การเลือกเหล็กสำหรับสร้างรถพ่วง


9

ฉันคิดจะสร้างตัวอย่างใหม่ ฉันเคยสร้างรถพ่วงขนาดเล็กจำนวนมากในอดีต แต่คราวนี้ฉันอยากจะสร้างตัวเองเป็นคอห่านเพลาตีคู่ขนาดเล็กที่มีน้ำหนัก 7,500 ปอนด์

ฉันเป็นช่างเชื่อมที่ได้รับการรับรองฉันมีปริญญาตรีสาขาฟิสิกส์และฉันทำงานเป็นนักพัฒนาซอฟต์แวร์ ฉันมีความรู้ แต่ฉันต้องการป้อนข้อมูลบางอย่างเกี่ยวกับการเลือกวัสดุ

  • ท่อกลม
  • มุมเหล็ก
  • I-Beam
  • ท่อสี่เหลี่ยม

ขณะนี้ฉันเอนตัวไปยัง Rectangular Tubing ว่าดีที่สุดสำหรับการสนับสนุน แต่ฉันไม่สามารถหาอะไรทางออนไลน์ที่ยืนยันสิ่งนี้

หลังจากตัดสินใจเลือกวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับรถพ่วงฉันจะหาแผนภูมิที่ดีได้ที่ไหนเพื่อบอกฉันว่าฉันควรใช้ขนาดและความหนาแบบใด เห็นได้ชัดว่าฉันสามารถไปเกินขนาดได้ แต่ฉันต้องการที่จะสร้างอันนี้อย่างชาญฉลาดมากกว่าการขว้างเหล็กมากเท่าที่ฉันมี

ไม่มีใครมีอินพุตหรือไม่ มีกลุ่มที่ดีกว่าในการโพสต์สิ่งนี้หรือไม่ ฉันกำลังมองหาบางอย่างตามสายหากวิศวกรรมอุตสาหการ แต่นี่คือทั้งหมดที่ดึงขึ้น

แก้ไข:
ฉันพยายามเก็บคำถามทั่วไปที่มีคนบอกฉันว่า "นี่คือสูตรที่เราใช้และนี่คือวิธีการใช้ ... " ดูเหมือนว่าฉันจะไม่ได้รับสิ่งนั้น

ภาระที่หนักที่สุดของฉันจะเป็นแทรคเตอร์ที่มีโหลดเดอร์เอนด์และเครื่องตัดหญ้าที่ด้านหลังด้วยน้ำหนักรวม 5500 ถึง 6500 ปอนด์ รถพ่วงแบบเพลาตีคู่ที่มีสองเพลาขนาด 3500 ปอนด์สามารถรองรับน้ำหนักได้ดี ฉันได้เลือกเพลาจากเพลาแรงบิดของ Southwest Wheel พร้อมเบรก (เพลาหน้าจะมีเบรค แต่ไม่ใช่ด้านหลัง)

ความยาวของรถพ่วงจะอยู่ที่ 18 ฟุตและมีการกำหนดค่าคอห่าน (มันกระจายน้ำหนักได้ดีขึ้นและดึงได้ราบรื่นกว่ารถพ่วงกันชน) สำหรับการคำนวณฉันจะใช้ความจุ 7500-lb

ฉันกำลังดูข้อมูลโครงสร้างสำหรับการใช้ท่อสี่เหลี่ยมโดยใช้แผ่นข้อมูลจำเพาะที่นี่ (พยายามที่จะไม่โฆษณาเว็บไซต์อื่น แต่เป็นที่ที่ฉันเห็นข้อมูล) หน้า 21 แสดงค่าข้อมูลสำหรับขนาดและความหนาต่างๆ

มีเส้นที่เรียกว่าปัจจัยการดัด สำหรับรถพ่วงขนาด 18 ฟุต (18 x 12 = 216 นิ้ว) ท่อสี่เหลี่ยมขนาด 4x2 หนา 3/8 นิ้วแสดงปัจจัยการดัด (x = 1.03, y = 1.55)

