Bioenergiakuormatilojen purkulaitteen analysointi

Abstract

Tässä diplomityössä analysoidaan kuormatilojen tyhjentämiseen käytettävän purkulaitteen rakennetta lujuusopin kannalta sekä tarkastellaan laitteen rakennetta toiminnallisuuden ja valmistuksen näkökulmasta. Työssä on kaksi selkeää päämäärää, jotka ovat osittain yhteydessä toisiinsa. Ensimmäinen päämäärä on tutkia laitteen mekaniikkaa ja tehdä tämän avulla parannusehdotuksia, jotta laite saataisiin yksinkertaisemmaksi ja painopiste lähemmäksi purkulaitteen ja sitä kuljettavan pyöräkuormaajan kiinnityskohtaa. Toinen päämääristä on selvittää rakenteessa vaikuttavat voimat, jännitykset ja muodonmuutokset. Näiden avulla tehtiin ehdotuksia rakenteen muutoksista, jotta painoa saataisiin kevennettyä niiltä osin, missä ylimääräistä materiaalia on sallittujen jännitysten ja muodonmuutosten rajoissa. Koska purkulaitteen työliikkeet ovat laajat, käytettiin valmisohjelmalla tehdyissä analysoinneissa voimien laskentaan jäykkää monikappalemekaniikkaa ja vastaavasti jännitysten ja muodonmuutosten tutkimiseen joustavaa monikappalemekaniikkaa. Analysointi suoritettiin valmisohjelmalla sekä työssä kehitetyllä laskentamallilla. Kehitetyssä laskentamallissa hyödynnettiin Scilab-ohjelmaa ja sen yhteydessä 2d-palkkielementtejä ja sauvaelementtejä. Tämän laskentamallin avulla laskettiin alustavat jännitykset koko työliikkeen aikana, jotta kriittisimmät kohdat voidaan tarkastella huomattavasti enemmän aikaa vievällä valmisohjelmalla, joka käyttää laskelmissa 3d-solidielementtejä. Sylinterivoimat laskettiin sekä kehitetyllä laskentamallilla koko työliikkeen aikana että valmisohjelmalla käyttäen jäykän kappaleen dynamiikkaa. Rakenteen dimensioita tutkimalla päädyttiin tulokseen, että hydraulisäiliön paikkaa muuttamalla saadaan painopiste siirtymään haluttuun suuntaan, koska se vapauttaa tilaa muille toimilaitteille. Valmistuksen kannalta edullisiksi ratkaisuiksi löydettiin kuormatilan ovien lukitusmekanismin ja nostosylinterien kaatumisen eston muuttamiset yksinkertaisemmiksi. Laskentamallien avulla saatiin rakenteessa vaikuttavat voimat ja jännitykset selville, ja niiden avulla saatiin painoa kevennettyä noin 880 kiloa. Tuloksista huomattiin, että piikkien profiilin rakennetta muuttamalla etenkin jännitykset saadaan pienemmäksi ja piikkien profiilia voidaan keventää tämän ansiosta. Tarkastelun kohteena oleva saksimekanismi kaipasi puolestaan vahvistusta laskelmien perusteella. Työn avulla voidaan vetää johtopäätös, että saatuja tuloksia kannattaisi hyödyntää seuraavaa laitetta suunniteltaessa, koska ne ovat toteutettavissa.