SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE DIPLOMSKI RAD Josip Petić Zagreb, 08.
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE DIPLOMSKI RAD Mentori: Prof. dr. sc. Neven Pavković, dipl. ing. Student: Josip Petić Zagreb, 08.
Izjavljujem da sam ovaj rad izradio samostalno koristeći znanja stečena tijekom studija i navedenu literaturu. Zahvaljujem se svom mentoru prof. dr. sc. Nevenu Pavkoviću na iskazanoj pomoći i stručnim savjetima pri izradi ovog diplomskog rada. Zahvaljujem se prijateljima i kolegama s fakulteta na podršci i pomoći tijekom studiranja. Posebno zahvaljujem svojoj obitelji bez čije velike potpore i poticanja tijekom cijelog školovanja ne bih postigao ovaj uspijeh. Josip Petić
SADRŽAJ SADRŽAJ... I POPIS SLIKA... III POPIS TABLICA... V POPIS TEHNIČKE DOKUMENTACIJE... VI POPIS OZNAKA... VII SAŽETAK... IX SUMMARY... X. UVOD... - -. OMATANJE BALA...- -.. Folija... - -.. Bale... - 4 -.. Omatanje bale... - 5 -. TRAKTOR...- 6 -.. Poteznica... - 6 -.. Priključno vratilo traktora... - 9 -.. Hidraulika traktora... - -... Hidraulički motor... - -... Hidraulički cilindar... - - 4. ANALIZA TRŽIŠTA...- - 4.. Nošeni omotači bala... - - 4... Metal Fach Z560... - - 4... Mascar 00 S... - 5-4.. Vučeni omotači bala... - 6-4... Macar 00 S... - 6-4... Metal Fach Z577... - 7-4.. Usporedba postojećih rješenja... - 9-5. FUNKCIJSKA DEKOMPOZICIJA... - 0-6. MORFOLOŠKA MATRICA... - - 7. KONCEPTI...- 6-7.. Koncept... - 6-7.. Koncept... - 8-7.. Vrednovanje koncepata... - 0-8. PRORAČUN I KONSTRUKCIJSKA RAZRADA...- - 8.. Izbor hidromotora... - - 8.. Proračun lančanika... - 7-8... Proračun lančanika L i L... - 7-8... Broj članaka lančanog prijenosa... - 9-8... Osni razmak... - 40 - Fakultet strojarstva i brodogradnje I
8... Brzina lanca... - 40-8...4. Vučna sila lanca... - 40-8...5. Centrifugalna sila... - 4-8...6. Ukupna vučna sila... - 4-8...7. Vijek trajanja spojnice... - 4-8...8. Odabrana vrsta lanca... - 4-8... Proračun lančanika L5 i L6... - 4-8... Broj članaka lančanog prijenosa... - 44-8... Osni razmak... - 44-8... Brzina lanca... - 44-8...4. Vučna sila lanca... - 45-8...5. Centrifugalna sila... - 45-8...6. Ukupna vučna sila... - 45-8...7. Vijek trajanja spojnice... - 45-8...8. Odabrana vrsta lanca... - 46-8... Proračun lančanika natezača folije... - 46-8... Broj članaka lančanog prijenosa... - 46-8... Osni razmak... - 46-8... Odabrana vrsta lanca... - 46-8.. Proračun vratila... - 47-8... Proračun vratila valjka [0]... - 47-8... Dimenzioniranje vratila... - 50-8... Opterećenje vratila momentima u pojedinim presjecima... - 5-8... Kontrola pojedinih presjeka vratila (postojeće sigurnosti)... - 54-8... Proračun ležaja vratila valjka... - 57-8... Proračun vratila z- L5 [0]... - 58-8... Dimenzioniranje vratila... - 6-8... Opterećenje vratila momentima u pojedinim presjecima... - 64-8...4. Kontrola pojedinih presjeka vratila (postojeće sigurnosti)... - 67-8..4. Proračun ležaja vratila... - 69-8.4. Proračun zupčanika z, z... - 70-8.5. Proračun ležaja stola... - 7-8.6. Proračun zavara upornice [4]... - 7-8.7. Proračun zavara profila postolja... - 74-8.8. Proračun zavara valjka... - 78-8.9. Proračun profila postolja... - 80-8.0. Ispitivanje stabilnosti traktora... - 80-8.. Konstrukcijsko rješenje... - 8-9. ZAKLJUČAK... - 85 - LITERATURA... - 86 - PRILOZI... - 87 - Fakultet strojarstva i brodogradnje II
POPIS SLIKA Slika. Bale sijena... - - Slika. Izgled folije... - - Slika. Dimenzije cijevi... - - Slika 4. Dimenzije bale... - 4 - Slika 5. Poteznica... - 6 - Slika 6. Dimenzije standardnog priključka... - 8 - Slika 7. Zglobno vratilo (kardan)... - 9 - Slika 8. Crtež zglobnog vratila prema ISO 500-... - 0 - Slika 9. Simboli hidromotora... - - Slika 0. Simbol hidrocilindra... - - Slika. Metal - Fach Z560... - - Slika. Mascar 00S... - 5 - Slika. Mascar 00 S... - 6 - Slika 4. Metal - Fach Z577... - 7 - Slika 5. Funkcijska dekompozicija... - 0 - Slika 6. Koncept... - 6 - Slika 7. Koncept... - 8 - Slika 8. Skica rotiranja bale... - - Slika 9. Shema alata... - - Slika 0. Skica proračuna broja okretaja valjka... - - Slika. Dimenzije hidromotora... - - Slika. Dijagram hidromotora... - 4 - Slika. Dimenzije lančanika... - 7 - Slika 4. Djelovanje vučne sile lanca na vratilo... - 47 - Slika 5. Shematski prikaz sila na vratilo... - 47 - Slika 6. Sile u x i y ravnini vratila... - 48 - Slika 7. Vratilo... - 5 - Slika 8. Ležaj SYJ 0 TF... - 58 - Slika 9. Djelovanje vučne sile lanca na vratilo... - 58 - Slika 0. Shematski prikaz sila na vratilo... - 59 - Slika. Horizontalna i vertikalna ravnina vratila... - 59 - Slika. Zupčanik KHK SMA4-0... - 60 - Slika. Vratilo... - 64 - Slika 4. Ležaj 6008-RS... - 70 - Slika 5. Proračun zupčanika... - 7 - Slika 6. Ležaj QJ 08 MA... - 7 - Slika 7. Zavar upornice... - 7 - Slika 8. Zavar profila postolja... - 74 - Slika 9. Proračunska shema zavara... - 75 - Slika 40. Zavar između prirubnice i vratila... - 78 - Fakultet strojarstva i brodogradnje III
Slika 4. Tehnički podaci traktora... - 80 - Slika 4. Matematički model težišta... - 8 - Slika 4. Matematički model težišta uključujući teret... - 8 - Slika 44. Traktorski priključak za omatanje bala sijena... - 8 - Slika 45. Nosiva konstrukcija... - 8 - Slika 46. Detalj stola... - 8 - Slika 47. Pogled sa strane... - 84 - Fakultet strojarstva i brodogradnje IV
POPIS TABLICA Tablica. Dimenzije papirnate cijevi... - - Tablica Tehnički podaci role filije... - - Tablica. Težine bala... - 4 - Tablica 4. Ovisnost broja omotanih bala o širini folije... - 5 - Tablica 5. Ovisnost broja okreta bale o širini folije... - 5 - Tablica 6. Kateegorije poteznica... - 7 - Tablica 7. Dimenzije standradnog priključka prema ISO 70- normi... - 8 - Tablica 8. Dimenzije zglobnog vratila prema ISO 500-... - 0 - Tablica 9. Karakteristike Metal - Fach Z560... - 4 - Tablica 0 Karakteristike Mascar 0S... - 5 - Tablica. Mascar 00 S... - 6 - Tablica. Metal - Fach Z577... - 8 - Tablica. Usporedba postojećih rješenja... - 9 - Tablica 4. Popis funkcija... - - Tablica 5. Morfološka matrica... - - Tablica 6. Koncept... - 7 - Tablica 7. Koncept... - 9 - Tablica 8. Vrednovanje koncepata... - 0 - Fakultet strojarstva i brodogradnje V
POPIS TEHNIČKE DOKUMENTACIJE DR_8_0_0_0 OMOTAČ BALA DR_8 0_0 SKLOP BUBNJA DR_8 0 VRATILO BUBNJA DR_8 0_0 SKLOP POGONSKOG VRATILA BUBNJA DR_8 0 VRATILO DR_8_4_0_0 NOSIVA KONSTRUKCIJA DR_8_5_0_0 POSTOLJE DR_8_7_0_0 NOSAČ FOLIJE DR_8_7 0 ZAVARENA KONSTRUKCIJA NOSAČA FOLIJE DR_8_7_5_0 SKLOP VALJKA Fakultet strojarstva i brodogradnje VI
POPIS OZNAKA Oznaka Jedinica Opis a mm osni razmak amax mm maksimalna debljina zavara amin mm minimalna debljina zavara a mm približan osni razmak Az mm površina zavara b - faktor veličine b - faktor kvalitete površine C N dinamička nosivost ležaja C N dinamičko opterećenje ležaja d mm maksimalni promjer valjka lanca da mm tjemeni promjer lančanika df mm podnožni promjer lančanika f - proračunski faktor lanca F N sila Fb N dopušteno opterećenje lanca Fc N najveća vučna sila u lančanoj traci FM N lomna sila lanca Fr N obodna sila Ft N radijalna sila F` N dio sile koji otpada na zavar g m/s gravitacijsko ubrzanje G N težina Gb N težina bale Gz N težina stola h mm visina i - prijenosni omjer I mm 4 moment tromosti Ix mm 4 moment tromosti presjeka zavara Iy kgm moment tromosti oko osi okomite na os rotacije Iz kgm moment tromosti krutog tijela obzirom na os rotacije k mm visina zuba l mm duljina Fakultet strojarstva i brodogradnje VII
L mm duljina lanca L0h h zahtijevani nazivni vijek trajanja ležaja m kg masa ms kg masa stola M Nmm moment savijanja Mred Nmm reducirani moment savijanja n min - broj okretaja u minuti p mm korak lanca P W snaga koja se prenosi lančanim prijenosom Pd W udarna snaga q N/mm kontinuirano opterećenje Q N sila Re N/mm granica razvlačenja t s vrijeme T Nm okretni moment THM Nm okretni moment hidromotora T Nm dio momenta zavara u mm krak v m/s brzina lanca W mm moment otpora Wx mm moment otpora presjeka zavara Wp mm torzijski moment otpora X - broj članaka lanca y - značajka udara 0 - faktor čvrstoće materijala - faktor udara dop N/mm dopušteno naprezanje materijala zdop N/mm dopušteno naprezanje zavara kut zuba lančanika - iskoristivost Fakultet strojarstva i brodogradnje VIII
