sveučilište u zagreburepozitorij.fsb.hr/4571/1/Čveljo_2015_diplomski.pdf · sveučilište u...
TRANSCRIPT
Sveučilište u Zagrebu
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Katedra za tračnička i lebdeća pružna vozila
DIPLOMSKI RAD
Ivan Čveljo
U Zagrebu, srpanj 2015.
Sveučilište u Zagrebu
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Katedra za tračnička i lebdeća pružna vozila
DIPLOMSKI RAD
Servisna portalna dizalica za lokomotive
Mentor:
Doc. dr. sc. Milan Kostelac Ivan Čveljo
U Zagrebu, srpanj 2015.
Izjava
Izjavljujem da sam diplomski rad izradio samostalno, savjesno i prema pravilima za izradu
diplomskog rada, koristeći pri tome znanje stečeno na Fakultetu strojarstva i brodogradnje te
navedenu literaturu.
Zahvaljujem se mentoru doc. dr. sc. Milanu Kostelcu na stručnoj pomoći, pomoći pri
prikupljanju literature, te savjetima i uputama pri izradi rada.
Ivan Čveljo Diplomski rad
I
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Sažetak
Zadatak ovog diplomskog rada je konstruiranje portalne dizalice za podizanje i servis
lokomotiva mase do 67,2 tone. Dizalica se sastoji od dva međusobno povezana portala, a
svaki portal na sebi nosi dva vitla za podizanje tereta. Lokomotiva se odvaja od svojih
okretnih postolja te se dizalicom podiže u zrak preko, za to predviđenih mjesta na nosivoj
konstrukciji lokomotive. Zatim se cijela dizalica odvlači kako bi se oslobodilo prostor za rad
na okretnim postoljima. Konstrukcija portalne dizalice mora biti u skladu s važećim zakonima
i pravilnicima u Republici Hrvatskoj, stoga je izvršen pregled pravilnika vezanog za tehničke
normative za dizalice te pregled zakonskih odredbi vezanih za sigurnost i zaštitu na radu
(koje se prilikom uporabe uređaja moraju poštivati). Također je izvršen pregled postojećih
rješanja na tržištu, odnosno alternativnih načina podizanja lokomotiva.
U sklopu rada, na osnovu projektnih zahtjeva, izvršen je analitički proračun svih potrebnih
komponenti te analitički i numerički proračun nosive konstrukcije vitla i nosive konstrukcije
portalne dizalice. Na osnovu projektnih zadataka i proračuna izrađeni su CAD modeli i
potrebna tehnička dokumentacija.
Za proračun nosive konstrukcije portalne dizalice i nosive konstrukcije vitla, izradu skica, te
izradu CAD modela i tehničke dokumentacije korišteni su programi MathCad, Corel Draw i
SolidWorks.
Ivan Čveljo Diplomski rad
II
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Sadržaj
1. Uvod ...............................................................................................................................1
2. Postojeća rješenja za servisiranje lokomotiva ..................................................................2
2.1. Mobilne električne dizalice .......................................................................................2
2.2. Mosni granici ...........................................................................................................4
2.3. Portalni granici .........................................................................................................5
3. Projektni parametri .........................................................................................................6
4. Elementi za prihvat tereta................................................................................................7
4.1. Izračun dinamičkog faktora ......................................................................................7
4.2. Odabir kuke ..............................................................................................................7
4.3. Provjera čvrstoće kuke..............................................................................................8
4.4. Dimenzioniranje i izbor užeta ................................................................................. 12
4.5. Pomični blok (sklop kuke) ...................................................................................... 15
5. Mehanizam za dizanje tereta ......................................................................................... 16
5.1. Najmanji promjer užnica i bubnja ........................................................................... 16
5.2. Izravnavajuća užnica nepomičnnog bloka ............................................................... 17
5.2.1. Proračun osovine izravnavajuće užnice i nosivih limova nepomičnog bloka .... 18
5.2.2. Odabir i kontrola valjnih ležajeva užnice ......................................................... 20
5.3. Proračun bubnja ..................................................................................................... 21
5.3.1. Dimenzije profila žlijeba bubnja ...................................................................... 21
5.3.2. Radna i ukupna dužina bubnja ......................................................................... 22
5.3.3. Naprezanje uslijed namatanja užeta ................................................................. 23
5.3.4. Posmično naprezanje bubnja ........................................................................... 24
5.3.5. Naprezanje uslijed savijanja bubnja ................................................................. 25
5.3.6. Progib bubnja .................................................................................................. 27
5.3.7. Debljina čeone ploče bubnja ............................................................................ 27
5.3.8. Veza vijenca s bubnjem ................................................................................... 28
5.3.9. Osovina bubnja ............................................................................................... 30
5.3.10. Veza užeta s bubnjem .................................................................................. 31
5.3.11. Odabir ležaja bubnja .................................................................................... 34
5.4. Elektromotor, reduktor i kočnica za dizanje ............................................................ 36
5.4.1. Snaga elektromotora za dizanje tereta .............................................................. 36
5.4.2. Parametri reduktora za dizanje tereta ............................................................... 36
5.4.3. Odabir elektromotora s reduktorom i kočnicom ............................................... 37
5.4.4. Provjera momenta kočenja .............................................................................. 38
6. Mehanizam za podizanje tereta ..................................................................................... 40
6.1. Analitički proračun nosive konstrukcije vitla .......................................................... 40
Ivan Čveljo Diplomski rad
III
Fakultet strojarstva i brodogradnje
6.2. FEM analiza nosive konstrukcije vitla .................................................................... 44
6.3. Proračun zavara nosača izravnavajuće užnice ......................................................... 47
6.4. Proračun nosača izravnavajuće užnice .................................................................... 49
6.5. Čvrstoća uzdužno opterećenih vijaka nosača izravnavajuće užnice ......................... 51
6.6. Proračun nosača osovine izravnavajuće užnice ....................................................... 52
6.7. Sklop vitla za podizanje .......................................................................................... 53
6.8. Kotači, elektromotor, reduktor i kočnica za pogon vitla .......................................... 54
6.8.1. Odabir kotača .................................................................................................. 54
6.8.2. Snaga elektromotora za vožnju vitla ................................................................ 54
6.8.3. Parametri reduktora za vožnju vitla ................................................................. 55
6.8.4. Odabir elektromotora s reduktorom ................................................................. 56
6.8.5. Provjera momenta kočenja .............................................................................. 57
7. Proračun nosive konstrukcije portalne dizalice .............................................................. 59
7.1. Analitički proračun nosive konstrukcije portalne dizalice ....................................... 59
7.2. FEM analiza nosive konstrukcije portalne dizalice.................................................. 69
7.3. Odabir kotača portala ............................................................................................. 73
7.4. Čvrstoća uzdužno opterećenih vijaka veze i stupa portala ....................................... 74
7.5. Čvrstoća uzdužno opterećenih vijaka stupa i mosta portala ..................................... 75
7.6. Provjera čvrstoće transportne uške .......................................................................... 76
7.7. Proračun kutnog zavara transportne uške ................................................................ 78
7.8. Proračun osovine klackalice kotača ........................................................................ 79
7.9. Sklop portalne dizalice ........................................................................................... 82
8. Primjena zaštite na radu pri uporabi uređaja .................................................................. 83
8.1. Pravila zaštite na radu ............................................................................................. 83
8.2. Obveze poslodavca u provođenju zaštite na radu .................................................... 84
8.3. Obveze i prava radnika u provođenju zaštite na radu .............................................. 85
9. Zaključak ...................................................................................................................... 87
10. Literatura ................................................................................................................... 88
Ivan Čveljo Diplomski rad
IV
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Popis slika
Slika 2.1. Podizanje lokomotive sa 4 mobilne električne dizalice [9] ......................................2
Slika 2.2. Suvremena mobilna električna dizalica za pružna vozila [10] ..................................3 Slika 2.3. Mosni granik s jednim glavnim nosačem [11] .........................................................4
Slika 2.4. Mosni granik s dva glavna nosača [11] ....................................................................5 Slika 2.5. Pretovar lokomotiva portalnim granikom ................................................................5
Slika 3.1. Odabrani ovjes vitla (vozno vitlo) ...........................................................................6 Slika 4.1. Slobodno kovana jednokraka kuka [1].....................................................................8
Slika 4.2. Opterećenja i neprezanja kuke [1] ...........................................................................8 Slika 4.3. Zamjenska trapezna površina slobodno kovane kuke ............................................. 10
Slika 4.4. Skica mehanizma za dizanje s udvojenim faktorskim koloturnikom ..................... 12 Slika 4.5. Paralelno pleteno uže tipa Filler 6x19, DIN 3057 [9] ............................................. 14
Slika 4.6. Sklop kuke [13].................................................................................................... 15 Slika 5.1. Profil užnice ......................................................................................................... 17
Slika 5.2. Mjere izravnavajuće užnice i nosivih limova ......................................................... 18 Slika 5.3. Ležaj SKF NNU 4124 M/W33 [14] ...................................................................... 20
Slika 5.4. Osnovne mjere žlijeba [1] ..................................................................................... 21 Slika 5.5. Dimenzije bubnja [1] ............................................................................................ 22
Slika 5.6. Naprezanje elementa stijenke bubnja i lokalno savijanje ljuske bubnja od jednog
navoja užeta [1] .................................................................................................................... 23
Slika 5.7. Konstrukcijska izvedba i opterećenje bubnja ......................................................... 25 Slika 5.8. Veza užeta s bubnjem [1] ...................................................................................... 31
Slika 5.9. Ležaj SKF SYJ 80 TF [14] .................................................................................... 35 Slika 5.10. Sklop el. motora i reduktora KUA 139C 3C 180M/L 04E-TH-TF-BR150 [15] .... 37
Slika 6.1. Konstrukcijska izvedba nosive konstrukcije (okvira) vitla ..................................... 40 Slika 6.2. Pojednostavljeni statčki model nosive konstrukcije vitla ....................................... 40
Slika 6.3. Mehanički model štapa između oslonaca C i D u ravnini x-z ................................. 41 Slika 6.4. Izgled profila HE220B .......................................................................................... 42
Slika 6.5. Prikaz zadane mreže konačnih elemenata, opterećenja i oslonaca nosive
konstrukcije vitla .............................................................................................. 44
Slika 6.6. Naprezanje nosive konstrukcije vitla te naglašena deformacija (gore) i stvarna
deformacija vitla (dolje) ..................................................................................... 45
Slika 6.7. Progib nosive konstrukcije vitla ............................................................................ 46 Slika 6.8. Opterećenje nosača izravnavajuće užnice .............................................................. 47
Slika 6.9. Površine zavara nosača izravnavajuće užnice ........................................................ 47 Slika 6.10. Nosač izravanavajuće užnice ............................................................................... 49
Slika 6.11. Zarezno djelovanje otvora u ploči [7] .................................................................. 50 Slika 6.12. Nosač osovine izravnavajuće užnice ................................................................... 52
Slika 6.13. Sklop vitla........................................................................................................... 53 Slika 6.14. Sklop el. motora i reduktora WFE 20 DDB5.111168 ZBE 80 A 4 B007 [16] ...... 56
Slika 6.15. Moguća varijanta sklopa vitla s kotačima i pogonom .......................................... 58 Slika 7.1. Konstrukcijska izvedba nosive konstrukcije portalne dizalice ................................ 59
Slika 7.2. Pojednostavljeni statički model nosive konstrukcije vitla ...................................... 60 Slika 7.3. Mehanički model štapa između oslonaca Z i W u ravnini x-z ................................ 61
Slika 7.4. Izgled profila HE360M ......................................................................................... 62 Slika 7.5. Pojednostavljeni mehanički model štapa između oslonaca Z i W u ravnini x-z ...... 63
Slika 7.6. Mehanički model štapa između oslonaca Z i F u ravnini x-z .................................. 65 Slika 7.7. Izgled profila HE300B .......................................................................................... 65
Slika 7.8. Mehanički model štapa između oslonaca P i F u ravnini y-z .................................. 67
Ivan Čveljo Diplomski rad
V
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Slika 7.9. Mehanički model štapa između oslonaca O i Z u ravnini y-z ................................. 68
Slika 7.10. Prikaz zadane mreže konačnih elemenata, opterećenja i oslonaca nosive
konstrukcije portalne dizalice .......................................................................... 69
Slika 7.11. Naprezanje nosive konstrukcije portalnog granika te naglašena deformacija (gore)
i stvarna deformacija (dolje) .............................................................................. 70
Slika 7.12. Pomak nosive konstrukcije portalne dizalice duž osi x ........................................ 71 Slika 7.13. Pomak nosive konstrukcije portalne dizalice duž osi y ........................................ 71
Slika 7.14. Pomak nosive konstrukcije portalne dizalice duž osi z......................................... 72 Slika 7.15. Sklop kotača SMF 400 PEK [17] ........................................................................ 73
Slika 7.16. Opterećenje transportne uške .............................................................................. 76 Slika 7.17. Dimenzije transportne uške i dozvoljena opterećenja DIN 28086 [1] ................... 77
Slika 7.18. Skica za proračun transportne uške DIN 28086 [1] .............................................. 77 Slika 7.19. Dimenzije i opterećenje osovine klackalice kotača .............................................. 79
Slika 7.20. Sklop portalne dizalice ........................................................................................ 82
Popis tablica
Tablica 3.1. Projektni zahtjevi dizalice ...................................................................................6
Tablica 4.1. Faktor sigurnosti za proračun kuke u ovisnosti o pogonskoj grupi [1] ..................7 Tablica 4.2. Dimenzije slobodno kovane kuke HN=8 potrebne za daljnji proračun [1] ............9
Tablica 4.3. Potrebni faktori sigurnosti za užad [1] ............................................................... 13 Tablica 5.1. Najmanji potrebni odnosi promjera bubnja i užnica [1] ...................................... 16
Tablica 5.2. Koeficijent broja pregiba [1].............................................................................. 16 Tablica 5.3. Karakteristike odabranog sklopa el. motora i reduktora za dizanje [15].............. 37
Tablica 6.1. Usporedba rezultata analitičkog proračuna i FEM analize okvira vitla ............... 46 Tablica 6.2. Opterećenje kotača vitla .................................................................................... 54
Tablica 6.3. Karakteristike odabranog sklopa el. motora i reduktora za pogon vitla [16] ....... 56 Tablica 7.1. Usporedba rezultata analitičkog proračuna i FEM analize mosta portala ............ 72
Tablica 7.2. Karakteristike sklopa kotača SMF 400 PEK [17] ............................................... 73
Popis priloga
1. CD
2. Tehnička dokumentacija:
DIPL-2015-01 Portalna dizalica
DIPL-2015-02 Stup portala
DIPL-2015-03 Stup portala s ljestvama
DIPL-2015-04 Most portala
DIPL-2015-05 Veza portala
DIPL-2015-06 Sklop vitla
DIPL-2015-06-1 Nosiva konstrukcija vitla
DIPL-2015-06-2 Sklop bubnja
Ivan Čveljo Diplomski rad
VI
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Oznake i mjerne jedinice fizikalnih veličina
Latinične oznake:
oznaka mjerna jedinica naziv
jA 2mm površina presjeka jezgre vijka
SA 2mm presjek vijka preko kojeg se prenosi naprezanje
tA 2mm površina zamjenskog trapeza
zavA 2mm površina zavara
zav1pA 2mm površina zavara paralelna sa silom
a mm širina naležne površine svornjaka
1a mm dimenzija kuke za proračun
vita 2m/s ubrzanje vitla
B mm širina užnice
b mm širina naležne površine svornjaka
1b mm dimenzija kuke za proračun
1tb mm pomoćna veličina za zamjenski trapez
2tb mm pomoćna veličina za zamjenski trapez
pb - broj pregiba užeta
0C N statička nosivost ležaja
D mm nazivni promjer vijka
bD mm promjer bubnja
b, minD mm najmanji promjer bubnja
iz.užn, minD mm najmanji promjer izravnavajuće užnice
srD mm srednji promjer površine glave vijka
užn, minD mm najmanji promjer užnice
d mm promjer užeta
Ivan Čveljo Diplomski rad
VII
Fakultet strojarstva i brodogradnje
2d mm srednji promjer navoja vijka
3d mm promjer jezgre vijka
4d mm promjer vrata kuke
5d mm promjer korjena navoja kuke
kd mm promjer kotača
od mm promjer osovine
Sd mm promjer svornjaka
E 2N/mm modul elastičnosi
e mm najveća udaljenost presjeka zavara od sile
se mm pomoćna veličina za zamjenski trapez
0F N ekvivalentno statičko opterećenje ležaja
F N sila u užetu
AF N sila u osloncu A vitla
AF N sila u osloncu A bubnja
BF N sila u osloncu B vitla
BF N sila u osloncu B bubnja
B,maxF N najveće opterećenje ležaja
CF N sila u osloncu C vitla
DF N sila u osloncu D vitla
inF N sila inercije
LF N računska sila loma
aF N aksijalna sila u ležaju
kotF N sila u kotaču
maxF N najveća sila u vijku
Ivan Čveljo Diplomski rad
VIII
Fakultet strojarstva i brodogradnje
nF N normalna sila
NJF N sila uslijed njihanja tereta
osF N opterećenje osovine
rF N radijalna sila u ležaju
užF N sila koja djeluje na užnicu
vitF N sila potrebna za ustaljenu vožnju vitla
WHF N horizontalna sila u osloncu W portala
WVF N vertikalna sila u osloncu W portala
ZVF N vertikalna sila u osloncu Z portala
f - faktor ispune užeta
sf - faktor sigurnosti ležajnog mjesta
vf - specifični otpor vožnje
g 2m/s gravitacijsko ubrzanje
H mm visina dizanja
HN - veličina kuke
h mm visina profila žlijeba bubnja
1h mm dimenzija kuke za proračun
1th mm pomoćna veličina za zamjenski trapez
3h mm uspon navoja kuke
rotI 2kg m
moment inercije rotacijskih masa
MI 2kg m
moment inercije slopa elektromotora
yI 4mm aksijalni moment inercije presjeka
HCi -
podizna grupa
ki -
prijenosni omjer koloturnika
mini mm minimalni polumjer inercije
Ivan Čveljo Diplomski rad
IX
Fakultet strojarstva i brodogradnje
redi -
prijenosni omjer reduktora
j -
koeficijent ukupnog broja reduktora
k -
koeficijent ukupnog broja motora
L mm duljina grede
LC kg potrebna nosivost kotača
0l mm slobodna duljina izvijanja
fl mm krak sile
bl mm ukupna duljina bubnja
rl mm radna duljina bubnja
2M Nm moment na izlaznom vratilu reduktora
bM Nm potrebni moment izlaznog vratila reduktora
CM Nm najveći moment savijanja promatranog štapa
DM Nm najveći moment savijanja promatranog štapa
dinM Nm dinamički moment kočenja
dopM Nm dopušteni moment savijanja
KM Nm moment kočenja
K,motM Nm moment kočenja elektromotora
k,maxM Nm najveći moment na kotaču prilikom pokretanja
st,KM Nm statički moment kočenja
maxM Nm najveći moment savijanja kojim je opterećena užnica
PBm kg masa pomičnog bloka
rotM Nm moment usporenja rotacijskih masa
redm kg masa sklopa elektromotora i reduktora
trM Nm moment usporenja translacijskih masa
tm kg masa tereta
Ivan Čveljo Diplomski rad
X
Fakultet strojarstva i brodogradnje
vitm kg masa sklopa vitla
n
- broj vijaka
bn okr/min broj okretaja bubnja
mn 1min brzina vrtnje elektromotora
vitn - broj vitla
P mm korak navoja vijka
nP W nazivna snaga elektromotora
potr.P W potrebna snaga elektromotora
vitP W potrebna snaga za ustaljenu vožnju
p 2N/mm površinski pritisak nosivih limova
dopp 2N/mm dopušteni površinski pritisak
up 2N/mm unutrašnji površinski tlak svornjaka
vp 2N/mm vanjski površinski tlak svornjaka
eR 2N/mm granica tečenja materijala
mR 2N/mm lomna čvrstoća
1r mm radijus profila žlijeba bubnja
br mm polumjer bubnja
nr mm pomoćna veličina za zamjenski trapez
sr mm pomoćna veličina za zamjenski trapez
S - faktor sigurnosti
potrS - potrebna sigurnost
bT Nm moment torzije bubnja
pT Nm moment priteznja vijaka
t mm korak užeta na bubnju
1t mm širina nosivog lima užnice
Ivan Čveljo Diplomski rad
XI
Fakultet strojarstva i brodogradnje
užt mm širina distantnog prstena užnice
zt s vrijeme zaustavljanja
bu -
broj užeta koji se namata na bubanj
ku -
broj nosivih užeta
Q kg masa tereta
LQ kg masa lokomotive
pQ kg ukupna masa portalne dizalice
dv m/s brzina dizanja tereta
vitv m/s brzina vožnje vitla
W 3mm moment otpora presjeka
pW 4mm torzijski moment otpora presjeka
w mm debljina čeone ploče bubnja
maxw mm najveći progib
Grčke oznake:
oznaka mjerna jedinica naziv
kut pod kojim sila djeluje na zavar
s - faktor sigurnosti
vit - koeficijent kojim se uzima u obzir ubrzavanje rotirajućih
djelova za vožnju
2 - dinamički faktor
- ukupni stupanj djelovanja prijenosa
K - stupanj djelovanja kočnice
o - stupanj djelovanja valjnih ležaja
b - stupanj djelovanja bubnja
k - stupanj djelovanja koloturnika
red - stupanj djelovanja reduktora
- vitkost štapa
Ivan Čveljo Diplomski rad
XII
Fakultet strojarstva i brodogradnje
p - granična vitkost štapa
- faktor trenja
1 mm pomoćna veličina za zamjenski trapez
2 mm pomoćna veličina za zamjenski trapez
2N/mm ukupno normalno naprezanje zavara
1 2N/mm normalno naprezanje kuke
1dop 2N/mm trajna dinamička čvrstoća za istosmjerno savojno optrećenje
ekv 2N/mm ekvivalentno naprezanje
f 2N/mm savojno naprezanje
fDI 2N/mm dopušteno naprezanje
dop 2N/mm dopušteno naprezanje
max 2N/mm najveće naprezanje
pr 2N/mm prednaprezanje
pro 2N/mm naprezanje oko provrta
red 2N/mm reducirano naprezanje zavara
T 2N/mm najmanja granica tečenja materijala
ukz 2N/mm normalno naprezanje zavara transportne uške
v 2N/mm vlačno naprezanje zavara
vi 2N/mm vlačno naprezanje vijka
vr
2N/mm normalno naprezanje u vratu kuke
x 2N/mm normalno naprezanje bubnja
2N/mm cirkularno naprezanje bubnja
a 2N/mm smično naprezanje svornjaka
b 2N/mm smično naprezanje bubnja
Ivan Čveljo Diplomski rad
XIII
Fakultet strojarstva i brodogradnje
dop 2N/mm dopušteno smično naprezanje
n 2N/mm smično naprezanje u donjem navoju kuke
zav 2N/mm smično naprezanje zavara
M 1s kutna brzina elektromotora
Ivan Čveljo Diplomski rad
1
Fakultet strojarstva i brodogradnje
1. Uvod
Za potrebe servisiranja lokomotiva i vagona najčešće se koriste mobilne električne
dizalice, dok se njihove nepomične izvedenice najčešće koriste za servisiranje motornih
vlakova. Električna mobilna dizalica je izvedena tako da je za njezin rad potrebna samo jedna
osoba, a ako se koristi više dizalica istovremeno (najčešći slučaj) moguća je međusobna
sinkronizacija. Kapacitet dizanja ovakvih dizalica se kreće između 10 i 65 tona pa se stoga,
ovisno o masi lokomotive ili vagona, koristi više dizalica (najčešće se koriste četiri dizalice).
