791

2,506

2,628 MPa

(55)

Dovolená hodnota smykového napětí podle [2] str. 519: 0,75

88,125 MPa

(56)

Kde převodní součinitel svarového spoje volím podle [2] str. 519 pro ruční svařování elektrickým obloukem základních materiálů. (57) Z výpočtu vyplývá, že daný svar vyhovuje. MAXIMÁLNÍ

SÍLA

,

KTEROU PŮSOBÍ HYDROMOTOR NA OKA

A

PŘIVAŘENÉ

K RÁMU MANIPULÁTORU

Maximální síla působí těsně po zvednutí balíku ze země, protože síly nositelku v nejvzdálenějším bodě od osy rotace manipulátoru O.

a

mají

Je dána hmotnost balíku mb = 600 kg, součinitel bezpečnosti k = 2, dynamický součinitel ω = 1,3, odhadovaná hmotnost zvedané části mechanismu mm = 380 kg, vzdálenost těžiště balíku od osy rotace mechanismu lFb = 1 510 mm, odhadovaná vzdálenost těžiště mechanismu od osy rotace lFm = 60 mm, rameno na které působí pístnice v daném bodě 252 mm, hodnota gravitační konstanty g = 9,81 m·s-2,

BRNO 2012

24


Obr. 16 Silové schéma

Síla od balíku: 600 · 1,3 · 9,81

7 652 N

(58)

Síla od mechanismu: 380 · 1,3 · 9,81

4 846 N

(59)

Silová výslednice: 7 652

4 846

12 500 N

(60)

Momentová výslednice: 4 846 · 60

7 652 · 1 510

11,84 · 10 Nmm

(61)

Síla od pístnice:

,

·

47 000 N

(62)

Vzhledem ke způsobu zatěžování ok a možné proměně zatížení při zvedání balíku uvažuji pak 60000. OVĚŘIT

BEZPEČNOST SVARU U OK KONSTRUKCI MANIPULÁTORU

A

PŘIVAŘENÝCH KE

Pro zjednodušení výpočtu budu počítat pouze s jedním okem a to okem OB na které působí poloviční síla , dále u oka uvažuji svary na sebe kolmé. Je dána síla 60 000 N , šířka profilu oka 120 mm , vodorovná délka svaru 100 mm, vzdálenost nositelky síly od těžiště svaru O ´´ 250 mm , tloušťka profilu 7 mm. Obr. 17 Silové schéma

BRNO 2012

25


Plocha účinného průřezu podle rovnice z [2] str. 511 pro koutový obdelníkový profil: 1,414

1,414 · 7 · 120

100

2 178 mm

(63)

Jednotkový polární kvadratický moment z [2] str. 511 pro koutový obdelníkový profil: 1,775 · 10 mm

(64)

Polární kvadratický moment sklopeného účinného průřezu: 0,707

0,707 · 7 · 1,775 · 10

8,783 · 10 mm

(65)

78,1 mm

(66)

Radiální vzdálenost těžiště: 100

120

Kroutící moment:

´´

250

7,5 · 10 Nmm

(67)

Smykové napětí související s posouvající silou.

´

14 MPa

(68)

Smykové napětí od kroutícího momentu. , ·

´´

,

·

,

66,7 MPa

·

(69)

Celková hodnota smykového napětí. ´

´´

14

66,7

68,1 MPa

(70)

Dovolená hodnota smykového napětí: 0,75

88,125 MPa

(71)

Kde převodní součinitel svarového spoje volím podle [2] str. 519 pro ruční svařování elektrickým obloukem základních materiálů. (72) Z výpočtu vyplývá, že daný svar vyhovuje.

BRNO 2012

26


OVĚŘIT

BEZPEČ ČNOST SVA ARU U OK STRUKCI MA ANIPULÁTORU KONS

A

PŘIVAŘENÝ ÝCH KE

Pro zjednodušen z ní výpočtu budu počíttat pouze s jedním okeem a to okem m OC na kteeré působí poloviční p sííla . Je dána d síla 60 000 0 N , šířka profilu ok ka 12 20 mm , vodoorovná délkka svaru 350 mm m, vzdálenost nositelkyy síly od těěžiště svaru O ´´ 39 90 mm, tlouušťka profillu 7 m mm. Plochha účinnéhoo průřezu podle p rovnice z [2] strr. 511 pro kkoutový O Obr. 18 Silovéé schéma obdeelníkový proofil: 1,414

