Hraðhlið

Ný nálgun á hönnun og virkni aksturshliða

Jóhann T Hafsteinsson

Lokaverkefni til B S gráðu í tæknifræði

Rafmagns- og tölvuverkfræðideild

Verkfræði- og náttúruvísindasvið

Háskóli Íslands

Hraðhlið Ný nálgun á hönnun og virkni aksturshliða

Jóhann Torfi Hafsteinsson

24 eininga ritgerð sem er hluti af Baccalaureus Scientiarum gráðu í Mekatróník hátæknifræði

Leiðbeinandi/endur Guðmundur Borgþórsson

Þórður Halldórsson

Lokaverkefni til B S gráðu í tæknifræði

Rafmagns- og tölvuverkfræðideild

Verkfræði- og náttúruvísindasvið

Háskóli Íslands

Reykjanesbær, maí 2015

Hraðhlið Ný nálgun á hönnun og virkni aksturshliða 24 eininga ritgerð sem er hluti af Baccalaureus Scientiarum gráðu í Mekatróník hátæknifræði Höfundarréttur © 2015 Jóhann Torfi Hafsfteinsson Öll réttindi áskilin Lokaverkefni til B S gráðu í tæknifræði

Rafmagns- og tölvuverkfræðideild

Verkfræði- og náttúruvísindasvið

Háskóli Íslands Grænásbraut 910 235 Reykjanesbær Sími: 578 4000 Skráningarupplýsingar: Jóhann Torfi Hafsteinsson, 2015, Hraðhlið, BS ritgerð, tæknifræðideild Keilis, Háskóli Íslands, 158 bls. Prentun: Jóhann Torfi Hafsteinsson Reykjanesbær, maí 2015

Útdráttur

Hraðhlið eru aksturshlið sem notuð eru til að loka afgirtum svæðum Hliðin eru uppsett af

tveimur einingum sem standa á móti hvor annarri. Hver eining samanstendur af tveimur

grindum sem falla að hvor annari við opnun, með þessu móti er hægt að opna á fjórum til

átta sekúndum. Hliðin sem eru í notkun nú til dags eru drifin af mótor og gír, en vegna

umfangs og staðsetnigar á þessum drifbúnaði er viðhald hliðanna erfitt. Verkefnið gekk út

á að hanna hlið í samstarfi við Vélver ehf með því að nota rafmagnstjakka til að leysa af

hólmi þennan drifbúnað og einnig útfæra stýringu fyrir tjakkinn og hliðið í heild.

Rafmagnstjakkarnir koma í mismunandi stærðum og eru miskraftmiklir, tjakkurinn fyrir

þetta hliðið er með 5kN kraft og færsluhraða upp á 23 mm/s. Til að gera færslu hliðsins

sem léttasta fyrir þennan hraða eru allir hreyfanlegir hlutir útfærðir með kúlulegum, hliðið

sjálft er úr heitgalvanhúðuðum stálprófílum til að standast íslenskar aðstæðu og séð er til

þess að burður í járnavirki sé nægur. Stýringar fyrir hliðið eru í gegn um iðntölvu, tölvan er

staðsett í annari hliðeiningunni en stjórnar tjökkum og skynjurum fyrir báðar einingarnar.

Út frá þessari hönnun er grundvöllur fyrir því að smíða prufugerð af hliði sem drifið er

með tjökkum.

Abstract

Speedgates are drivethrough gates that close off fenced areas. These gates are are

structured from too seperate units. Each unit is made from two steel wings that fold open,

by doing that the gate can be opened in four to eight seconds. The current gate designs are

driven by a motor and gear, because of location of this drive unit it is difficult to maintain.

This project’s objective is to design a gate in cooperation with Vélver ehf using a linear

actuator as a drive unit, also to implement a control system for the actuator, which includes

multiple sensors. The linear actuators come in multible sizes depending on force and

speed, the actuator for this gate has a 5 kN force and travel speed of 23 mm/s. The gate

was design for Icelandic condisions and therefor it was made out of galvanised rectangular

steel tubes. The gate‘s control system included a PLC that controled the linear actuator and

the sensors of the gate. The results of this design give the basis for building a prototype of

a gate using a linear actuators.

ix

Efnisyfirlit

Abstract ................................................................................................................................ v

Myndir ................................................................................................................................. xi

Töflur ................................................................................................................................. xiii

Skammstafanir .................................................................................................................. xiv

Jöfnur .................................................................................................................................. xv

Þakkir ............................................................................................................................... xvii

1 Inngangur ........................................................................................................................ 1 1.1 Vandamál................................................................................................................. 1 1.2 Verkefnið ................................................................................................................. 1

2 Bakgrunnur ..................................................................................................................... 3 2.1 Hraðhlið ................................................................................................................... 3

2.1.1 Uppbygging.................................................................................................... 4

2.1.2 Hulsuskynjarar ............................................................................................... 4

2.1.3 Ljósskynjarar (e. through beam sensors) ....................................................... 5 2.1.4 Stöðuskynjari ................................................................................................. 5 2.1.5 Segullykkja (e. induction loop) ...................................................................... 5

2.1.6 Iðntölva og tengingar ..................................................................................... 6 2.2 Þarfagreining ........................................................................................................... 6

2.2.1 Efni ................................................................................................................. 6 2.2.2 Iðntölva .......................................................................................................... 7

3 Hönnun og efnisval ......................................................................................................... 9 3.1 Hliðvængir ............................................................................................................. 10

3.2 Uppistöður ............................................................................................................. 13 3.3 Armur og löm ........................................................................................................ 19

3.3.1 Armur og löm fyrsta útfærsla ....................................................................... 19

3.3.2 Armur og löm seinni útfærsla ...................................................................... 20 3.4 Lamir ..................................................................................................................... 26

3.4.1 Fyrsta hönnun............................................................................................... 26 3.4.2 Suðulöm á uppistöðu og festiplötur ............................................................. 27

3.4.3 Lamir á milli hliðvængja .............................................................................. 29 3.5 Færsla á ytri hliðvæng ........................................................................................... 31 3.6 Tjakkar................................................................................................................... 36 3.7 Skynjarar ............................................................................................................... 39

3.7.1 Hulsuskynjarar ............................................................................................. 39

3.7.2 Ljósskynjarar (e. through beam sensors) ..................................................... 39 3.8 Stýring ................................................................................................................... 40

3.8.1 Virknilýsing ................................................................................................. 40

x

4 Kostnaðaráætlun ........................................................................................................... 41 4.1 Stál og boltar .......................................................................................................... 41 4.2 Legur ...................................................................................................................... 42 4.3 Stýringar og tjakkur ............................................................................................... 43

4.4 Heildarverð ............................................................................................................. 43

5 Niðurstöður .................................................................................................................... 45

6 Umræður ........................................................................................................................ 47

7 Heimildir ........................................................................................................................ 49

Viðauki A - Legur ............................................................................................................... 51

Viðauki B - Augaliðir ......................................................................................................... 63

Viðauki C - Hulsuskynjari ................................................................................................. 65

Viðauki D - Vinnuteikningar ............................................................................................. 67

Viðauki E - Verkáætlun ................................................................................................... 139

xi

Myndir

Mynd 2-1 Hraðhlið - sýnir hlið í lokaðri stöðu. ................................................................... 3

Mynd 2-2 Hraðhlið - sýnir hvernig ytri hliðvængur fellur að þeim innri ............................. 3

Mynd 2-3 Hulsuskynjari - Sýnir uppsetningu hulsuskynjara. [2] ........................................ 5

Mynd 2-4 Unitronics JZ10-11-T40 [4] ................................................................................ 8

Mynd 2-5 Schneider SR2A201BD ....................................................................................... 8

Mynd 3-1 Samsett hliðeining -sýnir mál og uppsetningu á hliði og hliðvængjum ............ 10

Mynd 3-2 Kraftamynd lamir og uppistaða - sýnir hvernig kraftar liðast út frá þyngd

hliðsins .............................................................................................................. 11

Mynd 3-3 Kraftamynd fyrir uppistöðu - á myndinni sést hvar kraftar verka á

uppistöðuna og lengdir í millimetrum. ............................................................. 13

Mynd 3-4 Málsetningar fyrir tregðuvægi [17] .................................................................... 13

Mynd 3-5 Uppistaða og botnplata - uppistaðan er soðin á botnplötuna ............................. 14

Mynd 3-6 Kraftamynd uppistaða - sýnir hvernig kraftar liðast fyrir suðu ......................... 14

Mynd 3-7 Festiplata á uppistöðu - sýnir hvar plötu sem verður soðin á uppistöðu ........... 16

Mynd 3-8 Kraftamynd af festiplötu - sýnir hvernig kraftur verkar á festiplötuna, By

=1,962kN .......................................................................................................... 16

Mynd 3-9 Rauf fyrir tjakk - sýnir hvernig rauf var gerð í uppistöðuna fyrir tjakkinn. ...... 17

Mynd 3-10 Lúga á uppistöðu - sýnir staðsetningu lúgu fyrir stjórnbúnað. ........................ 18

Mynd 3-11 Staðsetning ljósskynjara - sýnir hvar á uppistöðunni skynjarar yrðu

staðsettir. ........................................................................................................... 18

Mynd 3-12 Armur fyrsta útfærsla - sýnir hvar armur var staðsettur og afstaða á

tjakk. ................................................................................................................. 19

Mynd 3-13 Armur seinni útfærsla - sýnir hvar endanleg staðsetning á armi var. .............. 19

Mynd 3-14 Armur og löm - Sýnir fyrstu útgáfu af armi, löm og festinar. ........................ 19

Mynd 3-15 Armur og löm - sýnir hvernig armur og löm eru fest við uppistöður og

hliðvæng ........................................................................................................... 20

Mynd 3-16 Þversnið af löm - sýnir hvernig legur sitja í löminni ....................................... 20

Mynd 3-17 Armur og löm .................................................................................................. 21

xii

Mynd 3-18 Sprengimynd af armi og löm - sýnir íhluti lamarinnar .................................... 21

Mynd 3-19 Kraftamynd af festingu fyrir löm -sýnir mál festingarinnar og hvar

kraftur verkar. .................................................... Error! Bookmark not defined.

Mynd 3-20 Festing fyrir löm- sýnir hvernig lömin er uppbyggð.Error! Bookmark not defined.

Mynd 3-21 Þrýstilega - Sýnir uppbyggingu á þrýstilegu. [10] .......................................... 23

Mynd 3-22 Öxull - sýnir sker- og vægisferla öxulsins ....................................................... 25

Mynd 3-23 Neðri löm á uppistöðu - sýnir hverng lömin er uppsett og hvernig öxull

gengur úr neðri hluta. ....................................................................................... 27

Mynd 3-24 Neðri löm - sýnir hvernig lömin boltast á hliðvæng ....................................... 27

Mynd 3-25 Hornalega - sýnir uppbyggingu legunnar og hvernig krafta hún tekur

upp [9] .............................................................................................................. 28

Mynd 3-26 Sniðmynd af neðri löm- sýnir hvernig legan situr í löminni ........................... 28

Mynd 3-27 Löm á milli hliðvængja - sýnir hvernig löm er fest við hliðvængi .................. 29

Mynd 3-28 Festiplata á hliðvæng - sýnir plötu og staðsetningu plötu ............................... 30

Mynd 3-29 Kraftamynd af festiplötu - sýnir hvernig kraftur verkar á plötuna .................. 30

Mynd 3-30 Færsluplötur - sýnir hvernig plöturnar tengja saman hliðvængina .................. 31

Mynd 3-31 Ytri færsluplata - Sýnir hverni legur sitja í plötunni ...................................... 32

Mynd 3-32 Stífufesting - staðsetning stífu á uppistöðu ..................................................... 32

Mynd 3-33 Stífufesting - sýnir að armurinn fer ekki í stífufestinguna við fulla opnun ..... 32

Mynd 3-34 Hlið í lokaðri stöðu - sýnir afstöðu á færsluplötum við lokaða stöðu ............. 33

Mynd 3-35 Hlið hálf opið - sýnir hvernig færsluplötur hreyfast við opnun ...................... 33

Mynd 3-36 Hlið opið - sýnir afstöðu á færslu .................................................................... 34

Mynd 3-37 Rafmagnstjakkar - sýnir ryðfría rafmagnstjakka frá Isotech [10] ................... 36

Mynd 3-38 Tregðuvægi fyrir plötu - sýnir um hvaða ás plötunni er snúið [19] ................ 36

Mynd 3-39 Málsetning IT100R - sýnir stærðir tjakksins [10]. .......................................... 38

Mynd 3-40 Hulsuskynjari - á myndinni má sjá hvernig hulsurnar eru uppbyggðar og

hvar skynjaranum er komið fyrir ...................................................................... 39

xiii

Töflur

Tafla 2-1 Samanburður á stáli og áli [3]. ............................................................................... 6

Tafla 2-2 Verðsamanburður á stáli og áli .............................................................................. 7

Tafla 2-3 Iðntölvur................................................................................................................. 8

Tafla 3-1 Snúningsvægi ....................................................................................................... 37

Tafla 3-2 Kraftaþörf fyrir tjakk ........................................................................................... 38

Tafla 3-3 Verð á stáli og festingum ..................................................................................... 41

Tafla 3-4 Verð á legum og tjakkaugum ............................................................................... 42

Tafla 3-5 Verð á rafmagnsíhlutum ...................................................................................... 43

Tafla 3-6 Heildarverð .......................................................................................................... 43

xiv

Skammstafanir

Hér eru listaðar upp þær skammstafanir sem notaðar eru í skýrslunni bæði fyrir

útreikningar og styttingar.

A = Flatarmál [m2].

C = Lengd frá miðju upp í efstu brún [m].

F = Kraftur [N].

I = Tregðuvægi [m4].

M = Vægi [Nm].

P = Dýnamískt álag [N]

S.F. = Öryggisstuðull

V = Skerálag [MPa].

W = Þyngd [kg].

τ = Snúnings vægi[Nm].

σ = Beygjuspenna [MPa].

VDC = Jafnspenna

VAC = Riðspenna

Ohm = Viðnám

xv

Jöfnur

Jafna 1 Summa vægis............................................... .......................................................... 11

Jafna 2 Vægi fyrir uppistöðu................................................. .............................................. 13

Jafna 3 Tregðuvægi prófíl ................................................................................................... 13

Jafna 4 Beygjuálag............................................................................................................... 14

Jafna 5 flatarmál fyrir heilsuður [8] ..................................................................................... 14

Jafna 6 tregðuvægi [8]................. ........................................................................................ 15

Jafna 7 Tregðuvægi gagnvart snúningi [8]...... .................................................................... 15

Jafna 8 Skerálag [8]............................................................................................ ................. 15

Jafna 9 leyst út fyrir kraft sem suðan þyldi...................... ................................................... 15

Jafna 10 Flatarmál fyrir heilsuður ....................................................................................... 16

Jafna 11 Skerálag ................................................................................................................. 16

Jafna 12 Tregðuvægi fyrir flatjárn með boltagötum ............................................................ 22

Jafna 13 Snúningsvægi [8].......................................... ........................................................ 24

Jafna 14 Snúningsvægi þéttingar, sjá viðauka A............ ..................................................... 24

Jafna 15 Beygjuálag fyrir öxul [8] ....................................................................................... 25

Jafna 16 Leyfilegt skerálag út frá beygjuálagi..................................................................... 26

Jafna 17 flatarmál fyrir boltagöt í plötu.......................... ..................................................... 29

Jafna 18 Tregðuvægi fyrir plötu [11] .................................................................................. 36

Jafna 19 Hornahraði [11] ..................................................................................................... 37

Jafna 20 Hornahröðun [11] .................................................................................................. 37

Jafna 21 Snúningvægi við hringhreyfingu .......................................................................... 37

xvii

Þakkir

Ég vil þakka Þórði Antonsyni fyrir að bjóða mér þetta verkefni og þá aðstoð sem hann

veitti á meðan því stóð. Einnig vil ég þakka leiðbeinundum mínum fyrir veitta aðstoð við

verkefnið. En sérstakar þakkir fær konan mín og börn fyrir ómælda þolinmæði og skilning

á meðan náminu stóð.