SAŽETAK Tema ovog rada je razvoj traktorskog priključka za omatanje bala sijena. Analizom tržišta pronađena su postojeća rješenja proizvoda za omatanje bala. Na temelju funkcijske dekompozicije i morfološke matrice predložena su dva različita koncepta čijim se vrednovanjem došlo do daljnjih smjernica za konstrukciju uređaja. Napravljen je proračun kritičnih i nestandardnih dijelova, te je izrađen D model i tehnička dokumentacija dijelova uređaja korištenjem programskog paketa Soliworks 05. Ključne riječi: bala, folija, omatanje. Fakultet strojarstva i brodogradnje IX
SUMMARY The theme of this master thesis is a development and design of the tractor mounted bale wrapper. The market analysis was used for indentification of the existing solutions for bale wrapping. Based on functional decomposition and morphological matrix two concepts are made. Further machin design is guided by evaluating concepts. Key and non-standard parts of maching are dimensioned based of calculations. And finally D model and technical documentation were created by using Solidworks 05 Cad tool. Key words: bale, foil, wrapping Fakultet strojarstva i brodogradnje X
. UVOD Sijeno, sjenaža i silaža se smatraju neophodnom hranom za ishranu pojedinih kategorija stoke, kao što su goveda, ovce i dr., u zimskim mjesecima. U nizinskim krajevima sijeno i sjenaža se uglavnom proizvodi od leguminoza- lucerne i djeteline, rjeđe njihovih smjesa sa livadskim travama, a u brdskim krajevima od livadskih trava. Uspješna proizvodnja u stočarstvu nezamisliva je bez spremanja sjenaže, koja po hranjivoj vrijednosti i drugim osobinama predstavlja odlično hranjivo za goveda. Postoje različite tehnologije spremanja sjenaže a jedna od njih je prešanje (baliranje) i omatanje sjenaže u foliju. U ovom radu će se pristupiti pronalaženju riješenja stroja koji vrši funkciju omotavanja bale u foliju. Slika. Bale sijena Fakultet strojarstva i brodogradnje - -
. OMATANJE BALA.. Folija Nakon postupka baliranja dolazimo do omotavanja bala stretch" folijom. Omotavanje je potrebno izvršiti kvalitetnom stech folijom, kako bi se istisnulo što više zraka, tj. da bala bude hermetički zatvorena za pokretanje anaerobne fermentacije biljne mase. Omatanje bala bi se trebalo obavljati odmah nakon prešanja. Slika. Izgled folije,,stretch" folija je specijalna folija izrađena za omatanje bala poznata još kao i silo-folija. Izrađena je od LLDPE materijala (linearni polietilen niske gustoće), rastezljivosti do 80%. Najčešće je mliječno bijele ili zelene boje, debljine 5 mikrona (µm). Folije su višeslojne i stabilizirane protiv razgradnje pod utjecajem UV zraka. Otporna je na udarce, ne propušta kisik te je potpuno otporna na sve vremenske uvijete. Rok trajnosti pri vanjskim uvjetima skladištenja je mjeseci. Najčešće širine folije su 500 mm i 750 mm. Tablica. Dimenzije papirnate cijevi Unutarnji promjer : 76 mm Vanjski promjer : 9 mm Težina : 0,7 kg Debljina stijenke : 6 mm Fakultet strojarstva i brodogradnje - -
Slika. Dimenzije cijevi Ovisno o debljini folije mijenjaju se ostali parametri. To je propisano standardom ISO 459. U [Tablica ] mogu se vidjeti podaci za širinu folije od 500 mm. Tablica. Tehnički podaci role filije Debljina folije Debljina [μm] 5 7 0 0 5 Dužina folije [m] 500 900 700 500 050 950 Širina folije [mm] 500 500 500 500 500 500 Težina [kg] 8,8 6,4 6,4 7,0 7,4 6,85 Promjer [cm],4,4 5 Fakultet strojarstva i brodogradnje - -
.. Bale Slika 4. Dimenzije bale Postoje različite dimenzije bala koje ovise o stroju. Najčešće su to dimenzije prikazane na [Slika 4]. Kreću se u rasponu promjera90 50cm i visine 0-50cm. Naravno postoje i strojevi za baliranje bala većih dimenzija. U [Tablica ] su prikazane težine bala ovisno o veličini i gustoći. Tablica. Težine bala Promjer Visina Težina (kg) Gustoća (kg/cm ) (cm) 9 0 0 0 04 7 50 7 0 5 58 90 46 5 0 59 86 4 5 5 99 445 490 55 5 8 576 640 708 77 Fakultet strojarstva i brodogradnje - 4 -
.. Omatanje bale U [Tablica 4] su prikazani podaci o broju omotanih bala od jedne role folije. Pretpostavka je da se omata bala promjera 0 cm i visine 0 cm i da je jednolikog oblika. Može se vidjeti da se folijom veće širine omogućuje omatanje većeg broja bala iako je folija kraća. Tablica 4. Ovisnost broja omotanih bala o širini folije Specifikacija folije (š) x (d) 6 slojeva folije 4 slojeva folije 500 mm x 800 m 7 6 750 mm x 500 m U idealnim uvjetima potrebno je minimalno 6 slojeva folije s minimalno 50 % preklapanja folije. U [Tablica 5] su prikazani podaci o potrebnom broju okreta bale u ovisnosti o širini folije i o traženom broju slojeva. Npr. ako se omata bala folijom širine 500 mm i želi se ostvariti 6 slojeva folije potrebno je okrenuti balu 6 puta. Upotrebom šire folije smanjuje se broj okreta bale i samim time potrebno vrijeme omatanja. Tablica 5. Ovisnost broja okreta bale o širini folije Širina folije 6 slojeva folije 4 slojeva folije 500 mm 6 4 750 mm 4 6 Fakultet strojarstva i brodogradnje - 5 -
. TRAKTOR Poljoprivredni traktor je vozilo namijenjeno obavljanju poslova po cestama i poljima, sposobno za nošenje, upravljanje, vuću i pogon oruđa- priključaka ili pokretnih i nepokretnih strojeva i vuću prikolica. Na njih se mogu priključiti različiti strojevi posebne namjene, kao što su plugovi, prikolice, malčeri i sl. Osnovna podjela traktora je prema konstrukciji: jednoosovinski: s kotača ili bez kotača (motokultivatori) dvoosovinski: s upravljanjem na zadnje kotače, na sva 4 kotača, zglobni traktori Uz tu podjelu postoji još niz drugih podjela s obzirom na namjenu, snagu i sl... Poteznica Poteznica je uređaj za priključivanje oruđa, odnosno strojeva za traktor načinom koji omogućava obavljanje određenih radova. Vrste poteznica: Klasična - na starijim tipovima traktora, ali i na novijim motorima velikih instaliranih snaga, radi vuće širokozahvatnih oruđa Hidraulična (trozglobna) - za priključivanje ovjesnih i poluovjesnih oruđa i strojeva Slika 5. Poteznica Fakultet strojarstva i brodogradnje - 6 -
Dijelovi poteznice su: ramena hidrauličkih podizača, lijeva podizna poluga, desna podizna poluga s vijkom za poravnavanje i gornja traktorska poluga (upornica). Hidraulični podizači rade na hidrostatskom principu, tj. potisnom silom na putu pomicanja klipa nasuprot teretu obavljaju rad. Mogu obavljati slijedeće: podizanje i spuštanje ovjesnih i poluovjesnih oruđa prisilno spuštanje oruđa podržavanje oruđa u podignutom stanju održavanje stalnog položaja oruđa sa radnim dijelovima ispod ili iznad površine tla održavanje stalnog vučnog otpora Upornica služi za reguliranje kuta nagiba kako bi se postigao pravilan položaj radnog priključka. Stražnja poteznica definirana je normom ISO 70-. Postoje 4 kategorije poteznica koje ovise o snazi traktora. Što je veća kategorija, poteznice su masivnije. Tablica 6. Kateegorije poteznica Kategorija Snaga traktora (kw) 0 <5 5 do 0-4 0-4 do 67-7 >67-7 Fakultet strojarstva i brodogradnje - 7 -
Slika 6. Dimenzije standardnog priključka Tablica 7. Dimenzije standradnog priključka prema ISO 70- normi Kategorija Dimenzije (mm) d 5.7 +0. +0.5 b 5 min 5 min b 86 max. 95 max D 8-0. 6.6-0. b 49 min. 5 min l 85 ±.5 965 ±.5 d gornji svornjak min min donji svornjak min 7 min h 60 ±.5 685 ±.5 Fakultet strojarstva i brodogradnje - 8 -
.. Priključno vratilo traktora Priključno vratilo (kardan) služi za pogon mehanizama i radnih dijelova priključenih strojeva. Svi traktori imaju stražnje priključno vratilo, a kod novijih traktora se nalazi i s prednje strane kao i s bočne strane. Broj okretaja vratila je standardiziran na 540 okretaja u minuti, i to kod nazivnog broja okretaja radilice motora ili kod maksimalne snage motora. Na traktorima većih snaga primjenjuje se kao standard 000 okretaja u minuti. Postoje i dvobrzinska priključna vratila sa 540 i 000 okretaja u minuti. Obično se standardizirani broj okretaja postiže na 75 % turaže, pa ako je npr. nominalna turaža traktora 00o/min, na priključnom vratilu bit će 540 o/min pri turaži motora traktora od 650 o/min. Prema standardu smjer vrtnje vratila je suprotno od kazaljke na satu kada se gleda sa stražnje strane traktora. Norme koje to propisuju su ISO 500-, ISO 500-, ISO 500-. Slika 7. Zglobno vratilo (kardan) Fakultet strojarstva i brodogradnje - 9 -
Slika 8. Crtež zglobnog vratila prema ISO 500- Tablica 8. Dimenzije zglobnog vratila prema ISO 500- Dimenzije (mm) A 8 ± 0,8 B 76 C 6 + D 0⁰ ±0, E 9,4±0, R 6,8±0,5 Z 6 DEE 4,87-0, DFE 0,00 DIE 9,00-0,0 SVMAX 8,64 SMAX (8,60) SMIN 8,5 Fakultet strojarstva i brodogradnje - 0 -