1,414 · 7 · 120

0 350

2 mm 4 652

(73)

Jednotkový poláární kvadrattický momeent z [2] str. 511 pro kooutový U proofil: 17,3 · 10 1 mm

(74)

Polárrní kvadratiický momennt sklopenéhho účinného o průřezu: 0,707

0,707 7 · 7 · 17,3

8,564 · 10 1 mm

(75)

Radiální vzdálennost těžiště:: 350

1 120

18 85 mm

(76)

Krouutící momennt:

´´

390

11,7 · 10 Nmm

(77)

Smykkové napětíí souvisejícíí s posouvajjící silou.

´

6,5 MP Pa

(78)

Smykkové napětíí od kroutícího momenntu. , ·

´´

,

·

,

25 MPa

·

(79)

Celkková hodnotta smykovéhho napětí. ´

´ ´´

6,5 5

25

26 MPa

(80)

Dovoolená hodnoota smykovéého napětí: 0,75

BRNO 2012

88,125 MP Pa

(81)

27


Kde převodní sooučinitel svvarového spoje volím podle [2] str. 519 pro ruční sv vařování elekttrickým oblooukem záklladních matteriálů. (82) Z výppočtu vyplýývá, že danýý svar vyhovuje. 4.1.4 4 PROBLÉ ÉM S VYVÁŽE ENÍM Jak již j bylo zm míněno v kappitole 3.6, může m nastaat problém s překlopenním přeprav vníku při nakláádce, kdy jee přepravníkk prázný. Je uvažován na maximálnní svahová dostupnost traktoru 12°. Výpoočet momenntové rovnoováhy při naakládání ballíku ve svahhu. Cílem vvýpočtu je zjjistit zda je nuutné montovvat závaží naa přepravník. Odhaadem zjištěěná hmotnoost podvozzku po odsstranění neppotřebných komponen nt 1700 0 kg. Odhaadované déllkové rozměěry:

1 250 mm,

50 00 mm,

1 100 mm

Obrr. 19 Silové schéma s

Síla od o balíku z rovnice (588) je F

7 7 652 N

Síla od o mechaniismu z rovnnice (59) je F

4 846 6 N

Síla od o návěsu: 17 700 · 9,81

BRNO 2012

16 677 N N

(83)

28


Momentová výslednice kolem osy O: (84) 7 652 · 1 250

4 846 · 500

11,988 · 10

18,344 · 10

16 677 · 1 100

(85) (86)

Za daných předpokladů se přepravník nepřevrátí.