1

1 Inngangur

Aksturshlið eru víða við innkeyrslur fyrirtækja og stofnana sem afmarka sig með girðingu.

Hlið þessi loka af svæði þar sem óviðkomandi er óheimill aðgangur. Sá tími sem tekur

hliðin að opna er misjafn en alla jafna vilja fyrirtæki hlið sem geta opnast og lokast á sem

skemmstum tíma. Aðallega til að stytta bið þegar er komið að hliðinu, en einnig er það til

þess gert að ekki fari nema ein bifreið í gegn um hliðið í einu. Samanfellanleg (e. bi-

folding) hraðhlið eru aksturs hlið sem geta opnast og lokast á fjórum til átta sekúndum.

Hlið sem þessi eru aðallega fyrir innkeyrslur fyrirtækja og þurfa þau því að getað lokað af

innkeyrslum fyrir tvær akgreinar eða allt að átta metra breidd. Til að ná að loka svo stórum

innkeyrslum á þessum tíma eru hliðin höfð í tveimur einingum, hver eining samanstendur

af uppistöðu og tveimur hliðvængjum sem falla að hvor öðrum við opnun. Þegar svo stór

hlið opnast á þessum hraða er þörf á að hafa öryggisbúnað til að hindra að slys verði ef fólk

lendir fyrir og koma í veg fyrir skemmdir á eignum. Eru hliðin því höfð með högg og

hreyfiskynjurum til að lágmarka tjón ef óhapp verður.

1.1 Vandamál

Hlið þessi eru ekki ný á markaði heldur hafa verið til um tíma. Engar nýjungar hafa verið á

hliðunum, sem getur verið vegna þeirrar ástæðu að þau virka í þeirri mynd sem þau eru í

dag. Hlið þetta var hannað í samstarfi við Vélver ehf sem hefur komið að uppsetningu og

viðhaldi á slíkum hliðum um árabil. Er ásetningur Vélver að komast að því hvort það svari

kostnaði að framleiða sín eigin hraðhlið með það að markmiði að einfalda hliðin og gera

þau endingarbetri. Einföldunin fólst í því að fækka hreyfanlegum hlutum sem hefur það

einnig í för með sér að ending verður betri. Helstu vandamál sem upp hafa komið við

viðhald hliðanna var að mótor og gír hafa verið að eyðileggjast. Vegna staðsetningar

drifbúnaðar er gírinn það fyrsta sem gefur sig ef hliðið verður fyrir hnjaski. Drifbúnaði

hliðsins er stjórnað af iðntölvum, einni í hvorri uppistöðu. Iðntölvurnar eru tengdar saman

með Modbus samskipta tengingu og hafa verið að koma upp samskiptavillur milli

tölvanna.

1.2 Verkefnið

Leitað var leiða til að hanna hlið sem væri eins einfalt og kostur var, með það að markmiði

að nota rafmagnstjakk sem drifbúnað. Einnig þurfti hliðið að standast íslenskar aðstæður til

dæmis að geta opnast í miklum vindi og verið staðsett hvar sem er, hvort sem það er í seltu

eða sandfoki. Hliðið var hannað í heild, valinn var tilheyrandi rafmagnsbúnaður og virkni

hans greind. Einnig var gengið úr skugga um að burður sé nægur í járnavirki og

smíðateikningar lagðar fram sem og gróf kostnaðaráætlun.

3

2 Bakgrunnur

Hér verður fjallað almennt um hraðhlið, hvernig uppsetningin er og hefur verið. Þar sem

markmiðið er að breyta slíku hliði og nota rafmagnstjakk. Breytingar ná þó ekki yfir

öryggisatriði og almenna uppbyggingu.

2.1 Hraðhlið

Til að opna allt að átta metra hlið á fjórum sekúndum eru hliðin höfð í tveimur einingum,

hver eining samanstendur af uppistöðu og tveimur hliðvængjum. Standa þessar einingar á

móti hvor annarri. Við opnun hliðsins snýr mótor innri hliðvængnum um 90°. Þegar það

gerist er ytri vængnum þvingað til að falla að innri vængnum sjá Mynd 2-1 og Mynd 2-2.

Mynd 2-1 Hraðhlið - sýnir hlið í lokaðri stöðu.

Mynd 2-2 Hraðhlið - sýnir hvernig ytri hliðvængur

fellur að þeim innri

Þessi færsla er framkvæmd með stífu sem er föst við uppistöðuna í annan endann og yfir í

færslubúnað sem staðsettur er á milli hliðvængjanna. Mismunandi er hvernig

færslubúnaðurinn er útfærður eftir tegundum. Í flestum tilfellum er plata sem getur snúist

fest efst á innri hliðvænginn. Úr þessari plötu er armur yfir í ytri hliðvænginn og með þessu

móti fylgir ytri hliðvængurinn þeim innri, nema að hann hreyfist í andstæða átt. Við lokun

hliðsins þarf að festa það þannig að hliðvængirnir ganga ekki til vegna t.d. vinds og mynda

óþarfa slit á legum og öxlum. Tvær útgáfur eru til af festibúnaði fyrir hliðin, annað hvort er

4

hliðinu læst efst eða neðst á því. Þar sem hliðin eru fest að neðan verðu eru gúmmíhjól fest

neðst á ytri hliðvænginn. Þegar hliðið lokaðist fellur það í festingu sem er boltuð í malbikið

á milli hliðeininganna tveggja. Festingin er þannig gerð að hún er víð þar sem hjólið kemur

að henni og mjókkaði inn, sem stífaði hjólið í festingunni. Festingar að ofan eru þannig að

vinkilstál eru fest á annan ytri hliðvænginn, þegar hliðið lokast fellur hinn hliðvængurinn

inn í vinkilinn og heldur hliðinu föstu. Mótorar hafa verið notaðir til að opna hliðin hingað

til, hefur verið notast við þriggja fasa mótora og gír [1]. Mótor og gír eru staðsettir neðst í

uppistöðunni, gírinn stendur út úr uppistöðunni og gengur öxull út úr innri hliðgrindinni

niður í gírinn. Tvær lúgur eru á uppistöðunni önnur er til að komast í drifbúnað og hin fyrir

stjórnbúnað hliðsins. Drifbúnaði og öryggisskynjurum er stjórnað af iðntölvum en fyrir eitt

hlið eru tvær iðntölvur eða ein í hvorri uppistöðu, tengdar með master/slave tengingu.

Þessar iðntölvur sjá um stjórnun á drifbúnaði og skynjurum hliðsins.

2.1.1 Uppbygging

Uppbygging hliðanna er í grunninn eins eða af uppistöðum úr prófílum, uppistöðurnar eru

steyptar í jörðu en hæð þeirra ræðist af því hversu hátt hliðið á að vera. Algengast er að

hliðin séu í tveggja metra hæð. Inn í uppistöðurnar er sett stýri- og drifbúnaður hliðsins

þannig að stærð prófílanna er allt frá 200x200mm upp í 350x350mm. Eru hliðvængirnir

festir á uppistöðuna með flangslegum að ofan og neðan. Hliðvængirnir eru einnig að

grunninum til eins eða fyrir hvern hliðvæng er soðinn saman rammi úr prófílum. Stærð

rammans fer eftir hversu stórt hliðið á að vera en þeir geta verið frá tveggja upp í fjögurra

metra háir og frá einum til tveggja metra breiðir. Rammarnir fyrir innri og ytri hliðvæng

þurfa að vera jafnstórir vegna opnunar hliðanna. Til að loka af hliðvængjunum eru margir

möguleikar í boði eins og að setja rör, prófíla eða járnnet svo eitthvað sé nefnt. Hliðin eru

máluð eða húðuð til að hindra tæringu eða ryð og allir hreyfanlegir hlutir eins og lamir og

færsluplötur eru rafgalvaniserað.

2.1.2 Hulsuskynjarar

Til að stoppa hliðið ef fyrirstaða er við opnun eða lokun eru notaðir svokallaðir

hulsuskynjarar (árekstrarskynjarar). Á hvorri einingu eru tveir hulsuskynjarar annar er

staðsettur á enda ytri hliðvængsins og er til að stoppa hliðið ef fyrirstaða er þegar það er að

lokast. Hinn hulsuskynjarinn er neðst á innri hliðvængnum þeim megin sem það opnast og

ætlað að stöðva hliðið ef fyrirstaða er við opnun þess.

Hulsuskynjari er uppbyggður af gúmmíhulsu sem er rennt inn í álskúffu, álskúffan er

boltuð á prófíla hliðsins til að festa skynjarann. Skynjarinn sjálfur er inn í gúmmíhulsunni,

skynjarinn er samansettur úr tveimur leiðurum sem liggja eftir allri hulsunni, sjá Mynd

2-3.

5

Mynd 2-3 Hulsuskynjari - sýnir uppsetningu hulsuskynjara. [2]

Á enda leiðaranna er sett 8,2 kOhm viðnám, þegar gúmmíhulsan er kramin snertast

leiðararnir tveir. Við það lækkar viðnámið og merki er gefið frá segulliða til iðntölvu og

hliðið stoppað. Segulliðinn sem fylgir skynjurunum sér um að fæða straum að

skynjaranum, skjár er á segulliðanum til að auðvelda uppsetningu skynjarans. Þar er hægt

að sjá hvort allt sé rétt tengt, hversu mikið viðnám er á leiðurunum og einnig hægt að

greina villuskilaboð ef straumur fer af skynjaranum. Hver segulliði er fyrir tvo skynjara og

hægt er að greina hvor skynjarinn er bilaður út frá segulliðanum [2]. Krafturinn sem þarf til

að virkja skynjarana er breytilegur, er þá valin misstíf gúmmíhulsa en krafturinn sem þarf

er frá 50-110N. Segulliðinn fyrir skynjarana er staðsettur inní uppistöðu hliðsins en vírarnir

úr skynjurunum eru dregnir inní prófíla hliðsins, og teknir út við lamir þess þar sem hliðið

brotnar við opnun. Þar eru vírarnir lagðir í sveigjanlegar hulsur úr áli til að verja þá.

2.1.3 Ljósskynjarar (e. through beam sensors)

Ljósskynjarar eru notaðir til að varna því að hliðin lokist meðan eitthvað er í þeim.

Skynjararnir eru staðsettir inní uppstöðum hliðanna. Fyrir meira öryggi eru skynjararnir

hafðir tveir, í mismikilli hæð og er, annar 400mm frá jörðu en hinn 1000mm. Er það til að

tryggja að sama hvernig bifreiðar keyra í gegn um hliðin, skynjararnir munu ná að greina

þær. Eru notaðir skynjarar með sendi og móttakara sem geta numið allt að átta metra.

Geisli skynjaranna er alltaf á og stoppa hliðin þegar hann er rofinn, þannig er merkið frá

skynjaranum notað til að loka hliðinu. Þegar geislinn kemur aftur á og bifreið komin inn

eða út um hliðið veður fjögurra sekúndna töf áður en hliðið er lokast.

2.1.4 Stöðuskynjari

Stöðuskynjarar eru notaðir til að greina hvort hliðið er opið eða lokað. Eru þessir skynjarar,

á flestum hliðum, hafður yfir plötu sem fest er á öxul sem gengur upp úr innrihliðvæng.

2.1.5 Segullykkja (e. induction loop)

Segullykkja er ekki partur af öryggisskynjurum hliðanna, heldur er hún notuð fyrir

aukahluti eins og til dæmis. fyrir umferðaljós á hliðin. Segullykkja er úr vírum sem eru

grafnir í jörðu fyrir framan og aftan hliðin. Lykkjan er uppbyggð úr vírum sem mynda

segulssvið. Þegar bifreið keyrir yfir segullykkjuna breytist segulsviðið, stýring fyrir

segullykkjuna nemur breytinguna og sendir merki til iðntölvunnar. Fyrir umferðastýringu

virkar segullykkjan þannig að þegar bifreið kemur að hliðinu kviknar rautt ljós hinu megin

við hliðið. Einnig er hægt að nota þennan búnað til að loka hliðinu þegar bifreið er komin í

gegn eða að koma í veg fyrir að hliðin opnist nema að lykkjan nemi bifreið.

6

2.1.6 Iðntölva og tengingar

Iðntölvur hliðanna eru í raun forritanlegir segulliðar (e. smart reley), inngangar eru fyrir

hulsuskynjara, ljósskynjara og stöðuskynjara. Tveir hulsuskynjarar eru á hverja iðntölvu en

þar sem þeir eru notaðir í sama tilgangi það er að stoppa hliðið eru þeir raðtengdir inn á

sama innganginn. Sama er með ljósskynjarana, þeir eru teknir saman í einn inngang. Eru

því fjórir inngangar það lágmark sem þarf til, þar sem tveir stöðuskynjarar eru á hverri

hliðeiningu. Ef þörf er á segullykkju er hún einnig tengd í inngang. Útgangar fyrir

hliðeiningu eru fyrir mótora og þá mögulega aukabúnað eins og umferðaljós eða aðvörunar

flautu.

Lagt er rafmagn í aðra uppistöðu hliðanna inn að iðntölvu, í henni er straumbreytir þar sem

hún er fyrir 24VDC. Einnig er lagt í riðabreyti fyrir mótor þar sem hann er þriggja fasa.

Rafmagn er lagt í jörðu á milli uppistaða, fyrir íhluti í seinni uppistöðunni. Modbus

samskipta kapall er lagður með rafmagnskapli fyrir iðntölvuna í seinni uppistöðunni.

Iðntölvurnar eru tengdar saman með master/slave fyrirkomulagi, virka þær þannig að

önnur tölvan er ráðandi, tekur hún við merki frá fjarstýringum og sendir skipanir yfir í

tölvuna á hinni hliðeiningunni. Báðar tölvurnar hafa sömu virkni þar sem hlið einingarnar

eru eins.