.. Hidraulika traktora Uz mehanički pogon pomoću izlaznog vratila na traktoru postoji i hidraulički pogon. Osnovni elementi tog sustava su pumpa, radni fluid, cjevovod, upravljački elementi i hidraulički motor. Pumpa pretvara mehanički rad u energiju radnog fluida, zatim se pomoću cjevovoda i upravljačkih elemenata ostvaruje prijenos i upravljanje i na kraju se na motoru vrši pretvorba energije fluida u mehanički rad.... Hidraulički motor Hidraulički motor (hidromotor) je izvršni dio u hidrauličnom pogonu. Dijele se na rotacijske hidrauličke motore, hidraulične cilindre i zakretne hidraulične motore. Suprotno hidrauličnim pumpama, hidraulični motori pretvaraju energiju hidrauličkog fluida u mehanički rad. Konstrukcija rotacijskih motora i pumpi je u osnovi jednaka, pa se često isti stroj može prema potrebi upotrebljavati kao pumpa ili motor (reverzibilni stroj). Prema brzini vrtnje razlikuju se sporohodni (do 000 o/min) i brzohodni motori. Budući da je snaga motora jednaka umnošku momenta i brzine vrtnje (PM = M ω), za istu snagu motora mora se uz smanjenje brzine povećavati moment. Zato sporohodni motori često zahtijevaju veliki moment []. Slika 9. Simboli hidromotora Fakultet strojarstva i brodogradnje - -
... Hidraulički cilindar Hidraulički cilindar ili linearni hidraulički motor je najčešći izvršni dio u hidrauličkom pogonu, koji služi za pretvorbu energije hidrauličkog fluida u mehanički rad (izvršna sila se kreće po pravcu). Njegova ulazna veličina jest hidraulički fluid pod tlakom koji djeluje na površinu klipa hidrauličkoga cilindra. Time uzrokuje pravocrtno kretanje klipa, a kao posljedica toga i klipnjače koja je povezana s teretom. Tako se energija hidrauličkoga medija pretvara u provodljivu snagu koja djeluje pravocrtno. Cilindri mogu biti jednoradni i dvoradni. Kod jednoradnih hidrauličkih cilindara ulje pod tlakom dovodi se samo s jedne strane klipa, koji vrši koristan rad samo u jednom smjeru. Povratno kretanje ostvaruje se oprugom ili težinom tereta. Za upravljanje jednoradnim cilindrom koriste se / razvodnici. Dvoradni hidraulički cilindri vrše koristan rad u oba smjera. Za upravljanje dvoradnim cilindrom koriste se 4/ ili 5/ razvodnici. Kod cilindara s jednostranom klipnjačom površina prednje strane klipa veća je od površine stražnje strane klipa za iznos površine presjeka klipnjače. Zato je prilikom izvlačenja klipa brzina manja, a sila veća nego u povratnom hodu [4]. Slika 0. Simbol hidrocilindra Fakultet strojarstva i brodogradnje - -
4. ANALIZA TRŽIŠTA Omotači okruglih bala dostupni su kao nosiva i vučena verzija. 4.. Nošeni omotači bala 4... Metal Fach Z560 Fiksni je omotač bala Z560 namijenjen za rad u stacionarnom položaju. Povezuje se s traktorom uz pomoć sistema priključivanja na trotočje. Pogonjen je hidrauličkim motorom s pumpe traktora. Opremljen je univerzalnim dodavačem folije 500mm i 750mm. Opremljen je praktičnim brojačem koji pokazuje trenutni broj omotaja []. Za rad ovog stroja potreban je dodatni stroj za stavljanje bala. Istovar se ostvaruje traktorom podizanjem stroja. Odsijecanje folije se ostvaruje ručno. Slika. Metal - Fach Z560 Fakultet strojarstva i brodogradnje - -
Tablica 9. Karakteristike Metal - Fach Z560 Karakteristike bale Promjer bala [mm] 000-00 Širina folije [mm] 500/750 Visina bale [mm] 00 Vrijeme omatanja [min].- Max. težina bale [kg] 800 Karakteristike stroja Broj okretaja stola koristeći 500mm/750mm foliju [min - ] 4/6 Pogon hidraulični Težina [kg] 450 Dužina [mm] 670 Širina [mm] 00 Visina [mm] 700 Zahtjevi traktora Snaga [kw] min. 0 Protok pumpe [l/min] Tlak pumpe[mpa] 4 Cijena [kn] 0 000 Fakultet strojarstva i brodogradnje - 4 -
4... Mascar 00 S Samoutovarni nošeni stroj za omatanje bala sa dva valjka podesive širine. Utovarivanje se ostvaruje otvaranjem valjka i primicanje stroja do bale. Zatim se valjci primiću i bala se podiže. Priljučak na traktor se ostvaruje pomoću priključka u tri točke. Predviđeno je za traktore II kategorije. Sadrži elektronski brojač okretaja sa zvučnim signalom. Odsijecanje folije se radi hidrauličkim putem. Može se podešavati preklapanje folije. Nakon završenog omatanja bale stroj se automatski gasi pomoću uređaja za automatsko zaustavljanje. Hidraulični sistem ovisan o traktoru zahtjeva jedan dvoradni hidraulični priključak []. Slika. Mascar 00S Tablica 0 Karakteristike Mascar 0S Potrebna snaga Promjer bala Max. težina bala Dimenzija folije DxŠxV Cijena [kw] [mm] [kg] [mm] [mm] [kn] 0x40 45 000-500 000 500/750 x670 6 75 Fakultet strojarstva i brodogradnje - 5 -
4.. Vučeni omotači bala 4... Macar 00 S Mascar 00 S je samoutovarni vučeni stroj za ovijanje folijom s rotirajućim stolom. Dva rotirajuća valjka su povezana sa tri remena pomoću kojih se bala rotira. Utovarivanje bala se ostvaruje strojem sa stražnje strane. Posjeduje elektronski brojač okretaja sa zvučnim signalom. Aluminijski valjci osiguravaju napetost folije. Hidraulični sistem ovisan je o traktoru i zahtjeva jedan dvoradni hidraulični priključak i jedan priključak za povrat ulja u rezervoar [8]. Slika. Mascar 00 S Tablica. Mascar 00 S Potrebna snaga Promjer bala Max. težina bala Dimenzija folije DxŠxV Cijena [kw] [mm] [kg] [mm] [mm] [kn] 60x750 45 00-600 00 500/750 x60 94 65 Fakultet strojarstva i brodogradnje - 6 -
4... Metal Fach Z577 Omotač bala sa samoutovarom Z577 ima bočni uređaj za utovar bala, što osigurava brz i efikasan rad, jer se skupljanje i omatanje vrši tijekom vožnje do sljedeće bale ili do mjesta skladištenja. Stroj je opremljen uređajem za rezanje i hvatanje folije, što ograničava učešće korisnika do stavljanja nove role folije. Stroj je opremljen suvremenim i univerzalnim dodavaćem folije širine 500mm i 750mm. Utovarno je rame prilagodljivo, isto kao i razmak između valjaka, zahvaljujući ćemu je moguće omotavanje bale dimenzija 00 x 00 i 00 x 500 mm. Omotać je opremljen sistemom za okretanje osovine kotaća koji s jedne strane uzrokuje manje dimenzije prijevozne širine stroja, a s druge strane veću stabilnost za vrijeme njegovog rada (veće dimenzije širine stroja) []. Slika 4. Metal - Fach Z577 Fakultet strojarstva i brodogradnje - 7 -
Tablica. Metal - Fach Z577 Karakteristike bale Promjer bala [mm] 000-00 Širina folije [mm] 500/750 Visina bale [mm] 00 Vrijeme omatanja [min].- Max. težina bale [kg] 800 Karakteristike stroja Broj okretaja stola koristeći 500mm/750mm foliju [min - ] 4/6 Pogon hidraulični Težina [kg] 950 Dužina [mm] 450 Širina [mm] 450 Visina [mm] 80 Zahtjevi traktora Snaga [kw] min. 0 Protok pumpe [l/min] Tlak pumpe[mpa] 4 Cijena [kn] 4 000 Fakultet strojarstva i brodogradnje - 8 -
4.. Usporedba postojećih rješenja Tablica. Usporedba postojećih rješenja Metal Fach Z560 Mascar 00 S Mascar 00 S Metal Fach Z577 Kriteriji Važnost kriterija Ocjena Π Ocjena Π Ocjena Π Ocjena Π Cijena 4 9 Maksimalna težina bale 6 9 4 4 Dimenzije bale 4 6 4 8 4 Potrebna snaga traktora Mogućnost samoutovara 4 4 4 4 4 8 4 8 4 8 8 7 4 9 Važnost kriterija: - (kriterij s većom ocjenom je bitniji) Ocjena: -4 (veća ocjena=bolja ocjena) Π= Važnost kriterija x ocjena Iz [Tablica.] vidljivo je da Mascar 00 S ima najveću ukupnu ocjenu. Prvenstveno iz razloga mogućnosti omatanje bala najvećih dimenzija i težine, ali isto tako ima drugu najveću cijenu. Mascar 00 S omogućuje omatanje bala neznatno manjih dimenzija i težine od Mascar 00 S ali glavni nedostatak je najveća cijena od svih uspoređenih strojeva. Strojevi tvrtke Metal Fach omogućuju omatanje bala istih dimenzija i težina. Izvedba Z5600 je najjeftinija ali nema mogućnost samoutovara bale nego je potreban dodatan stroj za obavljanje te funkcije. Zbog cijene i jednostavnosti stroja Metal Fach Z560 pristupit će se razvoju proizvoda sličnih karakteristika. Stroj neće posjedovati mogućnost samoutovara i neće biti namijenjem za omatanje velikog broja bala. Balu će biti potrebno staviti na stroj s drugim traktorom i može se pretpostaviti da će to raditi dvoje radnika. Folija će se ručno pričvršćivati za balu i ručno će se rezati po završetku omatanja. Fakultet strojarstva i brodogradnje - 9 -
5. FUNKCIJSKA DEKOMPOZICIJA Slika 5. Funkcijska dekompozicija Fakultet strojarstva i brodogradnje - 0 -
6. MORFOLOŠKA MATRICA Morfološka matrica omogućava pregled svih tehničkih rješenja pojedine funkcije i služi kao metoda za generiranje koncepata. Nakon što se sve mogućnosti nabroje, onda se anlizom određuju najbolja rješenja. Preglednosti radi, odgovarajućim funkcijama iz funkcijske dekompozicije dodijeljen je broj kako bi morfološka matrica prikazana u tablici bila preglednija. Tablica 4. Popis funkcija Hidrauličku energiju prihvatiti Hidrauličku energiju prenijeti Hidrauličku energiju u rotaciju pretvoriti 4 Okretni moment do stola prenijeti 5 Okretni moment prihvatiti 6 Mehaničku energiju rotacije prenijeti/ rotaciju postolja ostvariti 7 Rotaciju bale ostvariti 8 Rotaciju valjaka ostvariti 9 Izbacivanje bale omogućiti 0 Balu od ispadanja osigurati Napetost folije ostvariti Rotaciju postolja na valjke prenijeti Fakultet strojarstva i brodogradnje - -