BRNO 2012

29


5 POPIS NAVRŽE N ENÉHO ZAŘÍZEN Z NÍ A POP PIS PROV VOZU 5.1 TECHNIC CKÉ ŘEŠEN NÍ Jak již byllo uvedeno v úvodu, přřepravník jee navržen taak, aby splňňoval požadavky jen na naakládku, přeevoz a vyklládku balíkůů. U všech výpočtů v bezzpečnost doosahovala vysokých v hodnnot, takže voolená ocel kvalitou k dostačuje nav vrženému koonceptu. Vššechny kom mponenty (hadiice, hydrom motor, maznnice, atd.) budou b nako oupeny. Koonstrukce bočnic na po odvozku budee realizovánna pomocíí oceli z vlastních zd drojů. Tatoo konstrukcce vzhledem m k její robustnosti nepootřebuje kvaalitnější oceel. Uložení hydromotoru h u je navrženo tak, aby y mechanism mus při skllopení do přepravní p polohhy byl zasttaven dorazzem hydrom motoru. Jed dnoduše lze říct, že vššechny kom mponenty nebuudou namáhhány při skloopení do přeepravní polo ohy větší sillou, než je uuvedena ve výpočtu 6, rovvnici 0. 5.1.1 1 HYDROM MOTOR Hydromottor bude zakoupen u firmy HYD DRAULICS S s.r.o.. Jeddná se o typp ZH1 40/222x400 R. Hnací médium, m v tomto přípaadě hydraaulický ollej, prouddí do hydromotoru z čerpadla č traaktoru, ze kterého k je přepravník p ovládán. V příloze P1 je zobraazena stránnka z kataloogu [8], kdde jsou popsány základdní paramettry hydrom motoru, včetnně rozměrů.. TECH HNICKÝ POP PIS – FUNKC CE VÝROBKU [8] Přímočarýý hydromottor ZH1 je prvek, kterýý přeměňujee tlakovou energii na energii e Obr. 20 Hydromootor ZH1 [8]] mechhanickou – axiální síílu pístní tyče t v obouu směrech. Svou konsttrukcí nevyžžadují zvlášštní požadaavky na obssluhu a údržžbu. Pro bezvvadnou a beezpečnou fuunkci je nuttno řídit se provozním mi a technicckými podm mínkami. Hydrromotor ZH H1je sestavven z trubbky s přesn ně opracovvaným vnittřním prům měrem v toleranci H8. Na N ní jsou navařeny n přiipojovací hrrdla pro vsttup tlakovéého oleje s vnitřním v závittem a zátka společně s pevným okkem válce. Oko válce i oko pístníí tyče je staandardně osazeeno klouboovým ložiskkem.Víko pro p vedeníí pístní tyčče spolu s těsnícími prvky p je našrooubováno do d trubky pláště p válcee. Na brouššené – lešttěné a chroomované pístní tyči rozm měrové tolerrance f7 je z jedné stranny navařeno o závěsné okko, druhý kkonec tyče je osazen písteem. 5.1.2 2 RYCHLO OSPOJKA Prvek pro připojení hydrauliky h k traktoru, v tomto příppadě rychloospojka, je od o firmy SCH HEYER. Jeddná se o typ RK 12. 5.1.3 3 OSTATN NÍ HYDRAULIICKÉ KOMPO ONENTY Rozvodyy hydraulikyy vedoucí od o traktoru k hydromootru budou zakoupeny u firmy AMP P Hydraulikka Bučovicce. Základnní spojovaccí rozměr je j M18x1,55. Připojen ní trubek k přeepravníku jee pomocí drržáků. BRNO 2012

30


5.2 PROVOZ STROJE Přepravník se pohybuje při přepravě se zvednutým manipulačním ramenem. Před najetím na balík traktorista rameno spustí, zajede vidlemi pod balík a rameno zvedne. Při dosažení horní úvrati se balík překlopí vlivem působení gravitační síly a dopadne na řetězový dopravník (obr. 21) na podvozku, který je zde původní. Tento dopravník sloužil u původního sběracího návěsu k vykládce materiálu a k jeho presování při samotném sběru na poli. Při nájezdu na další balík traktorista posune balík o jeho délku dál a naloží další balík. Toto provádí do té doby, než naplní kapacitu přepravníku.

Obr. 21 Řetězový dopravník

Při vykládce traktorista sklopí zadní bočnici a pomocí dopravníku vyloží balíky. 5.2.1 ÚDRŽBA STROJE Stroj bude skladován v přepravní poloze v hangáru. Padání ramena bude zabraňovat železné lanko, které bude spojovat oko OL našroubované na zpevňovacím plátu Pz s okem na návěsu. Mazat se budou čepy ČA, ČB a čepy u hydromoturu za pomocí maznic, které jsou našroubovány do výztuh držící tyto čepy. Mazat se bude dekalamitkou a jako mazací médium bude sloužit hlinité mazivo A00 od Slovnaftu.

BRNO 2012

31

ZÁVĚR

ZÁVĚR Cílem mé bakalářské práce byl návrh manipulátoru na kulaté balíky. Po vyhodnocení mechanismů od různých výrobců jsem navrhl konstrukční řešení, které odpovídá požadavkům soukromého zemědělce. U hlavních komponent jsem spočítal, zda jsou napětí působící na součásti v bezpečných mezích a zda svary vydrží jejich namáhání. Navržený manipulátor má hmotnost cca 450 kg. Je konstruován pro manipulaci s balíky o hmotnosti do 600 kg, průměru 1 300 mm a výšce 1 200 mm. Rozsah naklopení manipulátoru je 45°. Maximální přepravní rychlost přepravníku je 25 km/h.

BRNO 2012

32

POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE

POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE [1] Přehled vlastností oceli S235JR. [online]. [cit. http://prirucka.bolzano.cz/cz/technickapodpora/techprirI/tycovaocel/EN10025/S235JRG2/

2012-04-22].