ฉันใช้เครื่องคิดเลขของ Rogue Fabricationเมื่อวานนี้ซึ่งฉันป้อนค่าต่อไปนี้: Tube Shape = ท่อสี่เหลี่ยม, เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก = 4-in, ความหนาของผนัง = 0.1875-in, วัสดุ = "ท่อ seamed ราคาถูก", โหลด = 3800-lbs, Tube ความยาว = 216 ในและปัจจัยความอันตราย = 1 ฉันได้รับวัสดุของฉันคือ 1.22 เท่าแรงเท่ากับเงื่อนไขการโหลด

ต่อไปฉันลองเครื่องคำนวณการเบี่ยงเบนของ EasyCalculationด้วยค่าความยาว = 216, ความกว้าง = 2, ความสูง = 4, ความหนาของผนัง = 0.1875, แรง = 3750 มันแสดงการโก่งตัวของประมาณ 100 นิ้วเป็นเวลา 2 ความยาวของท่อสี่เหลี่ยม ถ้าฉันใช้ความยาว 4 นั่นจะลดแรงลงไปที่ 7500/4 = 1875 ต่อลำแสงและการโก่งลงไปที่ 50 นิ้ว ค่าการโก่งตัวนั้นสูงมาก นั่นคือเหล็กมากกว่าตัวอย่างมากที่สุด

เพลารถพ่วงตีคู่แบบเก่าที่ฉันใช้ตอนนี้มีความยาวสอง (2) นิ้วจากเหล็กมุมขนาด 4 นิ้ว (หนา 1/4 นิ้ว) มันโค้งงอไม่กี่นิ้ว แต่ไม่ใช่ 50 นิ้ว ฉันต้องคิดถึงบางสิ่ง

ฉันจะคำนวณปริมาณการโค้งงอของวัสดุที่มีความยาว 20 ฟุตได้อย่างไร

หากท่อสี่เหลี่ยมไม่ดีที่สุดคุณสามารถแจ้งให้ฉันทราบว่าอะไรจะดีกว่าและคุณเลือกการกำหนดค่านั้นอย่างไรเมื่อคุณแสดงความคิดเห็น


1
คำถามนี้ดูเหมือนจะไม่อยู่ในขอบเขตของไซต์นี้ มันเป็นการผสมผสานระหว่างความเห็นส่วนตัว (ทุกหน้าตัดมีข้อดีและข้อเสียดังนั้นคุณจึงไม่สามารถนิยามคำว่า "ดีที่สุด" โดยไม่ทราบว่ามันหมายถึงอะไรอย่างแม่นยำ) และร้องขอการอ้างอิงซึ่งไม่อยู่ในขอบเขต
วาซาบิ

2
รูปร่างของสมาชิกส่งผลกระทบต่อช่วงเวลาของความเฉื่อยซึ่งมีผลต่อการโหลดในสมาชิก คุณต้องกำหนดภาระปัจจัยด้านความปลอดภัยวัสดุแล้วเล่นกับขนาดและรูปร่างจนกว่าคุณจะพบชุดค่าผสมที่รับน้ำหนัก * (ปัจจัยด้านความปลอดภัย) ภายใต้กำลังรับแรงของวัสดุ ฉันใส่มันลงในความคิดเห็นแทนคำตอบเพราะคุณไม่ได้กำหนดอะไรเกี่ยวกับตัวอย่างยกเว้นคลาสทั่วไปและคุณต้องการแทรคเตอร์ ถ้าคุณต้องการการอ้างอิงลองข้อความ "deformable เนื้อ" หรือ "การออกแบบเครื่อง"
Chuck

6
เราไม่ได้ขอให้มันซับซ้อนเท่าที่จะทำได้ เราขอให้ทำอย่างถูกต้องที่สุด การหาการออกแบบที่ดีนั้นไม่สำคัญและไม่ควรทำอย่างเบา ๆ
วาซาบิ

4
คุณมี 3 ตัวเลือก - ทำคณิตศาสตร์และรับชิ้นส่วนที่ถูกต้องคัดลอกงานของคนอื่นและหวังว่าพวกเขาจะทำคณิตศาสตร์หรือคาดเดาและหวังว่ามันจะใช้ได้ดี ฉันหมายถึงอะไรที่เลวร้ายที่สุดที่รถบรรทุกขนาด 3.5 ตันผูกปมกับรถที่วิ่งด้วยความเร็ว 55 ไมล์ต่อชั่วโมงบนทางหลวงที่มีประชากรหนาแน่นสามารถทำอะไรได้บ้าง การถากถางกันคุณอาจจะใช้เวลานี้อย่างจริงจังและทำงานหรือหาโครงการอื่น
เชย