Tablica 5. Morfološka matrica. brzorastavljiva spojnica. hidraulično crijevo. hidromotor Fakultet strojarstva i brodogradnje - -
. kardansko vratilo. kardansko vratilo s lamelom 4. kardanski priključak 5. zupčasti prijenos. lančani prijenos. remenski prijenos 6 Fakultet strojarstva i brodogradnje - -
. valjcima. valjcima s remenima 7. lančani prijenos 8. hidraulički cilindar. podizanjem stroja 9 Fakultet strojarstva i brodogradnje - 4 -
. valjcima sa strane 0. prolaskom folije između valjka. sistemom valjaka. zupčasti prijenos Fakultet strojarstva i brodogradnje - 5 -
7. KONCEPTI Na osnovu mogućih rješenja iz morfološke matrice osmišljena su dva koncepta. Koncepti će se nadalje usporediti i ocijeniti kako bi se odabrao najbolji za daljnju konstrukcijsku razradu. Uz svaki koncept se nalazi tablica u kojoj su popisana odabrana rješenja iz morfološke matrice. 7.. Koncept Slika 6. Koncept Fakultet strojarstva i brodogradnje - 6 -
Tablica 6. Koncept Koncept Broj funkcije Broj rješenja... 4. 5. 6. 7. 8. 9. 0... - - -, Okretni moment traktora se prenosi kardanskim prijenosom do vratila (). Na kraju vratila se nalazi zupčanik Z gdje se pomoću zupčastog prijenosa Z, Z ostvaruje rotacija stola s valjcima (). Stol je pričvrščen za zupčanik Z i on rotira zajedno s njime. Prijenos okretnog momenta do valjaka s remenima () je ostvareno zupčastim prijenosom Z, Z4. Zupčanik Z4 i lančanik (4) su spojeni vratilom gdje se onda preko lančanog prijenosa okretni moment prenosi do valjaka s remenima. Na rubovima stola su pričvrščeni gumeni valjci (5) koji pridržavaju balu od ispadanja. Izbacivanje bale je riješeno na način da se cijeli stol može zakrenuti u odnosu na nosivu konstrukciju (6). Zakretanje je izvedeno pomoću hidrauličkog cilindra (7) koji, kada je bala omotana, naginje stol i omogućuje ispadanje bale sa stroja. Folija za omatanje bale se stavlja između dva držača folije (8) i onda prolazi između dva valjka kako je nacrtano u morfološkoj matrici a ne nalazi se na skici koncepta radi preglednosti. Fakultet strojarstva i brodogradnje - 7 -
7.. Koncept Slika 7. Koncept Fakultet strojarstva i brodogradnje - 8 -
Tablica 7. Koncept Koncept Broj funkcije Broj rješenja... 4. 5. 6. 7. 8. 9. 0... - - Hidromotor () pretvara hidrauličku energiju traktora u rotaciju. Pogoni lančanik () te pomoću lančanog prijenosa pogoni lančanik (4) koji je učvršćen za stol () i na taj način se ostvaruje rotacija stola. Prijenos okretnog momenta do valjaka () je ostvareno zupčastim prijenosom Z, Z (6,9). Zupčanik Z (9) je s vratilom povezan s lančanikom (8) koji pogoni lančanike () i ostvaruje se rotacija valjaka a samim time i bale. Balu od ispadanja sa stola osiguravaju gumeni valjci (0). Izbacivanje bale je riješeno na način da se pomoću traktora podigne cijeli stroj. Na taj način se postolje (5) zakrene u odnosu na nosivu konstrukciju (7). A to se može ostvariti da se izvuće klin () koji spaja nosivu konstrukciju i postolje. Folija za omatanje bale se stavlja između dva držača folije (slično konceptu ) i onda prolazi sistemom valjaka kako je nacrtano u morfološkoj matrici a ne nalazi se na skici koncepta radi preglednosti. Fakultet strojarstva i brodogradnje - 9 -
7.. Vrednovanje koncepata Tablica 8. Vrednovanje koncepata Kriteriji Jednostavnost konstrukcije Važnost kriterija Koncept Koncept Ocjena Π Ocjena Π 4 6 Način izbacivanja bale 4 6 Težina izrade 6 9 Način rotiranja stola 6 9 Jednostavnost korištenja 6 Način rotiranja valjaka 4 4 0 6 Važnost kriterija: - (kriterij s većom ocjenom je bitniji) Ocjena: - (veća ocjena=bolja ocjena) Π= Važnost kriterija x ocjena Temeljem vrednovanja koncepata [Tablica 6.] prema određenim kriterijima vidi se da koncept ima najbolju ocjenu. Stoga za daljnju konstrukcijsku razradu razradit će se rješenje na temelju tog koncepta. Koncept prvenstveno ima veću ocjenu zbog kriterija najveće važnosti. Iako koncept omogućuje jednostavnije, s pogleda jednostavnosti korištenja, izbacivanje bale pomoću hidrauličkog cilindra to u konceptu je riješeno jednostavnije bez upotrebe cilindra. Prednost koncepta naspram koncepta kod načina ostvarivanja rotiranja stola je prednost lančanog prema zupčastom prijenosu. Kod ovakvih strojeva bolje je upotrijebiti lančani prijenos zbog lakše izrade i lakše zamjene pri oštećenju dijelova. Što se tiče načina rotiranja valjaka oba koncepta imaju istu ocjenu. Premda s pogleda čestog korištenja stroja je za pretpostaviti da će se remeni morati promjeniti ili da će doći do puknuća pa je stoga za daljnu razradu odabrana opcija bez remena. Fakultet strojarstva i brodogradnje - 0 -
8. PRORAČUN I KONSTRUKCIJSKA RAZRADA 8.. Izbor hidromotora Za daljnji proračun pretpostavit će se da se omata bala promjera 00 mm sa šest slojeva folije u vremenu od min. Da bi se ostvarilo 6 slojeva folije i 50% prekrivanja potrebno je balo rotirati oko osi y 4 puta i oko osi z puta [Slika 8.] Slika 8. Skica rotiranja bale Slika 9. Shema alata Fakultet strojarstva i brodogradnje - -
HM - hidromotor; L lančanik ; RS radni sustav ; L lančanik ; Z zupčanik ; Z4 zupčanik 4; L5 lančanik 5; L6 lančanik 6 RS radni sustav. RS predstavlja rotiranje cijelog stola s valjcima dok RS predstavlja rotaciju samih valjaka. Balu je potrebno rotirati 4 puta u min što daje n=n= min -. Broj okretaja n6 se dobije preko prijenosnog omjera između bale i valjka. Slika 0. Skica proračuna broja okretaja valjka dv=7 mm odabrani promjer valjka; db=00 mm zadani promjer bale. db 00 i 4, 4 () d 7 v n () v i nv i nb 4,4,5 6,6min n6 nb nb=,5 min - zadani broj okretaja bale oko z osi Fakultet strojarstva i brodogradnje - -
Da bi mogli izračunati potrebni okretni moment hidromotora potrebno je znati sve prijenosne omjere stroja i sve broje okretaja. To je moguće jedino prvo odabirom hidromotora i onda kasnije provjerom da li on zadovoljava. Odabir polazi od zahtjeva traktora prema istraživanju tržišta. Zahtjevani protok pumpe traktora Q= l/min i tlak p=4 Mpa. Odabran je hidromotor tvrtke Sauer Danfoss OMR 60 [6]. Slika. Dimenzije hidromotora Fakultet strojarstva i brodogradnje - -
Tehničke karakteristike: Vg = 59,6 cm geometrijski pomak; nmax = 75 min - - maksimalna okretna brzina; qvmax =60 l/min ulazni protok; T (za p 75 bar ) = 90 Nm okretni moment; Odabrain hidromotor za zahtijevani protok Q= l/min i tlak p=4 Mpa ostvaruje broj okretaja n=0 min - i okretni moment THM=0 Nm [Slika.]. Potrebni okretni moment: Slika. Dijagram hidromotora Potrebni okretni moment će se dobiti preko rotacijskog gibanja krutog tijela. Okretni moment prema [] se definira kao: Gdje je: T Iz t I z [kgm ] - moment tromosti krutog tijela obzirom na os rotacije; [s - ] - kutno ubrzanje; Fakultet strojarstva i brodogradnje - 4 -
[s - ] - kutna brzina; t[s] - vrijeme. RS TRS I y 0, 6 46,6Nm () I n, 6 s t t 60 y 000 0,6, 0kgm 4 (4) (5) m I y r l 4 m=000 kg odabrana masa bale - moment tromosti oko osi okomite na os rotacije RS TRS Iz6 6 80 0,69 4, Nm (6) n 6,6 t t 60 6 6 6 0,69s (7) I z 000 0,6 80 6 kgm (8) I z6 m r - moment tromosti oko osi rotacije Moment hidromotora: T HM T T RS RS L L L i 5 6 L i 5 6 Z 4 Z 4 L i L (9) gdje je: L = 0,97 iskoristivost ležaja; = L L 5 6 =0,98 iskoristivost lančanika; Z 4 =0,96 iskoristivost zupčanika. Fakultet strojarstva i brodogradnje - 5 -
Da bi mogli izračunati potreban moment hidromotora moramo znati prijenose omjere lančanog i zupčastog prijenosa. Odabrano: z = odabran neparan broj zuba da članci ne bi periodički ulazili u zahvat s istim zupcima lančanika. i L n n 9,7 (0) 0 z i z i z 9,7 00,9 odabrao z = 0 L L z Odabrano: z=z4=0 broj zubi zupčanika z i z4 i Z 4 n n z z 4 ; () 4 n=n4=min - Odabrano: z5= - odabran neparan broj zuba da članci ne bi periodički ulazili u zahvat s istim zupcima lančanika. i L56 n n 5,8 () 6 6,6 z i z i z,8, 7 z6=4 () 6 L56 6 L56 5 z5 Prema jednadžbi (9): 46, 6 4, T HM 0,97 0,97 0,98,8 0,96 0,98 9,7 6,9Nm 7Nm (4) T 7Nm T 90Nm odabrani hidromotor zadovoljava HM Iako odabrani hidromotor ima daleko veći okretni moment od potrebnog nije moguće odabrati slabiji iz razloga potrebe ostvarivanja malog broja okretaja pri zadanom tlaku i protoku. Fakultet strojarstva i brodogradnje - 6 -