Dostupné

z:

[2] SHIGLEY, J.E. - MISCHKE, Ch.R. - BUDYNAS R.G.: Konstruování strojních součástí, Vydalo VUT v Brně, nakladatelství VUTIUM 2010, ISBN 978-80-214-2629-0 [3] SMS CZ s.r.o. [online]. [cit. 2012-04-22]. Dostupné z: http://www.smscz.cz/ [4] SIPMA S.A. – Producent maszyn rolniczych i ogrodniczych. [online]. [cit. 2012-04-22]. Dostupné z: http://www.sipma.pl/ [5] Macchine Agricole Industrali. [online]. [cit. 2012-04-22]. Dostupné z: http://www.craisrl.com [6] POL-MOT Warfama. [online]. [cit. 2012-04-22]. Dostupné z: http://warfama.pl/ [7] Ladewagen Otto Gruber. [online]. [cit. 2012-04-22]. Dostupné z: http://www.mb-ottogruber.at/ [8] Výrobní katalog přímočarých hydromotorů. [online]. [cit. 2012-04-24]. Dostupné z: http://www.hydraulics.cz/Vyrobni_katalog_primocarych_hydromotoru.pdf

BRNO 2012

33

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ [mm]

vzdálenost osy trubky T1 k svislé půlicí rovině balíku

[mm]

délkový rozměr

[mm]

délkový rozměr

[mm]

délkový rozměr

[mm]

vzdálenost osy trubky T1 a osy balíku

[mm]

délkový rozměr

[mm]

délkový rozměr

[mm]

délkový rozměr

[mm]

délkový rozměr svaru

[mm]


[mm]


[mm]

délkový rozměr

[mm]

délkový rozměr

[mm]

délkový rozměr

[mm]

vnitřní poloměr trubky T1

[mm]

délkový rozměr

[mm]

délkový rozměr

[mm]

délkový rozměr

[mm]

vnější poloměr trubky T1

[mm]

průměr čepu

[mm]

průměr čepu

[mm]

poloměr balíku

[mm]

délkový rozměr

[mm]

délkový rozměr

E

[Pa]

modul pružnosti v tahu

A

[N]

síla v bodě A

B

[N]

síla v bodě B

C

[N]

síla v bodě C

[N]

nahrazující síla

A

[N]

reakční síla v bodě A

B

[N]

reakční síla v bodě B

C

[N]

reakční síla v bodě C

D

[N]

reakční síla v bodě D

BRNO 2012

34


E

[N]

reakční síla v bodě E

F

[N]

reakční síla v bodě F

G

[N]

reakční síla v bodě G

[N]

síla působící ve směru osy x

[N]

síla působící ve směru osy y

[N]

síla od mechanismu

[N]

síla od návěsu

[N]

maximální síla od pístnice

[N]

silová výslednice -1

[m·s ]

gravitační zrychlení

[mm]


[mm]


[mm]


4

polární kvadratický moment sklopeného účinného průřezu

4


4


[mm ]

[mm ]

[mm ] [mm4]

jednotkový polární kvadratický moment

[mm4]


[mm4]


[mm4]

kvadratický moment průřezu

[-]

součinitel bezpečnosti

[-]


[-]


[-]

součinitel bezpečnosti svaru

[-]


[-]


[mm]

vzdálenost těžiště balíku od osy rotace mechanismu

[mm] [mm]

odhadovaná vzdálenost těžiště mechanismu od osy rotace rameno, na které působí pístnice

´´

[mm]

vzdálenost síly od těžiště

´´

[mm]


´´

[mm]


[mm] [mm]

BRNO 2012

odhadovaná vzdálenost těžiště balíku od osy rotace odhadovaná vzdálenost těžiště mechanismu od osy rotace

35


[mm]

odhadovaná vzdálenost těžiště návěsu od osy rotace

[kg]

hmotnost balíku

[kg]

hmotnost mechanismu

[kg]

hmotnost návěsu

[kg]

hmotnost vidlice

[N·m]

kroutící moment

[N·m]

kroutící moment

[N·m]

kroutící moment

[N·m]

ohybový moment kolem bodu C

[N·m]

ohybový moment kolem bodu D

[N·m]

ohybový moment kolem bodu F

[N·m]

ohybový moment kolem bodu F

[N·m]

ohybový moment

[N·m]

maximální ohybový moment v intervalu a2

[N·m]