3
ในสำนักงานของเราเรามีกฎทั่วไป ... "ถ้ามีอะไรเคลื่อนไหวมันเป็นกลไก" บางทีลองติดแท็กด้วยวิศวกรรมเครื่องกล? โหลดแบบไดนามิกบนคานและโดยเฉพาะอย่างยิ่งการเชื่อมต่อจะกลายเป็นสิ่งสำคัญ เพียงแค่ทำการวิเคราะห์แบบคงที่ในโครงสร้างจะไม่เพียงพอ
NamSandStorm

คำตอบ:


9

นี่คือสูตรที่เราใช้

การดัดลำแสง ( มีอยู่ใน Wikipedia )

I=(y- ˉ y )2dA ˉ y =1

EId4δydx4=q(x)
I=(yy¯)2dA
y¯=1AydA

σmax=ymaxEd2δydx2max

โดยที่คือพื้นที่หน้าตัดของลำแสงyคือตำแหน่งตามแนวแกนในทิศทางของการโหลดคานδ yคือการโก่งตัวในทิศทางของการโหลดEคือโมดูลัสของความยืดหยุ่น (ค้นหา matweb เพื่อรับ a ค่าสำหรับวัสดุของคุณ) และสุดท้ายq ( x )คือฟังก์ชันโหลดต่อระยะทางAyδyEQ(x)

นี่คือวิธีการใช้

สำหรับท่อสี่เหลี่ยมมีความสูงกว้างWและความหนาเสื้อเรามี:HWเสื้อ

I=W H

Y¯=0
ผม=W-H2H2Y2dY-(W-2เสื้อ)-H2+เสื้อH2-เสื้อY2dY=H3W-(H-2เสื้อ)3(W-2เสื้อ)12

สำหรับH=4ผมn,W=2ผมn,เสื้อ=0.1875ผมn

ผม4.2ผมn4

ขณะนี้มีลำแสงกำลังโหลดนี่เป็นโอกาสที่คุณจะพบกับความยากลำบาก ก่อนอื่นให้ดูที่คานคาน:

ที่นี่มีเพียงสองจุดที่โหลดการสนับสนุนและคำแนะนำ นึกถึงสถานการณ์กระดานดำน้ำ เราจะบอกว่าการสนับสนุนอยู่ที่และโหลดFอยู่ที่x = L q ( x ) = - δ ( x ) F + δ ( x - L ) Fx=0Fx=L

Q(x)=-δ(x)F+δ(x-L)F

Eผมd4δYdx4=Q(x)

Eผมd3δYdx3=0-xQ(x)dx=F

นี่เป็นการบอกว่ามีแรงเฉือนคงที่ในลำแสงตลอดทาง

Eผมd2δYdx2=Fdx+=F(x-L)

การแสดงออกนี้ใช้สำหรับโมเมนต์ดัดในลำแสง เรารู้ว่าจุดสิ้นสุดอิสระต้องมีโมเมนต์ดัดเป็นศูนย์ดังนั้นเราจึงกำหนดค่าคงที่การรวมเพื่อรองรับสิ่งนั้น

dδYdx=1EผมF(x-L)dx+=FEผม(12x2-Lx)

นี่แสดงถึงความชันของลำแสงที่เบี่ยงเบน ที่นี่เรารู้ว่าความลาดเอียงต้องเป็นศูนย์ที่การสนับสนุนดังนั้นเราจึงตั้งค่าการรวมให้สอดคล้องกัน

δY=FEผม12x2-Lxdx+=FEผม(16x3-L2x2)

x=L

δY=-FL33Eผม

สิ่งนี้สอดคล้องกับสมการในเว็บไซต์สุดท้ายในโพสต์ของคุณ

E=30000ksผม

δY=-3.750kล.(216ผมn)3330000ksผม4.2ผมn4-100ผมn

นี่คือสิ่งที่เครื่องคิดเลขออนไลน์ผลิตขึ้น อย่างไรก็ตามหากคุณพยายามโหลดลำแสงแบบนี้มันจะเสียรูปถาวร แขนคันโยก 18 ฟุตนั้นยาวจริงๆและจะงอน้ำมูกออกมาจากลำแสงขนาด 4 นิ้วบาง ๆ ที่ยากพอสมควร ปัญหาคือรถพ่วงไม่ใช่คานคาน