8.. Proračun lančanika p korak lanca; Slika. Dimenzije lančanika r radijus zuba; d maksimalni promjer valjka lanca; d diobeni promjer; da tjemeni promjer; - kut zuba lančanika; r radijus profila zuba; df podnožni promjer; k visina zuba. 8... Proračun lančanika L i L Prema snazi P koju lanac treba prenositi, i brzini vrtnje n malog lančanika, izračuna se predizbor odgovarajućeg lanca prema [7]. Udarna snaga: P d P m k Pd [kw] - udarna snaga reducirana na jednostruki lanac; P [kw] snaga koju lancem treba prenjeti; m - faktor nošenja lanca; kod jednostrukih m= ; k - faktor snage prema tabl. 8.. [7] Fakultet strojarstva i brodogradnje - 7 -
0 P THM 7 46, W 60 (5) Pd 46, 804W 0,5 k=0,5 S izračunatom udarnom snagom Pd i brzinom vrtnje n može se iz tabl. 8.4. [] odabrati odgovarajući valjkasti lanac. Odabrano: Broj lanca 0 B prema DIN 887 za n=00 min - i broj lanca 0B prenosi Pd=,8 kw. U ovom slučaju n iz tablice je mani nego stvarni ali već i za taj n snaga koju prenosi zadovoljava. (6) Odabrane dimenzije pogonskog lančanika L []: p =5,875 mm standardni korak lanca prema tabl. 8.6. [7]; d = 0,6 mm maksimialni promjer valjka lanca za odabrani lanac 0 B prema DIN 887; z = Diobeni promjer pogonskog lančanika: p 5,875 d 56,4 mm (7),7 sin sin 60,7 (8) Podnožni promjer: df = d d = 56,4 0,6=46, mm (9) Maksimalni i minimalni tjemeni promjer: d d, 5 p d 56,4, 55,875 0,6 66,0 mm (0) a,max,6,6 da,min d p d 56,4 5,875 0,6 59, 75mm z () Maksimialna i minimalna visina zuba: 0,8 0,8 kmax 0, 65 p 0,5d p 0, 655,875 0,50,6 5,875 z Fakultet strojarstva i brodogradnje - 8 -
6 mm () k 0,5( p d ) 0,5(5,875 0,6),86 mm () min Odabrane dimenzije gonjenog lančanika L []: p =5,875 mm standardni korak lanca prema tabl. 8.6. [7]; d = 0,6 mm maksimialni promjer valjka lanca za odabrani lanac 0 B prema DIN 887; z = 0 Diobeni promjer gonjenog lančanika: p 5,875 d 498, 48mm (4),56 sin sin 60,56 (5) 0 Podnožni promjer: df = d d = 498,48 0,6=488, mm (6) Maksimalni i minimalni tjemeni promjer: d d, 5 p d 498, 48, 55,875 0,6 508,6 mm (7) a,max,6,6 da,min d p d 498, 48 5,875 0,6 50,94mm z 0 Maksimialna i minimalna visina zuba: (8) 0,8 0,8 kmax 0, 65 p 0,5d p 0, 655,875 0,50,6 5,875 z 0 4,98 mm (9) k 0,5( p d ) 0,5(5,875 0,6),86 mm (0) min 8... Broj članaka lančanog prijenosa Prije preračunavanja broja članaka u otvorenom lančanom prijenosu valja izabrati približnu vrijednost razmaka osi a' i broj zubaca lančanika z i z. [7] Fakultet strojarstva i brodogradnje - 9 -
a z z z z p ' 57 0 0 5,875 X = p a' 5,875 57 X=04,58 = 05 () a' = 57 mm odabran približni osni razmak. Izračunata vrijednost X zaokružuje se na cijeli broj. Tada je duljina lanca: L p X 5,875 05 54,8 mm () 8... Osni razmak S odabranom vrijednošću za X može se izračunati točan razmak osi a: p a X z z ( X z z) f ( z z) 8 5,875 05 0 05 0 0,80 0 8 =60mm () a [mm] točan razmak osi; p [mm] korak lanca; f = 0,80 proračunski faktor prema tabl. 8.5. [7] 8... Brzina lanca 56,4 0 v d n 0, m/s (4) 00060 v [m/s] brzina lanca; d [m] promjer diobene kružnice pogonskog lančanika; n [min - ] brzina vrtnje pogonskog lančanika. 8...4. Vučna sila lanca F = P/v = 46, 9,5 0, N (5) F [N] - vučna sila lanca F = obodna sila lančanika; P [W] snaga koja se prenosi lančanim prijenosnikom (5); v [m/s] brzina lanca v = obodna brzina lančanika prema (4). Fakultet strojarstva i brodogradnje - 40 -
8...5. Centrifugalna sila Za vrijeme rada pojedini članci lanaca vrše kružno gibanje preko lančanika. Pojedini članci izloženi su zbog toga djelovanju centrifugalne sile Ff, koja lanac još više opterećuje: F f q v 0,95 0, 0, N (6) Ff [N] centrifugalna sila; q = 0,95 kg/m težina lanca po metru duljine prema tabl. 8.6 []; v [m/s] brzina lanca prema (4). 8...6. Ukupna vučna sila Fc F Ff 9,5 0, 9,6 N (7) F c [N] najveća vučna sila u lančanoj traci bez obzira na udare u pogonu; F f [N] centrifugalna sila u svakoj traci lanca prema jednadžbi (6); F [N] vučna sila proizašla iz snage koju treba prenijeti prema jednadžbi (5). 8...7. Vijek trajanja spojnice Uzmemo li u obzir udare uvjetovane vrstom pogona, bez utjecaja centrifugalne sile, tada iznosi sigurnost spojnice protiv loma: S F F, 70 9, 6 M M y 0,8 4, (8) FM [N] -lomna sila lanca prema tabl. 8.6. [7]; F [N] vučna sila u lancu prema jednadžbi (5); y značajka udara prema tabl. 8.6. [7]. U tablici 8.7. [4]. dane su vrijednosti potrebne sigurnosti SD, ali koje uzimaju u obzir i utjecaj centrifugalne sile. SD =,8 dana sigurnost za n = 00 min - i p =5,875. SM S D 4,,8 uvjet zadovoljen 8...8. Odabrana vrsta lanca Odabire se lanac 0 B x 05 DIN 887. Fakultet strojarstva i brodogradnje - 4 -
8... Proračun lančanika L 5 i L 6 Prema snazi P koju lanac treba prenositi, i brzini vrtnje n5 malog lančanika, izračuna se predizbor odgovarajućeg lanca prema [7]. P Udarna snaga: P d m k P TL 5 5 7,8 90, W (9) 60 T L5 TRS 4, 7,8 Nm i 0,98,8 0,97 L56 L56 L (40) Pd 90, 85,W 0,5 (4) P - snaga se dijeli na lančana prijenosnika na valjka koji okreću balu k=0,5 S izračunatom udarnom snagom Pd i brzinom vrtnje n5 može se iz tabl. 8.4. [] odabrati odgovarajući valjkasti lanac. Odabrano: Broj lanca 0 B prema DIN 887 za n=0 min - i broj lanca 0B prenosi Pd=0,5 kw. U ovom slučaju n5 iz tablice je mani nego stvarni ali već i za taj n snaga koju prenosi zadovoljava. Odabrane dimenzije pogonskog lančanika L 5 []: p =5,875 mm standardni korak lanca prema tabl. 8.6. [7]; d = 0,6 mm maksimialni promjer valjka lanca za odabrani lanac 0 B prema DIN 887; z = Diobeni promjer pogonskog lančanika: p 5,875 d 66, mm (4) 7,7 sin sin 60 7,7 (4) Fakultet strojarstva i brodogradnje - 4 -
Podnožni promjer: df = d d = 66, 0,6=56,6 mm (44) Maksimalni i minimalni tjemeni promjer: d d, 5 p d 66,, 55,875 0,6 76 mm (45) a,max,6,6 da,min d p d 66, 5,875 0,6 70,mm z (46) Maksimialna i minimalna visina zuba: 0,8 0,8 kmax 0, 65 p 0,5d p 0, 655,875 0,50,6 5,875 z 5,8 mm (47) k 0,5( p d ) 0,5(5,875 0,6),86 mm (48) min Odabrane dimenzije gonjenog lančanika L 6 : p =5,875 mm standardni korak lanca prema tabl. 8.6. [7]; d = 0,6 mm maksimialni promjer valjka lanca za odabrani lanac 0 B prema DIN 887; z6 = 4 Diobeni promjer gonjenog lančanika: p 5,875 d,6 mm (49) 5 sin sin 60 5 (50) 4 Podnožni promjer: df = d d =,6 0,6=,46 mm (5) Maksimalni i minimalni tjemeni promjer: d d, 5 p d, 46, 55,875 0,6,4 mm (5) a,max,6,6 da,min d p d, 6 5,875 0,6 6, 8mm z 4 (5) Fakultet strojarstva i brodogradnje - 4 -
Maksimialna i minimalna visina zuba: 0,8 0,8 kmax 0, 65 p 0,5d p 0, 655,875 0,50,6 5,875 z 4 5,7 mm (54) k 0,5( p d ) 0,5(5,875 0,6),86 mm (55) min 8... Broj članaka lančanog prijenosa Prije preračunavanja broja članaka u otvorenom lančanom prijenosu valja izabrati približnu vrijednost razmaka osi a' i broj zubaca lančanika z5 i z6. [7] a z z z5 z6 p ' 66 4 4 5,875 X p = a' 5,875 66 X=64,74 = 65 (56) a' = 66 mm odabran približni osni razmak. Izračunata vrijednost X zaokružuje se na cijeli broj. Tada je duljina lanca: L p X 5,875 65 0,88 mm (57) 8... Osni razmak S odabranom vrijednošću za X može se izračunati točan razmak osi a: p a X z5 z6 ( X z5 z6) f ( z6 z5) 8 5,875 65 4 65 4 0,809 4 8 =68,04mm (58) a [mm] točan razmak osi; p [mm] korak lanca; f = 0,809 proračunski faktor prema tabl. 8.5. [7] 8... Brzina lanca, 6 v d5 n 5 0,08 m/s (59) 00060 v [m/s] brzina lanca; d5 [m] promjer diobene kružnice pogonskog lančanika; Fakultet strojarstva i brodogradnje - 44 -
n [min - ] brzina vrtnje pogonskog lančanika. 8...4. Vučna sila lanca 90, F = P/v = 56,8 0,08 N (60) F [N] - vučna sila lanca F = obodna sila lančanika; P [W] snaga koja se prenosi lančanim prijenosnikom (9); v [m/s] brzina lanca v = obodna brzina lančanika prema (4). 8...5. Centrifugalna sila Za vrijeme rada pojedini članci lanaca vrše kružno gibanje preko lančanika. Pojedini članci izloženi su zbog toga djelovanju centrifugalne sile Ff, koja lanac još više opterećuje: F q v zanemarivo f 0,95 0,08 (6) Ff [N] centrifugalna sila; q = 0,95 kg/m težina lanca po metru duljine prema tabl. 8.6 []; v [m/s] brzina lanca prema (59). 8...6. Ukupna vučna sila Fc F 56,8 N (6) F c [N] najveća vučna sila u lančanoj traci bez obzira na udare u pogonu; F f [N] centrifugalna sila u svakoj traci lanca prema jednadžbi (6); F [N] vučna sila proizašla iz snage koju treba prenijeti prema jednadžbi (60). 8...7. Vijek trajanja spojnice Uzmemo li u obzir udare uvjetovane vrstom pogona, bez utjecaja centrifugalne sile, tada iznosi sigurnost spojnice protiv loma: S F F M,7 0 M y 0,8, (6) 56,8 FM [N] -lomna sila lanca prema tabl. 8.6. [7]; F [N] vučna sila u lancu prema jednadžbi (60); y značajka udara prema tabl. 8.6. [7]. U tablici 8.7. [4]. dane su vrijednosti potrebne sigurnosti SD, ali koje uzimaju u obzir i utjecaj centrifugalne sile. SD = 9,68 dana sigurnost za n = 0 min - i p =5,875. Fakultet strojarstva i brodogradnje - 45 -