2.2 Þarfagreining

2.2.1 Efni

Efni fyrir uppbyggingu hliðsins var borið saman með tilliti til styrks og þunga, skipti þar

einnig máli kostnaður efnisins. Hliðvængirnir yrðu einungis skoðaðir út frá efnisvali þar

sem þeir voru sá sá þungi sem þurfti að hreyfa. Álprófílar eru rúmlega tvöfalt léttari en stál

en stærðir og þyngdir voru fengnar hjá Ferrozink [3]. Voru bornir saman eiginleikar fyrir

AIMgSi 0,5 ál og St-37 stál. Skoðaðir voru prófílar að sömu stærð en álprófílarnir voru

efnismeiri en stálrörin.

Tafla 2-1 Samanburður á stáli og áli [3].

Tegund Flotmörk MPa Togþol MPa

Þyngd hliðvængja

kg

St 37-2 235 360-460 148,4

AIMgSi 0,5 150 170-180 72,4

Eins og Tafla 2-1 sýndi var stál með hærri flotmörk heldur en ál, flotmörkin voru notuð við

útreikninga í kafla 3. Segja þau til um hversu mikið efnið þolir áður en það fer að

afformast. Þar sem einungis hliðvængirnir hefðu verið úr áli hefði átakið verið mest þar

sem hliðvængirnir voru festi á lamirnar. Þyngd álsins var rúmlega tvöfalt minni, hefði

styrkur álsins verið nægur ef hliðið ætti að vera úr áli.

7

Kostnaður var annar þáttur sem var skoðaður þegar valið var á milli áls og stáls. Var þá

tekið inní kostnað vinna við málun eða húðun. Þar sem borið var saman svart stál og ál,

þyrfti að grunna og mála stálið eða heitgalvanhúða það. Álið þyrfti minni forvinnu en engu

að síður þyrfti að pólýhúða það. Gerð var gróf verðkönnun á báðum þessum aðferðum og

var minni kostnaður við galvanhúðun, eða hefði það kostað 46.500 kr en pólýhúðun 72.125

kr. Hliðvængirnir voru gerðir úr prófilum af tveimur stærðum og voru fengin metraverð frá

efnisala.

Tafla 2-2 Verðsamanburður á stáli og áli

Stærð mm Efni Verð

50x50x3 Ál AIMgSI 0,5 1.152 kr/m

25x25x2 Ál AIMgSI 0,5 378 kr/m

50x50x2 Stál St-37 684 kr/m

25x25x1,5 Stál St-37 272 kr/m

Eins og sést í Tafla 2-2 var ál 30-40% dýrara en stál, öll verð eru án virðisaukaskatts.

Notast var við stál í hönnun hliðsins vegna verðmunar þar sem reynt var að halda kostnaði

sem lægstum. Einnig þar sem einungis hliðvængirnir áttu að vera úr áli en allt annað úr

stáli hefði komið til auka kostnaður við skinnur og fóðringar milli áls og stáls, þar sem álið

má ekki liggja utan í stálinu.

2.2.2 Iðntölva

Þar sem einfaldar stýringar voru á hliðinu var ekki þörf á flókinni iðntölvu, var nóg að nota

forritanlega segulliða (e. smart reley). Það eina sem þurfti, voru nógu margir inn- og

útgangar, svörunartími iðntölvunnar var ekki atriði og þar af leiðandi nóg að hafa segulliða

útganga frekar en smára útganga. Þar sem hægt er fá aukalega inn- og útganga fyrir flestar

iðntölvur var tölvan valin út frá ummáli. Ákjósanlegast var að fá iðntölvu með nógu

mörgum innbyggðum inn- og útgöngum, sem væri í þeirri stærð að hún passaði vel inn í

uppistöðu hliðsins ásamt straumbreyti. Gert var ráð fyrir að tölvan þyrfti að lágmarki níu

innganga, fimm þeirra voru nauðsynlegir fyrir virkni hliðsins en fjórir fyrir aukahluti, sjá

kafla 3.8. Nauðsynlegir útgangar voru fjórir en til að hafa kosti fyrir mögulega aukahluti

þurftu þeir að vera minnst fimm. Bornar voru saman iðntölvur frá Unitronics og Schneider

sjá Tafla 2-3.

8

Tafla 2-3 Iðntölvur

Þessar tölvur eru svipaðar að mörgu leyti eða báðar 24VDC og þar af leiðandi þurfti

spennubreyti fyrir þær báðar. Voru þær forritaðar með stigaforritun (e. Ladder programing)

en Schneider hefur að auki þann möguleika að nota FBD (e. Function Block Diagram). Þar

sem báðar þessar iðntölvur hafa næga inn- og útganga fyrir hliðið þurfti einungis að velja

út frá raunstærðum tölvanna. Innanmál uppistöðunnar þar sem tölvan átti að vera staðsett

var 288mm að breidd. Þurfti tölvan og fleiri íhlutir fyrir hliðið að komast fyrir í kassa inn í

henni og, þar sem plássið var mjög takmarkað var ekki nóg að fara eingöngu eftir verði.

Schneider iðntölvan var 113mm að breidd og spennubreytirinn var 90mm, var því

heildarbreidd 203mm [6]. Breidd Unitronics iðntölvunnar var 147mm og straumbreytirinn

var 40mm breiður þannig að heildarbreidd var 187mm [5]. Hefðu báðar þessar tölvur

komist fyrir inn í uppistöðunni en til að hafa allan aðgang sem bestan, var Schneider tölvan

fyrir valinu, var það vegna uppbygginar hennar eða að tölvan og straumbreytirinn voru jöfn

að stærð. Þar sem straumbreytirinn fyrir Unitronics tölvuna stóð 100mm fram hentaði hann

ekki.

Mynd 2-4 Unitronics JZ10-

11-T40 [4]

Mynd 2-5 Schneider SR2A201BD

[6]

Inngangar 18 12

Útgangar 20 8

Verð 28.691 kr án/vsk 48.843 kr án/vsk

9

3 Hönnun og efnisval

Stál var notað sem efni fyrir hliðið og varð fyrir valinu smíðastál eða stál 37-2, þar sem það

þótti nógu sterkt en ekki of kostnaðarsamt. Stálið yrði heitgalvaniserað til að hindra

tæringu og ryð, allir boltar voru úr 8.8 stáli og heitgalvaniseraðir. Efnið var valið út frá

þyngd og einnig styrk og verður farið yfir útreikninga fyrir þol efnisins og einnig ástæður

fyrir vali í kaflanum. Þar sem hlið eins og þessi eru smíðuð í mismunandi stærðum eftir því

hvað hentar hverju sinni var ákveðið að hanna hlið af stórum skala. Hliðið var þriggja

metra hátt og sjö metra breitt. Þar sem um tvær eins einingar var um að ræða voru

útreikningar gerðir fyrir aðra hliðeininguna og var hún því þriggja og hálfs metra breið.

Hliðið var hannað með það að markmiði að nota rafmagnstjakka sem yrðu staðsettir inn í

uppistöðum hliðsins. Það að staðsetja tjakkana inn í uppistöðunni hafði þann kost í för með

sér að hægt er að hafa tvo tjakka í hvorri uppistöðu ef notast þyrfti við meiri kraft til að

hreyfa hliðið. Einnig opnaði það á þann möguleika að stækka hliðið eða ef það þyrfti að

vera úr sterkara og þyngra efni.

Þá voru allir hreyfanlegir hlutir útfærðir með kúlulegum til að lágmarka núning við

hreyfingu hliðsins. Snúningur um lamir var 90° og hraðinn var á bilinu 17,5-35mm/s.

Legurnar voru alltaf með sömu færsluna eða fram og aftur og tíðni snúninga var ekki

stöðugur. Við þessar aðstæður hefði mögulega dugað að nota fóðringar í stað kúlulega, en

þegar var farið að skoða núningsstuðla fyrir kúlulegur og fóðringar var ákveðið að notast

við kúlulegur. Þar sem opnar kúlulegur voru með töluvert minni núningsstuðul eða 0,002

sjá viðauka A, á meðan þurr núningur í fóðringum var mestur 0,2 [7].

Hliðinu yrði stjórnað af iðntölvu, þarf þessi iðntölva að geta verið með nógu marga inn og

útganga til að stjórna þeim skynjurum sem voru á hliðinu auk þess að stjórna tjökkum

hliðsins. Virkni stjórnbúnaðar var hermdur í ZelioSoft frá Schneider. Var það gert til að ná

fram réttum virkniþáttum eins og tímaseinkunum og neyðarstoppum.

Notast var við þrívíddar forritið Autodesk Inventor við hönnun hliðsins og voru allir hlutir

í réttum skala. Með forritinu var hægt að greina hreyfingar hliðsins við opnun og lokun en

einnig hægt að sjá hvernig afstaða tjakks og færslubúnaðar fyrir ytri hliðvæng þurfti að

vera. Þar sem hliðið var uppbyggt af tveimur einingum sem voru spegilmynd hvor

annarrar, var önnur einingin hönnuð og reiknuð út síðan var henni speglað yfir.

10

3.1 Hliðvængir

Þar sem hliðið samanstendur af tveimur aðfellanlegum grindum eða vængjum fyrir hverja

uppistöðu, var hver vængur 1750mm langur og 2900mm hár. Efnið var því valið út frá

styrk og þunga, ákveðið var að nota 50x50x2mm prófíla sem yrðu soðnir saman í ramma

fyrir vængina sjá Mynd 3-1. Þessir prófílar þóttu heppileg að stærð og ekki of þungir eða

3,01 kg/m [3]. Í hvern ramma þarf 9,3m og því þyngd hvers ramma 28 kg.

Mynd 3-1 Samsett hliðeining -sýnir mál og uppsetningu á hliði og hliðvængjum

Inní rammann voru valdir 25x25x1,5mm prófílar, var það valið vegna þyngdar og breiddar.

Samkvæmt starfsmanni hjá Öryggisgirðingum ehf má opið bil fyrir svalir eða mannheldar

girðingar ekki að vera meira en 89mm, til að hindra að manneskja komist í gegn. Var

ákveðið að fylgja þessu eftir og varð niðurstaðan að fimmtán prófílar yrðu soðnir í

rammann, endaprófílarnir hvoru megin voru með 84,5mm bili frá rammanum síðan var

voru 87mm milli prófíla. Fyrir hvern ramma þyrfti þess vegna 42m af rörum, þyngd

röranna var 1,1kg/m [3] og því heildarþyngd 46,2kg.

11

Þyngd hvers hliðvængs var 74,2kg og því heildarþyngd 148,4kg fyrir báða vængi og

lágmarkskraftur sem uppistaðan þurfti að bera 1,47kN. Til öryggis var þyngdin hækkuð

upp í 200kg eða 1,962kN til að gera ráð fyrir lömum og færsluplötum sem yrðu komið

fyrir á hliðvængjunum. Hliðvængirnir voru festir með lömum á uppistöðuna og var bilið

milli lamanna 2,776m. Þar sem báðir hliðvængir og lamir voru eins að uppbyggingu var

hliðið tekið sem ein heild og var krafturinn tekin saman fyrir miðju hliðsins og

undirstöðukraftar sem verkuðu á uppistöðu og lamir reiknaðir sjá Mynd 3-2.

L = 3,58m heildarbreidd.

h = 2,776m lengd milli lama.

W = 200kg þyngd hliðsins.

Fc = W × 9,81 m/s2 = 1,962kN heildarkraftur í y-stefnu.

Mynd 3-2 Kraftamynd lamir og uppistaða - sýnir hvernig kraftar liðast út frá þyngd hliðsins

Þar sem hliðvængirnir og lamir voru eins var heildarkraftur Fc massamiðja. Reiknað var

með að efri lömin eða Ax tæki upp allt vægi og By tæki alla þyngd eða

𝐵𝑦 = 1,962𝑘𝑁

Til að finna krafta fyrir x-stefnu var massamiðjan Fc færð niður til að vera hornrétt við B

og þar af leiðandi var tekið vægi um B.

∑ 𝑀𝐵 = 𝐴𝑥 × 2,776𝑚 − 1,962𝑘𝑁 × 1,79𝑚 = 0 Jafna 1 Summa vægis

Vægið var tekið inn að massamiðju hliðsins sem var helmingurinn af heildar breiddinni

eða 1,79m

𝐴𝑥 = 1,962𝑘𝑁×1,79𝑚

2,776𝑚= 1,265𝑘𝑁,

12

Kraftar voru jafnir en verkuðu í andstæða átt

𝐵𝑥 = −1,265𝑘𝑁

Byggðist uppbygging íhluta hliðsins á þessum útreikningum eða burður í uppistöðu,

flatjárnum og kraftaþörfin fyrir tjakkinn.

13

3.2 Uppistöður

Hliðvængjunum var haldið uppi af ferköntuðum stálrörum (prófílum) með 300x300mm

hliðarmál og 6mm þykkt. Hæð uppistöðunnar var þrír metrar eða 100mm hærri en

hliðvængirnir, þetta 100mm bil frá jörðu upp í hliðvængina var meðal annars ætlað til að

hindra það að hliðið stoppi þó að snjór safnist fyrir framan það. Stærð uppistöðunnar var

hentug upp á stöðuleika fyrir hliðið, neðst á uppistöðunni var ásoðin 15mm þykk stálplata

sem var 800x800mm. Plata þessi var svo boltuð á fjórum stöðum á steypta undirstöðu sem

var grafin einn metra niður í jörðu. Burðurinn í uppistöðunni var reiknaður út en gert var

ráð fyrir í útreikningum að uppsistaðan væri innspennt. Kraftar í x-stefnu eru jafn miklir

nema í sitthvora áttina sjá Mynd 3-3, vægið á uppistöðuna var reiknað eftirfarandi þar sem

R1 = Bx og R2 = Ax.

Mynd 3-3 Kraftamynd fyrir uppistöðu - á myndinni sést hvar kraftar verka á uppistöðuna og lengdir í

millimetrum.

𝑅1 = 1,265𝑘𝑁 , 𝑅2 = −1,265𝑘𝑁 Kraftar sem verka á uppistöðu.

Mynd 3-3 sýnir lengdir frá festingu uppistöðu í miðju lamanna þar sem x1 = 2776mm og

x2 = 160mm

𝑀𝑢𝑝𝑝𝑖𝑠𝑡𝑎ð𝑎 = −𝑅2 × 𝑥1 + 𝑅1 × 𝑥2 = 3,512𝑘𝑁𝑚, Jafna 2 Vægi fyrir uppistöðu

Til þess að finna beygjuálag fyrir uppistöðuna var reiknað út tregðuvægi fyrir prófíl af

stærðinni 300x300x6mm. Á Mynd 3-4 má sjá hvar mál eru tekin fyrir útreikninga.

𝐼 =𝑎4−𝑏4

12 , Jafna 3 Tregðuvægi prófíl

𝑎 = 0,300𝑚, utanmál prófíls

𝑏 = 0,288𝑚, innanmál prófíls

𝐶 = 0,150𝑚, hæð frá miðju prófíls upp í ystu brún

𝐼 =0,300𝑚4−0,288𝑚4

12= 1,017 × 10−4 𝑚4

Flotmörk fyrir St 37-2 stál er 235MPa [4], settur var öryggisstuðull upp á fjóra fyrir það

álag. Var það gert þar sem mikið átak er á uppistöðunni þegar hliðið opnast og lokast, en

einnig til að ná betri endingu undir miklu álagi við tíða hreyfingu.