40ผมn80ผมn7500ล.18เสื้อ5เสื้อ

α

Faxล.อีs=FRอีaR1α=FRโอnเสื้อ1(1-α)

ตอนนี้เรามี:

Q(x)=-FLH(L-x)+Faxอีล.s(αδ(x-xRอีaR)+(1-α)δ(x-xRโอnเสื้อ)+(F-Faxอีล.s)δ(x-xก.โอโอsอี)

การบูรณาการ:

Eผมd3δYdx3={-FLxxxRอีaR-FLx+Faxอีล.sαxRอีaR<xxRโอnเสื้อ-FLx+Faxอีล.sxRโอnเสื้อ<xLFaxอีล.s-FLx

จากนั้นผสานรวมอีกครั้ง:

Eผมd2δYdx2={-F2Lx2xxRอีaR-F2Lx2+Faxอีล.sα(x-xRอีaR)xRอีaRxxRโอnเสื้อ-F2Lx2+Faxอีล.s(x-(1-α)xRโอnเสื้อ-αxRอีaR)xRโอnเสื้อxL(Faxอีล.s-F)(x-xก.โอโอsอี)Lx

Faxล.อีs

Faxอีล.s=Fxก.โอโอsอี-L2xก.โอโอsอี-(1-α)xRโอnเสื้อ-αxRอีaR

Faxอีล.s

ตอนนี้ความชันจะเป็น:

dδYdx=1Eผม{-F6Lx3+1xxRอีaR-F6Lx3+Faxอีล.sα12(x-xRอีaR)2+1xRอีaRxxRโอnเสื้อ-F6Lx3+Faxอีล.s(α12(x-xRอีaR)2+(1-α)12(x-xRโอnเสื้อ)2)+1xRโอnเสื้อxL(Faxอีล.s-F)12(x-xก.โอโอsอี)2+2Lx

และ ณ จุดนี้ฉันย้ายไปที่วิธีแก้ปัญหาเชิงตัวเลข ฉันบูรณาการอีกครั้งและพบค่าสำหรับค่าคงที่ทั้งหมดเช่นความชันและการกระจัดเป็นแบบต่อเนื่องและการกระจัดที่ห่านและเพลาหลังเป็นศูนย์ การโก่งตัวที่เกิดขึ้นมีค่าสูงสุดประมาณ 2 นิ้ว แต่ฉันใช้โหลดเต็มและฉันควรจะใช้โหลดครึ่งหนึ่งให้ 1 นิ้ว นั่นฟังดูเหมาะสมกับฉัน

9kยังไม่มีข้อความม.38ksผม

แรงการเร่งความเร็วของรถพ่วงสามารถเพิ่มน้ำหนักได้สามเท่าในช่วงเวลาสั้น ๆ นอกจากนี้การกระแทกบนท้องถนนจะทำให้การโหลดไม่ได้เป็นความแรงของผลผลิตที่คุณต้องการดู แต่ความต้านทานแรงล้าที่จำนวนรอบที่เหมาะสมที่คุณต้องการให้รถพ่วงมีอายุการใช้งานที่เหมาะสม ความแข็งแรงความเหนื่อยล้าอาจต่ำถึง 10% ของความแข็งแรงของผลผลิตดังนั้นฉันต้องการปัจจัยโหลดขั้นต่ำประมาณ 30 (3/10%) จากนั้นเพิ่มปัจจัยด้านความปลอดภัย 2 และคานของคุณจะต้องประมาณ 60 ครั้ง แข็งแกร่งกว่าที่ต้องการเพียงแค่ตอบสนองความเครียดของคุณในสถานการณ์โหลดแบบคงที่ ในระยะสั้นฉันจะไปกับคานที่ใหญ่กว่า


2
+1 สำหรับคำตอบที่งดงาม ฉันหวังว่า @ jp2code ตระหนักถึงความพยายามในการสร้าง "แค่ตัวอย่าง"
Chuck