SM S D, 9,68 uvjet zadovoljen 8...8. Odabrana vrsta lanca Odabire se lanac 0 B x 65 DIN 887. 8... Proračun lančanika natezača folije Kod ovih lančanika proračunat će se samo potreban osni razmak iz razloga što oni služe samo za ostvarivanje prijenosnog omjera. 8... Broj članaka lančanog prijenosa Prije preračunavanja broja članaka u otvorenom lančanom prijenosu valja izabrati približnu vrijednost razmaka osi a' i broj zubaca lančanika z i z8. [7] a z7 z8 z8 z7 p ' 00 5,875 X p = a' 5,875 00 X=9,4 = 9 (64) z7= broj zubi pogonskig lančanika z8= broj zubi gonjenog lančanika a' = 00 mm odabran približni osni razmak. Izračunata vrijednost X zaokružuje se na cijeli broj. Tada je duljina lanca: L p X 5,875 9 460,8 mm (65) 8... Osni razmak S odabranom vrijednošću za X može se izračunati točan razmak osi a: p a X z7 z8 ( X z7 z8) f ( z8 z7) 8 5,875 9 69 0,84 8 =96,5mm (66) a [mm] točan razmak osi; p [mm] korak lanca; f = 0,809 proračunski faktor prema tabl. 8.5. [7] 8... Odabrana vrsta lanca Odabire se lanac 08 B x 9 DIN 887 Fakultet strojarstva i brodogradnje - 46 -
8.. Proračun vratila 8... Proračun vratila valjka [0] Kako bi odredili dimenzije vratila potrebno je znati kako je samo vratilo opterećeno. Slika 4. Djelovanje vučne sile lanca na vratilo Slika. prikazuje djelovanje ukupne vučne sile Fc (60) na vratilo. Razlog postavljanja ovako zakrenutog koordinatnog sustava je sila djelovanja bale na valjak koja djeluje suprotno smjeru osi x. Slika 5. Shematski prikaz sila na vratilo Fakultet strojarstva i brodogradnje - 47 -
Radijalne komponente reakcija u osloncima A i B određuju se na poznati način rastavljanjem aktivnih i reaktivnih sila u dvije međusobno okomite ravnine, te se u tim ravninama određuju komponente radijalnih reakcija. Pomoću tih komponenata izračunavaju se potom rezultante radijalnih reakcija u osloncima vratila A i B. Težina lančanika L6 je nije uzeta u obzir i zanemaruje se zbog male vrijednosti. Za dimenzioniranje vratila težina bale koja djeluje na vratilo promatrat će se kao kontinuirano opterećenje. Slika 6. Sile u x i y ravnini vratila Kontinuirano opterećenje na vratilu definirano je izrazom: F mg 0009,8 q 7,66 N/mm (67) l l 88 Gdje je: F [N] sila kojom bala djeluje na vratilo; l [mm] duljina na kojem djeluje kontinuirano opterećenje. g [m/s ] ubrzanje zemljine sile teže Fakultet strojarstva i brodogradnje - 48 -
X ravnina: M AX 0 l FC sin(, 6 ) 006 ql FBX 478 0 (68) F BX F BX F F l ql FC sin(, 6 ) 06 478 88 7, 6688 56,8sin(, 6 ) 06 506, 7 N (69) 478 F 0 X Fsin(,6 ) ql F 0 (70) AX c BX ql F Fsin(,6 ) 7,66 88 506,7 56,8 sin(,6) AX BX c FAX 45N (7) Y ravnina: BY M AY 0 F 478 F cos(,6 ) 06 (7) c F cos(, 6 ) 06 56,8 cos(, 6 ) 06 N (7) 478 478 c FBY 7, FY F F 0 Fcos(,6 ) F 0 (74) AY c BY Fcos(,6 ) F 56,8 cos(,6) 7, 48, N (75) AY c BY Rezultantne radijalne sile u osloncima A i B: F F F N (76) A AX AY 45 78, 4598, 4599 F F F 506, 7 7, 506,8 506 N (77) B BX BY Fakultet strojarstva i brodogradnje - 49 -
8... Dimenzioniranje vratila Dimenzioniranje vratila kreće od proračuna njegovih promjera na osnovi odabrane vrijednosti dopuštenog naprezanja za dani materijal. Za materijal vratila S55JR prema orijentacijskim vrijednostima odabrano je [0]: fdn 50 N/mm. Promjeri vratila koji su opterećeni savojno (fleksijski): d 0F A z (78) fdn Promjeri vratila koji su istovremeno savojno (fleksijski) i uvojno (torzijski opterećeni): d 0M red (79) fdn U gornjoj jednadžbi reducirano opterećenje (reducirani moment) može se izračunati npr. prema energetskoj teoriji (HMH teorija), što je i u danim uvjetima opterećenja vratila i najpovoljnije: M M 0,75 T red 0 gdje je : M moment savijanja (fleksije) promatranog presjeka; T moment uvijanja (torzije) koji opterećuje promatrani presjek. fdn 0 faktor čvrstoće materijala vratila obzirom na način njegovog,7 tdi opterećenja, odnosno naprezanja. Za materijal vratila S5JR (prilog Tablica [0] ) slijedi: f DN =40 N/mm t DI =90 N/mm 40 0 0,7,7 90 (80) Moment uvijanja: T RS 4, T 6,Nm (8) T RS [Nm] - okretni moment prema (6); Fakultet strojarstva i brodogradnje - 50 -
Odabrani su presjeci: z=0 mm d z=0 mm d z=80 mm d z4=06 mm 0F A 0 4599 0 z 0,9 mm (8) 50 fdn 0F A 0 4599 0 z 6,4 mm (84) 50 fdn 0F A 0 4599 80 z 4,9 mm (85) 50 fdn M4 FA 06 4599 06 478494 Nmm 488Nm (86) red4 4 0 M M 0, 75 T 488 0, 75(0, 76,) 489, 6 Nm (87) d 4 z5= mm 0M red 0489,6 0 50 4 46,mm (88) f DN 5 x5 y5 55,5 50, 7 55,8Nm M M M (89) M F F sin(,6 ) 5 45 56,8 sin(,6 ) 5 x5 AX c Mx5 5550 Nmm 55,5 Nm (90) M F F cos(,6 ) 5=48, -56,8 cos(,6 ) 5 y5 AY c M y5 50659,6 Nmm 50,7Nm (9) M M 0, 75 T 55,8 0, 75(0, 76,) 555,Nm (9) d 5 z6=40 mm red5 5 0 0M red 0555, 0 50 48, mm (9) f DN 6 x6 y6 64 50 64,9Nm M M M (94) M F 40 F sin(,6 ) 4 4540 56,8 sin(,6 ) 4 x6 AX c Mx6 64707 Nmm 64Nm (95) M F 40 F cos(,6 ) 4=48, 40-56,8 cos(,6 ) 4 y6 AY c Fakultet strojarstva i brodogradnje - 5 -
(96) M y6 49950,8 Nmm 50Nm M M 0, 75 T 64,9 0, 75(0, 76,) 645,Nm (97) d 6 red6 6 0 0M red 0645,0 50 6 48, mm (98) f DN z7=784 mm (sredina valjka) 7 x7 y7 64, 7 64,9Nm M M M (99) 88 88 M x7 FAX 784 Fc sin(, 6 ) 66 q 4 88 88 45784 56,8 sin(, 6 ) 66 7, 66 4 Mx7 64707 Nmm 64Nm (00) M F 784 F cos(,6 ) 66=48, 784-56,8 cos(,6 ) 66 y7 AY c M y7 7, 4Nmm,7 Nm (0) M M 0, 75 T 64,9 0, 75(0, 76,) 644,Nm (0) red7 7 0 d 7 0M red 0575,0 50 7 0,8 mm (0) f DN Presjeci 8 do 0 Ovi su presjeci napregnuti samo savojno (fleksijski). Od oslonca B odabrani su presjeci na sljedećim udaljenostima: u8=0 mm d 8 u9=0 mm d u0=79 mm d 0F B 0506 0 u,6 mm (04) 50 fdn 0F B 0506 0 u 7, mm (05) 50 fdn 0F B 0506 79 u 4, mm (06) 50 fdn Odabrani promjeri vratila: d = 0 mm; d = 45 mm; Fakultet strojarstva i brodogradnje - 5 -
d = 55 mm; d4 = 65 mm; d5 = d6= d0 =7 mm (vanjski promjer cijevi valjka); d8 = 0 mm; d9 = 45 mm; Slika 7. Vratilo 8... Opterećenje vratila momentima u pojedinim presjecima M FA 0 4599 0 9980 Nmm 9Nm (07) M FA 86 4599 86 9554 Nmm 95,5 Nm (08) 0,75 M M T red kf 0 kt Fakultet strojarstva i brodogradnje - 5-476,8 0, 75 0, 76,,9 860 Nm (09) M FA 0,5 4599 0,5 475996,5 Nmm 476Nm T 6,Nm (8); 0 =0,7 prema (80); Na presjeku zarezno djelovanje uzrokovano je izvedbom utora za pero za materijal vratila St 5- i oblik utora za pero B [5]. k f =,8 (utor za pero prema [5]) k t =,9 (utor za pero prema [5]) 0,75 M M T red4 4 kf 0 kt 55,8, 88 0, 75 0, 76,,507 75, 7 Nm (0) M4 55,8Nm prema (89); T 6,prema (8), 0 =0,7 prema (80); Na presjeku 4 zarezno djelovanje uzrokovano je promjenom veličine presjeka:
k k f f c ( ) 0, 5(,5 ), 88 (0) Prema konstrukcijskom oblikovanju: D = 65 mm, d = 55 mm,,5 mm. Prema / d =,5/80 = 0,07 i Rm = 500 N/mm (S55JR) iz dijagrama 4. [0] slijedi k f =,5. Prema D/d = 65/55 =,8 mm slijedi c =0,5. c ( ) 0,78(,65 ),507 () k k t t,4 Za / d =0,07 i Rm = 500 N/mm slijedi Za D/d =,8 mm slijedi c =0,78. k t,4 =,65. Za presjeke 5, 6 i 7 se uzimaju već dobiveni reducirani momenti prema (97) i (0), jer to su presjeci od cijevi valjka koja se spaja na dva vratila i nema zareznog djelovanja. M7 FB 79 506 79 99898 Nmm 400Nm () M8 FB 0 506 0 040 Nmm 0, Nm () 8... Kontrola pojedinih presjeka vratila (postojeće sigurnosti) Postojeće sigurnosti u pojedinim presjecima: Presjek : S post b b f 0,90,9 40 DN, Spotr,5,,56 4, kf f (4) f M W 4, N/mm (5) 90 700 d W 0, d 0,0 700 mm 6) f 40 N/mm za S55JR DN Faktor veličine b f ( d) b = 0,9 Faktor kvalitete površine b f ( Rm, Ra Rmax ): b =0,9 Na presjeku zarezno djelovanje uzrokovano je promjenom veličine presjeka: Fakultet strojarstva i brodogradnje - 54 -
k k f f c ( ) 0,8(, 7 ),56 (7) Prema konstrukcijskom oblikovanju: D = 45 mm, d = 0 mm,,5 mm. Prema / d =,5/0 = 0,05 i Rm = 500 N/mm (S55JR) iz dijagrama 4. [0] slijedi k f =,7. Presjek : S post Prema D/d = 45/0 =,5 mm slijedi c =0,8. b b f 0,840,8 40 DN, Spotr,5,,4 4,4 kf f (8) f M W 4,4 N/mm (9) 95,50 99,5 d W 0, d 0, 45 9,5 mm (0) f 40 N/mm za S55JR DN Faktor veličine b f ( d) b = 0,84 Faktor kvalitete površine b f ( Rm, Ra Rmax ): b =0,8 Na presjeku zarezno djelovanje uzrokovano je promjenom veličine presjeka: c ( ) 0,5(,8 ), 4 () k k f f Prema konstrukcijskom oblikovanju: D = 55 mm, d = 45 mm, mm. Prema / d = /45 = 0,045 i Rm = 500 N/mm (S55JR) iz dijagrama 4. [0] slijedi k f =,8. Prema D/d = 55/45 =, mm slijedi c =0,5. Presjek : S post b b f 0,80,9 40 DN,9 Spotr,5, 5,7 f () Fakultet strojarstva i brodogradnje - 55 -