Mynd 3-4 Málsetningar

fyrir tregðuvægi [16]

14

𝜎𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤 = 235𝑀𝑃𝑎

4= 58,75𝑀𝑃𝑎, Leyfilegt beygjuálag

𝜎𝑦 =𝑀𝑢𝑝𝑝𝑖𝑠𝑡𝑎ð𝑎×𝐶

𝐼 Jafna 4 Beygjuálag

𝜎𝑦 =3,512𝑘𝑁𝑚 × 0,150𝑚

1,017 × 10−4𝑚4= 5,18𝑀𝑃𝑎

Útreikningar sýndu að beygjuálag uppistöðunnar var minna en leyfilegt beygjuálag. Myndi

efni uppistöðunnar þola það álag sem lagt var á hana.

Undirstaða uppistöðunnar var stálplata og var platan heilsoðin á uppistöðuna, sjá Mynd

3-5. Til að tryggja að suðan myndi halda var reiknað út hvað hún þyldi mikinn kraft fyrir

ákveðið leyfilegt skerálag. Einnig voru útreikningar miðaðir út frá vinduvægi vegns álags

við hreyfingu hliðvængja. Miðað var við að nota veikasta rafstuðuvírinn sem öryggisstuðul

eða E60 en leyfilegt skerálag þess suðuvírs var 124MPa [8]. Suðan var átta millimetra

þykk kverksuða. Kraftaplan má sjá á Mynd 3-6

Mynd 3-5 Uppistaða og botnplata - uppistaðan er

soðin á botnplötuna

Mynd 3-6 Kraftamynd uppistaða - sýnir hvernig

kraftar liðast fyrir suðu

ℎ = 8𝑚𝑚, þykkt suðu

𝑏 = 𝑑 = 300𝑚𝑚, breidd uppistöðu

𝑉𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤 = 124𝑀𝑃𝑎

𝐴 = 1,414 × ℎ × (𝑏 + 𝑑) Jafna 5 flatarmál fyrir heilsuður [8]

𝐴 = 1,414 × 0,008𝑚 × (0,300𝑚 + 0,300𝑚) = 6,79 × 10−3𝑚4

15

𝐽𝑢 =(𝑏+𝑑)3

6= 0,036𝑚4, Jafna 6 tregðuvægi [8]

𝐽 = 0,707 × ℎ × 𝐽𝑢 = 2,04 × 10−4𝑚4, Jafna 7 Tregðuvægi gagnvart snúningi [8]

Gert var ráð fyrir að krafturinn væri um eina löm efst á hliðinu og því þrír metrar upp í

kraftinn. Krafurinn var svo leystur út fyrir leyfilegt skerálag sjá jöfnu 9

𝑉′′ =𝑀×𝐶

2×𝐽=

3𝑚×𝐹×0,150𝑚

2×2,04×10−4𝑚4 = 1103𝐹, Jafna 8 Skerálag [8]

𝑉𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤 = 𝑉′′

𝐹𝑠𝑢ð𝑎 =𝑉𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤

𝑉′′ =124𝑀𝑃𝑎

1103= 112,4𝑘𝑁, Jafna 9 leyst út fyrir kraft sem suðan þyldi

Niðurstöður þessara útreikninga voru að suðan mun halda uppistöðunni, þar sem krafturinn

sem hún þurfti að þola var 1,265kN en leyfilegur kraftur áður en suðan gæfi eftir var

112,4kN. Einnig myndi hún þola þann snúningálag sem myndast við hreyfingu hliðsins.

16

Á uppistöðuna yrði soðið snittað 15x50mm flatjárn 120mm langt til að festa lamir við

hana, sjá Mynd 3-7. Fundið var hversu mikinn kraft suðurnar þoldu miðað við leyfilegt

skerálag, á Mynd 3-8 má sjá hvar kraftur verkaði á þessar plötur. Voru þessi flatjárn

heilsoðin með fimm millimetra kverksuðu, miðað var í útreikningum að nota E60

rafsuðuvír

Mynd 3-7 Festiplata á uppistöðu - sýnir hvar plötu

sem verður soðin á uppistöðu

Mynd 3-8 Kraftamynd af festiplötu - sýnir hvernig

kraftur verkar á festiplötuna, By =1,962kN

ℎ = 5𝑚𝑚, þykkt suðu

𝑏 = 50𝑚𝑚, breidd flatjárns

𝑑 = 120𝑚𝑚, hæð flatjárns

𝑉𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤 = 124𝑀𝑃𝑎, Leyfilegt skerálag fyrir E60 rafsuðuvír

𝐴 = 1,414 × ℎ × (𝑏 + 𝑑)Jafna 5 flatarmál fyrir heilsuður Jafna 10 Flatarmál fyrir

heilsuður

𝑉 =𝐹

𝐴 Jafna 11 Skerálag

Leyst út fyrir kraft úr jöfnu 11

𝐹 = 𝑉𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤 × 𝐴 = 239,3𝑘𝑁

17

Miðað við niðurstöður þessara reikninga þolir suðan þann kraft sem lagt var á hana, eða

togkraft í x-stefnu upp á 1,265kN og 1,962kN í y-stefnu ef miðað var við að allt hliðið væri

fest á eina plötu. Í þessu tilfelli hefði verið nóg að sjóða plöturnar á tveimur hliðum.

Breidd uppistöðunnar var einnig notuð þegar driftjakkur og stjórnbúnaður hliðsins voru

valdir, en gert var ráð fyrir að þeir yrðu felldir inní uppistöðuna og endi tjakksins gengi út

um rauf sem gerð var á hana sjá Mynd 3-9

Mynd 3-9 Rauf fyrir tjakk - sýnir hvernig rauf var gerð í uppistöðuna fyrir tjakkinn.

Sú rauf var 150mm löng og 50mm breið. Raufin var gerð svo löng til að taka upp

hliðarfærsluna sem myndaðist þegar tjakkurinn gengur út og inn, en einnig til að færa

tjakkinn nógu langt frá ef hann yrði tekinn úr sambandi við arminn. Til að hindra að bleyta

eigi greiðan aðgang inn í uppistöðuna, var sett fóðring úr PE plasti í raufina. Fóðringin var

einnig til að hindra það að ef afstaða tjakksins breytist þá lægi hann ekki utan í

uppistöðunni. Gúmmíhulsa þyrfti að vera sett utan um tjakkinn og lokaði hún raufinni á

uppistöðunni. Til að loka uppistöðunni að ofan var sett 5mm þykk stálplata í sömu breidd

og prófíll uppistöðunnar, á plötuna voru soðin þrjú flatjárn á þremur hliðum sem féllu inn í

uppistöðuna. Ekki var sett flatjárn á þá hliðina þar sem tjakkurinn gengur út úr

uppistöðunni. Hvert flatjárn var með 5mm snittuðu gati og boltað í gegn um uppistöðuna

til að halda lokinu föstu. Öllum stjórnbúnaði fyrir hliðið átti að vera komið fyrir inn í

uppistöðunni, og þar sem um viðkvæman rafmagnsbúnað var að ræða þyrfti hann að vera í

vatnsheldum kassa. Festingar fyrir rafmagnskassann inní uppistöðunni þurftu að vera í

þeirri hæð að þægilegt var að vinna við hann og aðgengi gott fyrir tengingar og lagnir.

Gerðar voru lúgur á uppistöðuna, að framan og til hliðar en báðar lúgurnar voru í sömu

hæð og í þeim tilgangi að einfalda ísetningu og vinnu við rafkerfi. Á þessu hliði var hæðin

upp í lúgurnar 1600mm en hæð sjá Mynd 3-10. Þar sem allur rafbúnaður var staðsettur

inní uppistöðunni var gert ráð fyrir ljósskynjurum á þeim. Voru gerð tvö göt á þá hlið sem

hliðvængirnir eru festir á. Voru þessi göt gerð mishá, annað gatið var 350mm frá jörðu og

hitt 1000mm og 100mm voru á milli gata sjá Mynd 3-11 .

18

Mynd 3-10 Lúga á uppistöðu - sýnir staðsetningu

lúgu fyrir stjórnbúnað.

Mynd 3-11 Staðsetning ljósskynjara - sýnir hvar á

uppistöðunni skynjarar yrðu staðsettir.

19

3.3 Armur og löm

3.3.1 Armur og löm fyrsta útfærsla

Við fyrstu hönnun á hliðinu var ákveðið að hafa arm út úr efri löm hliðsins. Tjakkurinn var

tekinn út úr þeirri hlið uppistöðunnar sem var samsíða hliðinu þegar það var lokað og

tengdist út í armana. Á Mynd 3-12 má sjá fyrstu uppsetningu á hliðinu og til samanburðar

má sjá endanlega útfærslu á Mynd 3-13.

Mynd 3-12 Armur fyrsta útfærsla - sýnir hvar armur

var staðsettur og afstaða á tjakk.

Mynd 3-13 Armur seinni útfærsla - sýnir hvar

endanleg staðsetning á armi var.

Armarnir á þessari fyrstu löm voru 83mm langir og tjakkurinn við þessa uppsetningu var

með 130mm slagi. Það sem var að þessari hönnun var að þegar hliðið féll saman við opnun

var endi armsins ekki nema einum millimetra frá brún ytri vængsins sem þótti of tæpt.

Aðal vandamálið við þessa uppsetningu var að armurinn og tjakkendinn var þeim megin

sem komið var að hliðinu frá götu, vegna öryggis þurfti hann að snúa inn að svæðinu sem

loka á af.

Festingar lamarinnar við uppistöðu voru úr 8mm flatjárnum með 10mm götum, var reiknuð

út beygjuspenna á því flatjárni samanber útreikninga í kafla

3.3.2. nema fyrir þetta efni og varð niðurstaðan 33MPa. Það

var enn undir leyfilegu beygjuálagi og hefði haldið en þegar

litið er til endingar var ákveðið að breikka járnið upp í

15mm. Festingar lamarinnar við hliðvænginn var einnig úr

8mm flatjárnum og fest á prófíl hliðvængsins á tveimur

stöðum, sjá Mynd 3-14 og boltað í festiplötur sem soðnar

voru á prófilinn. Var þessu breytt þannig að festingin næði

á þrjár hliðar prófilsins og að boltað yrði í gegn um hann,

var þá ekki lengur þörf á festiplötum. Flatjárnin voru þá

einnig stækkuð úr 8mm í 10mm þar sem boltarnir gengu í

gegn en 15mm þykkt þar á milli. Armarnir á fyrstu löminni

voru úr 10mm flatjárnum og efnisþykkt inn að gati fyrir

tjakkboltann var 10mm.

Mynd 3-14 Armur og löm - sýnir

fyrstu útgáfu af armi, löm og

festinar.

20

3.3.2 Armur og löm seinni útfærsla

Seinni útfærslan af arminum og löminni var einnig staðsett efst á uppistöðunni. Var hún

sett saman úr 60mm öxulstáli og var í þremur hlutum, sjá Mynd 3-17 og Mynd 3-18. Efri

og neðri hlutinn voru boltaðir á uppistöðuna en miðjuhlutinn boltaður á hliðvænginn, sjá

Mynd 3-15. Lömin var höfð þreföld til að koma

fyrir legum í henni, sjá Mynd 3-16, en í efri og neðri

parti lamarinnar var gert ráð fyrir fjórum legum bæði

þrýsti- og kúlulegum. Þrýstilegurnar voru settar á

milli efri og neðri hluta og miðjuhluta lamarinnar til

að taka eingöngu upp þunga hliðsins. Meðan

kúlulegurnar voru settar efst og neðst til að taka upp

hliðarátak. Til að loka af löminni og halda

kúlulegunum á sínum stað var boltaður flangs efst og

neðst á lömina. Var lömin fest saman með öxli sem

gekk í gegn um lömina, var hann renndur úr 35mm

St-50 öxulstáli en efsti hluti öxulsins var renndur

niður í 34mm og 3mm þykkt til að festa innri

helming kúlulegunnar sem sat efst í löminni, síðan

var hann tekinn niður í 25mm þvermál fyrir þann

hluta sem gengur í gegn um lömina eða 120mm,

10mm gengjur voru gerðar í öxulinn að neðanverðu og sett 34mm skinna 3mm þykk og

M10 bolti til að halda löminni saman.

Mynd 3-16 Þversnið af löm - sýnir hvernig legur sitja í löminni

Mynd 3-15 Armur og löm - sýnir hvernig

armur og löm eru fest við uppistöður og

hliðvæng

21

Armar sem tengja tjakk og hliðvængi var gerður út frá þessari löm og þurfi hún því að taka

upp mikið álag vegna þess að hún var að halda uppi hliðinu og sjá um hreyfingar hliðsins

við opnun og lokun.

Mynd 3-17 Armur og löm

Mynd 3-18 Sprengimynd af armi og löm - sýnir íhluti lamarinnar

Voru tveir armar úr 12mm flatjárnum sem komu út frá miðjuhluta lamarinnar og var

tjakkendinn festur á milli þessara flatjárna. Armlengdin var háð slaglengd tjakksins en

reynt var að hafa slaglengd tjakksins sem næst 200mm. Það var ekki hægt þar sem

tjakkurinn var staðsettur inn í uppistöðunni og hafði þar af leiðandi takmarkað pláss þar

sem lengd tjakksins þurfti að vera 270mm en slaglengd tjakksins bættist við þessa lengd.

Hefði ákjósanleg lengd tjakksins því þurft að vera 470mm samanslegnum. Reynt var að

auka pláss eins og hægt var með því að hafa tjakkfestinguna inn í uppistöðunni eins litla og

hægt var. Var tjakkurinn tekinn út úr uppistöðunni 10mm frá horni hennar og því mesta

pláss inn í uppistöðunni 400mm. Einnig mátti bilið milli uppistöðunnar og hliðvængsins

ekki vera meira en 89mm. Þar sem tjakkurinn var úti þegar hliðið var lokað og dróst inn

þegar opnað var, var lengdin frá armi að uppistöðu orðin mjög stutt. Ef tjakkurinn átti að

vera með 200mm slagi hefðu armarnir þurft að vera 127mm og hefðu þeir ekki komist fyrir

vegna afstöðu tjakksins inn í uppistöðunni. Var því haft samband við framleiðanda

tjakksins og þetta leyst með því að stytta tjakkinn niður í 140mm slaglengd og, voru þá

armarnir orðnir 90mm langir. Lengd armanna var fengin með því að reikna út að slaglengd

tjakksins væri ummál eins fjórða úr hring og leyst út fyrir radíusinn. Einnig þurfti að færa

armana aftur um 12° til að tjakkurinn kæmist fyrir, en við þá færslu þurfti að færa gatið

fyrir tjakkinn og varð niðurstaðan að hafa það 95mm frá miðju gati lamarinnar í miðju

tjakkfestinginna á örmunum. Með því að færa armana aftur var tjakkurinn farinn að rekast í

lömina þegar hann var alveg í ystu stöðu, til að koma í veg fyrir það var tekið úr miðju

lamarinnar 32mm breitt skarð fimm millimetra inn á þeim hluta lamarinnar sem snýr að

tjakkstálinu við ystu stöðu, sjá Mynd 3-17.