Osim električnih mobilnih dizalica, u svrhu servisiranja lokomotiva i vagona, koriste se i
mosni granici. Mosni granici nude velike nosivosti (preko 50 tona) te su uobičajena pojava u
veliki halama, stoga upotreba ove vrste granika za dizanje lokomotiva ili vagona ne čudi. Za
podizanje lokomotiva, odnosno vagona, pri servisiranju koristi se par mosnih granika od kojih
svaki ima dva vitla. Na taj način se lokomotiva (ili vagon) zahvaća na četiri mjesta i podiže u
zrak.
Premda se rijetko koriste u svrhe servisiranja lokomotiva, portalne dizalice ili granici zbog
svojih komparativnih prednosti mogu poslužiti i u ovu svrhu. Naravno u tom slučaju potrebno
je izraditi specijalnu portalnu dizalicu jer ne postoje gotovi proizvodi za ovakvu vrstu
podizanja.
Cilj ovog diplomskog rada je ponuditi konstrukcijsko rješenje (sa svim potrebnim skicama,
proračunima i dokumentacijom) servisne portalne dizalice za podizanje dieselelektrične
lokomotive Bo' Bo'1 mase 67,2 tone radi potrebe servisiranja i/ili zamjene njezinih okretnih
postolja. Konstruiranjem servisne portalne dizalice za lokomotive pokušava se pružiti
alternativno rješenje na ovome polju. Međutim prije početka potrebno je dobro proučiti stanje
na tržištu, odnosno postojeće mehanizme za dizanje, te postojeće zakonske odredbe i norme.
Na taj se način dolazi do polazišnih točaka, ali i ograničenja u daljnjim koracima koji su
potrebni kako bi se konstruirala servisna portalna dizalica za podizanje lokomotiva.
1 Bo' Bo' je kodna oznaka za lokomotive sa 4 osovine (dva okretna postolja sa 2 osovine) od kojih je svaka osovina pogonska. Primjer takve lokomotive je lokomotiva Hrvatskih željeznica HŽ serija 2042 (izvorna
oznaka DEL 925, nadimak Đuran).
Ivan Čveljo Diplomski rad
2
Fakultet strojarstva i brodogradnje
2. Postojeća rješenja za servisiranje lokomotiva
2.1. Mobilne električne dizalice
Mobilne električne dizalice najčešće se koriste pri remontu lokomotiva i vagona. Koriste
se zbog relativno malih dimenzija i jednostavnog postavljanja na željeno mjesto, a
istovremeno su, zahvaljujući samokočnosti mehanizma za podizanje, sigurne za rad. Ovisno o
masi pružnog vozila koriste se dizalice različitih nosivosti, a budući da je njihova najveća
dopuštena masa dizanja u pravilu manja od mase pružnog vozila koristi se više dizalica
istovremeno (Slika 2.1).
Slika 2.1. Podizanje lokomotive sa 4 mobilne električne dizalice [9]
Osnovna građa mobilne elekrične dizalice sadrži nosivu konstrukciju, mehanizam za
podizanje i mehanizam za manevriranje dizalicom. Nosiva konstrukcija izrađena je od
konstrukcijskog čelika visoke čvrstoće i krutosti. Mehanizam za podizanje čine navojno
vreteno ,matica, konzola za dizanje i elektromotor. Navojno vreteno je izrađeno od čelika, kao
i konzola za dizanje, a matica koja podupire konzolu za dizanje i pomoću koje se dizanje vrši
izrađena je od legure bronce. Za pogon vretena se koristi elektromotor s reduktorom.
Mehanizam za manevriranje dizalicom najčešće se sastoji od mehanizma za odizanje dizalice
od podloge (najčešće mali hidrocilindar) i kotača pomoću kojih se dizalica postavlja na
željeno mjesto.
Suvremene mobilne električne dizalice, uz osnovne elemente, sadrže još čitav niz elemenata
koji služe kako bi olakšali upotrebu i povećali sigurnost korištenja (Slika 3.2).
Ivan Čveljo Diplomski rad
3
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Slika 2.2. Suvremena mobilna električna dizalica za pružna vozila [10]
Ivan Čveljo Diplomski rad
4
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Na svjetskom i europskom tržištu postoji veliki broj poznatih prozvođača mobilnih dizalica za
pružana vozila, kao što su američke tvrke Whiting Corporation, Intertran Corporation, Sefac,
Macton i Duff-Norton, australske tvrtke Vector Lifting, Andrew Engineering i Endurequip,
engleska tvrtka Mechan, španjolska tvrtka Aquafrisch, njemačka tvrtka Hywema, austrijska
tvrtka IME-Autolift GmbH, talijanska tvrtka Eurogamma, te ruska tvrtka Kubanzheldormash.
2.2. Mosni granici
Mosni granici najčešće se koriste za transport sipkog materijala i predmeta unutar
industrijskog pogona, za premetanje materijala i predmeta u skladištima, za transport u
radionicama i montažnim halama (koriste se za servisiranje lokomotiva i vagona) te za utovar
i istovar željezničkih vagona i kamiona. Mosni granici sastoje se od mosta, vitla, strojnih
sklopova i električnih uređaja. Na glavnim nosačima mosnog granika smještene su tračnice
vitla granika. Krajevi glavnih nosača kruto su vezani na poprečne nosače u kojima su
smješteni vozni kotači (pogonski i slobodni kotači) granika.
Mostovi granika male nosivosti obično imaju samo jedan glavni nosač izrađen od valjanog
željeza s profilom u obliku slova I (Slika 2.3). Granici s takvim mostovima upotrebljavaju se
za nosivosti do 6,3 t i za raspone do 25 m.
Slika 2.3. Mosni granik s jednim glavnim nosačem [11]
Mostovi granika većih nosivosti obično imaju dva glavna nosača koji su napravljeni kao
rešetkasti ili kao punostjeni nosači. Mosni granici pretežno imaju pogon elektromotorima. U
novijim konstrukcijama primjenjuju se i hidraulički motori za vožnju i dizanje. Mosni granici
danas se grade u veoma mnogo različitih izvedbi s obzirom na konstrukciju, nosivost, visinu
dizanja, brzinu dizanja i brzinu vožnje.
Nosivost mosnih granika najčešće iznosi 3,2…50 t, a ponekad i do 500 t. Visine dizanja su
pretežno 8…16 m, ali mogu biti niže i mnogo više. Uobičajene su brzine 0,03…0,5 m⁄s za
dizanje, 0,25…1 m⁄s za vožnju vitla i 0,4…1,6 m⁄s za vožnju granika. S obzirom na različite
predmete koje trebaju dizati, mosni granici imaju i različita sredstva za prihvaćanje tereta kao
što su kuke, zahvatači, elektromagneti, kliješta, stezaljke i sl.
Ivan Čveljo Diplomski rad
5
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Slika 2.4. Mosni granik s dva glavna nosača [11]
Za podizanje lokomotiva, odnosno vagona, za potrebe servisiranja koristi se par mosnih
granika od kojih svaki ima dva vitla. Na taj način se lokomotiva (ili vagon) zahvaća na četiri
mjesta i podiže u zrak.
2.3. Portalni granici
Portalni granici su granici kojima postolje ima oblik portala. Most portalnih granika
oslanja se na vertikalne noge postavljene, najčešće, na tračnice u ravnini podloge. Portalni
granici se izrađuju i za kretanje bez tračnica, ali i kao nepomični granici. Na postolju portalnih
granika kreću se vitla različitih konstrukcija ili okretni granici (okretna vitla). Primjenjuju se u
zatvorenim objektima ili na otvorenom.
Okretni portalni granici imaju vozno postolje u obliku portala na kojem se nalazi okretni dio
granika s potrebnom nosivom konstrukcijom te s pogonskim mehanizmima za dizanje,
okretanje i promjenu dohvata. Ti granici služe za pretovar tereta u lukama, na željeznici,
skladištima, za montažne radove u brodogradnji, mostogradnji i sl. Ovakvi granici se se ne
koriste za servisiranje lokomotiva, ali se njima često dižu lokomotive pri pretovaru s brodova
(Slika 2.5). Ostale vrste portalnih granika rijetko se podižu lokomotive.
Slika 2.5. Pretovar lokomotiva portalnim granikom
Ivan Čveljo Diplomski rad
6
Fakultet strojarstva i brodogradnje
3. Projektni parametri
Potrebno je proračunati i konstruirati srvisnu portalnu dizalicu prema projektnim
zahtjevima prikazanim u tablici (Tablica 3.1).
Tablica 3.1. Projektni zahtjevi dizalice
Masa lokomotive, QL 67,2 t → 67200 kg
Visina dizanja (od tla do kuke), H 6 m
Brzina dizanja, vd 5 m/min → 0,0833 m/s
Brzina vožnje vitla, vvit 12 m/min → 0,2 m/s
Broj vitla, nvit 4
Pogonska klasa prema FEM-u H3/B4 → 3m
Zahvatno sredstvo dizalice je kuka na koju se prema potrebi hvataju ostala zahvatna sredstva
Konstrukcijska rješenja:
- tip dizalice → portalna dizalica sa 4 vitla
- ovjes vitla → vozno vitlo
Slika 3.1. Odabrani ovjes vitla (vozno vitlo)
Ivan Čveljo Diplomski rad
7
Fakultet strojarstva i brodogradnje
4. Elementi za prihvat tereta
4.1. Izračun dinamičkog faktora
Utjecaj dinamičkih opterećenja prilikom podizanja tereta obuhvaćen je uvođenjem
dinamičkog faktora ϕ2 kojim se množi težina ovješenog tereta. Faktor ϕ2 prema EN 13001-2
za podizne grupe (HCi; i = 1, …, 4) iznosi:
2 HC HC d1 0,05 0,17 1 0,05 3 0,17 3 0,083 1,184i i v (4.1)
Gdje je:
HC 3i - podizna grupa
d 0,083 m/sv - brzina dizanja tereta
4.2. Odabir kuke
Tablica 4.1. Faktor sigurnosti za proračun kuke u ovisnosti o pogonskoj grupi [1]
Faktor sigurnosti vn 1,25 1,5 2 2,5 3,15 4
Pogonska grupa (DIN) 1Bm 1Am 2m 3m 4m 5m
Veličina kuke HN:
n 2
e
2,5 1,184 16,8 9,817,87
62
v Q gHN
R
(4.2)
Gdje je:
n 2,5v - faktor sigurnosti za pogonsku grupu 3m
2 - dinamički faktor udara
2e 62 kN/cmR - granica tečenja za razred čvrstoće (kvalitetu materijala) T [1]
L / 4 67,2 / 4 16,8 tQ Q - masa tereta
29,81 m/sg - gravitacijsko ubrzanje
Odabrana kuka HN=8, materijala 30CrNiMo8 (Č. 5432)
Ivan Čveljo Diplomski rad
8
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Slika 4.1. Slobodno kovana jednokraka kuka [1]
4.3. Provjera čvrstoće kuke
Slika 4.2. Opterećenja i neprezanja kuke [1]
Ivan Čveljo Diplomski rad
9
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Materijal kuke2: 30CrNiMo8 (Č. 5432), s Re= 620 N/mm
2
Tablica 4.2. Dimenzije slobodno kovane kuke HN=8 potrebne za daljnji proračun [1]
Kuka Navoj kuke
4 48 mmd 1 90 mmb
1 100 mma 1 112 mmh
5 49,4 mmd - promjer korjena navoja
3 6 mmh - uspon
a.) Normalno naprezanje u vratu kuke vr :
2vr 2 2
4
4 4 16800 9,8191,1 N/mm
48
Q
d
(4.3)
Dopušteno normalno naprezanje dop :
2edop
n
620112,7 N/mm
2,2 2,2 2,5
R
v
(4.4)
2 2vr dop 91,1 N/mm 112,7 N/mm
UVIJET ZADOVOLJEN!
b.) Smično naprezanje u donjem navoju kuke n :
2n
5 3
16800 9,81177 N/mm
49,4 6
Q
d h
(4.5)
Dopušteno smično naprezanje dop :
2edop
n
620198,4 N/mm
1,25 1,25 2,5
R
v
(4.6)
2 2n dop 177 N/mm 198,4 N/mm
UVIJET ZADOVOLJEN!