f M red 8600 5,7 N/mm () W 667,5 d W 0, d 0,55 667,5 mm (4) f 40 N/mm za S55JR DN Faktor veličine b f ( d) b = 0,8 Faktor kvalitete površine b f ( Rm, Ra Rmax ): b =0,9 Presjek 4: S post4 b b f 0, 780,84 40 DN 5 Spotr,5, 6, f4 (5) f 4 M red 4 75, 70 6, N/mm (6) W 746,5 4 W d 0, 0, 65 746,5 mm (7) 4 4 d4 f 40 N/mm za S55JR DN Faktor veličine b f ( d) b = 0,78 Faktor kvalitete površine b f ( Rm, Ra Rmax ): b =0,8 Presjek 5: S post5 b b f 0, 70,840 DN 0, Spotr,5,,7 f5 (8) f 5 M W 5,7 N/mm (9) 4 645,0 7059 M5 645,Nm prema (97) W 5 D 4 4 4 4 5 d5 7 67 0, 0, 7059 mm (0) D 7 f 40 N/mm za S55JR DN 5 Fakultet strojarstva i brodogradnje - 56 -
Faktor veličine b f ( d) b = 0,7 Faktor kvalitete površine b f ( Rm, Ra Rmax ): b =0,8 Presjek 6: S post5 b b f 0, 70,840 DN 0, Spotr,5,,7 f5 () f 6 M W 6,7 N/mm () 6 644,0 7059 M6 644,Nm prema (0) W6 W5 7059 mm () f 40 N/mm za S55JR DN Faktor veličine b f ( d) b = 0,7 Faktor kvalitete površine b f ( Rm, Ra Rmax ): b =0,8 Budući da su izračunate sigurnosti zadovoljavaju i vratilo s desne strane je istih dimenzija kao i vratilo s lijeve strane valjka ono se neće dodatno provjeravati. 8... Proračun ležaja vratila valjka Odabrano je kučište s ležajem proizvođaća SKF: SYJ 0 TF [6]. Fakultet strojarstva i brodogradnje - 57 -
Slika 8. Ležaj SYJ 0 TF Odabran je isti ležaj za obje strane vratila. Proračun će se raditi za desnu stranu s obzirom da je tamo veća sila u ležaju. F 506 N prema (77) B PF B 506 N n 6,6 min - prema () L0h 4000 8000 h - za kuglične ležajeve ležajeve C B L 0h 6 6 60n 606, 68000 P 506 744,5 0 N (4) 0 C 744,5 N C 9500 N zadovoljava B 8... Proračun vratila z - L 5 [0] Kako bi odredili dimenzije vratila potrebno je znati kako je samo vratilo opterećeno. Slika 9. Djelovanje vučne sile lanca na vratilo Fakultet strojarstva i brodogradnje - 58 -
Slika 0. Shematski prikaz sila na vratilo Slika. Horizontalna i vertikalna ravnina vratila S obzirom da udaljenost između lančanika 5 i 6 iznosi 0 mm radi jednostavnosti pretpostavit će se da djeluju na istom mjestu na polovici udaljenosti. Također se zanemaruju težine lančanika i zupčanika. Fakultet strojarstva i brodogradnje - 59 -
Odabir zupčanika z Odabrani su zupčanici z i z tvrtke KHK Stock Gears SMA4-0. Slika. Zupčanik KHK SMA4-0 Izračun obodne i radijalne sile na zupčaniku z []: F t T 8 00 N (5) d 0,08 Fr Ft tg 00 tg 0 64, 7 N (6) T TRS 4, 8 Nm (7) 0,97 L T RS [Nm] - prema (40) d=80 mm (Slika ) 0(Slika ) Fakultet strojarstva i brodogradnje - 60 -
Horizontalna ravnina: F BH M AH 0 t 67,5 F 67,5 4,5 (8) Ft 67,5 4,5 00 67,5 4,5 FBH 409,97 N 40N (9) 6,5 6,5 F 0 H FAH F BH F t 0 (40) F F F 00 40 0 N (4) AH t BH Vertikalna ravnina: M AV 0 Fsin(7,9 ) 4F 67,5 F 679 0 (4) F c BV r Fsin(7,9 ) 4 F 679 67,5 c r BV (4) 56,8 sin(7,9 ) 464, 7679 FBV 50,97N 5N (44) 67,5 F 56,8 N prema (60) c FV 0 FAV Fc FBV F r 0 (45) FAV Fc FBV F r 56,8 5 64,7 04, N (46) Rezultantne radijalne sile u osloncima A i B: F F F N (47) A AH AV ( 0) ( 04,) 06, 06 F F F 40 5 6, 6N (48) B BH BV 8... Dimenzioniranje vratila Za materijal vratila S5 prema orijentacijskim vrijednostima odabrano je [0]: fdn 70 N/mm. Za materijal vratila S55JR (prilog Tablica [0] ) slijedi: f DN =00 N/mm t DI =0 N/mm Fakultet strojarstva i brodogradnje - 6 -
f 00 DN 0 0,75, 7, 7 0 tdi (49) x=0 mm Odabrani su presjeci: d x=7 mm d x=4 mm 0F A 006 0 x,5 mm (50) 70 fdn 0F A 006 7 x,7 mm (5) 70 fdn M FA 4 06 4 45709 Nmm 45,7 Nm (5) red 0 M M 0, 75 T 45, 7 0, 75(0, 758) 94,9 Nm (5) d x4=6 mm 0M red 094,9 0 70,8 mm (54) f DN 4 H4 V4 9 47,9 48, 7Nm M M M (55) MH4 F AH 4 0 4 900 9Nm (56) MV 4 FAV 4 Fc sin(7,9 ) 0 04, 4 568, sin(7,9 ) 0 MV4 47900, Nmm 47,9Nm (57) M M 0, 75 T 48, 7 0, 75(0, 758) 96,4Nm (58) red4 4 0 d x5= mm 0M 096, 40 red4 4,9 mm f 70 DN M M M (59) 5 H5 V5 65, 7 68, 7,9Nm MH5 F AH 0 6570 65,7 (90) MV 5 FAV Fc sin(7,9 ) 70 04, 568, sin(7,9 ) 70 MV5 6806, Nmm 68, Nm (60) M M 0, 75 T 7,9 0, 75(0, 758) 88,9Nm (6) red5 5 0 Fakultet strojarstva i brodogradnje - 6 -
d 5 x6=579 mm 0M red 088,9 0 0 5 8, mm (6) f DN 6 H6 V6, 6 60 65,Nm M M M (64) MH6 F AH 578 0 579 590,6 (65) MV 6 FAV 579 Fc sin(7,9 ) 56 04, 579 568, sin(7,9 ) 56 M y6 60060 Nmm 60Nm (66) M M 0, 75 T 65, 0, 75(0, 758) 60,7Nm (67) red6 6 0 d Presjeci 7 do 9 6 0M red 060, 70 70 6 44,6 mm (68) f DN Ovi su presjeci napregnuti savojno (fleksijski) i uvojno (torzijski). Od oslonca B odabrani su presjeci na sljedećim udaljenostima: X7=0 mm M M M (69) 7 H7 V7, 7 4,Nm MH7 F t 0 00 0 000 Nm (70) MV7 Fr0 64,7 0 647,7 Nm (7) M M 0, 75 T 4, 0, 75(0, 758) 89,9Nm (7) red7 7 0 d X8=,5 mm 0M 089,9 0 red7 7,4 mm (7) f 70 DN M M M (74) 8 H8 V8 7 6, 76, 6Nm MH8 F t,5 00,5 7000 7 Nm (75) MV8 Fr,5 64,7,5 605,8 6, Nm (76) M M 0, 75 T 76, 6 0, 75(0, 758) Nm (77) red8 8 0 d 0M 00 red8 8 5, mm (78) f 70 DN Fakultet strojarstva i brodogradnje - 6 -
X9=48,5 mm M M M (79) 9 H9 V9, 47, 7 9, 7Nm M F 7 F 48,5 40 700 48,5 0, Nm (80) H9 BH t MV 9 Fr 48,5 FBV 7 64,7 48,5 5 7 4770,9 47,7 Nm (8) M M 0, 75 T 9, 7 0, 75(0, 758) 6,6Nm (8) red9 9 0 d 0M 06,6 0 red9 9 8,5 mm (8) f 70 DN Odabrani promjeri vratila: d = 5 mm; d = 0 mm; d = 50 mm; d4 = 40 mm; d5 =0 mm. Slika. Vratilo 8... Opterećenje vratila momentima u pojedinim presjecima M FA 7 06 7 807 Nmm 8,Nm 0,75 M M T red kf 0 kt 45, 7,9 0, 75 0, 758,8 7Nm (84) M FA 4 06 4 45709 Nmm 45,7 Nm Fakultet strojarstva i brodogradnje - 64 -
T 8 Nm prema (7); 0 =0,75 prema (49); Na presjeku zarezno djelovanje uzrokovano je izvedbom utora za pero za materijal vratila S5 i oblik utora za pero B [7]. k f =,9 (utor za pero prema [7]) k t =,8 (utor za pero prema [7]) 0,75 M M T red kf 0 kt Fakultet strojarstva i brodogradnje - 65-48, 7, 74 0, 75 0, 758,5 50,8 Nm (85) M 48,7Nm prema (55); T 8 prema (7), 0 =0,75 prema (49); Na presjeku zarezno djelovanje uzrokovano je promjenom veličine presjeka: c ( ) 0,9(,8 ), 74 (86) k k f f Prema konstrukcijskom oblikovanju: D = 50 mm, d = 0 mm, mm. Prema / d = /50 = 0,04 i Rm = 600 N/mm (S5) iz dijagrama 4. [7] slijedi k f =,8. Prema D/d = 50/0 =,67 mm slijedi c =0,9. c ( ) (,5 ),5 (87) k k t t,4 Za / d =0,04 i Rm = 600 N/mm slijedi Za D/d =,67 mm slijedi c =. 0,75 M M T red4 4 kf 0 kt k t,4 =,5. 9, 7,55 0, 75 0, 758,54 5, 6 Nm (88) M4 9,7Nm prema (79); T 8 prema (7), 0 =0,75 prema (49); Na presjeku zarezno djelovanje uzrokovano je promjenom veličine presjeka: c ( ) 0,55( ),55 (89) k k f f Prema konstrukcijskom oblikovanju: D = 50 mm, d = 40 mm,,5 mm. Prema / d =,5/40 = 0,08 i Rm = 600 N/mm (S5) iz dijagrama 4. [7] slijedi k f =.
Prema D/d = 50/40 =,5 mm slijedi c =0,55. c ( ) 0,9 (,6 ),54 (90) k k t t,4 Za / d =0,08 i Rm = 600 N/mm slijedi Za D/d =,5 mm slijedi c =0,9. 0,75 M M T red5 5 kf 0 kt k t,4 =,6. 76, 6, 4 0, 75 0, 758,8 46,5 Nm (9) M5 76,6Nm prema (74); T 8 prema (7), 0 =0,75 prema (49); Na presjeku zarezno djelovanje uzrokovano je promjenom veličine presjeka: c ( ) 0, 6(, 7 ), 4 (9) k k f f Prema konstrukcijskom oblikovanju: D = 40 mm, d = 0 mm,,5 mm. Prema / d =,5/0 = 0,05 i Rm = 600 N/mm (S5) iz dijagrama 4. [7] slijedi k f =,7. Prema D/d = 40/0 =, mm slijedi c =0,6. c ( ) 0,9 (, ),8 (9) k k t t,4 Za / d =0,05 i Rm = 600 N/mm slijedi Za D/d =, mm slijedi c =0,9. 0,75 M M T red6 6 kf 0 kt k t,4 =,. 49, 4,9 0, 75 0, 758,8 0,9 Nm (94) M FB 4,5 6 4,5 49400 Nmm 49, 4Nm T 8 Nm prema (7); 0 =0,75 prema (49); Na presjeku zarezno djelovanje uzrokovano je izvedbom utora za pero za materijal vratila S5 i oblik utora za pero B [7]. k f =,9 (utor za pero prema [7]) k t =,8 (utor za pero prema [7]) Fakultet strojarstva i brodogradnje - 66 -
8...4. Kontrola pojedinih presjeka vratila (postojeće sigurnosti) Presjek : S post b b f 0,90,9 00 DN 4, Spotr,5,,7,6 kf f (95) f M W,6 N/mm (96) 8,0 56,5 d W 0, d 0, 5 6,5 mm (97) f 00 N/mm za S5 DN Faktor veličine b f ( d) b = 0,9 Faktor kvalitete površine b f ( Rm, Ra Rmax ): b =0,9 Na presjeku zarezno djelovanje uzrokovano je promjenom veličine presjeka: c ( ) 0, 45(, 6 ), 7 (98) k k f f Prema konstrukcijskom oblikovanju: D = 0 mm, d = 5 mm,,5 mm. Prema / d =,5/5 = 0,06 i Rm = 600 N/mm (S5) iz dijagrama 4. [7] slijedi k f =,6. Prema D/d = 0/5 =, mm slijedi c =0,45. Presjek : S post b b f 0,90,9 00 DN, Spotr,5, 64 f (99) W f M red 70 64 N/mm (00) W 700 d 0, 0,0 700 mm (0) d f 00 N/mm za S55JR DN Faktor veličine b f ( d) b = 0,9 Fakultet strojarstva i brodogradnje - 67 -