Flatjárnin sem soðin voru á lamirnar og boltast á uppistöðuna voru 15mm þykk og 60mm

löng, voru þessi flatjárn á efri og neðri hlutum lamarinnar þannig að heildar lengd

flatjárnanna beggja var 120mm á hverri löm. Lamirnar voru boltaðar á 15 x 50mm flatjárn

sem var búið að snitta með fjórum tólf millimetra götum í röð fyrir miðju, þetta flatjárn var

soðið á uppistöðuna. Þar sem lamirnar halda hliðinu uppi var reiknað út hversu mikið

beygjuálag var á efninu en á Mynd 3-19Error! Reference source not found. má sjá

hvernig efri hlutinn er uppbyggður. Byrjað var á að gera kraftamynd, sjá Mynd 3-19 af

22

annari festingu lamarinnar og reiknað út fyrir hana. Þar sem Ay er krafturinn sem var búið

að reikna út í kafla 3.1.1

Mynd 3-19 Festing fyrir löm - sýnir hvernig lömin er

uppbyggð.

Mynd 3-20 Kraftamynd af festingu fyrir löm – sýnir

mál í millimetrum og hvar kraftur verkar

Til að finna beygjuálag festingarinnar var miðpunktur tekinn á milli boltagatanna og vægi

reiknað þaðan út í miðju lamarinnar. Tregðuvægið fyrir flatjárnið var einnig fundið en

flatjárnið var 15mm þykkt með tveimur götum þannig að boltagötin voru dregin frá.

Flotmörk fyrir stál St37-2 var 235MPa [4] og öryggistuðull var fjórir

𝐵𝑦 = 981𝑁

𝑀𝑓𝑒𝑠𝑡𝑖𝑛𝑔 = 981𝑁 × 0,061𝑚 = 59.84𝑁𝑚

𝐼 = 𝐼𝑓𝑒𝑠𝑡𝑖𝑛𝑔 − 2(𝐼𝑏𝑜𝑙𝑡𝑎𝑔ö𝑡 + 𝑑2𝐴) Jafna 12 Tregðuvægi fyrir flatjárn með boltagötum

𝐼 =0,015𝑚 × 0,030𝑚3

12− 2 (

0,015𝑚 × 0,012𝑚3

12+ 0,0152 × 0,015 × 0,012)

𝐼 = 5,532 × 10−8𝑚4

𝐶 = 0,015𝑚, lengd frá miðju flatjárns upp í efstu brún

𝑆. 𝐹. = 4

𝜎𝐴𝑙𝑙𝑜𝑤𝑒𝑑 = 235𝑀𝑃𝑎

4= 58,75𝑀𝑃𝑎

𝜎𝑦 =𝑀𝑓𝑒𝑠𝑡𝑖𝑛𝑔×𝐶

𝐼= 17,4𝑀𝑃𝑎

Beygjuálagið fyrir festinguna var undir leyfilegu beygjuálagi, reiknað var út fyrir aðra

festinguna á efrilöm hliðsins. Þannig að nota 15mm þykkt flatjárn var vel innan þeirra

marka þess sem efnið þolir.

23

Lamirnar voru boltaðar á uppistöðuna með átta M12 8,8 boltum, eða fjórir boltar á hvorri

löm. Fundið var hversu mikinn kraft boltarnir þoldu með því að finna hámarks skerkraft

þeirra en reiknað var með öryggisstuðli upp á fjóra.

𝜎𝑦 𝑏𝑜𝑙𝑡𝑎𝑟 = 660𝑀𝑃𝑎, flotmörk fyrir 8,8 bolta [8]

𝜎𝑠𝑦 = 0,577 × 𝜎𝑦 𝑏𝑜𝑙𝑡𝑎𝑟 = 380𝑀𝑃𝑎

𝐴𝑏𝑜𝑙𝑡𝑖 =𝜋

4𝑑2 = 1,13 × 10−4𝑚2, flatarmál boltans.

𝑉 =380𝑀𝑃𝑎

4= 95𝑀𝑃𝑎 mesta skerálag á bolta með öryggisstuðli.

𝐹𝑠 = 𝑉 × 𝐴𝑏𝑜𝑙𝑡𝑖 = 10,7𝑘𝑁

Mesti skerkraftur sem hver bolti þoldi var 10,7kN, heildar kraftar sem voru lagðir á þá

voru undir þessari tölu, eða sá klippikraftur sem verkar á þá var 1,962kN. Á Mynd 3-20

má sjá hvar krafturinn verkar á lömina og hvar boltar voru staðsettir.

Til að taka upp núning á löminni var gert ráð fyrir að nota einfaldar þrýstilegur á milli

miðjuhluta og efri og neðri hluta lamarinnar. Þessar legur eru

kúlulegur sem taka eingöngu upp tog- eða þrýstikrafta en ekkert

hliðarálag sjá Mynd 3-21. Þar sem öxullinn sem gengur í gegn

um lömina var 25mm í þvermál var valin lega sem var með innan

mál 25mm og 42mm að utanmáli og 9mm á þykkt. Snúningur

legunnar var ekki það mikill að ekki var reiknaður út líftími

hennar, hins vegar var nauðsynlegt að vita hversu mikið

snúningsvægi þyrfti til að snúa löminni með legunni. Miðað var

við að núningsstuðull væri 0,0013 sjá viðauka A

𝑑1 = 42𝑚𝑚, ytra þvermál legu

𝑑2 = 25𝑚𝑚, innra þvermál legu

𝑑𝑚 = (𝑑1+𝑑2)

2= 34𝑚𝑚, meðalþvermál legu

𝜇þ𝑟ý𝑠𝑡𝑖𝑙𝑒𝑔𝑎 = 0,0013

𝜏þ𝑟ý𝑠𝑡𝑖𝑙𝑒𝑔𝑎 = 0,5 × 𝜇 × 𝐴𝑦 × 𝑑𝑚 = 21,7𝑁𝑚𝑚, [9]

Hliðarálag lamarinnar var tekið upp af kúlulegum sem var í sömu málum og þrýstilegan,

eins var með þær og þrýstilegurnar að þegar hliðinu var snúið var snúningur lamarinnar

90° og ekki hægt að segja til um tíðni hreyfinga á legunni. Snúningsvægi sem þufti fyrir

snúning lamarinnar var fundið, þar sem núningstuðll fyrir opnar kúlulegur var 0,0015 sjá

viðauka A. Lokaðar legur voru notaðar og því var einnig reiknað út snúningsvægi fyrir

þéttingar legunnar.

𝑃 = 𝐴𝑥 = 1,265𝑘𝑁,

Mynd 3-21 Þrýstilega -

Sýnir uppbyggingu á

þrýstilegu. [9]

24

𝜇𝑘ú𝑙𝑢𝑙𝑒𝑔𝑎 = 0,0015

𝜏𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑙 = 0,5 × 𝜇 × 𝑃 × 𝑑𝑚 = 32,3𝑁𝑚𝑚, Jafna 13 Snúningsvægi [9]

𝜏þé𝑡𝑡𝑖𝑛𝑔 = 𝐾𝑠1 × 𝑑1𝛽

+ 𝐾𝑠2 = 3,85𝑁𝑚𝑚 Jafna 14 Snúningsvægi þéttingar, sjá viðauka A

Fastar og jafna fyrir snúningsvægi þéttingar má sjá í viðauka A. Heildar snúningsvægi sem

þurfi til að snúa kúlulegunni var

𝜏𝐻𝑒𝑖𝑙𝑑𝑎𝑟 = 𝜏𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑙 + 𝜏þé𝑡𝑡𝑖𝑛𝑔 = 36,15𝑁𝑚𝑚

25

Öxull lamarinnar var 25mm í þvermál eða sá huti

hans sem hélt löminni saman. Öxull þessi yrði

hafður úr St-50 stáli þar sem mikið reyndi á hann.

Stál St-50 er með hærri flotmörk og þolir hærri

skerálag en stál St-37. Þurfti hann að halda hliðinu

að hluta til og einnig að þola átakið þegar hliðið

væri opnað. Þar sem armurinn út í tjakkinn var

áfastur þessar i löm var reiknað út hversu mikið

átakið var á öxulinn og, fundið út hversu sveran

öxul þyrfti. Fyrst var fundið hversu mikið vægi

væri á öxlinum en reiknað var með að öll þyngd

hliðsins lægi á aðeins einni löm. Flotmörk fyrir stá

St-50 var 285MPa og skerálag 470MPa [4]

𝐹 = 2,53𝑘𝑁, Heildarkraftur

𝑆. 𝐹. = 4, öryggisstuðull

𝜎𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤 =285𝑀𝑃𝑎

4= 71,25𝑀𝑃𝑎 leyfilegt beygjuálag

fyrir St-50

Fundnir voru undirstöðukraftar sem verkuðu á

öxulinn. Tekið var vægi um R1, sjá Mynd 3-22,

öxullinn var með legum á báðum endum því var

hann reiknaður með fasta undirstöðu. Á Mynd 3-22 má sjá stærðir öxulsins og hvernig

kraftar verkuðu á hann. Kraftarnir verkuðu í sitthvora áttina þar sem öxullinn var lóðréttur í

löminni eða átakið á hann var á fjórum stöðum.

∑ 𝑀𝑅1 = 0,03𝑚 × (−1,265𝑘𝑁) + 0,09𝑚 × (1,265𝑘𝑁) − 0,12𝑚 × 𝑅2 = 0

𝑅2 =0,03𝑚 × (−1,265𝑘𝑁) + 0,09 × (1,265𝑘𝑁)

0,12= 632,5𝑁

𝑅1 = −𝑅2

𝑅1 = −632,5𝑁

R2 var undirstöðukraftur á aðra leguna, þar sem kraftarnir voru jafnir á öxulinn tók

undirstaða R1 upp sama kraft nema í hina áttina eða R1= -632,5N. Fundið var mesta vægið

sem verkaði á öxulinn en mesta vægið var fengið frá annari legunni út í kraftinn sem

verkaði lengst frá henni, sjá Mynd 3-22.

𝑀𝑅2 = 0,09 × 1,265𝑘𝑁 = 113,85𝑁𝑚

Þegar vægið var fundið var fundið hversu sver öxullinn þurfti að vera, var það gert með því

að nota leyfilegt beygjuálag öxulsins þar sem d var þvermál öxulsins

σallow =MR2×

d

2π

64d4

Jafna 15 Beygjuálag fyrir öxul [8]

Mynd 3-22 Öxull - sýnir sker- og

vægisferla öxulsins

26

Leyst var út fyrir þvermálið, þar sem d var í millimetrum

71,25𝑀𝑃𝑎 =113,85𝑁𝑚 ×

12 𝑑

𝜋64 𝑑4

𝑑 = √113,85 × 103𝑁𝑚𝑚 × 32

𝜋 × 71,25𝑀𝑃𝑎

3

= 25,34𝑚𝑚

Það sem þessir útreikningar sýna er að efnisþykkt öxulsins þarf að vera rúmir 25mm, er

það miðað við styrk efnisins undir beygjuálagi. Þá var skerálag á öxulinn reiknað, var það

gert til að tryggja að efni þoldi þann klippikraft sem myndaðist þegar miðjuhluti

lamarinnar lá á öxlinum.

𝑉 =𝐹

𝐴, skerálag

𝐴 = 𝜋𝑟2 = 4,9 × 10−4𝑚2, flatarmál 25mm öxuls

𝐹 = 1,265𝑘𝑁, heildarkraftur

𝑉 =1,265𝑘𝑁

4,9×10−4𝑚2 = 3,1𝑀𝑝𝑎, Skerálag á öxli

Miðað við niðurstöður þessara útreikninga þolir öxullinn það álag sem á hann var lagt. Eða

var skerálag minna en leyfilegt skerálag.

𝜎𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤 = 71,25𝑀𝑃𝑎

Vallow = σallow × 0,6 Jafna 16 Leyfilegt skerálag út frá beygjuálagi

𝑉𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤 = 71,25𝑀𝑃𝑎 × 0,6 = 42,75𝑀𝑃𝑎

𝑉 = 3,1𝑀𝑃𝐴 < 𝑉𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤 = 42,75𝑀𝑃𝑎

3.4 Lamir

3.4.1 Fyrsta hönnun

Þegar lamir hliðsins voru hannaðar í fyrstu var lagt upp með að allar fjórar lamirnar væru

þrefaldar. Voru þær eins uppbyggðar og lömin með arminum, eða með kúlulegum að ofan

og neðan en þrýstilegum fyrir miðju. Var lömin með gerð úr 50mm öxulstáli og 8mm

flatjárn til að festa þær við uppistöður og hliðvængi. Eins og fram kom í kafla 3.3.1 var

beygjuálagið á flatjárnið 33MPa. Hefðu þessar lamir verið nothæfar fyrir hliðið en

óþarflega flóknar þar sem leytast var eftir einföldun fyrir hliðið. Var því lömunum breytt

og legum fækkað úr fjórum í eina fyrir hverja löm, þetta hafði einnig í för með sér að

kostnaður við hverja löm lækkaði.

27

3.4.2 Suðulöm á uppistöðu og festiplötur

Neðrilömin á innri hliðvængnum var í tveimur hlutum, neðri hluti hennar var festur við

uppistöðu hliðsins og efri festur á hliðvænginn. Festingar á uppistöðuna voru með sama

hætti og fyrir efri lömina eða flatjárn sem boltað var á snittaða plötu sem soðin var á

uppistöðuna. Hver helmingur var renndur úr 60mm öxulstáli og á neðrihlutanum var soðin

15x86mm flatjárn, öxullinn var 60mm langur en flatjárnið 120mm. Í neðri hlutanum var

var tekið sæti fyrir legu sem gekk 7mm niður í öxulinn, legan var 15mm á þykkt og var

sætið tekið þannig að millimetra bil yrði á milli efri og neðri hlutans. Upp úr neðri

hlutanum stóð 25mm sver öxull sem gekk 45mm inní efri hlutann sjá Mynd 3-23.

Mynd 3-23 Neðri löm á uppistöðu - sýnir hverng

lömin er uppsett og hvernig öxull gengur úr neðri

hluta.

Mynd 3-24 Neðri löm - sýnir hvernig lömin boltast

á hliðvæng

Efri hlutinn var einnig 60mm langur og var hann festur á sama hátt við hliðvænginn og efri

lömin eða með skúffum sem eru boltaðar í gegn um prófíl hliðvængsins með 12x90mm

boltum sjá Mynd 3-24.

28

Legan sem sett var í þessa löm var til þess gerð að taka bæði upp hliðar og þrýstikraft, sjá

Mynd 3-25. Fyrst var gert ráð fyrir að allar lamir á hliðinu

yrðu þrískiptar með þrýsti og kúlulegum, en því var breytt til

að einfalda hliðið og hafa færri slitfleti. Þar sem löminni var

breytt var fundið var út hversu mikið snúningsvægi þurfti til

að snúa þessari löm, núningsstuðull fyrir opnar legur var

0,0020, sjá viðauka A.