2 kuka HN=8 čije su sve dimenzije određene prema [1]
Ivan Čveljo Diplomski rad
10
Fakultet strojarstva i brodogradnje
c.) Kontrola normalnih naprezanja pomoću zamjenskog trapeza u presjeku A – B (Slika 4.3):
Slika 4.3. Zamjenska trapezna površina slobodno kovane kuke
n 16800 9,81 164808 NF Q - normalno opterećenje presjeka A-B
1t 10,932 0,932 180 84 mmb b (4.7)
2t 10,43 0,43 180 39 mmb b (4.8)
1t 1 112 mmh h (4.9)
11
10050 mm
2 2
a (4.10)
12 1
100112 162 mm
2 2
ah (4.11)
2
1
1623,24 mm
50
(4.12)
21t 2tt 1t
84 39112 6888 mm
2 2
b bA h
(4.13)
Ivan Čveljo Diplomski rad
11
Fakultet strojarstva i brodogradnje
1t 2t1s
1t 2t
2 112 84 2 3949 mm
3 3 84 39
b bhe
b b
(4.14)
1s s
10049 99 mm
2 2
ar e (4.15)
2t
1t 1n
2t2
1 1t 2t2
2 1 1t
1
391 111284
162 392 222
162 3950 84 ln 1ln 1 162 50 8411
50
31,3 mm
b
b hr
b
b b
b
(4.16)
s
211
st
n
991 1164808 50 10,84 N/mm
99688811
31,3r
r
Q
rA
(4.17)
Dopušteno normalno naprezanje 1dop :
2e1dop
n
620248 N/mm
2,5
R
v (4.18)
2 2
1 1dop 10,84 N/mm 248 N/mm
UVIJET ZADOVOLJEN!
s
2n 22
st
n
991 1164808 162 4,3 N/mm
99688811
31,3r
r
F
rA
(4.19)
Dopušteno normalno naprezanje 2dop :
2e2dop
n
62099 N/mm
2,5 2,5 2,5
R
v
(4.20)
2 22 2dop 4,3 N/mm 99 N/mm
UVIJET ZADOVOLJEN!
Ivan Čveljo Diplomski rad
12
Fakultet strojarstva i brodogradnje
4.4. Dimenzioniranje i izbor užeta
Zbog potrebe za što većom stabilnosti pri podizanju tereta odabran je udvojeni koloturnik.
Izbor broja užnica ovisi o nosivosti dizalice, odnosno masi tereta. Izvedba s dvije užnice
(prijenosni omjer koloturnika 4/2) preporuča se za mase tereta do približno 30 t dok se za
veće nosivosti, do otprilike 100 t, preporuča izvedba s 4 užnice (prijenosni omjer 8/2). Veći
broj užnica donosi veći broj komponenti i potencijalne probleme sa zaplitanjem užadi kao i
veći broj pregiba koji uzrokuje smanjenje trajnosti užadi. Odabrani prijenosni omjer
koloturnika 4/2, u odnosu na omjer 8/2, omogućuje jednostavniju i kompaktniju konstrukciju
s manje komponenti.
Slika 4.4. Skica mehanizma za dizanje s udvojenim faktorskim koloturnikom
Prijenosni odnos koloturnika ki :
kk
b
42
2
ui
u (4.21)
Gdje je:
k 4u - broj nosivih užeta
b 2u - broj užeta koji se namataju na bubanj
Ivan Čveljo Diplomski rad
13
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Stupanj djelovanja kolutnika k :
k 2o
k
k o
11 1 1 0,9850,99
1 2 1 0,985
i
i
(4.22)
Gdje je:
ki - prijenosni odnos kolutnika
o 0,985 - stupanj djelovanja za valjne ležajeve
Za određivanje sile u užetu, koje se namata na bubanj, potrebno je pretpostaviti dodatno
opterećenje uzrokovano masom pomičnoga bloka. Uz pretpostavku mase pomičnoga bloka
mPB = 180 kg.
Sila u užetu koje se namata na bubanj F:
PB2
k k
9,81 16800 180 9,811,184 49804 N
4 0,99
Q mF
u
(4.23)
Gdje je:
ku - broj nosivih užeta
k - stupanj djelovanja koloturnika
2 - dinamički faktor udara
L / 4 67,2 / 4 16,8 tQ Q - masa tereta
PBm - masa pomičnog bloka [kg]
Tablica 4.3. Potrebni faktori sigurnosti za užad [1]
Faktor sigurnosti S 3,55 4 4,5 5,6 7,1 9
Pogonska grupa (DIN) 1Bm 1Am 2m 3m 4m 5m
Računska sila loma FL:
L6,4 49804 318746 NF S F (4.24)
Gdje je:
8,2S - uvećan3 faktor sigurnosti za pogonsku grupu 3m (Tablica 4.3)
3 Uzevši u obzir da za dizanje opasnih predmeta faktor sigurnosti treba povećati za 10-15%
Ivan Čveljo Diplomski rad
14
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Promjer užeta d:
L
m
4 4 318746 20,35 mm
0,50 1960
Fd
f R
(4.25)
Gdje je:
teor
0,5A
fA
- faktor ispune užeta
2m 1960 N/mmR - lomna čvrstoća užeta, odabrano [9]
Odabrano paralelno pleteno uže tipa Filler (DIN 3057) 6x19, lomne čvrstoće Rm = 1960
N/mm2, promjera d = 22 mm, te faktora ispune f = 0,50 .
Slika 4.5. Paralelno pleteno uže tipa Filler 6x19, DIN 3057 [9]
Ivan Čveljo Diplomski rad
15
Fakultet strojarstva i brodogradnje
4.5. Pomični blok (sklop kuke)
Prema prethodnom proračunu kuke, odabran je sklop kuke proizvođača Gosan [13] s
dimenzijama prema slici (Slika 4.6).
Slika 4.6. Sklop kuke [13]
Ivan Čveljo Diplomski rad
16
Fakultet strojarstva i brodogradnje
5. Mehanizam za dizanje tereta
5.1. Najmanji promjer užnica i bubnja
Najmanji promjer užnica i bubnja se odabire kako bi se osigurala potrebna trajnost užeta.
Najmanji potrebni odnosi promjera bubnja ili užnica u odnosu na promjer užeta i pogonsku
grupu prikazani su u tablici (Tablica 5.1).
Tablica 5.1. Najmanji potrebni odnosi promjera bubnja i užnica [1]
Pogonska grupa (D/d)min
BUBANJ
(D/d)min
UŽNICA
(D/d)min
IZRAVNAVAJUĆA
UŽNICA
1Bm
1Am
2m
3m
4m
5m
14 (16)*
16 (18)
18 (20)
20 (22,4)
22,4 (25)
25 (28)
16 (18)*
18 (20)
20 (22,4)
22,4 (25)
25 (28)
28 (31,5)
12,5 (14)*
14 (16)
14 (16)
16 (18)
16 (18)
18 (20)
*Vrijednosti u zagradama su za višeslojnu užad (užad sa 2 ili 3 sloja pramena). Ukoliko se
izborom konstrukcije višeslojnog užeta postiže dovoljna trajnostt, mogu se koristiti
koeficijenti za jednoslojnu užad.
Na potrebni najmanji promjer utječe i faktor broja pregiba užeta (Tablica 5.2). Broj pregiba
užeta za udvojeni faktorski koloturnik 4/2 iznosi bp = 3.
Tablica 5.2. Koeficijent broja pregiba [1]
Broj pregiba bp ≤ 5 6 do 9 ≥ 10
Koeficijent cp 1 1,12 1,15
Najmanji promjer užnice užn, minD :
užn, min p už
užn
22,4 1 22 493 mmD
D c dd
(5.1)
Ivan Čveljo Diplomski rad
17
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Najmanji promjer izravnavajuće užnice iz.užn, minD :
iz.užn, min p už
iz.užn
16 1 22 352 mmD
D c dd
(5.2)
Najmanji promjer bubnja b, minD :
b, min p už
b
20 1 22 440 mmD
D c dd
(5.3)
5.2. Izravnavajuća užnica nepomičnnog bloka
Dimenzioniranje i odabir izravnavajuće užnice nepomičnog bloka koloturnika vrši se
uzimajući u obzir najmanji dozvoljeni promjer izravnavajuće užnice (poglavlje 5.1).
Slika 5.1. Profil užnice
Odabrane [1] dimenzije izravnavajuće užnice (Slika 5.1):
iz.užn 360 mmD D
35 mmh
7 mma
45 mmb
12 mmr
Ivan Čveljo Diplomski rad
18
Fakultet strojarstva i brodogradnje
5.2.1. Proračun osovine izravnavajuće užnice i nosivih limova nepomičnog bloka
Slika 5.2. Mjere izravnavajuće užnice i nosivih limova
Dimenzije distantnih prstenova i nosivih limova užnica (Slika 5.2):
už 30 mmt t - nosivi lim – odabrano [1]
120 mmt - distantni prsten– odabrano [1]
Širina užnice i promjer osovine (iz konstrukcije) (Slika 5.2):
90 mmB - širina užnice
0120 mmd - promjer osovine
Duljina grede L (Slika 5.2):
už 12 90 30 2 20 160 mmL B t t (5.4)
Gdje je:
B - širina užnice [mm]
užt t - distantni prsten [mm]
1t - nosivi lim [mm]
Sila koja djeluje na užnicu užF :
už 2 2 49804 99608 NF F (5.5)
Gdje je:
F - najveća sila u užetu [N]
Ivan Čveljo Diplomski rad
19
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Najveći moment savijanja kojim je opterećena osovina užnice maxM :
užmax
99608 160 902863730 Nmm
2 2 4 2 2 4
F L BM
(5.6)
Gdje je:
užF - sila koja djeluje na užnicu [N]
B - širina užnice [mm]
L - duljina grede [mm]
Dopušteni moment savijanja dopM :
3 3
0dop dop
12090 15268140 Nmm
32 32
dM (5.7)
Gdje je:
0d - promjer osovine [mm]
dop - dopušteno naprezanje za čelik Č.0361 [N/mm2]
dop maxM M
UVIJET ZADOVOLJEN!
(5.8)
Površinski pritisak nosivih limova p :
2už
0
9960814 N/mm
2 2 30 120
Fp
t d
(5.9)
Gdje je:
0d - promjer osovine [mm]
užF - sila koja djeluje na užnicu [N]
t - distantni prsten [mm]
dop14 MPa 100 MPap p
UVIJET ZADOVOLJEN!
Ivan Čveljo Diplomski rad
20
Fakultet strojarstva i brodogradnje
5.2.2. Odabir i kontrola valjnih ležajeva užnice
Statičko opterećenje [14]:
0 s 168000 2 336000 NrF F f - ekvivalentno statičko opterećenje
sf 1÷4- faktor sigurnosti ležajnog mjesta (odabrano)
16800 9,81 168000 NrF Q g - radijalno opterećenje (1 ležaj na užnici)
Uvijet: 0 0 0
336000 NC F C
0336000 NC F C
Odabran je dvoredni cilindrični ležaj SKF NNU 4124 M/W33 (Slika 5.3), prema [14],
sljedećih karakteristika:
120 mmd - unutarnji promjer ležaja
200 mmD - vanjski promjer ležaja
80 mmB - širina ležaja
523000 NC - dinamička nosivost ležaja
0865000 NC - statička nosivost ležaja
Slika 5.3. Ležaj SKF NNU 4124 M/W33 [14]
Ivan Čveljo Diplomski rad
21
Fakultet strojarstva i brodogradnje
5.3. Proračun bubnja
Bubanj služi za pogon užeta te istodobno i kao spremnik potrebne dužine užeta.
Namatanje užeta treba izvesti tako da se spriječi zapletanje užeta na bubnju. To se uglavnom
postiže namatanjem na ožljebljeni bubanj. Na bubanj se može namatati jedno uže (jednoužetni
bubanj) ili dva užeta (dvoužetni bubanj). Žljebovi na bubnju čuvaju uže i osiguravaju
jednakomjerno namatanje užeta.
5.3.1. Dimenzije profila žlijeba bubnja
Slika 5.4. Osnovne mjere žlijeba [1]
Visina profila žlijeba h (Slika 5.4):
0,375 0,4 0,375 22 0,4 22 8,25 8,8d h d h h (5.10)
Gdje je:
d - promjer užeta [mm]
Odabrano: h = 8,5 mm
Radijus profila žlijeba 1r (Slika 5.4):
1 0,53 0,53 22 11,66 mmr d (5.11)
Gdje je:
d - promjer užeta [mm]
Odabrano: 1r = 12 mm
Potreban korak užeta na bubnju t (Slika 5.4):
1,15 1,15 22 25,3 mmt d (5.12)
Gdje je:
d - promjer užeta [mm]
Odabrano: 1t = 26 mm
Ivan Čveljo Diplomski rad
22
Fakultet strojarstva i brodogradnje
5.3.2. Radna i ukupna dužina bubnja
Kako bi se osigurala što manja dužina bubnja (moguće manje dimenzije sklopa vitla), za
njegovu izradu odabrana je debelostijena cijev vanjskog promjera Db = 457 mm, stijenke 25
mm. Iz konstrukcijskih razloga oba kraja užeta namataju se na isti bubanj.
Slika 5.5. Dimenzije bubnja [1]
Radna dužina bubnja rl (Slika 5.5):
kr
b
2 600026 217,31 mm
457
i Hl t
D
(5.13)
Gdje je:
ki - prijenosni omjer koloturnika [-]
H - visina dizanja [mm]
bD - promjer bubnja [mm]
t - korak užeta na bubnju [mm]
Potrebna ukupna dužina dvoužetnog bubnja bl (Slika 5.5):
kb
b
2 60002 23 100 mm 2 26 23 22 100 mm 1041 mm
457
i Hl t d
D
(5.14)
Gdje je:
ki - prijenosni omjer koloturnika [-]
H - visina dizanja [mm]
bD - promjer bubnja [mm]
t - korak užeta na bubnju [mm]
Ivan Čveljo Diplomski rad
23
Fakultet strojarstva i brodogradnje
5.3.3. Naprezanje uslijed namatanja užeta
Slika 5.6. Naprezanje elementa stijenke bubnja i lokalno savijanje ljuske bubnja od jednog
navoja užeta [1]
Cirkularno (tlačno) naprezanje (Slika 5.6):
2498040,5 0,5 38 N/mm
26 25
F
t s
(5.15)
Gdje je:
F - sila u užetu koje se namata na bubanj [N]
t - korak užeta na bubnju [mm]
s - debljina stijenke bubnja [mm]
Normalno naprezanje x (Slika 5.6):
2x 3 3
b
1 10,96 0,96 49804 18 N / mm
457 25F
D s
(5.16)
Gdje je:
F - sila u užetu koje se namata na bubanj [N]
bD - vanjski promjer bubnja [mm]
s - debljina stijenke bubnja [mm]
Ivan Čveljo Diplomski rad
24
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Glavna naprezanja na mjestu namatanja:
2
1 x 18 N / mm
02
2
3 38 N / mm
(5.17)
Ekvivalentno naprezanje ekv :
2
ekv 1 3 18 38 56 N / mm (5.18)
Dozvoljeno naprezanje:
2
dop
Re 355142 N / mm
2,5S
2
e 300 N / mmR - za čelik Č.0545 [4]
2,5S - odabrani faktor sigurnosti [1]
1 3 dop
UVIJET ZADOVOLJEN!
5.3.4. Posmično naprezanje bubnja
Bubanj je opterećen i momentom torzije koji uzrokuje posmično naprezanje.
Moment torzije bubnja bT :
bb
49804 4572 2 22760428 Nmm 22760 Nm
2 2
F DT
(5.19)
Gdje je:
F - sila u užetu koje se namata na bubanj [N]
bD - vanjski promjer bubnja [mm]
Ivan Čveljo Diplomski rad
25
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Posmično naprezanje bubnja b :
2b bb 4 4 4 4
b bp,b
b
227604283,3 N/mm
457 407
16 45716
T T
D dW
D
(5.20)
Gdje je:
bT - moment torzije [Nmm]
p,bW - torzijski moment otpora presjeka bubnja [mm4]
bD - vanjski promjer bubnja [mm]
bd - unutarnji promjer bubnja [mm]
Zbog malog iznosa, posmično naprezanje uzrokovano momentom torzije može se zanemariti.
5.3.5. Naprezanje uslijed savijanja bubnja
Najnepovoljniji slučaj naprezanja uslijed savojnog opterećenja javlja se kada je teret
podignut u najviši položaj, odnosno kada je kraj užeta najudaljeniji od oslonaca (Slika 5.7).
Kako bi se proračun pojednostavnio ukruta osovine (ležajno mjesto B) zanemarena je, a
bubanj je razmatran kao greda konstantnog presjeka. Težina bunja je zanemarena jer je
opterećenje užetom mnogostruko veće.
Slika 5.7. Konstrukcijska izvedba i opterećenje bubnja
Ivan Čveljo Diplomski rad
26
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Jednadžbama statike dobivaju se reakcije u osloncima A i B.
Sila AF u osloncu A:
už užA už
469 7021,006 49804 1,006 50103 N
1164
F FF F
(5.21)
Gdje je:
užF F - sila u užetu koje se namata na bubanj [N]
Sila BF u osloncu B:
B už A už2 2 50103 2 49804 50103 49505 NF F F F (5.22)
Gdje je:
užF F - sila u užetu koje se namata na bubanj [N]
AF - sila u osloncu A bubnja [N]
Najveći moment bubnja :
B,max A 462 50103 462 23147586 NmmM F (5.23)
Gdje je:
AF - sila u osloncu A bubnja [N]
Savojno naprezanje bubnja f,b :
B,max B,max 2
f,b 4 4 4 4
b bb
b
231475866,7 N/mm
457 407
32 45732
M M
D dW
D
(5.24)
Gdje je:
b,maxM - moment savijanja [Nmm]
bW - moment otpora presjeka bubnja [mm4]
bD - vanjski promjer bubnja [mm]
bd - unutarnji promjer bubnja [mm]
Zbog malog iznosa, savojno naprezanje uzrokovano momentom savijanja može se zanemariti.
Ivan Čveljo Diplomski rad
27
Fakultet strojarstva i brodogradnje
5.3.6. Progib bubnja
Najveći progib4 bubnja
maxw [4]:
3 3
bmax
y
2 2 49804 10410,0014 mm
48 48 210000 794000000
F lw
E I
(5.25)
Gdje je:
F - sila u užetu koje se namata na bubanj [N]
bl - ukupna dužina dvoužetnog bubnja [mm]
E - modul elastičnosti za čelik [N/mm2]
yI - moment tromosti presjeka [mm4]
Moment tromosti poprečnog presjeka bubnja yI [4]:
4 4 4 4 4
y b b 457 407 794000000 mm64 64
I D d
(5.26)
Gdje je:
bD - vanjski promjer bubnja [mm]
bd - unutarnji promjer bubnja [mm]
5.3.7. Debljina čeone ploče bubnja
Debljina čeone ploče bubnja w [4]:
1 h
b dop
3 2 180 4980,41,44 1 1,44 1 7,5 mm
3 3 457 100
D Fw
D
(5.27)
Gdje je:
bD - promjer bubnja [mm]
1D - promjer glavine bubnja [mm]
h 0,1 0,1 49804 4980,4 NF F
2
dop do 100 N / mm [1]
4 Korištena formula je formula za progib štapa (grede), ali može poslužiti i za ovaj slučaj
Ivan Čveljo Diplomski rad
28
Fakultet strojarstva i brodogradnje
5.3.8. Veza vijenca s bubnjem
Prijenos okretnog momenta s vijenca na bubanj ostvarit će se silom trenja između vijenca
i bubnja koja proizlazi iz sile pritiska između ploče i vijenca uslijed pritezanja vijaka.