[N·m]


[N·m]

maximální ohybový moment v intervalu b2

[N·m]


[N·m]


[N·m]

maximální ohybový moment v intervalu c2

[N·m]


[N·m]


[N·m]

maximální ohybový moment v intervalu d2

[N·m]


[N·m]


[N·m]

maximální ohybový moment v intervalu e3

[N·m]

maximální ohybový moment v intervalu e4

[N·m]

momentová výslednice

[N·mm]

liniové zatížení působící trubku T1

[N·mm]

liniové zatížení působící trubku T2

[mm]

radiální vzdálenost těžiště

[mm]


[mm]


[Pa]

minimální mez kluzu

BRNO 2012

36


[mm]

šířka balíku

[mm2]

plocha účinného průřezu pro koutový obdelníkový profil

[mm2]


[mm2]


[mm4]

modul průřezu v ohybu

4


4

[mm ]


x

[mm]

neznámá veličina

[mm]

tloušťka profilu

[mm]

tloušťka profilu

[mm]

tloušťka profilu

[°]

úhel mezi sílou od gravitačního zrychlení a liniového zatížení

[-]

převodní součinitel svarového spoje

[-]


[-]


[Pa]

ohybové napětí

[Pa]

ohybové napětí

[Pa]

ohybové napětí

´´

[Pa]

napětí od kroutícího momentu

´´

[Pa]


´´

[Pa]


´

[Pa]

napětí od posouvající síly

´

[Pa]


´

[Pa]


[Pa]

celková hodnota smykového napětí

[Pa]


[Pa]


[Pa]

dovolená hodnota smykového napětí

[Pa]


[Pa]


[-]

dynamický součinitel

[mm ]

ω

BRNO 2012

37


SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Sběrací návěs ................................................................................................................... 9 Obr. 2 Samo-nakládací přepravník SP - V2x4 [3] ................................................................... 10 Obr. 3 Samo-nakládací přepravník SP - V2x5 [3] ................................................................... 10 Obr. 4 Samo-nakládací přepravník SP – V3x5 [3] ................................................................... 11 Obr. 5 Samo-nakládací přepravník SP - V2x5 [3] ................................................................... 11 Obr. 6AC/6 PC[5] ..................................................................................................................... 12 Obr. 7 T-127[6] ........................................................................................................................ 13 Obr. 8 BLW 10 [7] ................................................................................................................... 13 Obr. 9 Podpěra manipulátoru ................................................................................................... 15 Obr. 10 Balík na vidlici ............................................................................................................ 16 Obr. 11Úhel mezi q a g............................................................................................................. 16 Obr. 12 Silové schéma .............................................................................................................. 18 Obr. 13 Silové schéma .............................................................................................................. 19 Obr. 14 Silové schéma .............................................................................................................. 21 Obr. 15 Silové schéma .............................................................................................................. 23 Obr. 16 Silové schéma .............................................................................................................. 25 Obr. 17 Silové schéma .............................................................................................................. 25 Obr. 18 Silové schéma .............................................................................................................. 27 Obr. 19 Silové schéma .............................................................................................................. 28 Obr. 20 Hydromotor ZH1 [8] ................................................................................................... 30 Obr. 21 Řetězový dopravník..................................................................................................... 31

BRNO 2012

38

SEZNAM PŘÍLOH

SEZNAM TABULEK Tab. 1 Porovnání přepravníků kulatých balíků, které jsou k dostání na českém trhu ............. 14 Tab. 2 Hodnoty maximálních ohybových momentů pro jednotlivé intervaly......................... 20 Tab. 3 Hodnoty maximálních ohybových momentů pro jednotlivé intervaly......................... 22

BRNO 2012

39

SEZNAM PŘÍLOH

SEZNAM PŘÍLOH Příloha P1

Stránka z katalogu firmy Hydraulics [8]

Příloha P2

Manipulátor

BRNO 2012

40

SEZNAM PŘÍLOH

Příloha P1 Stránka z katalogu firmy Hydraulics [8]

BRNO 2012

41

HYDRAULICKÝ MANIPULÁTOR PRO MANIPULACI SE SENÁŽÍ

Recommend Documents