𝑑1 = 52𝑚𝑚, ytra þvermál.

𝑑2 = 25𝑚𝑚, innra þvermál.

𝑑𝑚 =𝑑1−𝑑2

2= 13,5𝑚𝑚, meðalþvermál legu

𝐹ℎ𝑜𝑟𝑛𝑎𝑠. = √𝐵𝑦2 + 𝐵𝑥

2 = 1,6𝑘𝑁

𝜇ℎ𝑜𝑟𝑛𝑎𝑙𝑒𝑔𝑎 = 0,0020,

𝜏𝐻𝑜𝑟𝑛𝑎𝑙𝑒𝑔𝑎 = 0,5 × 𝜇ℎ𝑜𝑟𝑛𝑎𝑙𝑒𝑔𝑎 × 𝐹ℎ𝑒𝑖𝑙𝑑 × 𝑑𝑚 = 21,6𝑁𝑚𝑚, sjá viðauka A

Þar sem gert var ráð fyrir lokuðum legum var einnig fundið snúningsvægi fyrir

leguþéttinguna.

𝜏þé𝑡𝑡𝑖𝑛𝑔 = 𝐾𝑠1 × 𝑑1𝛽

+ 𝐾𝑠2 = 28,3𝑁𝑚𝑚, Sjá viðauka A

𝜏ℎ𝑒𝑖𝑙𝑑 = 𝜏𝐻𝑜𝑟𝑛𝑎𝑙𝑒𝑔𝑎 + 𝜏þé𝑡𝑡𝑖𝑛𝑔 = 49,85𝑁𝑚𝑚.

Á Mynd 3-26 má sjá hvernig legan situr í löminni.

Mynd 3-25 Hornalega - sýnir

uppbyggingu legunnar og

hvernig krafta hún tekur upp

[9]

Mynd 3-26 Sniðmynd af neðri löm-

sýnir hvernig legan situr í löminni

29

3.4.3 Lamir á milli hliðvængja

Tvær eins lamir voru á milli hliðvængjanna, þessar lamir voru eins uppbyggðar og neðri

löm á uppistöðu í sömu málum og með sömu legu. Fyrir utan að festingar fyrir

hliðvængina voru eins á báðum hlutum lamarinnar, sjá Mynd 3-27.

Mynd 3-27 Löm á milli hliðvængja - sýnir hvernig löm er fest við hliðvængi

Flatjárn lamanna var 15x86mm og 120mm langt, var það einnig boltað á fjórum stöðum

við snittaðar plötur fyrir M12 x 25 bolta úr 8.8 stáli sem soðnar voru á hliðvængina, sjá

Mynd 3-28. Þar sem bilið á milli hliðvængjanna mátti ekki vera meira en 89mm og þar

sem lömin var 60mm breið þurftu snittuðu plöturnar að vera 10mm þykkar. Þess vegna var

fundið út hvort þessar plötur myndu ekki örugglega halda ytri hliðvængnum með því að

reikna út hversu mikinn kraft ein plata þoldi í boltagötunum. Notaður var öryggisstuðull

upp á fjóra og flotmörk fyrir stál St 37-2 var 235MPa [4].

𝑆. 𝐹. = 4

𝜎𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤𝑒𝑑 =235𝑀𝑃𝑎

4= 58,75𝑀𝑃𝑎

Aplata = 4 × (0,012m) × (0,01m) = 4,8 × 10−4m2 Jafna 17 flatarmál fyrir boltagöt í plötu

𝐹𝑝𝑙𝑎𝑡𝑎 = 𝜎𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤𝑒𝑑 × 𝐴𝑝𝑙𝑎𝑡𝑎 = 28,2𝑘𝑁

Útkoma þessara reikninga var 28,2kN sem var meira en sá kraftur sem platan þurfti að

bera. Þar sem báðir hliðvængir voru eins var krafturinn helmingaður, var því krafturinn

sem platan þurfti að halda var 981N í y-stefnu, á Mynd 3-29 má sjá plötuna og

staðsetningu hvar kraftur var staðsettur.

30

Mynd 3-28 Festiplata á hliðvæng - sýnir plötu og

staðsetningu plötu

Mynd 3-29 Kraftamynd af festiplötu - sýnir hvernig

kraftur verkar á plötuna

Plöturnar sem festu lamirnar við hliðvængina voru úr 10x50mm flatjárnum sem voru

120mm löng. Flatjárnin voru heilsoðin með fimm millimetra kverksuðu, þar sem flatjárnin

voru í sömu málum og flatjárn á uppistöðun var sami kraftur sem suðurnar þoldu eða

239,3kN, sjá kafla 3.2. Þessar suður þurftu þó ekki að að halda eins miklu eða öðrum

hliðvængnum sem var 100kg eða 981N.

31

3.5 Færsla á ytri hliðvæng

Til að færa ytri hliðvænginn að þeim innri við opnun þurfi að þvinga hann þannig að

vængurinn gæti ekki annað en fylgt með. Útfærsla þessa búnaðar er að fyrirmynd annarra

slíkra hliða, voru skoðuð hlið frá Parking Facilities [1] og Ultimation Direct [10] sem og

haft samráð með starfmönnum hjá Vélver ehf. Var niðurstaðan að útfæra þennan búnað

með plötum sem festar voru efst á hvorn væng. Festingarnar fyrir plöturnar voru boltaðar í

gegn um prófíl hliðvængjanna. Plöturnar stóðu út frá hliðvængjunum og voru festar saman

þannig að þær tengdu hliðvængina saman, sjá Mynd 3-30.

Mynd 3-30 Færsluplötur - sýnir hvernig plöturnar tengja saman hliðvængina

Platan á innri hliðvængnum var fest við uppistöðuna með stífu. Plöturnar þurftu að geta

snúist auðveldlega og voru því settar legur í þær. Þegar hliðið opnaðist snerist innri platan

þar sem stífan var föst. Við þennan snúning ýtir innri platan á ytri plötuna og þar sem þær

voru fastar saman færðist þessi færsla út í ytri hliðvænginn sem sneri honum um lamirnar.

Festingin á innri hliðvængnum var gerð úr þremur flatjárnum og soðin saman til að mynda

skúffu, var festingin boltuð í gegn um prófíl hliðvængsins með með þremur 12x90mm

heitgalvaniseruðum boltum. Hliðar skúffunnar voru úr 10x50mm flatjárnum sem voru

165mm löng. Ofan á skúffunni var 20x70mm flatjárn, var þetta flatjárn haft svona þykkt

vegna þess að platan sem hún hélt var boltuð ofan á ytri plötuna. Ofan á skúffufestinguna

kom öxull þar sem legan sat á, innan mál legunnar var 30mm og utanmál 62mm. Legan var

16mm þykk og gekk hún 10mm inn í plötuna. Til að festa leguna var settur flangs sem var

boltaður á plötuna á sex stöðum. Legan var höfð svo stór þar sem platan stóð 129mm út frá

festingunni og öxullinn sem festingunni var hlutfarslega lítill.

Ytri festing var uppbyggð á sama hátt nema að hún var minni eða 100mm löng og

flatjárnið ofan á henni var 15mm þykkt. Öxullinn sem gekk upp úr festingunni var 20mm í

þvermál og legusætið var 26mm í þvermál. Legan var 20mm að innanmáli og 32mm að

utanmáli. Legan sat í ytri plötunni og var fest með flangs. Legur voru á báðum endum

plötunnar en á sitthvorri hliðinni, vegna þess að hún snerist bæði um innri plötuna og

festinguna á hliðvængnum, sjá Mynd 3-31.

32

Heildarlengd frá innri færsluplötu að stífufestingu á uppistöðu var 1780mm. Stífan var

gerð úr röri sem var 35mm í þvermál og var 1720mm langt. Endarnir voru snittað með

öfugum gengjum öðru megin. Í enda stífunnar voru skrúfaðir augaboltar fyrir tjakkstangir,

augaboltarnir voru með legum sem voru 20mm að innanmáli. Lengd boltana var 100mm

og gengjur voru 47mm langar, sjá viðauka B. Með þessu móti var hægt að finna rétta

afstöðu fyrir hliðið með því að stilla lengd stífunnar. Stífufestingin á uppistöðunni var úr

skúffujárni eða u-járni sem var soðið á uppistöðuna. Skúffan var 190mm löng og var fest

100mm frá brún uppistöðunnar sjá Mynd 3-32. Skúffan þurfti að vera staðsett svo nálægt

til þess að ná að opna hliðið rétt eða svo sama færslan yrði á innri og ytri hliðvængjum.

Var skúffan höfð eins nálagt færslu armi og mögulegt var eins og sjá má á Mynd 3-33

Mynd 3-32 Stífufesting - staðsetning stífu á uppistöðu

Mynd 3-33 Stífufesting - sýnir að armurinn

fer ekki í stífufestinguna við fulla opnun

Til að ná fram þessari færslu var platan á innri hliðvængnum þríhyrnd, var þessi plata

notuð til að ýta á ytri hliðvænginn þegar hliðið opnaðist og toga í hann þegar það lokaðist.

Platan var höfð þríhyrnd vegna þess að annað horn hennar þurfti að festast við ytri

hliðvænginn en hitt horn plötunnar var tengt í stífuna sem föst var á uppistöðuna. Til að

stífan legðist ekki utan í hliðið við opnun var sá helmingur þríhyrningsins látinn standa

144mm út frá hliðinu þegar það var opið. Þar sem platan var þríhyrnd stóð hún einnig

sömu lengd yfir á ytri hliðvænginn, sjá Mynd 3-34,Mynd 3-35 og Mynd 3-36

Mynd 3-31 Ytri færsluplata - Sýnir hverni legur sitja í plötunni

33

Mynd 3-34 Hlið í lokaðri stöðu - sýnir afstöðu á færsluplötum við lokaða stöðu

Mynd 3-35 Hlið hálf opið - sýnir hvernig færsluplötur hreyfast við opnun

34

Mynd 3-36 Hlið opið - sýnir afstöðu á færslu

Lengd á milli gata á plötunni var 250mm og stóð hún 129mm út frá hliðvængjunum, sá

endi sem hélt armi út í ytri hliðvæng stóð 110mm frá miðju þríhyrningsins og út í mitt

boltagat. Var það sú lengd sem þurfti til að endi þríhyrningsins næði vel yfir á ytri

hliðvæng. Þegar hliðið var í opinni stöðu stóð endi þríhyrningsins 40mm út fyrir hliðið.

Vegna lengdar armsins á milli þríhyrndu plötunnar og ytri hliðvængs var armfestingin á

ytri hliðvængnum því utar. Platan var staðsett á enda hliðvængsins til að hafa hana sem

næst ytri hliðvængnum. Platan snerist um legu og þegar hliðið opnaðist þurfti endinn sem

var nær ytri hliðvængnum að snúast þangað til ytri vængurinn var kominn á réttan stað við

opnun. Afstaða og lengdir fyrir þessa plötu var fundinn með Inventor sem og armurinn á

milli plötunnar og ytri vængsins.

35

Hliðið var stillt af með því að finna réttar staðsetningar fyrir skúffujárnið sem fest var á

uppistöðu og lengdar á armi út í ytri hliðvæng. Var skúffan fyrst höfð yst á enda

uppistöðunnar og lengd hennar var jöfn þríhyrndu færsluplötunni. Þá var mælt hversu langt

var frá skúffunni út í færlsuplötuna bæði þegar hliðið var opið og lokað. Sett var stífa á

milli þessara hluta þegar hliðið var opið og því lokað. Mátti þá sjá hvar það lokaðist innan

kvarthrings. Var skúffan færð innar á uppistöðuna þangað til hliðið var lokað í réttri stöðu.

En einnig var hún lengd til að ná fram alveg réttri lokun. Þegar afstaða á stífu og skúffu var

fundin var armurinn út í ytri hliðvæng styttur til að fá hliðið sem réttast við lokaða stöðu.

Þar sem stífan var stillanleg verður hægt að fínstilla réttu opnunar og lokunarstöðuna við

uppsetningu.

36

3.6 Tjakkar

Rafmagnstjakkarnir sem nota á fyrir hliðið eru framleiddir af Isotech ehf. Tjakkar þessir

voru upphaflega ætlaðir fyrir sjávarútveg og því gerðir fyrir krefjandi aðstæður. Eru þeir

smíðaðir úr ryðfríu 316 stáli sem er salt og sýruvarið sjá, Mynd 3-37. Hægt er að velja á

milli 12V eða 24V DC mótora fyrir tjakkana. Inní hverjum tjakk er mótor sem snýr

snittuðum öxli sem svo keyrir tjakkstálið út eða inn. Kraftur tjakksins ræðst af

mótorstærðinni og stigningu á gengjum. Margar mismunandi útfærslur voru í boði frá

Isotech, krafturinn á tjökkunum er frá 200N upp í 15kN með hraða frá 10mm/s og upp í

100mm/s [11]. Tjakkarnir eru smíðaðir eftir þörfum hverju sinni með slaglengd frá 50mm

upp í 3000mm. Lágmarks lengd tjakkanna er 270mm þar sem húsið fyrir mótorinn er svo

langt.

Mynd 3-37 Rafmagnstjakkar - sýnir ryðfría rafmagnstjakka frá Isotech [10]

Til að finna rétta samsetningu fyrir tjakkinn eða kraft og hraða var fundið út hversu mikinn

kraft þurfti til. Fundið var hversu mikið snúningsvægi þyrfti til að snúa hliðinu um 90°, við

þessa útreikninga var reiknað með að hliðið væri ein eining sem þurfti að snúa, sjá Mynd

3-38, ekki tvöföld og brotnaði í miðju. Fyrir nægan kraft voru niðurstöður

snúningsvægisins fjórfaldaðar. Til að fá snúningsvægið var byrjað á því finna tregðuvægið

fyrir hliðið og meðal hornahröðun. Tregðuvægið var fundið með því að reikna hliðið sem

eina heild sem snúið er um lóðréttan ás á brún plötunnar.

W = 200kg

𝐴 = 3,58𝑚

𝐼ℎ𝑙𝑖ð =1

3× 𝑊 × 𝐴2 Jafna 18 Tregðuvægi fyrir plötu [12]

𝐼ℎ𝑙𝑖ð = 854,4𝑘𝑔 × 𝑚2

Mynd 3-38 Tregðuvægi fyrir plötu - sýnir

um hvaða ás plötunni er snúið [17]

37

Fyrir meðal hornahröðun var byrjað á því að finna meðal hornahraðann. Þar sem ϴ var í

radíönum og t í sekúndum. Hornafærsla á hliðinu var alltaf sú sama eða 90° eða 1,571

radíani. Reiknað var með meðal hornahraða en tíminn var breytilegur frá fjórum upp í átta

sekúndur.