Odabrani vijci: M20 [4]
1 17,294 mmd
2 18,376 mmd
2
j 225 mmA - površina jezgre vijka
Čvrstoća odabranog materijala vijaka 8.8 iznosi: 2 2
e 0,8 800 N / mm 640 N / mmR
Moment koji se prenosi trenjem:
b 7N
2 2
D dF n F (5.28)
Gdje je:
F - sila u užetu koje se namata na bubanj [N]
bD - vanjski promjer bubnja [mm]
N dop jF A - normalna sila [N]
0,2 - faktor trenja za čelične vijke [-]
7 b 85 100 457 85 100 560 mmd D
n - broj vijaka [-]
Potrebni broj vijaka n :
b
dop j 7
49804 4575,65
0,15 213 225 560
F Dn
A d
(5.29)
Gdje je:
F - sila u užetu koje se namata na bubanj [N]
bD - vanjski promjer bubnja [mm]
0,15 0,2 - faktor trenja za čelične vijke [-]
7 b 85 100 813 85 100 913 mmd D
2edop
640213 N / mm
3
R
S
Ivan Čveljo Diplomski rad
29
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Odabrano: n = 6 vijaka M20 (iz konstrukcijskih razloga) materijala kvalitete 8.8.
Normalna sila u vijku nF :
bn
7
49804 45745160 N
6 0,15 560
F DF
n d
(5.30)
Gdje je:
F - sila u užetu koje se namata na bubanj [N]
bD - vanjski promjer bubnja [mm]
0,15 0,2 - faktor trenja za čelične vijke [-]
7 b 85 100 457 85 100 560 mmd D
n - broj vijaka [-]
Vlačno naprezanje vijka V [5]:
2nV
j
45160201 N/mm
225
F
A (5.31)
Gdje je:
nF - sila u vijku [N]
2
j 225 mmA - površina jezgre vijka
Dozvoljeno naprezanje vijka:
2
dop
Re 640245 N / mm
2,5S
2
e 640 N / mmR - za odabrani materijal vijka 8.8 [5]
2,5S - odabrani faktor sigurnosti
V dop
UVIJET ZADOVOLJEN!
Ivan Čveljo Diplomski rad
30
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Sila prednaprezanja vijka pF [5]:
p j pr 225 150 33750 NF A (5.32)
Gdje je:
2
j 225 mmA - površina jezgre vijka
pr - prednaprezanje [N/mm2]
Moment pritezanja vijka pT [5]:
2 srp p 0,16
2
d DT F P
18,376 2833750 0,16 2,5 0,15 130889 Nmm = 131 Nm
2
(5.33)
Gdje je:
pF - sila u vijku [N]
2,5 mmP - korak za vijak M20 [4]
2 18,376 mmd - za vijak M20 [4]
sr 1,4 1,4 20 28 mmD d - srednji promjer površine glave vijka M20
5.3.9. Osovina bubnja
Promjer osovine od mora zadovoljavati:
B B,max
o
d
32 32 2 2490279,63 mm
80
c Fd
(5.34)
Gdje je:
B, maxF - maksimalno opterećenje ležaja [N]
BB
o
1,5......2l
cd
- odabrano 2
2
d 80 N/mm - za materijal osovine lomne čvrstoće m 500 MPaR
Ivan Čveljo Diplomski rad
31
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Najveće opterećenje ležaja B,maxF :
b r
B,max max
b r
1041 21749804 24902 N
2 2 1041 217
l lF F
l l
(5.35)
Gdje je:
maxF F - sila u užetu koje se namata na bubanj [N]
rl - radna dužina bubnja [mm]
bl - ukupna dužina bubnja [mm]
5.3.10. Veza užeta s bubnjem
Slika 5.8. Veza užeta s bubnjem [1]
Sila u užetu pred ulazom u vijčanu vezu VF (Slika 5.8):
V 0,1 4
4980414175 N
FF
e e (5.36)
Gdje je:
F - sila u užetu koje se namata na bubanj [N]
1,0 - faktor trenja za čelik
4 - dva navoja prije vijčane veze
Normalna sila u užetu na mjestu veze s bubnjem unF mora biti (Slika 5.8):
un 0,4 0,4 49804 19922 NF F (5.37)
Gdje je:
F - sila u užetu koje se namata na bubanj [N]
Ivan Čveljo Diplomski rad
32
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Potrebna normalna sila u jednom vijku nF (Slika 5.8):
n un
1
2 2 0,8 0,8 49804 39843 N1
FF F F
e
(5.38)
Gdje je:
unF - normalna sila u užetu na mjestu veze s bubnjem [N]
F - sila u užetu koje se namata na bubanj [N]
1,0 - faktor trenja za čelik
4 - dva navoja prije vijčane veze
Odabrani vijci: M20 [4]
1 17,294 mmd
2 18,376 mmd
2
j 225 mmA - površina jezgre vijka
Čvrstoća odabranog materijala vijaka 8.8 iznosi: 2 2
e 0,8 800 N / mm 640 N / mmR
Dopušteno naprezanje materijala vijaka 8.8 iznosi:
2ed
640320 N / mm
2 2
R
Potreban broj vijaka z prema opterećenju na vlak i savijanje:
n 1
3 3d j 1
321,3 39843 1,3 32 0,15 402,19
320 225 17,294
F hz
A d
(5.39)
Gdje je:
nF - normalna sila u jednom vijku [N]
2edop
640320 N/mm
2
R
S
15,040sin1,0sin1 - faktor trenja za trapezni žlijeb
40 mmh - odabrano
1 17,294 mmd - za vijak M20 [4]
2
j 225 mmA - površina jezgre vijka M20 [4]
Ivan Čveljo Diplomski rad
33
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Odabrano: 3 vijka M20 kvalitete materijala 8.8.
Vijci se stavljaju po obodu bubnja na razmaku Vl :
V 5 5 22 110 mml d (5.40)
Gdje je:
d - promjer užeta [mm]
Vlačno naprezanje vijka [5] V :
2nV
j
39843177 N/mm
225
F
A (5.41)
Gdje je:
nF - sila u vijku [N]
2
j 225 mmA - površina jezgre vijka
Dozvoljeno naprezanje vijka:
2
dop
Re 640245 N / mm
2,5S
2
e 640 N / mmR - za odabrani materijal vijka 8.8 [5]
2,5S - odabrani faktor sigurnosti
V dop
UVIJET ZADOVOLJEN!
Sila prednaprezanja vijka pF [5]:
p j pr 225 150 33750 NF A (5.42)
Gdje je:
2
j 225 mmA - površina jezgre vijka
pr - prednaprezanje [N/mm2]
Ivan Čveljo Diplomski rad
34
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Moment pritezanja vijka pT [5]:
2 srp p 0,16
2
d DT F P
18,376 2833750 0,16 2,5 0,15 130889 Nmm = 131 Nm
2
(5.43)
Gdje je:
pF - sila u vijku [N]
2,5 mmP - korak za vijak M20 [4]
2 18,376 mmd - za vijak M20 [4]
sr 1,4 1,4 20 28 mmD d - srednji promjer površine glave vijka M20
5.3.11. Odabir ležaja bubnja
Ležajno mjesto na bubnju je slobodno ležajno mjesto koje na okvir vitla prenosi samo
radijalno opterećenje. Kako bi se utvrdilo je li za odabir ležaja relevantna statička ili
dinamička nosivost potrebno je prvo izračunati broj okretaja bubnja.
Broj okretaja bubnja bn :
k db
b
60 2 0,0833 60 okr6,96
0,457 min
i vn
D
(5.44)
Gdje je:
ki - prijenosni omjer koloturnika [-]
dv - brzina dizanja tereta [m/s]
bD - vanjski promjer bubnja [m]
Broj okretaja bubnja je razmjerno mali pa je statička nosivost odabrana kao relevantna.
Radijalno opterećenje:
r
4980424902 25000 N
2 2
FF (5.45)
Gdje je:
F - sila u užetu koje se namata na bubanj [N]
Ivan Čveljo Diplomski rad
35
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Statičko opterećenje [4]:
0 s 25000 2 50000 NrF F f - ekvivalentno statičko/dinamičko opterećenje
sf 1÷4- faktor sigurnosti ležajnog mjesta (odabrano)
Uvijet: 0 0 0
50000 NC F C
050000 NC F C
Za osovinu promjera 4
80 mmd Odabire se sklop ležaja SYK 80 TF, s kućištem ležaja SYK
516 i samoudesivim kugličnim ležajem YAR 216-2F, prema [14], sljedećih karakteristika:
100 mmd - unutarnji promjer
72000 NC - dinamička nosivost ležaja
053000 NC - statička nosivost ležaja
Ostale karakteristike (Slika 5.9)
Slika 5.9. Ležaj SKF SYJ 80 TF [14]
Ivan Čveljo Diplomski rad
36
Fakultet strojarstva i brodogradnje
5.4. Elektromotor, reduktor i kočnica za dizanje
5.4.1. Snaga elektromotora za dizanje tereta
Potrebna snaga elektromotora za dizanje tereta odabire se na temelju potrebne snage za
dizanje jednolikom brzinom dizanja.
Potrebna snaga za dizanje potr.P :
PB dpotr.
16800 180 9,81 0,083314920 W 15 kW
0,93
Q m g vP
(5.46)
Gdje je:
L / 4 67200 / 4 16800 kgQ Q - masa tereta
29,81 m/sg - gravitacijsko ubrzanje
PBm - masa pomičnog bloka [kg]
d
50,0833 m/s
60v - brzina dizanja tereta
red b K k 0,97 0,98 0,99 0,99 0,93 - ukupna iskoristivost prijenosa
red 0,97 - stupanj djelovanja reduktora
b 0,98 - stupanj djelovanja bubnja
K 0,99 - stupanj djelovanja kočnice
k 0,99 - stupanj djelovanja koloturnika
5.4.2. Parametri reduktora za dizanje tereta
Broj okretaja bubnja bn (potreban broj okretaja izlaznog vratila reduktora):
k db
b
60 2 0,0833 60 okr6,96
0,457 min
i vn
D
(5.47)
Gdje je:
ki - prijenosni omjer koloturnika [-]
dv - brzina dizanja tereta [m/s]
bD - vanjski promjer bubnja [m]
Ivan Čveljo Diplomski rad
37
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Potreban moment vratila reduktora na strani bubnja bM :
bb
49804 4572 2 22760428 Nmm 22,8 kNm
2 2
F DM
(5.48)
Gdje je:
F - sila u užetu koje se namata na bubanj [N]
bD - vanjski promjer bubnja [mm]
5.4.3. Odabir elektromotora s reduktorom i kočnicom
Odabran je, iz kataloga [15], sklop el. motora i reduktora KUA 139C 3C 180M/L 04E-TH-
TF-BR150 (Slika 5.10) proizvođača WATTDRIVE, karakteristika prikazanih u tablici (Tablica
5.3).
Slika 5.10. Sklop el. motora i reduktora KUA 139C 3C 180M/L 04E-TH-TF-BR150 [15]
Tablica 5.3. Karakteristike odabranog sklopa el. motora i reduktora za dizanje [15]
777 kgm ukupna masa sklopa
3 2M 209 10 kg mI moment inercije sklopa elektromotora
3x400 V 50 Hz priključno el. napajanje
n 17,5 kWP nazivna snaga el. motora
1m 1470 minn brzina vrtnje el. motora
red 211,97i prijenosni omjer reduktora
12 6,9 minn brzina vrtnje na izlaznom vratilu
2 23117 NmM moment na izlaznom vratilu
120 m6 mm dimenzije izlaznog vratila
K,mot 150 NmM Moment kočenja
Ivan Čveljo Diplomski rad
38
Fakultet strojarstva i brodogradnje
5.4.4. Provjera momenta kočenja
Moment kočenja KM :
K st,K din 70,47 37,6 108,07 NmM M M (5.49)
Gdje je:
st,KM - statički moment kočenja [Nm]
dinM - dinamički moment kočenja [Nm]
Statički moment kočenja st,KM :
dst,K k
M
0,083316800 9,81 0,79 70,43 Nm
154
vM Q g
(5.50)
Gdje je:
16800 kgQ - nazivni teret (masa tereta)
d
50,0833 m/s
60v - brzina dizanja tereta
1MM
2 2 1470154 s
60 60
n
- kutna brzina motora
k
red B K k
1 1 1 12 2 2 2 0,79
Dinamički moment kočenja dinM :
din rot tr 37 0,6 37,6 NmM M M (5.51)
Gdje je:
rotM - moment usporenja rotacijskih masa [Nm]
trM - moment usporenja translacijskih masa [Nm]
Moment usporenja rotacijskih masa rotM :
rot rot 0,24305 154 37 Nmd
M Idt
(5.52)
Gdje je:
3 2rot M1,15 1,15 209 10 0,24035 kg mI I - moment inercije rotacijskih masa
3 2M 209 10 kg mI - moment inercije slopa elektromotora
Ivan Čveljo Diplomski rad
39
Fakultet strojarstva i brodogradnje
k
z
0 154154
1
d
dt t
z 1 st - vrijeme zaustavljanja (odabrano)
Moment usporenja translacijskih masa trM :
2 2
b 1 2tr tr k
red k
0,2285 154 016800 0,79 0,6 Nm
211,97 2 1z
rM m
i i t
(5.53)
Gdje je:
red 211,97i - prijenosni omjer reduktora
bb
0,4570,2285 m
2 2
Dr - radijus bubnja
k 2i - prijenosni omjer koloturnika
t 16800 kgm - nazivni teret
11 M 154 s
12 0 s
k 0,79
z 1 st - vrijeme zaustavljanja (odabrano)
K,mot K150 Nm 108,07 NmM M
ZADOVOLJAVA!
Ivan Čveljo Diplomski rad
40
Fakultet strojarstva i brodogradnje
6. Mehanizam za podizanje tereta
6.1. Analitički proračun nosive konstrukcije vitla
Na slici (Slika 6.1) je prikazana konstrukcijska izvedba okvira (nosive konstrukcije) vitla
te njegov pojednostavljen statički model (Slika 6.2). Pomoću pojednostavljenog statičkog
modela biti će izvršen proračun pojedinih dijelova konstrukcije. Točke A, B, C i D
predstavljaju mjesta na kojima se nosiva konstrukcija vitla oslanja na kotače. Točka E
predstavlja mjesto na kojem je zavaren nosač izravnavajuće užnice. Sile FA` i FB
`
predstavljaju sile koje prenosi sklop bubnja, a Fuž silu u užetu koju prenosi izravnavajuća
užnica.
Slika 6.1. Konstrukcijska izvedba nosive konstrukcije (okvira) vitla
Slika 6.2. Pojednostavljeni statčki model nosive konstrukcije vitla
Ivan Čveljo Diplomski rad
41
Fakultet strojarstva i brodogradnje
U svrhu pojednostavljenja, nosiva konstrukcija vitla će biti razmatrana kao štapna
konstrukcija u kojoj se na mjestu čvorova prenose samo sile, ali ne i momenti. Radi takve
pretpostavke i zanemarivanja vlastite težine same nosive konstrukcije vitla, faktor sigurnosti
biti će povećan sa predloženih S=1,5 (prema [1]) na S=2.
Sile u osloncima A, B, C i D iznose:
A A red
B B
užC D už
9,81 50103 777 9,81 57725 N
49505 N
249804 N
2
F F m
F F
FF F F
(6.1)
Gdje je:
AF - sila u osloncu A bubnja [N]
BF - sila u osloncu B bubnja [N]
redm - masa sklopa el. motora i reduktora za dizanje [kg]
užF F - sila u užetu [N]
Slike (Slika 6.1, Slika 6.2) otkrivaju da je u štapnoj konstrukciji najopterećeniji štap između
oslonaca C i D (Slika 6.3), stoga će se proračun provesti upravo za taj dio konstrukcije.
Konstrukcija je izrađena od HEB profila HE220B oblika i dimenzija prema slici (Slika 6.4).
Štap C-D:
Slika 6.3. Mehanički model štapa između oslonaca C i D u ravnini x-z
Najveći moment savijanja C DM M promatranog štapa:
C D už2 736 2 49804 736 73311488 NmmM M F (6.2)
Gdje je:
užF F - sila u užetu [N]
Ivan Čveljo Diplomski rad
42
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Najveće naprezanje promatranog štapa:
2CC
7331148896 N/mm
763000
M
W (6.3)
Gdje je:
CM - najveći moment savijanja promatranog štapa [Nmm]
W - moment otpora [mm3]
Dozvoljeno naprezanje:
2fDIdop
260130 N / mm
2S
2
fDI 260 N/mm - trajna dinamička čvrstoća za istosmjerno savojno optrećenje, za čelik
Č.0361 [4]
2S - uvećani preporučeni faktor sigurnosti [1]
C dop
UVIJET ZADOVOLJEN!
Slika 6.4. Izgled profila HE220B
Ivan Čveljo Diplomski rad
43
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Najveći progib promatranog štapa CDw [4]:
3 3
CDmax
y
2 2 49804 14720,39 mm
48 48 210000 80900000
F lw
E I
(6.4)
Gdje je:
F - sila u užetu koje se namata na bubanj [N]
CDl - ukupna dužina promatranog štapa [mm]
E - modul elastičnosti za čelik [N/mm2]
yI - moment tromosti presjeka [mm4]
Dopušten progib promatranog štapa maxw [1]:
CDdop
14721,84 mm
600...800 800
lw (6.5)
Gdje je:
CDl - ukupna dužina promatranog štapa [mm]
max dopw w
UVIJET ZADOVOLJEN!
Ivan Čveljo Diplomski rad
44
Fakultet strojarstva i brodogradnje
6.2. FEM analiza nosive konstrukcije vitla
Korištenjem alata SolidWorks Simulation unutar programskog paketa SolidWorks izvršena
je FEM analiza nosive konstrukcije vitla. Nosiva konstrukcija vitla je promatrana kao kruto
tijelo. Dobiveni rezultati su uspoređeni s rezultatima dobivenim analitičkim proračunom
(poglavlje 6.1), te se dobiveni rezultati poklapaju.