Faktor kvalitete površine b f Rm Ra Rmax (, ): b =0,9 Presjek : S post b b f DN 0,80, 7700,8 Spotr,5, 55,9 f (0) M red 50,80 f 55,9 N/mm (0) W 700 d W 0, d 0,0 700 mm (04) f 00 N/mm za S55JR DN Faktor veličine b f ( d) b = 0,8 Faktor kvalitete površine b f ( Rm, Ra Rmax ): b =0,77 Presjek 4: S post b b f 0,80, 7700 DN 4 Spotr,5, 9, f (05) M red 4 5, 60 f4 9, N/mm (06) W 6400 W 4 d 0, 0, 40 6400 mm (07) 4 4 d4 f 00 N/mm za S55JR DN Faktor veličine b f ( d) b = 0,8 Faktor kvalitete površine b f ( Rm, Ra Rmax ): b =0,77 Presjek 5: S post5 b b f DN 0,80, 7700,9 Spotr,5, 54, f 5 (08) Fakultet strojarstva i brodogradnje - 68 -
M red 5 5 46,50 f5 54, N/mm (09) W 700 W d 0, 0,0 700 mm (0) 5 5 d5 f 00 N/mm za S55JR DN Faktor veličine b f ( d) b = 0,8 Faktor kvalitete površine b f ( Rm, Ra Rmax ): b =0,77 Presjek za x 6 =579mm: S post b b f DN 0,80, 7700, Spotr,5, 49,7 f () M red 60, 70 f 49,7 N/mm () W 700 W d mm () 5 0, d 0, 50 500 f 00 N/mm za S55JR DN Faktor veličine b f ( d) b = 0,8 Faktor kvalitete površine b f ( Rm, Ra Rmax ): b =0,77 8..4. Proračun ležaja vratila Izradit će se proračun ležajnog mjesta B. Izabran je ležaj proizvođaća SKF 6008-RS. F 6 N prema (48) B PF B 6 N n min - prema () L0h 4000 8000 h - za kuglične ležajeve ležajeve Fakultet strojarstva i brodogradnje - 69 -
C B L 0h 6 6 60n 608000 P 6 65, 4 0 N (4) 0 C 65, 4N C 4600 N zadovoljava B Slika 4. Ležaj 6008-RS 8.4. Proračun zupčanika z, z Odabrani su zupčanici SMA4-0 proizvođaća KHK Stock Gears. Proračun će se izraditi pomoću njihove web stranice. Ft 00 N prema (5) T 8 Nm prema (7) Sa slike 4 može se vidjeti da dopuštena tangencijalna sila i okretni moment su veći od stvarnih. Odabrani zupčanici zadovoljavaju. Fakultet strojarstva i brodogradnje - 70 -
8.5. Proračun ležaja stola Slika 5. Proračun zupčanika Odabran je ležaj proizvođaća SKF QJ 08 MA. Fa Gb Gs 980 76, 4 546 N (5) G m g 000 9,8 980 N (6) b s G m g 77 9,8 76, 4 N (7) s s G b [N] - težina bale G s [N] težina stola P,07 F a,07 079 547 N (8) n min - prema () L0h 4000 8000 h - za kuglične ležajeve ležajeve C B L 0h 6 6 60n 608000 P 546 0, 7 0 N (9) 0 C 0,7kN C 56kN zadovoljava B Fakultet strojarstva i brodogradnje - 7 -
Slika 6. Ležaj QJ 08 MA Fakultet strojarstva i brodogradnje - 7 -
8.6. Proračun zavara upornice [4] Slika 7. Zavar upornice Zavar je opterećen na savijanje i odrez težinom bale i stroja. Granične vrijednosti zavara uzimaju se prema [6]: amax 0,7t 0,76 4, odabrano a=4mm (0) t [mm] debljina stijenke profila, amax [mm] maksimalna debljina zavara. G 980 N (6) b G m g 0 9,8 7, N () st Savijanje: st m st =0 kg - masa stroja; lb=500 mm krak djelovanja težine lst=70mm krak djelovanja težine Ms G l Gb lb Gst lst I x W x Gb prema CAD modelu; Gst prema CAD modelu. 6 980 500 7, 70 8,5 0 Nmm () 440 54 40 4 4 5 4 49047 mm 4 () Ix Ix 49047 6659mm (4) b 40 4 74 M s [Nmm] moment savijanja; Fakultet strojarstva i brodogradnje - 7 -
W [mm ] moment otpora presjeka zavara; x I x [mm 4 ] moment tromosti presjeka zavara; n s 8,5 0 6 M s 86 N/mm (5) W 6659 x / pretpostavlja se da zavar nosi / težine; Za materijal S55 dop 40N/mm n 0,85 s zdop zdop dop 40 40 N/mm (6) 0,8 0,8 a 4 (7) n N mm N mm s 86 / 0,85 40 04 / zadovoljava Savijanje i odrez: n s 86,5 N/mm = (8) (980 7,) F,88 N/mm (9) A 4440,8( ),8,8,8,8 red,8,5,8,88 0 N/mm zdop 40 N/mm (0) 8.7. Proračun zavara profila postolja Slika 8. Zavar profila postolja Fakultet strojarstva i brodogradnje - 74 -
Zavar je izložen sili smicanja i torzijskom momentu. Sastoji se od dva kutna zavara okomita i dva kutna zavara paralalna sa silom smicanja. Slika 9. Proračunska shema zavara amax 0,7t 0,76 4, odabrano a=4mm () t [mm] debljina stijenke profila, amax [mm] maksimalna debljina zavara, h=80mm; l=50 mm; L=500; l=68 mm; l=8 mm. Moment uvijanja: T G 500 70 b Gst (980500 7,70) 465660 4 4 T 465660 Nmm () /4 pretpostavka je da nosi ¼ težine. Za materijal S55 dop 40N/mm zdop dop 40 40 N/mm () 0,8 0,8 a 4 (4) Fakultet strojarstva i brodogradnje - 75 -
T P(la ) 0,75l a (la ) 0,7568 440 (50 4) zdop 64840 Nmm (5) T P (la ) 0,75l a (la ) 0,758 440 (80 4) T zdop 9840 Nmm (6) T [Nmm] moment koji bi preuzeli zavari a kada bi bili potpuno iskorišteni; T [Nmm] moment koji bi preuzeli zavari a kada bi bili potpuno iskorišteni. T 64840 ` T 465660 474566 TT 64840 9840 Nmm (7) T ` T T 465660 474566 5094 Nmm (8) T` - dio momenta koji otpada na zavar a, T` - dio momenta koji otpada na zavar a. Naprezanja uslijed momenta T: T ` 474566 P ` 4585 la 50 4 T la 68 4 P N (9) P` 4585 68,5 N/mm (40) T ` 5094 ` 5608 h a 80 4 T la 8 4 Sila smicanja F se dijeli: N (4) P ` 5608 68,5 N/mm (4) F F ` F F F (4) F 0,85 l a 0,75 68 440 9790 N (44) zdop F 0,85 l a 0,75 8 440 605 N (45) F zdop / F / 9790 ` F 980 7, 5 / F F / 9790 605 4 N (46) Fakultet strojarstva i brodogradnje - 76 -
F` F F` 980 7, 5 6,8 N 4 (47) F ` 5 F la 684 F F F `,07 N/mm (48) 6,8 9,7 N/mm (49) l a 84 Reducirano naprezanje: T F red,8,8 (68,5, 07) 6, N/mm (50) F,8 F T red 9, 7,8 (9, 7 68,5) (5) red,9 N/mm (5) 6, N / mm 40 N/mm red zdop N / mm 40 N/mm red zdop Zavar zadovoljava! Fakultet strojarstva i brodogradnje - 77 -
8.8. Proračun zavara valjka Proračun zavara vrši se između rukavca vratila i prirubnice (Slika 9.) Slika 40. Zavar između prirubnice i vratila Granične vrijednosti zavara uzimaju se prema [7]: amin (0,...0, 5) t 0, 0 mm (5) amax 0,7t 0,70 7 mm (45) t [mm] debljina prirubnice, amin [mm] - minimalna debljina zavara, amax [mm] maksimalna debljina zavara. Za debljinu zavara je uzet a = 6 mm. Ovaj je zavar opterećen na uvijanje momentom torzije T = 6, Nm. (8) Naprezanje na uvijanje: u W p T 6,0,4 N/mm (46) W 44 p 4 4 4 4 D d 77 65 44 mm (47) 6 D 77 Wp [mm ] torzijski moment otpora. Fakultet strojarstva i brodogradnje - 78 -
Naprezanje na smik: smik F 90,8 A 8, d,9 N/mm (48) z F d T 6,0 90,8 N (49) d 65 D d 77 65 Az 8, mm (50) 4 4 Fd [N] obodna sila na zavar, Az [mm ] površina zavara. Kod izračuna smičnog naprezanja zavara gleda se samo pola površine zavara u slučaju kružnog presjeka (vijenca). Reducirano naprezanje zavara:, 4,9 5,6 N/mm < zdop 4,7 N/mm (5) red u smik zdop dop 0,9 47 4,7 N/mm (5) 0,8 0,8 0,9 a 6 (5) R 5 e dop 47 N/mm (54) SL 5 Re = 5 N/mm minimalna granica razvlačenja za materijal zavara S5 JR SL = 5 uzeta sigurnost β faktor zavara dop - dopušteno naprezanje materijala zdop - dopušteno naprezanje zavara Fakultet strojarstva i brodogradnje - 79 -
8.9. Proračun profila postolja Pravokutna cijev 00 mm x 40 mm debljine stijenke 6mm su opterećena je na savijanje: M 4566450 49,6 W 058 N/mm (55) W a h 4000 8 88 058mm (56) 6 6 6 M Ql 047 400 4566450 Nmm (57) 4 4 W [mm ] moment otpora profila /4 pretpostavka je da nosi ¼ težine l [mm] udaljenost težišta Dozvoljeno naprezanje: R S 55 77,5 e dop N/mm (58) R 55 N/mm - granica tečenja za S55JG e S - odabrana sigurnost 8.0. Ispitivanje stabilnosti traktora Iako u načinu rada ovog stroja nije predviđeno podizanje cijelog stroja s balom na njemu uradit će se provjera ukoliko dođe do te situacije. Provjerit će se dali dolazi do podizanja prednjih kotača traktora. Da bi se mogao napraviti proračun stabilnosti traktora potrebno je najprije odabrati traktor zbog tehničkih karakteristika koje su potrebne u proračunu. Odabran je traktor FENDT 07 VARIO [9]. Slika 4. Tehnički podaci traktora Fakultet strojarstva i brodogradnje - 80 -
Podaci: m 80kg t l=9 mm Q= G G 980 7, 047 N (59) b st u=00 mm 40:60 - odnos težine prednjih i stražnih kotača Slika 4. Matematički model težišta F 0, 4m g 0, 480 9,8 508,9 N (60) p t F 0,6 m g 0,680 9,8 54, 4 (70) z t 0; F l F x 0 (7) M a p t t x t Fp l 508,9 9 97,6 mm (7) F 809,8 t Težište neopterećenog traktora se nalazi na udaljenosti xt 97,6 mm. Slika 4. Matematički model težišta uključujući teret Fakultet strojarstva i brodogradnje - 8 -
Da nebi došlo do podizanja prednjih kotača traktora udaljenost v reakcije Fv mora biti s lijeve strane oslonca A. Oslonac A predstavlja os zadnjih kotača. Kada bi se sila Fv nalazila s desne strane oslonca A došlo bi do podizanja prednjih kotača zbog težišta koje bi se nalazilo izvan osi kotača. 0; F F Q 80 9,8047 5069, N (7) F z v t 0; F x Qu F v 0 (74) M a t t v Ft xt Qu 757,97,6 047 00 v 47, mm (75) F 5069, v Sila Fv se nalazi unutar osnog razmaka kotača i traktor je stabilan. S obzirom da krak nije velik korištenjem traktora manje mase moglo bi se dogoditi podizanje prednjih kotača. 8.. Konstrukcijsko rješenje Na slikama 44, 45 i 46. prikazano je konstrukcijsko rješenje traktorskog priključka za omatanje bala sijena. D model je napravljen korištenjem programskog paketa Solidworks 05. Slika 44. Traktorski priključak za omatanje bala sijena Fakultet strojarstva i brodogradnje - 8 -
Slika 45. Nosiva konstrukcija Slika 46. Detalj stola Fakultet strojarstva i brodogradnje - 8 -
Slika 47. Pogled sa strane Fakultet strojarstva i brodogradnje - 84 -