ω = ∆θ

∆t Jafna 19 Hornahraði [12]

Meðal hornahröðun var fundin með hornahraðanum,

α =∆ω

∆t Jafna 20 Hornahröðun [12]

Opnunar tíminn fyrir hliðið mátti vera á bilinu frá fjórum og upp í átta sekúndur,

snúningsvægið fyrir þennan tíma má sjá í Tafla 3-1. Út frá jöfnu fyrir snúningsvægi fyrir

hringhreyfingu sjá jöfnu

τhlið = Ihlið × α Jafna 21 Snúningvægi við hringhreyfingu [12]

Tafla 3-1 Snúningsvægi

t tími s τ snúningsvægi Nm

4 83,9

5 53,7

6 37,3

7 27,4

8 21

Sýnir meðalsnúningsvægið fyrir opnun á ákveðnum tíma

Krafturinn sem þurfti var reiknaður út frá snúningsvægi hliðsins í heild. Þá var reiknað út

heildar snúningsvægi sem þufti til að snúa legum hliðsins. Sjö legur voru í lömunum en af

mismunandi gerðum.

𝜏𝐻𝑒𝑖𝑙𝑑𝑎𝑟 = (2 × 𝜏𝑘ú𝑙𝑢𝑙𝑒𝑔𝑢𝑟) + (2 × 𝜏þ𝑟ý𝑠𝑡𝑖𝑙𝑒𝑔𝑢𝑟) + (3 × 𝜏ℎ𝑜𝑟𝑛𝑎𝑙𝑒𝑔𝑢𝑟) = 265,25𝑁𝑚𝑚

Miðað við þessa útreikninga var snúningsvægi leganna ekki að hafa teljandi áhrif á þann

kraft sem þurfti til snúa hliðinu. Eins og kom fram í kafla 3.3.2 var armurinn sem þurfti að

snúa 95mm langur, var krafturinn því reiknaður út frá armlengd og snúningsvægi úr Tafla

3-1

𝐹𝑡𝑗𝑎𝑘𝑘𝑢𝑟 =𝜏ℎ𝑙𝑖ð

0,095𝑚

38

Niðurstöður þessara útreikninga má sjá í Tafla 2-1, þar var einnig settur öryggisstuðull upp

á fjóra. Tafla 3-2 Kraftaþörf fyrir tjakk

t tími s F kraftur N Kraftur N með

öryggistuðlinum 4

4 883,2 3532,8

5 565,3 2261,2

6 392,6 1570,4

7 288,4 1153,6

8 221,1 884,4

Sýnir hversu mikinn kraft þurfti með og án öryggisstuðuls

Tjakkarnir frá Isotech koma í mismunandi gerðum algengustu tjakkarnir hjá þeim heita

IT100R, krafturinn í þessum tjökkum er frá 200N upp í 4kN og færsluhraði frá 10-

100mm/s [11]. Færsluhraðinn var stilltur með því að breyta stigningum á gengjum

tjakksins. Í fyrstu var ákveðið að nota 2000N IT100R tjakk og hafa opnunartíma sem

lengstan eða átta sekúndur, með því var færsluhraðinn 17,5mm/s. Var opnunartími hafður

sem lengstur til þess að ekki kæmi hnykkur á hliðið þegar það tók af stað og þar með yrði

endingin betri. Til að fá enn betri endingu var ákveðið að nota tjakk sem heitir IT800R,

þessi tjakkur var sverari en IT100R en málsetningar fyrir IT100R má sjá á Mynd 3-39.

Mynd 3-39 Málsetning IT100R - sýnir stærðir tjakksins [10].

IT800R [11] er nýr tjakkur frá Isotech, var hann með sömu grunnlengd fyrir mótor eða

270mm nema að tjakkstálið var 30mm og slífin 40mm. Sá tjakkur kom staðlaður með 8kN

kraft og færslu hraðinn var 10mm/s. Vegna þessa þurfti að hraða honum, var það gert með

því að breyta gengju stigningu tjakksins. Það hafði einnig í för með sér að krafturinn

minnkaði. Að breyta stigningu öxulsins frekar en að hraða mótornum varð til þess að

kraftur tjakksins minnkaði hlutfarslega minna og ending tjakksins yrði lengri. Samkvæmt

Isotech yrði kraftur tjakksins 5kN. Fyrir þetta hlið var opnunin höfð sex sekúndur, þar sem

hliðið var það stórt þótti ekki ráðlagt að opna það hraðar. Slaglengd tjakksins var 140mm

og hraðinn því 23.3mm/s. Til að losna við að hnykkja hliðinu af stað og líka að það skelli

ekki saman við fulla opnun var notuð mótorstýring frá Isotech, en samkvæmt Isotech er

39

hægt að hægja á tjakknum áður en hann kemur í endastopp. Þetta var hægt með þessum

tjakk þar sem hann var kraftmeiri en sá sem var upphaflega valinn.

Hægt var að stýra mótu

orum tjakkanna á mismunandi vegu, hægt var að fá spennubreyti með stýringu á sömu

prentplötunni. Var það segulliða stýring sem var ætluð til að tengja tjakkinn við rofa, þar

sem notast var við iðntölvu var hentugra að nota stýringu sem hét AK1.3 [11] og var ætluð

fyrir iðntölvur. Þessi stýring var ekki með spennubreyti heldur þurfti að fá hann sér,

stýringin var með yfirálagsvörn og rafmagns endastoppum. Að hafa yfirálagsvörn fyrir

tjakkinn var til að vernda hann en einnig yrði hún notuð sem auka öryggi, ef eitthvað yrði

fyrir hliðinu þegar það var á hreyfingu myndi tjakkurinn slá út.

3.7 Skynjarar

Þeir skynjarar sem valdir voru við hönnun hliðsins voru eingöngu þeir sem snúa að virkni

og öryggi. Ekki var reynt að leysa öryggis atriði hliðsins með öðrum hætti en hefur verið

gert.

3.7.1 Hulsuskynjarar

Einn af öryggisþáttum hliðsins voru hulsuskynjarar, skynjarar þessir voru til þess að stoppa

hliðið ef eitthvað var fyrir þegar það var að opnast eða lokast. Voru þessir skynjarar valdir

frá Bircher Reglomat [2]. Fjóra hulsuskynjara þurfti fyrir hliðið eða tvo 2900mm langa á

vængendana og tvo 1750mm langa á vænghliðarnar. Vegna hraða og þunga hliðsins voru

valdir skynjarar sem þurfa sem minnstan kraft til þess að stoppa hliðið eða 50N, sjá

viðauka C.

Mynd 3-40 Hulsuskynjari - á myndinni má sjá hvernig hulsurnar eru uppbyggðar og hvar skynjaranum er

komið fyrir

3.7.2 Ljósskynjarar (e. through beam sensors)

Eins og kom fram í kafla 3.2 voru ljósskynjaranrir tveir, staðsettir mishátt á uppistöðunum.

Skynjararnir voru einnig fengnir frá Bircher Reglomat [13]. Þar sem lengd milli uppistaða

var 7.9m voru valdir skynjarar sem hafa allt að átta metra drægni. Skynjararnir voru með

sendi og móttakara, staðsettir inn í uppistöðunun, sjá Mynd 3-11. Skynjararnir voru með

innrauðum ljósgeisla og er, geisli skynjaranna alltaf á og merki gefið inn á iðntölvuna

40

þegar eitthvað fer fyrir geislann. Voru skynjararnir hafðir með þessu fyrirkomulagi

öryggisins vegna eða ef skynjari bilaði þá hreyfðist hliðið ekki.

3.8 Stýring

Virkni stýringa fyrir hliðið var gerð fyrir aðra einingu þess. Var það gert þar sem sama

virkni var í hinni einingunni, einnig þar sem gert var ráð fyrir að stjórna báðum

hliðeiningum af einni iðntölvu. Yrði allur stjórnbúnaður í annarri uppistöðunni eða

iðntölvan, mótorstýringin fyrir tjakkana, segullokinn fyrir hulsuskynjarana og móttakari

ljósskynjaranna. Í hinni uppistöðunni yrðu sendar ljósskynjaranna og tjakkur, inn í

uppistöðunni yrði settur upp vatnsheldur kassi með straumbreyti fyrir tjakkinn ásamt

raðtengjum á DIN skinnu. Skipana vírar inn á tjakkinn og frá hulsuskynjurunum yrðu

tengdir inn á raðtengið, síðan yrði lagt fyrir köplum í jörð á milli uppistöðvanna. Þyrfti 230

VAC kapal fyrir straumbreyti tjakksins, einnig yrði 24VDC spenna send yfir í seinni

uppistöðuna til að fæða senda ljósskynjaranna. Skermaðir kaplar yrðu lagðir til að tryggja

að ekki verði truflanir milli þeirra.

Mótorstýringin yrði tengd inn á fjóra útganga iðntölvunnar, tvo útganga fyrir hvora færslu

tjakkana. Notaðir voru sex inngangar á iðntölvunni, tveir fyrir hulsuskynjara, tveir fyrir

endastopp, móttakari fyrir fjarstýringar og einn fyrir ljósskynjarana. Hulsuskynjararnir

voru fjórir, tveir yst á endum hliðvængjanna og tveir neðst á innri hliðvængjum.

Skynjararnir sem voru á endunum voru til að stoppa hliðið ef fyrirstaða var þegar því var

lokað. Hinir voru til að stoppa hliðið ef fyrirstaða var þegar það var opnað. Voru þessir

skynjarar raðtengdir þar sem þeir höfðu sömu virkni fyrir hliðið, þeir sem voru á endunum

voru tengdir saman og þeir á hliðunum tengdir saman. Ljósskynjararnir áttu að virka sem

einn og því voru þeir einnig raðtengdir, tilgangur þeirra var að hliðið lokaðist ekki meðan

keyrt var í gegn um það og að loka því þegar bifreið væri komin í gegn. Endastopp voru á

tjakknum en það gaf merki inn á iðntölvuna, þurfti tvö merki annað þegar tjakkurinn var í

ystu stöðu og hitt í innstu.

Gera þurfti ráð fyrir aukahlutum fyrir hliðið í vali á iðntölvu, eða segullykkju,

umferðaljósum, gsm-móttakara og talnaborði. Þurfti því iðntölvan að vera með að lágmarki

fimm útgöngum og níu inngöngum. Notast yrði við Zelio SR2A201BD [6] iðntölvu fyrir

hliðið, var það gert vegna stærðar og fjölda inn og útganga og stærðar sjá kafla 2.2.2.

3.8.1 Virknilýsing

Forrit var gert í ZelioSoft frá Schneider [6] til að fá greinabetri mynd af virkni hliðsins.

Virkaði hliðið þannig að þegar það var í lokaðri stöðu var merki frá endastoppi, þegar stutt

var á fjarstýringuna opnaðist hliðið og tjakkurinn gekk þangað til hann var kominn í hitt

endastoppið. Á meðan bifreið fór í gegn rauf hún geisla ljósskynjaranna, tjakkurinn gat

ekki keyrt á meðan geislinn var rofinn. Þegar geislinn náði aftur sambandi kom fjögurra

sekúndna bið svo lokaðist hliðið aftur. Ef einhver fyrirstaða var þegar hliðið var að lokast

gaf hulsuskynjarinn merki, við það stoppaði hliðið í fjórar sekúndur og opnaði svo aftur.

Eins var með hulsuskynjarana á hliðunum, gáfu þeir merki ef fyrirstaða var þegar hliðið

var að opnast, stoppaði þá hliðið í fjórar sekúndur og lokaðist svo. Ef hliðið var opnað og

geisli ljósskynjaranna var ekki rofinn var tíu sekúndna bið svo lokaðist það aftur. En allir

þessir bið tímar voru gerðir stillanlegir.

41

4 Kostnaðaráætlun

Tekið var saman gróf kostnaðaráætlun á helstu íhlutum fyrir allt hliðið eða tvær einingar.

Þrír megin hlutir voru athugaðir út frá kostnaði þessir hlutir voru stálið fyrir hliðið,

rafmagns íhlutir og vinna við samsetningu. Verð í vinnuliði voru fengnir frá Vélver ehf og

eru áætlaðir út frá vinnu hjá þeim og aðkeyptri vinnu. Voru þessi verð fengin á tímabilinu

frá mars til maí 2015.

4.1 Stál og boltar

Verð á stáli var fengið frá FerroZink, allt stál var svart sem yrði heitgalvanhúðað. Allt stál

yrði með efnisgæði St-37 eða úr smíðastáli fyrir utan að öxlar fyrir lamir yrði úr St-50.

Verð í Tafla 4-1 er án virðisauka skatts.

Tafla 4-1 Verð á stáli og festingum

Tegund Efni Verð án vsk

Prófílar St-37 137.990 kr

Flatjárn og U-járn St-37 16.075 kr

Öxlar St-50 26.596 kr

Plötur St-37 4.924 kr

Heitgalvanhúðun 93.000 kr

Boltar, rær og skinnur 8.8 7.847 kr

Samtals 286.432 kr

Heildarverð fyrir járnavirki hliðsins með festingum var 286.432 kr með galvanhúð.

Allar lamir og færsluplötur á hliðinu voru boltaðar fastar með heitgalvanhúðuðum 8.8

boltum. Tekið var saman heildarverð á boltum, skinnum og róm til að fá greinabetri

hugmynd um kostnað. Öll verð á boltum komu frá Sindra [14]. Var verð þessara hluta ekki

sundurliðað heldur gefið heildaverð.

42

4.2 Legur

Þar sem flestir hreyfanlegir hlutar hliðsins voru hannaðir með kúlulegum. Legurnar voru

frá leguframleiðandanum SKF [9], þrenns konar legur voru í hliðinu eða kúlulegur,

þrýstilegur og kúlulegur sem tóku upp hliðar og þrýstikrafta. Í Tafla 4-2 má sjá

sundurliðun á þessum legum og verði.

Tafla 4-2 Verð á legum og tjakkaugum

Tegund Stærð Stk Verð án vsk

Kúlulega radial 25x42x9mm 4 15.630 kr

Kúlulega radial 20x32x7mm 2 6.330 kr

Kúlulega radial 30x62x16 1 11.107 kr

Þrýstilega 25x42x11mm 4 10.014 kr

Kúlulega hliðar og

þrýsti 25x52x15mm 3 17.565 kr

Samtals 60.646 kr

Heildarverð á legum frá SKF var 60.646 kr, var einungis leitað til eins birgja til að fá

verðhugmyndir.

43

4.3 Stýringar og tjakkur

Fengið var verð á helstu íhlutum stýringanna fyrir hliðið, verðin komu frá mismunandi

birgjum sjá Tafla 4-3.

Tafla 4-3 Verð á rafmagnsíhlutum

Íhlutir Verð án vsk

Iðntölva og spennubreytir 48.843 kr

Móttakari 16.332 kr

Tjakkar með spennubreytum 456.000 kr

Mótorstýring fyrir tjakka 38.733 kr

Hulsuskynjarar og segulliðar 51.220 kr

Ljósskynjarar 15.627 kr

Samtals 626.755 kr

Þetta eru einungis verð í helstu hluti sem þarf til að virkja hliðið, annað efni eins og vírar,

töfluefni, sjálfvar og lekaliði eru ekki tekin með í þessari kostnaðaráætlun.