Na slici (Slika 6.5) prikazana je nosiva konstrukcija vitla sa zadanom mrežom konačnih
elemenata, nepomčnim osloncima (zelena boja) i opterećenjima (ljubičasta boja). Iznosi i
mjesta opterećenja, te mjesta nepomičnih oslonaca odgovaraju onima korištenim u
analitičkom proračunu (poglavlje 6.1).
Slika 6.5. Prikaz zadane mreže konačnih elemenata, opterećenja i oslonaca nosive
konstrukcije vitla
Najveće naprezanje nosive konstrukcije vitla dobiveno FEM analizom (Slika 6.6) iznosi 87
N/mm2 što je malo manje od naprezanja dobivenog analitičkim proračunom, a time i manje od
dopuštenog iznosa za korišteni materijal. Na slici (Slika 6.6 gore) prikazana je nosiva
konstrukcija vitla i njeno najveće naprezanje te nastala deformacija (naglašena radi lakšeg
tumačenja), dok je na slici (Slika 6.6 dolje) prikazana stvarna deformacija nosive konstrukcije
vitla te najveće naprezanje.
Ivan Čveljo Diplomski rad
45
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Slika 6.6. Naprezanje nosive konstrukcije vitla te naglašena deformacija (gore) i stvarna
deformacija vitla (dolje)
Na slici (Slika 6.7) prikazan vertikalni pomak nosive konstrukcije vitla (progib duž osi y)
uslijed zadanog opterećenja. Najveći progib iznosi 0,32 mm što je malo manje od progiba
dobivenog analitičkim proračunom, a time i manje od dopuštenog iznosa za promatranu
konstrukciju.
Ivan Čveljo Diplomski rad
46
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Slika 6.7. Progib nosive konstrukcije vitla
Tablica 6.1. Usporedba rezultata analitičkog proračuna i FEM analize okvira vitla
Analitička metoda FEM analiza
Najveće naprezanje
[N/mm2]
96 87
Najveći progib [mm] 0,39 0,32
Tablica (Tablica 6.1) prikazuje usporedbu rezultata. Iznosi naprezanja i progiba dobiveni
FEM analizom su malo malo manji od onih dobivenih analitičkom metodom.
Ivan Čveljo Diplomski rad
47
Fakultet strojarstva i brodogradnje
6.3. Proračun zavara nosača izravnavajuće užnice
Potrebno je proračunati zavare nosača izravnavajuće užnice opterećene silom koja odgovara
dvostrukoj vrijednosti sile u užetu (Slika 6.8). Proračun će se zbog simetrije provesti za jedan
nosač te će stoga sila opterećenja biti dvostruko umanjena. Budući da kut sile ovisi o visini na
kojoj se teret nalazi, za proračun će se uzimati najnepovoljniji slučjevi (kada je iznos sile koja
djeluje na zavar najveći). Svi potrebni podaci za proračun prikazani su na skicama (Slika 6.8 i
Slika 6.9).
Slika 6.8. Opterećenje nosača izravnavajuće užnice
Slika 6.9. Površine zavara nosača izravnavajuće užnice
Ivan Čveljo Diplomski rad
48
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Smično naprezanje zavara zav :
2užzav
zav1p
cos 49804 cos709 N/mm
1900
F
A
(6.6)
Gdje je:
užF F - sila u užetu [N]
- kut pod kojim sila djeluje na zavar []
2zav1p 2 5 190 1900 mmA - površina zavara paralelna sa silom
Vlačno naprezanje zavara v :
2užv
zav
cos 49804 cos 413,5 N/mm
3700
F
A
(6.7)
Gdje je:
užF F - sila u užetu [N]
- kut pod kojim sila djeluje na zavar []
2 2 2zav 190 180 3700 mmA - površina zavara
Savojno naprezanje zavara f :
2už ff
y
cos 49804 cos 4 105295 73 N/mm
21120833
F le
I
(6.8)
Gdje je:
užF F - sila u užetu [N]
- kut pod kojim sila djeluje na zavar []
4 4
4
y
190 18021120833 mm
12 12I - aksijalni moment tromosti
f 105 mml - krak sile
295 mme - najveća udaljenost presjeka
Ukupno normalno naprezanje zavara :
2v f 13,5 73 86,5 N/mm (6.9)
Gdje je:
v - vlačno naprezanje zavara [N/mm2]
f - savojno naprezanje zavara [N/mm2]
Ivan Čveljo Diplomski rad
49
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Reducirano naprezanje u presjeku zavara red :
2 2 2 2 2red zav2 86,5 2 9 87,4 N/mm (6.10)
Gdje je:
v - ukupno normalno naprezanje zavara [N/mm2]
zav - smično naprezanje zavara [N/mm2]
Dozvoljeno naprezanje:
2
dop 125 N / mm - za čelik Č.0361 [5]
red dop
UVIJET ZADOVOLJEN!
6.4. Proračun nosača izravnavajuće užnice
Potrebno je proračunati nosač izravnavajuće užnice opterećene silom koja odgovara
vrijednosti sile u užetu (Slika 6.10). Svi potrebni podaci za proračun prikazani su na skicama
(Slika 6.10 i Slika 6.11).
Slika 6.10. Nosač izravanavajuće užnice
Ivan Čveljo Diplomski rad
50
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Slika 6.11. Zarezno djelovanje otvora u ploči [7]
Otvor za prihvat osovine na koju se oslanja užnica stvara efekt zareznog djelovanja na nosač
što znači da je naprezanje u neposrednoj blizini provrta nekoliko puta veće od srednjeg
naprezanje koje se dobije proračunski. Dijagram (Slika 6.11) prikazuje raspodjelu faktora
zareznog djelovanja na ploču konstantne debljine.
Naprezanje oko provrta pro :
2už
pro t
/ 2 49804 / 22,25 108 N/mm
180 115 8
FK
b d h
(6.11)
Gdje je:
t 2,25K - faktor zareznog djelovanja (Slika 6.11)
užF F - sila u užetu [N]
b - širina nosača [mm]
d - promjer rupe na nosaču [mm]
Ivan Čveljo Diplomski rad
51
Fakultet strojarstva i brodogradnje
h - debljina nosača [mm]
Dozvoljeno naprezanje:
2
dop 225 N / mm - za čelik Č.0361 [4]
red dop
UVIJET ZADOVOLJEN!
6.5. Čvrstoća uzdužno opterećenih vijaka nosača izravnavajuće užnice
Nosač izravnavajuće užnice spojen je s nosivom konstrukcijom vitla sa 6 vijaka M20.
Kako bi se izbjegle plastične deformacije, vijak ni na kojem mjestu nebi smio biti napregnut
preko 0,8 puta granice tečenja.
Vlačno naprezanje vijka vi u presjeku koji prenosi naprezanje:
2maxvi
s
1650267 N/mm
245
F
A (6.12)
Gdje je:
maxF - najveća sila u vijku [N]
s 245 mmA - presjek vijka preko kojeg se prenosi naprezanje [5]
Najveća sila u vijku maxF :
max
2 2 4950516502 N
6
FF
n
(6.13)
Gdje je:
F - sila u užetu [N]
n - broj vijaka [-]
Dopušteno naprezanje dop :
2dop T0,8 0,8 400 320 N/mm (6.14)
Gdje je:
2T 400 N/mm - najmanja granica tečenja za materijal vijka 5.8 [5]
vi dop
UVIJET ZADOVOLJEN!
Ivan Čveljo Diplomski rad
52
Fakultet strojarstva i brodogradnje
6.6. Proračun nosača osovine izravnavajuće užnice
Potrebno je proračunati nosač izravnavajuće užnice opterećene silom koja odgovara
vrijednosti sile u užetu (Slika 6.12). Svi potrebni podaci za proračun prikazani su na skicama
(Slika 6.12 i Slika 6.11).
Slika 6.12. Nosač osovine izravnavajuće užnice
Naprezanje oko provrta pro :
2už
pro t
498042,25 94 N/mm
200 120 15
FK
b d h
(6.15)
Gdje je:
t 2,25K - faktor zareznog djelovanja (Slika 6.11)
užF F - sila u užetu [N]
b - širina nosača [mm]
d - promjer rupe na nosaču [mm]
h - debljina nosača [mm]
Ivan Čveljo Diplomski rad
53
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Dozvoljeno naprezanje:
2
dop 225 N / mm - za čelik Č.0361 [4]
red dop
UVIJET ZADOVOLJEN!
6.7. Sklop vitla za podizanje
Za podizanje tereta koristiti će se 4 vitla (Slika 6.13) koja će sinkronizirano podizati teret.
Portalna dizalica je osmišljena tako da se vitla pričvrste za most portalne dizalice, odnosno da
je njihova pozicija fiksna te da se na taj način podiže teret (lokomotiva). Ukoliko se dizalicom
želi podizati neki drugi teret i postoji potreba za njegovim poprečnim pomicanjem, potrebno
je na vitlo ugraditi kotače i pogon. Potreban proračun za takvo vitlo prikazan je u sljedećem
poglavlju.
Slika 6.13. Sklop vitla
Ivan Čveljo Diplomski rad
54
Fakultet strojarstva i brodogradnje
6.8. Kotači, elektromotor, reduktor i kočnica za pogon vitla
Vučna sila potrebna za vožnju vitla prenosi se pomoću dva pogonska kotača te je na svaki
pričvršćen motor s reduktorom. Odabir svih potrebnih komponenti iz kataloga tvrtke DEMAG
vrši se prema provedenom proračunu. Primjer vitla s ugrađenim, a prethodno odabranim i
provjerenim, komponentama prikazan je na slici (Slika 6.15).
6.8.1. Odabir kotača
Opterećenje kotača odgovara silama u osloncima A, B, C i D nosive konstrukcije vitla
(poglavlje 6.1). U katalogu tvrtke DEMAG [16] dopušteno opterećenje kotača izraženo je u
kilogramima, stoga tablica (Tablica 6.2) prikazuje masene ekvivalente sila koje opterećuju
kotače.
Tablica 6.2. Opterećenje kotača vitla
Oslonac nosive konstrukcije vitla Opterećenje [N] Maseni ekvivalent [kg]
A 57725 5884
B 49505 5046
C 49804 5076
D 49804 5076
Iz tablice (Tablica 6.2) je vidljivo da je najopterećeniji kotač na mjestu oslonca A. Iz kataloga
tvrke DEMAG [16] je odabran, za širinu tračnice od 60 mm, kotač oznake DRS 160
dopuštenog opterećenja od 7000 kg i promjera kotrljanja dk = 160 mm.
6.8.2. Snaga elektromotora za vožnju vitla
Sila potreba za ustaljenu vožnju vitla Fvit jednaka je umnošku pritisne sile na tračnicu i
specifičnog otpora vožnje fv.
Potrebna sila za ustaljenu vožnju vitF :
vit A B C D v 57725 49505 49804 49804 0,015 3103 NF F F F F f (6.16)
Gdje je:
AF - sila u osloncu A vitla [N]
BF - sila u osloncu B vitla [N]
CF - sila u osloncu C vitla [N]
DF - sila u osloncu D vitla [N]
v 0,015f - specifični otpor vožnje
Ivan Čveljo Diplomski rad
55
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Potrebna snaga za ustaljenu vožnju vitP :
vit vitvit
vit
3103 0,20,5 333 W
0,97
F vP k
(6.17)
Gdje je:
vitF - potrebna sila za ustaljenu vožnju [N]
vitv - brzina vožnje vitla [m/s]
vit 0,97 - stupanj iskoristivosti mehanizma za vožnju
0,5k - koeficijent ukupnog broja motora (2 motora za pogon)
Prilikom pokretanja motor mora savladati i silu inercije Fin koja je rezultat ubrzanja mase
tereta, pomičnog bloka i sklopa vitla.
Sila inercije inF :
in t PB vit vit 16800 160 2000 0,1 1896 NF m m m a (6.18)
Gdje je:
tm - masa tereta [kg]
PBm - masa pomičnog bloka [kg]
vitm - masa sklopa vitla [kg]
vita - pretpostavljeno ubrzanje vitla [m/s2]
6.8.3. Parametri reduktora za vožnju vitla
Najveći moment na kotaču (potreban moment reduktora) prilikom pokretanja k,maxM :
kk,max vit in
0,1603103 1896 0,5 200 Nm
2 2
dM F F j (6.19)
Gdje je:
kd - promjer kotača vitla [m]
vitF - Sila potrebna za ustaljenu vožnju vitla [N]
inF - Sila inercije [N]
0,5j - koeficijent ukupnog broja reduktora (2 motora za pogon)
Ivan Čveljo Diplomski rad
56
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Broj okretaja kotača pri ustaljenoj vožnji kn (potreban broj okretaja izlaznog vratila reduktora):
vitk
k
60 0,2 60 okr23,87
0,160 min
vn
d
(6.20)
Gdje je:
vitv - brzina vožnje vitla [m/s]
kd - promjer kotača vitla [m]
6.8.4. Odabir elektromotora s reduktorom
Odabran je, iz kataloga [15], sklop el. motora i reduktora WFE 20 DDB5.111168 ZBE 80 A 4
B007 (Slika 6.14) proizvođača DEMAG, karakteristika prikazanih u tablici (Tablica 6.3).
Slika 6.14. Sklop el. motora i reduktora WFE 20 DDB5.111168 ZBE 80 A 4 B007 [16]
Tablica 6.3. Karakteristike odabranog sklopa el. motora i reduktora za pogon vitla [16]
28 kgm ukupna masa sklopa
3 2M 1,49 10 kg mI moment inercije sklopa elektromotora
3x400 V 50 Hz priključno el. napajanje
n 0,55 kWP nazivna snaga el. motora
1m 1420 minn brzina vrtnje el. motora
red 221i prijenosni omjer reduktora
12 21 minn brzina vrtnje na izlaznom vratilu
2 221 NmM moment na izlaznom vratilu
K,mot 7 NmM moment kočenja
Ivan Čveljo Diplomski rad
57
Fakultet strojarstva i brodogradnje
6.8.5. Provjera momenta kočenja
Moment kočenja KM :
vit vit vit vK K t PB vit
M z 1000
0,2 1,5 0,2 0,0150,97 16800 160 2000 9,81 5 Nm
149 9,81 1,5 1000
v v fM m m m g
g t
(6.21)
Gdje je:
k
vit
1 12 2 0,97
0,97
tm - masa tereta [kg]
PBm - masa pomičnog bloka [kg]
vitm - masa sklopa vitla [kg]
29,81 m/sg - gravitacijsko ubrzanje
vitv - brzina vožnje vitla [m/s]
1MM
2 2 1420149 s
60 60
n
- kutna brzina elektromotora
vit 1,5 - koeficijent kojim se uzima u obzir ubrzavanje rotirajućih djelova za vožnju
zt - vrijeme zaustavljanja – izračunato (izraz )
v 0,015f - specifični otpor vožnje [2]
Faktor vit :
2 23s M M
vit
vit vit
1,2 1,49 10 1491 1 1,5
2000 0,2
I
m v
(6.22)
Gdje je:
s 1,2 - faktor sigurnosti
3 2M 1,49 10 kg mI - moment inercije slopa elektromotora
vitm - masa sklopa vitla [kg]
1MM
2 2 1420149 s
60 60
n
- kutna brzina motora
vitv - brzina vožnje vitla [m/s]
Ivan Čveljo Diplomski rad
58
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Vrijeme zaustavljanja zt :
z v vit5 5 1,5 0,2 1,5 st v (6.23)
Gdje je:
vit 1,5 - koeficijent kojim se uzima u obzir ubrzavanje rotirajućih djelova za vožnju
vitv - brzina vožnje vitla [m/s]
K,mot K7 Nm 5 NmM M
ZADOVOLJAVA!
Slika 6.15. Moguća varijanta sklopa vitla s kotačima i pogonom
Ivan Čveljo Diplomski rad
59
Fakultet strojarstva i brodogradnje
7. Proračun nosive konstrukcije portalne dizalice
7.1. Analitički proračun nosive konstrukcije portalne dizalice
Na slici (Slika 7.1) je prikazana konstrukcijska izvedba nosive konstrukcije portalne
dizalice te njegov pojednostavljen statički model (Slika 7.2). Pomoću pojednostavljenog
statičkog modela biti će izvršen proračun. Točke F, G, H i I predstavljaju mjesta na kojima se
nosiva konstrukcija dizalice oslanja na kotače, a svi ostali čvorovi (mjesta gdje se spajaju
štapovi u konstrukciji) su također označeni slovima abecede. Sile FA, FB, FC i FD
predstavljaju sile koje prenosi sklop vitla, FNJ je sila koju uzrokuje njihanje tereta, a FVU je
sila kojom se portalna dizalica vuče.
Slika 7.1. Konstrukcijska izvedba nosive konstrukcije portalne dizalice
Ivan Čveljo Diplomski rad
60
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Slika 7.2. Pojednostavljeni statički model nosive konstrukcije vitla
U svrhu pojednostavljenja nosiva konstrukcija portalne dizalice, kao što je to bio slučaj i s
okvirom vitla, biti će razmatrana kao štapna konstrukcija u kojoj se na mjestu čvorova
prenose samo sile, ali ne i momenti. Radi takve pretpostavke i zanemarivanja vlastite težine
same nosive konstrukcije, faktor sigurnosti biti će povećan sa predloženih S=1,5 (prema [1])
na S=2.
Analitički proračun će se provesti za most portala i stupove portala. Most portala (štap Z-W)
je izrađen od HEM profila HE360M oblika i dimenzija prema slici (Slika 7.4), a stupovi
portala (štap Z-F) izrađeni su od HEB profila HE300B oblika i dimenzija prema slici (Slika
7.7).