@ ชัคฉันสงสัยว่าผู้ผลิตคอห่านตัวอย่างใดใช้การคำนวณเหล่านี้ นี่เป็นคำตอบที่น่าประทับใจที่ฉันอาจยอมรับได้ในที่สุด แต่ฉันอยากจะรู้ว่าผู้ผลิตกำหนดขนาดวัสดุที่ต้องการได้อย่างไรเมื่อสร้างรถพ่วงสำหรับช่วงโหลดที่กำหนด
jp2code

1
@ jp2code นี่คือหรือคาดเดา
Chuck

@ jp2code เช่นเดียวกับปัญหาส่วนใหญ่เมื่อคุณแก้ปัญหาเมื่อคุณสามารถสร้างเครื่องมือในการคำนวณทั้งหมดอีกครั้งเมื่อตัวเลขของคุณเปลี่ยน ดังนั้นไม่มีพวกเขาจะไม่ผ่านสิ่งนี้สำหรับการออกแบบตัวอย่างทุกครั้ง พวกเขาทำเครื่องมือเพื่อทำสิ่งเหล่านั้น จากนั้นพวกเขาอาจยืนยันการออกแบบของพวกเขาด้วยการวิเคราะห์ FEA ฉันสงสัยว่าผู้ผลิตคอห่านตัวอย่างใดใช้การคำนวณรายละเอียดน้อยกว่าระดับนี้มันก็น่าจะฝังอยู่ในเครื่องมือที่คล้ายกับเครื่องมือออนไลน์ที่คุณพบ
Rick

1
ฉันไม่แน่ใจว่าสิ่งนี้จะเพิ่มสิ่งที่มีประโยชน์ต่อการออกแบบโลกแห่งความเป็นจริง ฉันเคยออกแบบสะพานถนน 6 เลนโดยไม่ต้องรวมอะไรเลย ฉันคิดว่ามันยังคงยืนอยู่ วิศวกรไม่รวมเข้าด้วยกัน
Paul Uszak

4

นี่คือข้อมูลเพิ่มเติมและการอภิปรายที่ยาวเกี่ยวกับเกณฑ์การออกแบบตัวอย่าง มีแม้กระทั่งกระดาษสีขาวในเธรดเกี่ยวกับการโหลดและปัจจัยด้านความปลอดภัยที่ควรใช้:

โหลดสำหรับการออกแบบตัวอย่าง

มีหัวข้ออื่น ๆ มากมายในเว็บไซต์ที่ให้ข้อมูลที่ดีเกี่ยวกับการออกแบบตัวอย่าง

สำหรับสิ่งที่คุ้มค่าฉันจะเริ่มต้นการออกแบบโครงสร้างด้วยเหล็กรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าบางส่วนในใจสำหรับรถพ่วง พวกเขามีอยู่เป็นประจำและ "ง่าย" ที่จะทำงานกับ (ตัดเจาะเชื่อมติดส่วนประกอบอื่น ๆ ฯลฯ )


2

สำหรับโครงสร้างของท่อส่วนรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้านั้นน่าจะเป็นการประนีประนอมที่มีประสิทธิภาพที่สุดระหว่างความแข็งแกร่งและความสะดวกในการออกแบบและการผลิต ท่อกลมเป็นน้ำหนักที่แข็งแรงกว่าเล็กน้อยสำหรับน้ำหนัก แต่ยากต่อการประกอบและเข้าร่วมได้อย่างแม่นยำมากขึ้นเพราะท่อสี่เหลี่ยมมีพื้นผิวเรียบที่สะดวก

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วเช่นนี้ไม่ได้ออกแบบโดยแคลคูลัสในโลกแห่งความจริงและโดยที่ดีที่สุดของคุณคือการคัดลอกการออกแบบที่มีอยู่เนื่องจากความล้มเหลวในแอปพลิเคชันประเภทนี้มักจะเกิดขึ้นเมื่อคุณได้รับความเข้มข้น ลำแสงโดยประมาณดังนั้นหากคุณไม่สามารถใช้งานซอฟต์แวร์ FEA ได้การคำนวณกระดาษนั้นไม่มีประโยชน์