4.4 Heildarverð

Heildarverð á hliðinu var tekið saman með áætluðum tíma sem tæki að smíða hliðið hjá

vélsmiðju sjá. Verð eru sundurliðuð í Tafla 4-4

Tafla 4-4 Heildarverð

Verðliðir Heildarverð án vsk

Járn og boltar 286.432 kr

Legur 60.646 kr

Rafmagnsíhlutir 626.755 kr

Vinna við samsetningu og smíði 1.200.000 kr

Samtals 2.173.833 kr

Öll verð í kostnaðar áætlun voru fengin frá birgjum hérlendis en tilboðin verða ekki birt.

45

5 Niðurstöður

Opnun á tvö hundruð kílóa hliði á fjórum til átta sekúndum er hægt með notkun

rafmagnstjakks. Sá tjakkur sem verður valinn heitir IT800R. Tjakkurinn er framleiddur á

Íslandi af Isotech fyrir krefjandi aðstæður, er hann framleiddur úr 316 ryðfríu stáli en það

stál er salt og sýruvarið. Þessi tjakkur er fyrir 24VDC spennu og hefur 8kN kraft miðað við

tíu millimetra færslu á sekúndu. Til að ná þeim hraða sem þarf fyrir opnun innan þess

tímaramma sem var settur þurfti að hraða tjakknum. Er því hraði tjakksins 23mm/s en sá

hraði miðast við að hliðið opnist og lokist á sex sekúndum. Mjúkræsing verður á tjakknum

sem veldur því að hann tekur hægt af stað og hægir á sér við endastopp. Þetta bitnar á tíma

hliðsins en áætlað er að hálf til ein sekúnda bætist við hverja opnun eða lokun hliðsins. Þar

sem hliðið þarf að vera opnað á þessum tíma þarf að sérsmíða tjakkinn. Nauðsynlegt er að

smíða öxul í tjakkinn með ákveðinni gengjustigningu og eins þarf tjakkurinn að vera tekinn

í rétta slaglengd. Stýringar fyrir tjakkinn verða fengnar frá Isotech, er það vegna þeirra

eiginleika sem þær hafa eða innbyggð rafmagns endastopp, samkvæmt upplýsingum frá

Isotech býður stýringin upp á að taka hægt af stað og hraða tjakknum svo upp í kjör hraða

og hægja á honum þegar hann er að nálgast endastopp. Það sem er einnig í þessari stýringu

er yfirálagsvörn og, verður hún notuð sem auka öryggi þegar kemur að árekstrarvörnum

samhliða hulsuskynjurum. Yfirálagsvörnin stoppar tjakkinn þegar hann er farinn að draga

of mikinn straum. Með þessum tjakk verður hliðið nægilega kraftmikið þar sem tekið var

inn í útreikninga ófyrirséðir hlutir eins og ef mikill vindur stendur á hliðið.

Hliðið sjálft er úr svörtu stáli og var allt efni valið út frá þunga og burði, svart stál var valið

vegna þess að hliðið á að vera heitgalvan húðað. Þessi húðun kemur í veg fyrir ryð og

tæringu í stálinu og, yrðu allir hlutir hliðsins galvanhúðaðir. Þetta bitnar á framleiðsluferli

hliðsins þar sem tímafrekt og kosnaðarsamt er að fræsa út fyrir legum þegar búið er að

húða alla íhluti. Hliðvængirnir stóðu tíu sentimetra frá jörðu og var það meðal annars til að

hindra að snjór stoppi hliðið. Var hliðið hannað miðað við íslenskar aðstæður. Tekið mið af

staðsetningum fyrir hliðin þar sem svona hlið eru notuð til að loka af hafnarsvæðum þar

sem selta getur flýtt fyrir tæringu ef ekki er vel gengið frá járninu.

Allir hreyfanlegir hlutir hliðsins voru gerðir með lokuðum kúlulegum, var það gert til að

létta snúning hliðsins og hafa það sem núnings minnst. Hliðið er alltaf með sömu 90°

færsluna og var núningi náð niður með því að hafa tvennskonar lamir í hliðinu og þrjár

mismunandi tegundir af legum. Með þessum hætti verður auðvelt að opna og loka hliðinu

sem er nauðsyn vegna þess hvernig hliðið opnaðist, því það þarf að hafa sem minnsta

fyrirstöðu fyrir færslubúnað á milli hliðvængja. Er krafturinn frá tjakknum er fluttur yfir í

færslubúnaðinn til að láta ytri vænginn falla að þeim innri, við þetta myndast viðnám sem

var gert ráð fyrir í vali á tjakk.

46

Tjakkurinn er tekinn út úr uppistöðunni í arm sem er áfastur efri löm hliðsins. Til að dreifa

því álagi sem verður á ramma hliðsins við færslu tjakksins eru lamir hafðar með löngum

festingum, er það gert til að dreifa álaginu á stærra svæði. Með því að fella tjakkinn inn í

uppistöðuna verður slaglend tjakksins mjög takmörkuð. Til að ná sem mestri slaglengd á

tjakkinn voru allar lamir hafðar eins sverar og þær mega vera. Þar sem farið verður

reglugerð um bil á mannheldum mannvirkjum, mátti opið bil á hliðinu ekki vera breiðara

en 89 millimetrar. Er einnig farið eftir þessari reglugerð á opnunum fyrir hliðvængina.

Þar sem hlið þetta er bæði stórt og þungt þarf að gæta að það valdi ekki tjóni hvort sem það

er á fólki eða eignum. Er hliðið því með árekstrarvarnir eða hulsuskynjara og voru þeir

valdir út frá krafti sem þarf til að virkja þá, en til að stoppa hliðið við árekstur þarf fimm

kílóa átak. Annar öryggisþáttur sem er á hliðinu eru ljósskynjarar staðsettir í

uppistöðunum, er þessum skynjurum komið fyrir í mismikilli hæð til að stoppa hliðið hvort

sem fólksbíll eða hærra farartæki fer í gegn um hliðið. Skynjurum þessum er stjórnað af

iðntölvu staðsettri inn í uppistöðu hliðsins. Inn í uppistöðurnar fara allir rafmagnsíhlutir

hliðsins, verður gengið frá þeim á þann hátt að ekki komist bleyta að þeim. Lagt verður

rafmagn á milli uppistaðanna þar sem báðum hlið einingunum verður stjórnað af einni

iðntölvu.

Kostnaður við efni og smíði á hliðinu voru rúmar tvær milljónir króna, sú upphæð var í

hærra lagi, en að lagt var upp með að kostnaður væri í kring um eina og hálfa milljón.

47

6 Umræður

Hliðið var ekki mikið einfaldara en þau sem til eru nú þegar, einföldun var í

rafmagnsbúnaði þar sem tölvum var fækkað úr tveimur í eina. Drifbúnaði hliðsins var

breytt og tjakkur kom í staðinn fyrir mótor og gír, það sem einföldun er ekki mikil, þar sem

tjakkurinn er uppbyggður með svipuðum hætti og mótor og gír nema að hann framkvæmir

línulega færsluu. Tjakkarnir sem framleiddir eru hjá Isotech eru með hæga færslu þegar

kemur að kraftmiklum tjökkum. Við fyrstu hönnun þessa hliðs var ákveðið að nota tjakk

frá Isotech sem hafði minni kraft en var með þann hraða sem óskað var eftir. Sá tjakkur er

framleiddur sem stöðluð vara frá þeim. Þegar breyting varð á hliðinu kom í ljós að Isotech

var að byrja að framleiða sterkari tjakka. Tjakkar þessir voru úr sverara efni og einnig

kraftmeiri en fyrir þetta hlið þyrfti að sérsmíða tjakk. Útkoma þessara breytinga varð sú að

endingabetri tjakkur verður settur í hliðið.

Ending hliðsins var mikið atriði við hönnun hliðsins og var ákveðið að hliðið skuli verða

heitgalvanhúðað frekar en grunnað og málað eða pólýhúðað, þá áttu allir hlutir þess að

vera heitgalvanhúðaðir. En annar möguleiki hefði verið að t.d. pólýhúða hliðið en þá þyrftu

allir hreyfanlegir hlutir að vera heitgalvanhúðaðir eða rafgalvanhúðaðir. Þar sem

heitgalvan húðun nær dýpra ofan í efnið heldur en pólýhúðun og þolir þar af leiðandi meira

álag við árekstra eða högg.

Það að nota legur í alla hreyfanlega hluti kemur vel út ef horft er til núnings og þess

snúningsvægis sem þarf að yfirvinna til að koma þeim af stað. Engu að síður við þessar

aðstæður þar sem hraðinn er lítill og færslan er sú að legurnar ná aldrei að snúast heilan

hring. Hefðu fóðringar verið nægar fyrir hliðið þó svo að meiri núningur myndist í þeim,

en þar sem markmiðið var að nota rafmagnstjakk til að opna hliðið var ákveðið nota þann

kost sem gaf sem minnst viðnám. Til að láta hliðið falla saman var notast við arma

útfærslu, en einnig var skoðað að nota keðju frá uppistöðu og út í miðju hliðvængjanna eða

setja tannhjól á milli hliðvængjanna. Keðju útfærslan hefur virkað vel en þar sem hliðið

mátti ekki vera of þungt var hætt við þá útfærslu, vegna þess að sú útfærsla krefst þess að

hlíf sé sett yfir keðjuna með tilheyrandi þunga. Tannhjól hefðu einnig komið til greina

nema að til að snúa hliðinu í rétta átt hefði einnig þurft að setja stífu frá uppistöðu að

tannhjólunum.

Að koma öllum rafmagníhlutum fyrir inn í uppistöðunum er gert til að hafa hliðið sem

snyrtilegast, að öðrum kosti hefði þurft að setja upp kassa utan á hliðið. Þessi útfærsla

krefst þess íhlutir mega ekki vera of umfangsmiklir, þar sem mjög takmarkað pláss er inní

uppistöðunni. Einnig þarf allur frágangur að vera vel útsettur. Þarf að huga vel að því að

bleyta komist ekki inn í uppistöðuna, með því að þétta allar opnanir á uppistöðunni.

Rafmagn er lagt að hulsuskynjurum inn í prófílum hliðvængjanna og þarf því að huga

einnig að frágangur sé í lagi þar sem lagnir eru teknar út úr uppistöðunum eða á milli

hliðvængja og á milli hliðs og uppistöðu. Vegna breytinga á armi hliðsins á meðan á

hönnunarferli stóð var ekki eins mikið gert í stýringum og rafkerfi hliðsins og gert var ráð

fyrir.

Kostnaði hefði verið hægt að ná niður ef leitað yrði eftir tilboðum í efnið hjá mismunandi

birgjum.

49

7 Heimildir

[1] P. F. Limited, „Parking Facilities Limited,“ Lokunarlausnir, e.d. [Á neti]. Available:

http://www.parkingfacilities.co.uk/bi-folding-speed-gates. [Skoðað 12 október

2014].

[2] B. Reglomat, „Bircher Reglomat,“ Öryggisbúnaður, e.d. [Á neti]. Available:

http://reglomat.bircher.com/en/products-technologies/safety-edges/. [Skoðað 8 maí

2015].

[3] Ferrozink, „ferrozink,“ Efnissala, e.d. [Á neti]. Available:

http://www.ferrozink.is/is/stal/svart-stal/profilar. [Skoðað 9 janúar 2015].

[4] H.E.Krex, Maskin Ståbi, Valby: Nyt Teknisk Forlag, 2011.

[5] Unitronics, „Unitronics,“ Iðntölvur, e.d. [Á neti]. Available:

http://www.unitronics.com/plc-hmi/micro-oplc/jazz-#tab22. [Skoðað 11 maí 2015].

[6] Schneider-electric, „Schneider-electric,“ Inðnölvur, e.d. [Á neti]. Available:

http://www.schneider-electric.com/products/ww/en/3900-pac-plc-other-

controllers/3920-controllers-plc-for-commercial-machines/531-zelio-

logic/?xtmc=zelio&xtcr=6. [Skoðað 18 maí 2015].

[7] AST, „AST,“ Leguframleiðandi, e.d. [Á neti]. Available:

http://www.astbearings.com/product.html?product=AST40_2530. [Skoðað 22 janúar

2015].

[8] R. G. Budynas og J. Nisbett, Mechanical Engineering Design, Singapore: McGraw-

Hill, 2011.

[9] SKF, „SKF,“ Leguframleiðandi, e.d. [Á neti]. Available:

http://www.skf.com/uk/products/index.html. [Skoðað 5 Febrúar 2015].

[10] U. Direct, „Ultimation Direct,“ Lokunarlausnir, e.d. [Á neti]. Available:

http://ultimationdirect.net/bi-folding-gate/. [Skoðað 9 mars 2015].

[11] Isotech, „Isotech,“ Vélsmiðja / framleiðsla, e.d. [Á neti]. Available:

http://www.isotech.is/products/electric-actuators/electrical-actuators-it100r. [Skoðað

11 janúar 2015].

[12] H. D. Young, R. A. Freedman og A. L. Ford, University Physics, San Francisco:

Pearson Education, 2011.

[13] B. Reglomat, „Bircher Reglomat,“ Öryggisbúnaður, e.d. [Á neti]. Available:

http://reglomat.bircher.com/en/products-technologies/lbgate/. [Skoðað 19 maí 2015].

50

[14] Sindri, „Sindri,“ Festingar , e.d. [Á neti]. Available: http://www.sindri.is/. [Skoðað

10 maí 2015].

[15] L. ehf, „Landvélar ehf,“ Varahlutaverslun, e.d. [Á neti]. Available:

http://www.landvelar.is/1_vorulisti/03_loftbunadur/003_index.htm. [Skoðað 6 apríl

2015].

[16] E. edge, „Engineers edge,“ e.d. [Á neti]. Available:

http://www.engineersedge.com/calculators/section_square_case_4.htm. [Skoðað 1

maí 2015].

[17] esa, „Impress Education,“ Námsgögn, e.d. [Á neti]. Available:

http://www.spaceflight.esa.int/impress/text/education/Circular%20Motion/Moment_

of_Inertia.html. [Skoðað 7 maí 2015].

51

Viðauki A - Legur

Stærðir og reikniaðferðir voru fengnar úr legubók SKF [9].

52

53

Hérna eru upplýsingar um þrýstileguna en stærðin á henni var 25x42x11mm

54

55

56

Kúlulegurnar (e. Radial) voru þrjár eða 25x42x9mm, 30x62x16mm og 20x32x7mm

57

58

59

60

Reikniaðferðir og stærðir fyrir kúlulegu fyrir hliðar og þrýstiálag, legan var 25x52x16mm

61

63

Viðauki B - Augaliðir

Upplýsingar um augaliði koma frá Landvélum [15].

65

Viðauki C - Hulsuskynjari

Upplýsingar um þessa skynjara koma frá Bircher Reglomat [2].

67

Viðauki D - Vinnuteikningar

Allar teikningar eru í stærðinni A4 en í réttum skala við A3

68

69

71

73

75

77

79

81

83

85

87

89

91

93

95

97

98

99

101

103

105

107

109

111

113

115

117

119

121

123

125

127

129

131

133

135

137

138

139

Viðauki E - Verkáætlun

140