Ivan Čveljo Diplomski rad
61
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Štap Z-W:
Slika 7.3. Mehanički model štapa između oslonaca Z i W u ravnini x-z
Određivanje reakcija prema slici (Slika 7.3):
x NJ WH
WH NJ
z A B C D ZV WV
W A B C D ZV
A B C DZV
Σ 0 0
66000 N
Σ 0 0
Σ 0 5000 385 4200 1185 5385 0
5000 385 4200 1185
5385
57725 5000 49505 385 49804 4200 49804 1185
5385
F F F
F F
F F F F F F F
M F F F F F
F F F FF
WV A B C D ZV
106941 N
57725 49505 49804 49804 106941 99897 NF F F F F F
(7.1)
Gdje je:
ZVF - vertikalna sila u osloncu Z [N]
NJ L 67200 9,81 0,1 66000 NF Q g a - Sila uslijed njihanja tereta (inercijska
sila) [N]
WVF - vertikalna sila u osloncu W [N]
WHF - horizontalna sila u osloncu W [N]
A B C D, , , F F F F - sile koje prenosi sklop vitla [N]
Ivan Čveljo Diplomski rad
62
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Najveći moment savijanja SM promatranog štapa:
S ZV A1185 800 106941 1185 57725 800 80545085 NmmM F F (7.2)
Gdje je:
ZVF - vertikalna sila u osloncu Z [N]
AF - sila koju prenosi sklop vitla [N]
Najveće naprezanje S promatranog štapa:
2SS
8054508519 N/mm
4600000
M
W (7.3)
Gdje je:
SM - najveći moment savijanja promatranog štapa [Nmm]
W - moment otpora presjeka štapa [mm3]
Dozvoljeno naprezanje:
2fDIdop
260130 N / mm
2S
2
fDI 260 N/mm - trajna dinamička čvrstoća za istosmjerno savojno optrećenje, za čelik
Č.0361 [4]
2S - uvećani preporučeni faktor sigurnosti [1]
S dop
UVIJET ZADOVOLJEN!
Slika 7.4. Izgled profila HE360M
Ivan Čveljo Diplomski rad
63
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Radi pojednostavljenja proračuna (bez utjecaja na sigurnost), progib se računa kao jedna
koncentrirana sila (iznos sile je zbroj svih sila koje djeluju u smjeri osi z) koja djeluje na
sredini nosača (Slika 7.5).
Slika 7.5. Pojednostavljeni mehanički model štapa između oslonaca Z i W u ravnini x-z
Najveći progib promatranog štapa ZWw [4]:
3 3
A B C D ZW
max 8
y
57725 49505 49804 49804 53853,8 mm
48 48 210000 8,49 10
F F F F lw
E I
(7.4)
Gdje je:
A B C D, , , F F F F - sile koje prenosi sklop vitla [N]
ZWl - ukupna dužina promatranog štapa [mm]
E - modul elastičnosti za čelik [N/mm2]
yI - moment tromosti presjeka [mm4]
Dopušten progib dopw promatranog štapa [1]:
ZWdop
53586,7 mm
600...800 800
lw (7.5)
Gdje je:
ZWl - ukupna dužina promatranog štapa [mm]
max dopw w
UVIJET ZADOVOLJEN!
Ivan Čveljo Diplomski rad
64
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Vitkost štapa :
0
min
538569
78,2
l
i (7.6)
Gdje je:
8min
min
1,95 1078,2 mm
31880
Ii
A
- minimalni polumjer inercije
0l 5358 mm - slobodna duljina izvijanja
min zI I - moment tromosti presjeka
A - površina presjeka
Granična vitkost štapa p :
p
p
210000105
188
E
(7.7)
Gdje je:
2p t0,8 0,8 235 188 N/mm - granica proporcionalnosti
2210000 N/mmE - modul elastičnosti
t 225 2N/mm - granica tečenja za čelik Č.0361 [4]
p nastavak proračuna prema Tetmajeru
Dopušteno opterećenje:
kk
335 0,62 335 0,62 69 31880 1165597 N
8
AAF
S S
(7.8)
Gdje je:
k 335 0,62 - dopušteno naprezanje [4]
214900 mmA - površina presjeka cijevi
S - faktor sigurnosti za čelik
WH kF F
UVIJET ZADOVOLJEN!
Ivan Čveljo Diplomski rad
65
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Štap Z-F:
Slika 7.6. Mehanički model štapa između oslonaca Z i F u ravnini x-z
Slika 7.7. Izgled profila HE300B
Ivan Čveljo Diplomski rad
66
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Vitkost štapa :
0
min
470062
75,8
l
i (7.9)
Gdje je:
7min
min
8,56 1075,8 mm
14900
Ii
A
- minimalni polumjer inercije
0l 4700 mm - slobodna duljina izvijanja
min zI I - moment tromosti presjeka
A - površina presjeka
Granična vitkost štapa p :
p
p
210000105
188
E
(7.10)
Gdje je:
2p t0,8 0,8 235 188 N/mm - granica proporcionalnosti
2210000 N/mmE - modul elastičnosti
t 225 2N/mm - granica tečenja za čelik Č.0361 [4]
p nastavak proračuna prema Tetmajeru
Dopušteno opterećenje kF :
kk
335 0,62 335 0,62 62 14900 552343 N
8
AAF
S S
(7.11)
Gdje je:
k 335 0,62 - dopušteno naprezanje [4]
214900 mmA - površina presjeka cijevi
S - faktor sigurnosti za čelik
ZV kF F
UVIJET ZADOVOLJEN!
Ivan Čveljo Diplomski rad
67
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Potrebno je izračunati sile u čvorovima štapa O-W u smijeru osi y jer su one potrebne za
proračun vijčanog spoja portala i veze portala.
Štap P-F:
Slika 7.8. Mehanički model štapa između oslonaca P i F u ravnini y-z
Određivanje reakcija prema slici (Slika 7.8):
y VU Py Fy
P VU Fy
VU
Fy
VUPy Fy
Σ 0 0
Σ 0 1300 1600 0
130049639 13002 40332 N
1600 1600
49639 40332 9307 N2
F F F F
M F F
F
F
FF F
(7.12)
Gdje je:
VUF - vučna sila [N]
PyF - horizontalna sila u osloncu P [N]
FyF - horizontalna sila u osloncu F [N]
Ivan Čveljo Diplomski rad
68
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Vučna sila FVU:
P P vVU92000 9,81 0,1 92000 9,81 0,01
49639 N2 2 2
Q g a Q g fF (7.13)
Gdje je:
PQ - ukupna masa portala [kg]
g - gravitacijsko ubrzanje [m/s2]
a - ubrzanje portala [m/s2]
vf - specifični otpor vožnje [-]
Štap O-Z:
Slika 7.9. Mehanički model štapa između oslonaca O i Z u ravnini y-z
Određivanje reakcija prema slici (Slika 7.9):
y NJ Oy
Oy NJ
Σ 0 0
66000 N
F F F
F F
(7.14)
Gdje je:
NJ L 67200 9,81 0,1 66000 NF Q g a - Sila uslijed njihanja tereta (inercjska
sila) [N]
Dobiveni rezultati Py 9307 NF i Oy 66000 NF korisiti će se u daljnjem proračunu
(poglavlje 7.3).
Ivan Čveljo Diplomski rad
69
Fakultet strojarstva i brodogradnje
7.2. FEM analiza nosive konstrukcije portalne dizalice
Korištenjem alata SolidWorks Simulation unutar programskog paketa SolidWorks izvršena
je FEM analiza nosive konstrukcije portalne dizalice. Nosiva konstrukcija portalne dizalice je
promatrana kao kruto tijelo.
Na slici (Slika 7.10) prikazana je nosiva konstrukcija vitla sa zadanom mrežom konačnih
elemenata, nepomičnim osloncima (zelena boja) te opterećenjima koje prenosi sklop vitla s
teretom (ljubičasta boja), opterećenjima uslijed njihanja tereta (žuta i naradžasta boja) i
opterećenjima uslijed vuče portala (smeđa boja). Iznosi i mjesta opterećenja, te mjesta
nepomičnih oslonaca odgovaraju onima korištenim u analitičkom proračunu (poglavlje 7.1).
Valja napomenuti kako je razmatran najnepovoljniji slučaj, kada sva opterećenja djeluju
istovremeno.
Slika 7.10. Prikaz zadane mreže konačnih elemenata, opterećenja i oslonaca nosive
konstrukcije portalne dizalice
Ivan Čveljo Diplomski rad
70
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Najveće naprezanje nosive konstrukcije vitla dobiveno FEM analizom (Slika 7.11) iznosi 55
N/mm2 što je manje od dopuštenog iznosa za korišteni materijal. Na slici (Slika 7.11 gore)
prikazana je nosiva konstrukcija vitla i njeno najveće naprezanje te nastala deformacija
(naglašena radi lakšeg tumačenja), dok je na slici (Slika 7.11 dolje) prikazana stvarna
deformacija nosive konstrukcije vitla te najveće naprezanje.
Slika 7.11. Naprezanje nosive konstrukcije portalnog granika te naglašena deformacija (gore)
i stvarna deformacija (dolje)
Ivan Čveljo Diplomski rad
71
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Na slikama (Slika 7.12, Slika 7.13 i Slika 7.14) prikazani su pomaci nosive konstrukcije
portalne dizalice (pomaci duž osi x, y i z) uslijed zadanog opterećenja. Najveći pomak duž osi
x iznosi 0,8 mm, pomak duž osi y iznosi 1,8 mm,a pomak duž osi z iznosi 4,5 mm što je manje
od dopuštenog iznosa za promatranu konstrukciju.
Slika 7.12. Pomak nosive konstrukcije portalne dizalice duž osi x
Slika 7.13. Pomak nosive konstrukcije portalne dizalice duž osi y
Ivan Čveljo Diplomski rad
72
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Slika 7.14. Pomak nosive konstrukcije portalne dizalice duž osi z
Tablica 7.1. Usporedba rezultata analitičkog proračuna i FEM analize mosta portala
Analitička metoda FEM analiza
Najveće naprezanje
[N/mm2]
19 21
Najveći progib [mm] 3,8* 1,8
*Zbog pojednostavljenja proračuna (poglavlje 7.1)
Tablica (Tablica 7.1) prikazuje usporedbu rezultata. Iznos naprezanja dobiven FEM analizom
je gotovo identičan onome dobivenom analitičkom metodom, dok se progibi (zbog
pojednostavljenja analitičkog proračuna) razlikuju.
Ivan Čveljo Diplomski rad
73
Fakultet strojarstva i brodogradnje
7.3. Odabir kotača portala
Odabir kotača portala se vrši prema najvećoj težini portala i broju kotača. Portal će se
oslanjati na 8 klackalica s po 2 kotača. Također, analitičkim proračunom je utvrđeno da nisu
svi oslonci (kotači) jednako opterećeni. Opterećeniji kotač (klackalica s dva kotača) nosi 51,7
% težine, dok drugi nosi 48,3 %. Ukupna masa portalne dizalice s teretom iznosi 92 tone.
Potrebna nosivost kotača:
kl
92000C 0,517 0,517 5945,5 kg
8
PQL
n (7.15)
Gdje je:
PQ - ukupna masa portala [kg]
kln - broj klackalica [-]
Odabran je, iz kataloga [17], sklop kotača SMF 400 PEK (Slika 7.15) proizvođača Rollenbau,
karakteristika prikazanih u tablici (Tablica 7.2).
Slika 7.15. Sklop kotača SMF 400 PEK [17]
Tablica 7.2. Karakteristike sklopa kotača SMF 400 PEK [17]
400 mmd promjer kotača
110 mmb širina kotača
470 mmH ukupna visina kotača
10000 kgLC nosivost
Ivan Čveljo Diplomski rad
74
Fakultet strojarstva i brodogradnje
7.4. Čvrstoća uzdužno opterećenih vijaka veze i stupa portala
Veza portala spojena je sa stupom portala u čvorovima O i P (Slika 7.2) sa po 6 vijaka
M20. Budući da je u oba čvora korišten jednak broj identičnih vijaka, proračun će se provesti
za čvor u kojem djeluje veća sila. Kako bi se izbjegle plastične deformacije, vijak ni na kojem
mjestu ne bi smio biti napregnut preko 0,8 puta granice tečenja.
Vlačno naprezanje vijka vi u presjeku koji prenosi naprezanje:
2maxvi
s
11000 45 N/mm
245
F
A (7.16)
Gdje je:
maxF - najveća sila u vijku [N]
s 245 mmA - presjek vijka preko kojeg se prenosi naprezanje [5]
Najveća sila u vijku maxF :
max
6600011000 N
6
FF
n (7.17)
Gdje je:
Oy F F - horizontalna sila u čvoru O [N]
n - broj vijaka [-]
Dopušteno naprezanje dop :
2dop T0,8 0,8 400 320 N/mm (7.18)
Gdje je:
2T 400 N/mm - najmanja granica tečenja za materijal vijka 5.8 [5]
vi dop
UVIJET ZADOVOLJEN!
Ivan Čveljo Diplomski rad
75
Fakultet strojarstva i brodogradnje
7.5. Čvrstoća uzdužno opterećenih vijaka stupa i mosta portala
Stup portala je spojen s mostom sa 24 vijaka M24. Budući da opterećenje prenose samo
vijci u vlačnoj zoni, proračun će se provesti za 12 vijaka. Kako bi se izbjegle plastične
deformacije, vijak ni na kojem mjestu ne bi smio biti napregnut preko 0,8 puta granice
tečenja.
Vlačno naprezanje vijka vi u presjeku koji prenosi naprezanje:
2maxvi
s
34473 98 N/mm
353
F
A (7.19)
Gdje je:
max Oy F F - najveća sila u vijku [N]
s 245 mmA - presjek vijka preko kojeg se prenosi naprezanje [5]
Najveća sila u vijku maxF :
ZV WVmax
106941 9989734473 N
6
F FFF
n n
(7.20)
Gdje je:
ZV WVF F F - sila u užetu [N]
n - broj vijaka [-]
Dopušteno naprezanje dop :
2dop T0,8 0,8 640 512 N/mm (7.21)
Gdje je:
2T 640 N/mm - najmanja granica tečenja za materijal vijka 8.8 [5]
vi dop
UVIJET ZADOVOLJEN!
Ivan Čveljo Diplomski rad
76
Fakultet strojarstva i brodogradnje
7.6. Provjera čvrstoće transportne uške
Transportna uška je izvedena prema DIN 28086 za ušku broj 3 (Slika 7.17). Uška se
koristi za vuču portalne dizalice, a opterećena je prema slici (Slika 7.16). Proračun je izveden
prema DIN 28086.
Slika 7.16. Opterećenje transportne uške
Ivan Čveljo Diplomski rad
77
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Slika 7.17. Dimenzije transportne uške i dozvoljena opterećenja DIN 28086 [1]
Slika 7.18. Skica za proračun transportne uške DIN 28086 [1]
Naprezanje u presjeku uške uk :
2uk v f 2 2
1 1
2 49639 130
496398 8 71 N/mm2 2 80 15 15 80
66
F c
F
b s s b
(7.22)
Gdje je:
VU
2
FF - vučna sila [N]
1, , 2b s c - dimenzije uške (Slika 7.17 i Slika 7.18)
Dopušteno naprezanje dop :
2e edop 150 N/mm
1,5 1,5
R R (7.23)
Gdje je:
2e 225 N/mmR - granica tečenja za materijal Č.0361
uk dop
UVIJET ZADOVOLJEN!
Ivan Čveljo Diplomski rad
78
Fakultet strojarstva i brodogradnje
7.7. Proračun kutnog zavara transportne uške
Normalna naprezanja zavara ukz :
y fzukz vz fz 3 3
zav zav 1 1 1 1 1 1 1 1
1
2
3 3
2
cos60 8
2 2 2 2
6 2
49639 130
49639 cos60 8 6,4 N/mm210 2 7 15 2 7 15 210 210 2 7 15 2 7 15 210
6 15 2 7
F cF M F
A W L a s a s L L a s a s L
L a
(7.24)
Gdje je:
VU
2
FF - vučna sila [N]
zavA - moment otpora zavara [mm2]
fzM - moment savijanja zavara [Nmm]
zavW - moment otpora zavara [mm3]
1, , 2 , b s c L - dimenzije uške [mm] (Slika 7.17 i Slika 7.18)
1a - površina zavara [mm2] (Slika 7.17 i Slika 7.18)
Tangencijalno naprezanje zav :
xzav
zav 1 1 1 1
2
sin 60
2 2
49639 sin 6012,9 N/mm
210 2 7 15 2 7 15 210
F F
A L a s a s L
(7.25)
Gdje je:
VU
2
FF - vučna sila [N]
zavA - moment otpora zavara [mm2]
1, L s - dimenzije uške [mm] (Slika 7.17 i Slika 7.18)
1a - površina zavara [mm2] (Slika 7.17 i Slika 7.18)
Ekvivalentno naprezanje u zavara ekv :
Ivan Čveljo Diplomski rad
79
Fakultet strojarstva i brodogradnje
2 2 2 2 2ekv vz zav3 6,4 12,9 23,24 N/mm (7.26)
Gdje je:
ukz - normalno naprezanje zavara [N/mm2]
zav - tangencijalno naprezanje zavara [N/mm2]
1, , 2 , b s c L - dimenzije uške [mm] (Slika 7.17 i Slika 7.18)
1a - površina zavara [mm2] (Slika 7.17 i Slika 7.18)
Dopušteno naprezanje dop :
2dop 132 N/mm - dopušteno naprezanje za osnovni materijal Č.0361
ekv dop
UVIJET ZADOVOLJEN!
7.8. Proračun osovine klackalice kotača
Potrebno je provjeriti čvrstoću osovine (svornjaka) klackalice kotača. Portalna dizalica je
oslonjena na 8 klackalica s po dva kotača. Svaka klackalica ima jednu osovinu oko koje se
može okretati. Dimenzije osovine (svornjaka) i opterećenje prikazani su na slici (Slika 7.19).
Slika 7.19. Dimenzije i opterećenje osovine klackalice kotača
Ivan Čveljo Diplomski rad
80
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Opterećenje osovine osF :
Pos
kl
920009,81 9,81 112815 N
8
QF
n (7.27)
Gdje je:
PQ - ukupna masa portala [kg]
kln - broj klackalica [-]
Površinski tlak vp :
2osv
1128158,67 N/mm
2 2 50 130
Fp
a d
(7.28)
Gdje je:
osF - opterećenje osovine [N]
a - širina naležne površine [mm]
od - promjer osovine [mm]
Površinski tlak up :
2osu
1128153 N/mm
288 130
Fp
b d
(7.29)
Gdje je:
osF - opterećenje osovine [N]
b - širina naležne površine [mm]
od - promjer osovine [mm]
2dop 69 N/mmp - dopušteno naprezanje za materijal Č.0361 [5]
v u dop,p p p
UVIJET ZADOVOLJEN!