ฉันหวังว่าวิศวกรคนหนึ่งในไซต์นี้อาจพูดว่า "วิธีที่ดีที่สุดคือใช้ X เพื่อ {ปอนด์} ปอนด์" ในท้ายที่สุดฉันเพิ่งเป็นแขก: i.imgur.com/mkOJrhS.jpg
jp2code

1
ปัญหาคือโหลดจริงบนรถพ่วงเป็นส่วนเล็ก ๆ ของปัญหาโดยรวมสิ่งที่ฉันจะพูดคือสำหรับน้ำหนัก 3000 กก. บนเฟรม A ยาวประมาณ 3 มม. ยาว 100 มม. x 50 มม. ส่วนกล่องสี่เหลี่ยม (มม. หนา 3 มม.) ประเภทของ ballpark เพื่อความปลอดภัยที่สะดวกสบาย
Chris Johns

2

หากนี่เป็นครั้งแรกที่คุณทำงานกับส่วนโครงสร้างเหล็กหรือค้นหาข้อมูลที่ถูกต้องเกี่ยวกับคุณสมบัติเชิงกลของพวกเขาให้ค้นหา "คู่มือการก่อสร้างเหล็ก" อย่างเป็นทางการสำหรับภูมิภาคของคุณ ที่นี่ในแคนาดาคือ "สถาบันการก่อสร้างเหล็กของแคนาดา (CISC): คู่มือการก่อสร้างเหล็ก" และในสหรัฐอเมริกามันเป็น "สถาบันการก่อสร้างเหล็กของอเมริกา (AISC): คู่มือการก่อสร้างเหล็ก" ฉันไม่แน่ใจเกี่ยวกับประเทศอื่น ๆ แต่พวกเขาทั้งหมดค่อนข้างตามรูปแบบชื่อเรื่องเดียวกันและเรียกว่า "คู่มือการก่อสร้างเหล็ก" หรือ "คู่มือการก่อสร้างเหล็ก" การค้นหารุ่นอย่างเป็นทางการสำหรับภูมิภาคของคุณนั้นค่อนข้างง่ายหากคุณค้นหาสิ่งนั้น

ในขณะที่บางคนสะดุดหัวข้อนี้พยายามค้นคว้าคำถามเดียวกันนี้ฉันรู้ว่ามันยากแค่ไหนที่จะหาคำตอบที่เชื่อถือได้ ดังนั้นฉันจึงไม่สามารถความเครียดนี้พอ รับสำเนาด้วยตัวคุณเอง !! หนังสือเล่มนี้จะตอบทุกคำถามที่คุณมีและฉันหวังว่าฉันจะได้พบมันเร็วกว่านี้

ไชโย


1

คำตอบง่ายๆคือไม่ได้ออกแบบ - โกง ไปและค้นหาตัวอย่างที่คล้ายกับที่คุณติดตาม ถ่ายภาพและวัดบิตทั้งหมด (อย่าทำเหมือนว่าคุณกำลังพยายามจะทำมัน) ส่วนที่คล้ายกันจะทำ แต่ฉันจะทำผิดในขนาดที่ใหญ่ขึ้น

ตอนนี้ปัญหาของคุณจะเป็น: -

  1. เชื่อมข้อต่อ ฉันไม่แน่ใจว่าคุณได้รับการรับรองการเชื่อมประเภทใด แต่เหล็กเชื่อมขนาด 10 มม. นั้นไม่เหมือนกับการยึดติดกับปีกรถ
  2. เบรค คุณต้องให้แน่ใจว่าพวกเขาทำงาน คุณจะทดสอบพวกเขาอย่างไร ความจริงที่ว่ารถพ่วงไม่ได้หมุนลงไดรฟ์ของคุณไม่ได้หมายความว่าพวกเขากำลังทำงานอยู่
  3. ในอังกฤษหากคุณนำสิ่งนี้ลงบนทางหลวงสาธารณะจะต้องมีใบรับรองการทดสอบ

ฉันเกลียดเรื่องไร้สาระสุขภาพและความโง่เขลาทั้งหมด แต่อย่าประมาทความรับผิดชอบที่คุณจะได้รับหากคุณขับรถบนถนนด้วยความเร็ว

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.