Ivan Čveljo Diplomski rad
81
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Savojno naprezanje f :
2osf 3 3
0,5 0,5 0,5 112815 0,5 506,42 N/mm
0,1 0,1 130
F a
d
(7.30)
Gdje je:
osF - opterećenje osovine [N]
a - širina naležne površine [mm]
od - promjer osovine [mm]
2dop 70 N/mm - dopušteno naprezanje za materijal Č.0361 [5]
f dop
UVIJET ZADOVOLJEN!
Smično naprezanje a :
2os osa 2 2
1128154,25 N/mm
2 1302 2
4 4
F F
A d
(7.31)
Gdje je:
osF - opterećenje osovine [N]
od - promjer osovine [mm]
2dop 45 N/mm - dopušteno naprezanje za materijal Č.0361 [5]
a dop
UVIJET ZADOVOLJEN!
Ivan Čveljo Diplomski rad
82
Fakultet strojarstva i brodogradnje
7.9. Sklop portalne dizalice
Portalna dizalica za podizanje lokomotiva (Slika 7.20) se sastoji od dva međusobno
povezana portala, a svaki portal na sebi nosi dva vitla (ukupno 4 vitla) za podizanje tereta.
Svaki portal je oslonjen na četiri klackalice, od kojih svaka ima dva kotača. Teret
(lokomotiva) se prihvaća pomoću četiri pomična bloka, a vitlima podiže u zrak.
Slika 7.20. Sklop portalne dizalice
Ivan Čveljo Diplomski rad
83
Fakultet strojarstva i brodogradnje
8. Primjena zaštite na radu pri uporabi uređaja
Hrvatski sabor donio je na sjednici 30. svibnja 2014. godine, na temelju članka 89. Ustava
Republike Hrvatske, Zakon o zaštiti na radu. Ovim Zakonom o zaštiti na radu uređuje se
sustav zaštite na radu u Republici Hrvatskoj, opća načela prevencije i pravila zaštite na radu5,
obaveze poslodavca, prava i obveze radnika, djelatnosti vezane sa zaštitom na radu i sl.
Njegova svrha je sustavno unapređivanje sigurnosti i zaštite zdravlja radnika i osoba na radu,
sprečavanje ozljeda na radu, te profesionalnih i drugih bolesti. Sa svrhom unapređivanja
sigurnosti i zaštite zdravlja na radu, u zakonu su propisana opća načela sprečavanja rizika6 na
radu i zaštite zdravlja, pravila za uklanjanje čimbenika rizika i postupci osposobljavanja
radnika. Odredbe ovog Zakona primjenjuju se u svim djelatnostima u kojima radnici obavljaju
poslove za poslodavca.
U sljedećim poglavljima (poglavlja 8.1, 8.2 i 8.3) prikazane su neke odredbe Zakona o zaštiti
na radu čijom se primjenom osigurava sigurna uporaba uređaja pri radu.
8.1. Pravila zaštite na radu
Osnovna pravila zaštite na radu sadrže zahtjeve kojima mora udovoljiti sredstvo rada7
kada je u upotrebi. Ono mora zadovoljavati:
- zaštitu od mehaničkih opasnosti,
- zaštitu od udara električne struje,
- sprečavanje nastanka požara i eksplozije,
- osiguranje mehaničke otpornosti i stabilnosti građevine,
- osiguranje potrebne radne površine i radnog prostora,
- osiguranje potrebnih putova za prolaz, prijevoz i evakuaciju radnika i drugih osoba,
- osiguranje čistoće,
- osiguranje propisane temperature i vlažnosti zraka i ograničenja brzine strujanja zraka,
- osiguranje propisane rasvjete,
- zaštitu od buke i vibracija,
- zaštitu od štetnih atmosferskih i klimatskih utjecaja,
- zaštitu od fizikalnih, kemijskih i bioloških štetnih djelovanja,
- zaštitu od prekomjernih napora8,
- zaštitu od elektromagnetskog i ostalog zračenja,
- osiguranje prostorija i uređaja za osobnu higijenu.
5 Zaštita na radu je sustav pravila, načela, mjera, postupaka i aktivnosti, čijom se organiziranom primjenom
ostvaruje i unapređuje sigurnost i zaštita zdravlja na radu, s ciljem sprječavanja rizika na radu, ozljeda na radu,
profesionalnih bolesti, bolesti u vezi s radom te ostalih materijalnih i nematerijalnih šteta na radu i u vezi s
radom. 6 Rizik je umnožak vjerojatnosti nastanka opasnog ili štetnog događaja i štetnosti toga događaja, odnosno
njegove posljedice. 7 Sredstva rada su građevine namijenjene za rad s pripadajućim instalacijama, uređajima i opremom, prometna
sredstva i radna oprema. 8 Napori su statodinamički, psihofiziološki napori, napori vida i napori govora, koji mogu uzrokovati oštećenje
zdravlja radnika koji su im izloženi.
Ivan Čveljo Diplomski rad
84
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Ako se rizici za sigurnost i zdravlje radnika ne mogu ukloniti ili se mogu samo djelomično
ukloniti primjenom osnovnih pravila zaštite na radu, dodatno se primjenjuju posebna pravila
zaštite na radu koja se odnose na radnike, način obavljanja poslova i radne postupke.
Posebna pravila zaštite na radu sadrže zahtjeve glede dobi, spola, završenog stručnog
obrazovanja i drugih oblika osposobljavanja i usavršavanja za rad, zdravstvenog stanja,
tjelesnog stanja, psihofizioloških i psihičkih sposobnosti, kojima radnici moraju udovoljavati
pri obavljanju poslova s posebnim uvjetima rada9.
Uz to, posebna pravila zaštite na radu sadrže i pravila u vezi s:
- organizacijom radnog vremena i korištenjem odmora,
- načinom korištenja odgovarajuće osobne zaštitne opreme,
- posebnim postupcima pri uporabi, odnosno izloženosti fizikalnim štetnostima,
opasnim kemikalijama10
, odnosno biološkim štetnostima,
- postavljanjem sigurnosnih znakova kojima se daje informacija ili uputa,
- uputama o radnim postupcima i načinu obavljanja poslova, posebno glede trajanja
posla, obavljanja jednoličnog rada i rada po učinku u određenom vremenu (normirani
rad) te izloženosti radnika drugim naporima na radu ili u vezi s radom,
- postupcima s ozlijeđenim ili oboljelim radnikom do pružanja hitne medicinske
pomoći, odnosno do prijma u zdravstvenu ustanovu.
Ako nisu na snazi pravna pravila zaštite na radu koja bi poslodavac trebao primijeniti radi
sigurnosti i zaštite zdravlja radnika, primjenjivat će priznata pravila zaštite na radu koja
podrazumijevaju norme, pravila struke ili u praksi provjerene načine, pomoću kojih se
otklanjaju ili smanjuju rizici na radu i kojima se sprječava nastanak ozljeda na radu,
profesionalnih bolesti, bolesti u vezi s radom te ostalih štetnih posljedica za radnike.
8.2. Obveze poslodavca u provođenju zaštite na radu
Obveze poslodavca u provođenju zaštite na radu propisane ovim Zakonom i propisima
donesenim na temelju ovoga Zakona u odnosu na radnika odnose se i na osobe na radu ako
ovim Zakonom nije drukčije propisano.
Poslodavac je obvezan osposobiti radnika za rad na siguran način, i to:
- prije početka rada,
- kod promjena u radnom postupku,
- kod uvođenja nove radne opreme ili njezine promjene,
- kod uvođenja nove tehnologije,
- kod upućivanja radnika na novi posao, odnosno na novo mjesto rada,
- kod utvrđenog oštećenja zdravlja uzrokovanog opasnostima, štetnostima ili naporima
na radu.
9 Poslovi s posebnim uvjetima rada su poslovi pri čijem obavljanju radnik koji radi na tim poslovima mora, osim
općih uvjeta za zasnivanje radnog odnosa, ispunjavati propisane posebne uvjete koji se odnose na dob, stručnu
osposobljenost, zdravstveno stanje, odnosno psihičku sposobnost. 10 Opasne kemikalije su tvari, smjese i pripravci u skladu s posebnim propisom.
Ivan Čveljo Diplomski rad
85
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Osposobljavanje će provesti na način da radnika obavijesti o svim činjenicama i okolnostima
koje utječu ili bi mogle utjecati na sigurnost i zdravlje radnika (o organizaciji rada, rizicima i
načinu izvođenja radnih postupaka i sl.), da radniku objasni i da radnika osposobi za praktičnu
primjenu mjera zaštite na radu koje je dužan primjenjivati tijekom rada u skladu s procjenom
rizika kojima je izložen na radu i u vezi s radom. Poslodavac ne smije dozvoliti samostalno
obavljanje poslova radniku koji prethodno nije osposobljen za rad na siguran način.
Što se tiče sredstva rada, osobne zaštite i mjesta rada, poslodavac je obvezan osigurati da su
mjesta rada koja se koriste u svakom trenutku sigurna, održavana, prilagođena za rad i u
ispravnom stanju, u skladu s pravilima zaštite na radu. Također, obavezan je osigurati da
sredstva rada i osobna zaštitna oprema u uporabi budu u svakom trenutku sigurni, održavani,
prilagođeni za rad i u ispravnom stanju te da se koriste u skladu s pravilima zaštite na radu,
tehničkim propisima i uputama proizvođača tako da u vrijeme rada ne ugrožavaju radnike
Dužan je isključiti iz uporabe sredstva rada i osobnu zaštitnu opremu na kojoj nastanu
promjene zbog kojih postoje rizici za sigurnost i zdravlje radnika.
Poslodavac je obvezan, u skladu s ovim Zakonom, njegovim provedbenim propisima,
pravilima zaštite na radu, posebnim propisima, odnosno uputama proizvođača, obavljati
preglede, odnosno ispitivanja sredstava rada koja se koriste, radi utvrđivanja jesu li na njima
primijenjena pravila zaštite na radu i jesu li zbog nastalih promjena tijekom njihove uporabe
ugroženi sigurnost i zdravlje radnika.
Dužan je na mjestima i sredstvima rada trajno postaviti sigurnosne znakove na vidljivom
mjestu. Ako sigurnosni znakovi nisu dovoljni za djelotvorno obavješćivanje radnika,
poslodavac je obvezan postaviti pisane obavijesti i upute o uvjetima i načinu korištenja
sredstava rada, opasnih kemikalija, bioloških štetnosti te izvora fizikalnih i drugih štetnosti na
radu.
8.3. Obveze i prava radnika u provođenju zaštite na radu
Radnik je obvezan osposobljavati se za rad na siguran način kada ga na osposobljavanje
uputi poslodavac. Obvezan je i odgovoran obavljati poslove dužnom pažnjom te pri tome
voditi računa o svojoj sigurnosti i zaštiti zdravlja, kao i sigurnosti i zaštiti zdravlja ostalih
radnika, koje mogu ugroziti njegovi postupci ili propusti na radu. Smatra se da radnik radi
dužnom pažnjom kada poslove obavlja u skladu sa znanjima i vještinama koje je stekao
tijekom osposobljavanja za rad na siguran način te kada radi po uputama poslodavca, odnosno
njegovog ovlaštenika, tako da:
- prije početka rada pregleda mjesto rada te o uočenim nedostacima izvijesti poslodavca
ili njegovog ovlaštenika
- pravilno koristi sredstva rada
- pravilno koristi propisanu osobnu zaštitnu opremu, koju je nakon korištenja obvezan
vratiti na za to određeno mjesto
- pravilno koristi i samovoljno ne isključuje, ne vrši preinake i ne uklanja zaštite na
sredstvima rada
Ivan Čveljo Diplomski rad
86
Fakultet strojarstva i brodogradnje
- odmah obavijesti poslodavca, njegovog ovlaštenika, stručnjaka zaštite na radu ili
povjerenika radnika za zaštitu na radu o svakoj situaciji koju smatra značajnim i
izravnim rizikom za sigurnost i zdravlje, o nepostojanju ili nedostatku uputa za takvu
situaciju, kao i o bilo kojem uočenom nedostatku u organiziranju i provedbi zaštite na
radu
- posao obavlja u skladu s pravilima zaštite na radu, pravilima struke te pisanim
uputama poslodavca
- prije odlaska s mjesta rada ostavi sredstva rada koja je koristio u takvom stanju da ne
ugrožavaju ostale radnike ili sredstva rada
- surađuje s poslodavcem, njegovim ovlaštenikom, stručnjakom zaštite na radu,
specijalistom medicine rada i povjerenikom radnika za zaštitu na radu.
Ivan Čveljo Diplomski rad
87
Fakultet strojarstva i brodogradnje
9. Zaključak
Prema prethodno obavljenom proračunu projektirana je i konstrukcijski razrađena portalna
dizalica za podizanje lokomotiva. Konstrukcija portalne dizalice, osim što treba biti u skladu s
proračunom, mora biti i u skladu s važećim zakonima i pravilnicima u Republici Hrvatskoj.
Dizalica se sastoji od dva međusobno povezana portala, a svaki portal na sebi nosi dva vitla za
podizanje tereta. Svaki portal je oslonjen na četiri klackalice, od kojih svaka ima dva kotača.
Teret (lokomotiva) se prihvaća pomoću četiri pomična bloka, a vitlima podiže u zrak te se na
taj način nosiva konstrukcija lokomotive odvaja od okretnih postolja. Nakon podizanja
lokomotive i oslobađanja okretnih postolja, cijela konstrukcija dizalice (zajedno s podignutom
nosivom konstrukcijom lokomotive) se odvlači te se na taj način oslobođa prostor za rad na
okretnim postoljima. Iznimno je važno na dizalicu ugraditi kotače kako bi postojala
mogućnost njezinog odvačenja jer je prema pravilima zaštite na radu zabranjeno raditi ispod
visećeg tereta.
Ovakav specifičan tip portalne dizalice ne postoji u serijskoj proizvodnji, stoga konstrukcija i
izrada portalne dizalice za lokomotive predstavlja zanimljivo alternativno rješenje postojećim
rješenjima, za dizanje lokomotiva, na tržištu.
Valja napomenuti kako je proračun nosive konstrukcije vitla i proračun nosive konstrukcije
portalne dizalice proveden analitički te numerički metodom konačnih elemenata. Na taj način
se međusobnom usporedbom analitičkog i numeričkog proračuna metodom konačnih
elemenata mogu lakše uočiti potencijalno opasne greške. Usporedba ove dvije metode dala je
jasna podudaranja te se može zaključiti da krucijalne greške nije bilo, stoga ovakvo izvedena
konstrukcija predstavlja dobar temelj za daljnju razradu problema dizanja lokomotiva u svrhu
servisiranja.
Ivan Čveljo Diplomski rad
88
Fakultet strojarstva i brodogradnje
10. Literatura
[1] Ščap D., PRENOSILA I DIZALA, Podloge uz predavanja, FSB Zagreb, 2004.;
[2] Ščap D., PRENOSILA I DIZALA, Podloge za konstrukciju i proračun, FSB Zagreb,
1988.;
[3] Serdar, J., PRENOSILA I DIZALA – izvadak iz tehničke encikopledije, Leksikografski
zavod ''Miroslav Krleža'', Zagreb, 1995.
[4] Kraut B., STROJARSKI PRIRUČNIK, Sajema d.o.o., Zagreb,2009.;
[5] K. H. Decker: ELEMENTI STROJEVA, Golden Marketing, Zagreb, 2006.;
[6] Herold Z., STEZNI I ZAVARENI SPOJ - PRORAČUN, Zagreb, 1998.;
[7] R. C. Juvinall, K. M. Marshek: Fundamentals of Machine Component Design (Fifth
Edition), Wiley, John Wiley & Sons inc.
[8] Zakon o zaštiti na radu (NN 71/2014)
[9] http://www.whitingcorp.com/, lipanj 2015.;
[10] http://www.macton.com/, lipanj 2015.;
[11] http://www.demagcranes.us/, lipanj 2015.;
[12] http://www.valimar.bg, lipanj 2015.;
[13] http://www.gosan.net/, lipanj 2015.;
[14] http://www.skf.com, lipanj 2015.;
[15] http://www2.wattdrive.com/cat4cad1, lipanj 2015.;
[16] http://www.demag-designer.com/, lipanj 2015.;
[17] http://www.rollenbau.at/, lipanj 2015
520
737
8
500
3
188
223
8
567
3
132
1
7
1, 2
4
8
9
11 1012
M 1:5Detalj A
3
M20
M24
IzometrijaM 1:100
20
1, 2
19
16
17
18
23
M 1:5Detalj C
22
25
320
450
540
160 H7/r6
M12
190 H7/h6
77.5°
19
16a8
13
21
Detalj D
a5
M 1:5
23
22
a8a8
14
20
a8
1, 2
a5
a5a5
50
25
190
H7/
h6
428
20
130
H7/
g6
408
13
0 H
7/g
6
16
0 H
7/r6
2x45
D
6
E
7268
3675
4505
2701
Matica M20
5709 x 1610 x 2733
Bakrena piksa
2766 x 7170 x 1138Most portalaVeza portalaSklop vitlaSklop kuke HN16Vijak M24x120Podložna pločica M24Matica M24
4
Podložna pločica M20Vijak M20x80
Matica M12
Podložna pločica M16Matica M16
DIPL-2015-02
Podložna pločica M12Vijak M12x55
Vijak M16x110
Klackalica kotača
Stup portala s ljestvama
Osovina klackalice kotača
Kotač
2222 8750 x 3145 x 2804
96969648484864646464646488
16
1616Uskočnik
DIPL-2015-03DIPL-2015-04DIPL-2015-05DIPL-2015-06
DIN 7990
DIN 7990
DIN 7990
DIN 7990
DIN 128
DIN 128
DIN 128
DIN 128
DIN 934
DIN 934
DIN 934
DIN 934
DIN 471
8.8
5.8
5.8
5.8
8
8
8
-0,025-0,090
+0,000+0,075
+0,079+0,014
184020154050740
1730180
90
2,542
DIVGOSAN
DIVDIVDIV
DIVDIVDIVDIV
DIVDIVDIV
2150 x 5125 x 308
DIV
DIVRollenbau
190 x 50130 x 428
540 x 475 x 408
24550 kg
1742 x 955 x 1620
5
3
4
726
8
13992
11
10
Stup portala
4
12
M 1:5Detalj B
1, 2
M20
14
Detalj E M 1:5
3
13
15
5
M16
A
6
B
12
4
5
1
3
C
13992
C
B
A
Poz. Naziv dijela NormaCrtež brojKom. Materijal Masa
ISO - tolerancije
Broj naziva - code
Napomena:
Materijal:
Crtež broj:
Naziv:
Masa:
Pozicija:
Listova:
List:
Format:
Kopija
Ime i prezimeDatumProjektirao
Pregledao
Objekt:
CrtaoRazradio FSB Zagreb
Potpis
R. N. broj:
Objekt broj:
Sirove dimenzijeProizvođač
Mjerilo originala
Des
ign
by C
AD
Lab
100 3020 40 6050 8070 90 100
I
1 42 3 87 965 10 11 12 13
H
G
F
E
D
kg
Portalna dizalica
130 H7/g6
160 H7/r6
123
54
67891011121314151617181920212223
Ivan ČveljoIvan ČveljoIvan ČveljoMilan Kostelac
1:50
A11
1DIPL-2015-01
190 H7/h6
4
1 1
Detalj CM 1:10
a5
M 1:20
1169
Ra 6,3
1
Detalj DM 1:5
3
0,5 A0,3
a7
a4
8
Detalj BM 1:10
7
6
1
a4
5
a7
280
5
130
288
R42
197
.5
15
16
0
774
144
157
.5
3
1 1
4
2
A
C
A
D
512
5
2150
30
160
0
1469
162
0
3
t=30
2100
571 933 1295 1643
308
2005
2150
209
208
24x26
5
B
30
774
197
.5
308
Naziv dijelaPoz.
H
G
F
E
D
C
B
A
121110654 987321
1009070 8050 604020 300 10
Des
ign
by C
AD
Lab
Mjerilo originala
ProizvođačSirove dimenzije
Objekt broj:
R. N. broj:
Potpis
FSB ZagrebRazradioCrtao
Objekt:
Pregledao
ProjektiraoDatum Ime i prezime
Kopija
Format:
List:
Listova:
Pozicija:
Masa:
Naziv:
Crtež broj:
Materijal:
Napomena:
Broj naziva - code
ISO - tolerancije
MasaMaterijalKom. Crtež brojNorma (kg)
Ivan ČveljoIvan Čveljo
Ivan Čveljo
Milan Kostelac
Ra 6,3
3345
10,5
Sve provrte bušiti nakon zavarivanja
12
43
78
65
Stup portala
DIPL-2015-02
1A2
1
1
1840 kg
Vertikalni nosačHorizontalni nosačGornja prirubna pločaHorizontalna ukrutaTransportna uška br. 3Ojačanje transportne uškeUkruta horizontalnog nosačaRukavac osovine klackalice kotača
12
1211
24
HE300BHE360M
HE200ADIN 28086
RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2
l=4700
Konstrukciju nakon zavarivanja odžariti
l=2150
l=1169
160 x 130 x 288
210 x 180 x 15
2100 x 308 x 30
280 x 157,5 x 10350 x 315 x 15
530490135
Napomena:
15
489
5
22
215
0
220
440
220
6x
240
6x
22
6
a7
Detalj AM 1:10
7
8
1
2
5
a7
130
350 160
157
.5
10
315
30
11
6
Detalj AM 1:5
2
12 1
a6
70
26.90x2.3
350
50
70
R29
45°
50
100
200
8 7
2
1
1
3
6
C
714
0
63
507
0
2
5
1
2
4
A
B
A
225
6
442
2
507
0
200
0
714
0
154
4
371
0
350
840
a5
a3
a5
Detalj BM 1:5
2
1
9
8
11
12
t=10
t=10
t=5
410
7a3
a2
30
140
50
20
100
100
45°
25
20
100
60
60
100
M 1:20
4
3
2
Pogled A
7
1
5
30°
R355
282
1
5
90°
212
R10
30
5
Napomena:1) Sve prečke ljestvi (pozicija 3) zavariti prema detalju C2) Sve zaštitne obruče (pozicija 4) zavariti za stranice ljestvi (pozicija 2)prema detalju B3) Sve trake (pozicija 5) zavariti za zaštitne obruče (pozicija 4) s kutnim zavarom a24) Sva ukrute i veze nosača (pozicija 11 i 12) zavariti za nosače(pozicija 6 i 7) i stranice ljestvi (pozicija 2) s kutnim zavarom a25) Konstrukciju nakon zavarivanja odžariti
SHS 50x4
RSt 37-2CHS 29,9x2,3 l=200
DIPL-2015-03
100 x 100 x 10
M 1:20
Most portala
SHS 60x49
DIPL-2015-02
Veza nosača ljestviUkruta nosača ljestvi
0,50,150,850,8
RSt 37-2RSt 37-2
100 x 140 x 10RSt 37-2
66
2
4
Gornje ojačanje nosača ljestvi 10
1211
2Stup portala
CHS 29,9x2,33
78
65
Stranica ljestvi
2
Prečka ljestviZaštitni obruč ljestviTraka zaštitnog obruča ljestviNosač ljestvi 1
21
20751
22
SHS 50x4 RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2
2150 x 5125 x 308l=7140
1918 x 30 x 5
l=1000
5070 x 30 x 5
l=500
850 x 7x x 70l=825
1840350,725,53056
1
1
A2
SHS 60x4
2
2015 kg
1
Nosač ljestvi 2Nosač ljestvi 3
Doljnje ojačanje nosača ljestvi
l=100
Crtež brojNormaNaziv dijelaPoz.
H
G
F
E
D
C
B
A
121110654 987321
1009070 8050 604020 300 10
Des
ign
by C
AD
Lab
Mjerilo originala
ProizvođačSirove dimenzije
Objekt broj:
R. N. broj:
Potpis
FSB ZagrebRazradioCrtao
Objekt:
Pregledao
ProjektiraoDatum Ime i prezime
Kopija
Format:
List:
Listova:
Pozicija:
Masa:
Naziv:
Crtež broj:
Materijal:
Napomena:
Broj naziva - code
ISO - tolerancije
MasaMaterijalKom. (kg)
Ivan Čveljo
Ivan ČveljoIvan Čveljo
Milan Kostelac
Detalj CM 1:10
a2
2 3
500
300
50
26
.9x2
.3
35x
45
3
0x45
10x45
30x
45
30x
45
315
1
a5 a5
a5
2
a5
79
10
a5a5a5
3
Ra 6,3 Ra 6,34
0,3 A0,3
0,3 A0,3
a5
18
800
5709
600
5401
4505
275
3025
273
3
225
156.5
4x
180
740
130
260
144
7
7
32
1
1
5
142
6
2700.5
1026.5 286.5
571
9
33
129
5
164
3 2
005
209
26 24x
1236.5
2539
20
76.5 15
800
6
B
1
10
8
12
7
11
2 54
C
50
649
729
665
30
2733
742
120
0
50
5
7
s14
M 1:5Detalj A
8
s14
1
2
a5a5
a3
a2a2
a2
M 1:10Detalj B
61 2
8
a3
t=15
7
a2
R10
315
5
800
90
165
19°
IZOMETRIJA M 1:50
a3a3
M 1:5Detalj C
5
2 4
1
3
t=20
t=15a3a3
315
130
Ra 6,3
HE360M
1
SHS 50x4
729 x 30 x 5
4050 kg
l=1200
1
A1
1
Most portala
DIPL-2015-04M 1:20
l=5255
1426 x 315 x 20
6,5
204,53,5
Horizontalna osiguravajuća traka 1Horizontalna osiguravajuća traka 2
3
200800 x 315 x 155460 x 955 x 5
130 x 315 x 15
1
275 x 180 x 15
l=2100l=5380
RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2
SHS 50x4
HE360M
6
516
SHS 50x4
81
22
Vertikalni profil ogradeLim poda radne platformeNosač radne platformeUkrutno rebroPloča za prihvat vitlaVeza poprečnih nosačaPoprečni nosačUzdužni nosač
56
87
34
2
9
1112
10Horizontalni profil ograde 1Horizontalni profil ograde 2
11
11
RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2
69
5235 x 30 x 5
28460,8
l=742
1245505
Napomena:1) Poprečne nosače zavariti za uzdužne nosače prema detalju A2) Sve nosače radne platforme (pozicija 6) zavariti prema detalju B3) Sva ukrutna rebra (pozicija 5) zavariti prema detalju C4) Sve vertikalne profile ograde (pozicija 8) i sve nosače galerije (pozicija 6) zavariti s limom poda radne platforme prema detalju B5) Sve profile ograde (pozicije 8, 9 i 10) međusobno zavariti zavarom a26) Sve osig. trake (pozicije 11 i 12) zavariti s vertikalnim profilima ograde (pozicija 6)kutnim zavarom a27) Konstrukciju nakon zavarivanja odžariti8) Sve provrte bušiti nakon zavaraivanja
D
C
B
A
Poz. Naziv dijela NormaCrtež brojKom. Materijal Masa
ISO - tolerancije
Broj naziva - code
Napomena:
Materijal:
Crtež broj:
Naziv:
Masa:
Pozicija:
Listova:
List:
Format:
Kopija
Ime i prezimeDatumProjektirao
Pregledao
Objekt:
CrtaoRazradio FSB Zagreb
Potpis
R. N. broj:
Objekt broj:
Sirove dimenzijeProizvođač
Mjerilo originala
Des
ign
by C
AD
Lab
100 3020 40 6050 8070 90 100
I
1 42 3 87 965 10 11 12 13
H
G
F
E
(kg)
Ivan Čveljo
Ivan ČveljoIvan Čveljo
Milan Kostelac
1
7
2 4
9
5
10
11
12
8A
A
160
2
4048
15
2718
1388
5255
50
50
5258.03
2
1
Detalj C M 1:5
a5
45°
2
Detalj B M 1:5
4
A0,30,3
a5
500
20
45°
03
Detalj A M 1:5
1
3
A0,3
a5
300
20
D
E
280
314
5
3
A
B
4
12
A
C 8750
314
5
45°
Ivan ČveljoIvan Čveljo
A
B
C
E
F
D
1 2 3 4 5 6 7 8
100 3020 40 6050 8070 90 100
A3
Ivan Čveljo
NormaNaziv dijela
ISO - tolerancije
Broj naziva - code
Napomena:
Materijal:
Crtež broj:
Naziv:
Masa:
Pozicija:
Listova:
List:
Format:
Kopija
Ime i prezimeDatumProjektirao
Pregledao
Objekt:
CrtaoRazradio
Potpis
R. N. broj:
Objekt broj:
Mjerilo originala
Des
ign
by C
AD
Lab
ProizvođačCrtež broj Sirove dimenzije
(kg)MaterijalKom. MasaPoz.
HE200A
740 kg
1
2
Veza portala
2
DIPL-2015-05
Uzdužni nosač1
Gornja prirubna ploča 2
12
RSt 37-2 l= 8710 363,5156,5
1:50
12,5Donja prirubna ploča
34
Ukruta RSt 37-2HE200A
280 x 500 x 20
1
Milan Kostelac
4
RSt 37-2RSt 37-2
l= 3960280 x 300 x 20
20,5
Ra 6,3
Ra 6,3
Ra 6,3
Napomena: Sve provrte bušiti nakon zavarivanja Konstrukciju nakon zavarivanja odžariti
Detalj D M 1:5
t=20
3
2
240
1
20
300
280
220
6x22
Detalj E M 1:5
4
t=20
2
440
220
280
500
220
6x22
160
8
8
4
M 1:2DetaljA
5
7
6
1 M16
Detalj BM 1:2 4
2
80
H7/
h6
12
13
M 1:5Detalj C
t=15
14
10
15
16
118 H
7/h6
50
40
150
200
R70
10
17M (1 : 5)Detalj D
15
16
200 1
180
115
H7/h
6
122
H7/h
6
15
130
15
2x45
0
230 - 8
640
16
17
M 1:5Detalj E
9
11
10
11
10
14
1213
10
15
Osovina nosivog lima
a5
120
H7/h
6
15
R76 R61
200
1x45
50
15
2M 1:5
Detalj F
3
32P
9/h9
23
1
4
162
0
A
E
C
B
2 3
1
4
D
12
F
1742
Crtež broj
H
G
F
E
D
C
B
A
121110654 987321
1009070 8050 604020 300 10
Des
ign
by C
AD
Lab
Mjerilo originala
Objekt broj:
R. N. broj:
Potpis
FSB ZagrebRazradioCrtao
Objekt:
Pregledao
ProjektiraoDatum Ime i prezime
Kopija
Format:
List:
Listova:
Pozicija:
Masa:
Naziv:
Crtež broj:
Materijal:
Napomena:
Broj naziva - code
ISO - tolerancije
Poz. Naziv dijela Kom. NormaNorma MaterijalCrtež broj Masakg
16
Ivan ČveljoIvan ČveljoIvan ČveljoMilan Kostelac
DIPL-2015-06M 1:10
Sklop vitla A21
1
5
1730 kg
123456789101112131415
17
Nosiva konstrukcija vitlaSklop bubnjaEl. motor i reduktor za dizanjeSklop ležajnog mjestaVijak M16x70
Podložna pločica M16Matica M16
Matica M20Podložna pločica M20
Osovina užnice
Podložni lim
Navojna šipka M20x330
Sklop izravnavajuće užnice
-0,150
Osiguravajuća pločicaVijak M20x40
111122226
201211
DIN 79901
1
DIPL-2015-06-01DIPL-2015-06-02
DIN 7990
DIN 128DIN 934
DIN 128DIN 934
4RSt 37-2 RSt 37-2 5.8
5.8
5.8
8
8
RSt 37-2 RSt 37-2
115 H7/h6
1732 x 566 x 1157610 x1330
Watt DriveSKFDIV
DIVDIV
DIV
32 P9/h9
17DIV
DIV
115 x640150 x 50 x 15
Nosivi lim
777376
510,7
433
201038 x 200 x 15GOSAN 60
80 H7/h6
120 H7/h6
120 x200
+0,000
1
+0,049+0,000
+0,000
122 H7/h6 +0,000
+0,057
+0,057
+0,065
-0,026
25x
45
25x
45
Ra 6,3
Nosač el.motora i reduktora za dizanje
123456
8
Uzdužni nosačPoprečni nosač
UPE 300Nosač ležaja bubnjaPloča ležaja bubnjaPloča za oslanjanje vitla
9Ukrutno rebro 1
1
22
RSt 37-2
1114
90,1 kg
Ukrutno rebro 2
HEB 220RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2RSt 37-2
RSt 37-2
HEB 220
4) Sve provrte bušiti nakon zavaraivanja
l= 1347,8 mml= 1100 mm 77,8 kg
7 Ploča za prihvat izravnavajuće užnice 1 RSt 37-2
460 x 350 x 20l= 316,1310 x 110 x 15275 x 130 x 10730 x 210 x 15188 x 100 x 10316,1 x 90,5 x 15
24,5 kg14 kg4 kg2,7 kg17,7 kg1,4 kg3,3 kg
Ra 6,3
16
1) Sva ukrutna rebra (pozicija 8 i 9) zavariti kutnim zavarom a32) Poprečne nosače zavariti za uzdužne nosače prema detalju B
Napomena:
Ra 6,3
IZOMETRIJA M 1:20
3) konstrukciju nakon zavarivanja odžariti
Ra 6,3
11:10
433 kgH
G
F
E
D
C
B
A
121110654 987321
1009070 8050 604020 300 10
Des
ign
by C
AD
Lab
Mjerilo originala
ProizvođačSirove dimenzije
Objekt broj:
R. N. broj:
Potpis
FSB ZagrebRazradioCrtao
Objekt:
Pregledao
ProjektiraoDatum Ime i prezime
Kopija
Format:
List:
Listova:
Pozicija:
Masa:
Naziv:
Crtež broj:
Materijal:
Napomena:
Broj naziva - code
ISO - tolerancije
MasaMaterijalKom. Crtež brojNormaNaziv dijelaPoz.
Nosiva konstrukcija vitla
Ivan ČveljoIvan ČveljoIvan Čveljo
A2
1
1DIPL-2015-06-1
Milan Kostelac
4
0,33
8A
0,3A0,3
a5
A
188
15
188
100
100
60
10
2
3
5
a5
310
350
460
1447.3
2x
18
38
380
4x
232
248.65
115
7.3
640
280
1732.3
328.65
110
130
568.65
1
7
a51
Ra 6,3
6
0,3 A0,3
a5
a5
2
a5
0,3A0,3
a5
42.
5
210
65
6x
640
130
740
42.
5
180
275
22
730 130
225
57
s6
M 1:5Detalj A
2
14
6
s6a5a5
9 4
8
8
1157.3
15
10
566
30 172.5
12
0H6
Vijke (pozicija 3 i 7) pritezati momentom od 131 Nm
120 H6 376 kg
1
1
Sklop bubnja
DIPL-2015-06-21:10
522Vijak M20x80 6
1
DIN 933
RSt 37-2
8.8 DIV
265x111x9 322
DIN 933
1 Zavareni bubanj
Podložna pločica M20 64567
32 P9
80 h6
0,3
3
Elastična podložna pločica M20Matica M20Vijak M20x65Priteznik užeta
DIN 125DIN 128DIN 934
8
Poklopac bubnja RSt 37-21
9636
8.88
DIVDIVDIVDIV
+0,022
Milan Kostelac
+0,000
+0,000-0,019
-0,088-0,026
Napomena:
2
M 1 : 5Presjek B-B
5
7
8
32
P9
12
a6a6
Presjek A-A M 1 : 5 1
3 4
a6
5 6
2
a8
a6
a6
25
80h6
120H
6
137
180
20
25
420
90
500
10
0
20
25
418
194
90
610
210
R5 157
120
15
1x45
50
1
8
1330 1117
B
B
AA
Ivan ČveljoIvan Čveljo
A
B
C
E
F
D
1 2 3 4 5 6 7 8
100 3020 40 6050 8070 90 100
A3
Ivan Čveljo
NormaNaziv dijela
ISO - tolerancije
Broj naziva - code
Napomena:
Materijal:
Crtež broj:
Naziv:
Masa:
Pozicija:
Listova:
List:
Format:
Kopija
Ime i prezimeDatumProjektirao
Pregledao
Objekt:
CrtaoRazradio
Potpis
R. N. broj:
Objekt broj:
Mjerilo originala
Des
ign
by C
AD
Lab
ProizvođačCrtež broj Sirove dimenzije
(kg)MaterijalKom. MasaPoz.