DELO NA VIŠINI - UM

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

Matic SERNEL

KONSTRUIRANJE DELOVNE PRIPRAVE ZA

DELO NA VIŠINI

Diplomsko delo

Univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje

Strojništvo

Maribor, september 2016

KONSTRUIRANJE DELOVNE PRIPRAVE ZA

DELO NA VIŠINI

Diplomsko delo

Študent: Matic SERNEL

Študijski program: Univerzitetni študijski program

1. stopnje

Strojništvo

Smer: Konstrukterstvo

Mentor: doc. dr. Janez KRAMBERGER

Somentor: red. prof. dr. Iztok POTRČ

Maribor, september 2016

III

I Z J A V A

Podpisani Matic SERNEL izjavljam, da:

je diplomsko delo rezultat lastnega raziskovalnega dela,

da predloženo delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršnekoli

izobrazbe po študijskem programu druge fakultete ali univerze,

da so rezultati korektno navedeni,

da nisem kršil-a avtorskih pravic in intelektualne lastnine drugih,

da soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet ter

Digitalni knjižnici Univerze v Mariboru, v skladu z Izjavo o istovetnosti tiskane in

elektronske verzije zaključnega dela.

Maribor,_____________________ Podpis: ________________________

IV

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Janezu

KRAMBERGERJU in (so)mentorju red. prof. dr.

Iztoku POTRČU za pomoč in vodenje pri diplomskem

delu. Zahvaljujem se tudi mentorjema v podjetju

Bojanu Špesu, dipl.inž. str. in Antonu Podhostniku,

univ.dipl.inž.str., za pomoč in nasvete pri izdelavi

diplomske naloge. Prav tako se zahvaljujem podjetju

ADK za možnost opravljanja diplomske naloge

Posebna zahvala velja staršem, ki so me vseskozi

spodbujali in mi omogočili študij.

V

KONSTRUIRANJE DELOVNE PRIPRAVE ZA DELO NA

VIŠINI

Ključne besede: delo na višini, delovna priprava, projektiranje, konstruiranje

UDK: 621.86.078-11:331.438.2(043.2).

POVZETEK

ADK je podjetje, ki se ukvarja z proizvodno industrijo. V svojih obratih proizvajajo

podvozja mobilnih žerjavov in avtodvigal. Delo med drugim zahteva, da se včasih varjenje

opravlja na višini. Iz tega razloga je bila moja naloga konstruirati pripravo, ki bo zavarovala

delavce pred padcem. Vse elemente je potrebno tudi trdnostno kontrolirati. . Pri delu smo

upoštevali standarde za projektiranje jeklenih konstrukcij in standarde varovalne opreme.

Namen naloge je bil predstaviti korake konstruiranja vključno z začetno idejo, analitičnim

preračunom, geometrijskim modeliranjem z 3D programom ter trdnostnim preračunom

zasnove z računalniškim programom.

VI

DESIGN OF DEVICE FOR WORKING ON A HEIGHT

Key words: working on heigh, working device, projecting, constructing

UDK: 621.86.078-11:331.438.2(043.2).

ABSTRACT

ADK is company working in manufacturing industry. They are producing and installing

chassis of mobile cranes and car lifts. The work also requires welding on heights. Because of

that my job was to construct a device which will protect workers from falling. All elements

need to be under solidity control. During the work we considered all standards for designing

an iron framed constructions and safety gear standards. The intention is to represent all steps

of constructing including basic idea, analytic calculation, 3D modelling in modeller and

solidity calculation with computer program.

VII

KAZALO

Vsebina 1. UVOD ........................................................................................................................... - 1 -

1.1 Problem in predmet naloge ter omejitve ................................................................. - 1 -

1.2 Namen in cilji naloge .............................................................................................. - 2 -

1.3 Struktura naloge ...................................................................................................... - 2 -

1.4 Predstavitev podjetja ADK d.o.o ............................................................................ - 3 -

Dejavnost podjetja ......................................................................................................... - 3 -

Tehnologija in razvoj ..................................................................................................... - 3 -

Vizija in poslanstvo ....................................................................................................... - 4 -

2. ZAHTEVNIK ............................................................................................................... - 5 -

2.1 Konstrukcijski zahtevnik ........................................................................................ - 5 -

2.2 Robni in varnostni pogoji ....................................................................................... - 6 -

2.3 Opis bagerja Liebher 9800R [5] ........................................................................... - 8 -

3. DIMENZIONIRANJE NOSILNIH ELEMENTOV .............................................. - 11 -

3.1 Iskanje idejne rešitve ............................................................................................ - 11 -

3.2 Priprava 3D modela konstrukcije.......................................................................... - 15 -

3.3 Analitični preračun sil na konstrukcijo ................................................................. - 18 -

4. MKE ANALIZA ........................................................................................................ - 24 -

5. PRIPRAVA DOKUMENTACIJE IN IZDELAVA PRIPRAVE .......................... - 35 -

6. ZAKLJUČEK ............................................................................................................ - 37 -

7. VIRI ............................................................................................................................ - 38 -

8. PRILOGE ................................................................................................................... - 39 -

8.1 Priloga št.1 – Sestavnica ....................................................................................... - 40 -

8.2 Priloga št.2 – Varnostno vodilo ............................................................................ - 41 -

8.3 Priloga št. 3 – Navodila za uporabo ...................................................................... - 42 -

VIII

KAZALO SLIK

Slika 2.1: Bager Liebherr 9800R ........................................................................................... - 9 -

Slika 2.2: Monoblock 9800R ............................................................................................... - 10 -

Slika 3.1: Oblike cevne konstrukcije ................................................................................... - 11 -

Slika 3.2: Dimenzije profila ................................................................................................ - 15 -

Slika 3.3: Osnovna konstrukcija .......................................................................................... - 16 -

Slika 3.4: Končna konstrukcija ............................................................................................ - 17 -

Slika 3.5: Konzolni nosilec .................................................................................................. - 17 -

Slika 3.6: Nosilec koles ....................................................................................................... - 18 -

Slika 3.7: Prikaz razmer....................................................................................................... - 19 -

Slika 3.8: Sile ....................................................................................................................... - 19 -

Slika 3.9: Varnostni faktor................................................................................................... - 22 -

Slika 4.1: Vpetje kostrukcije ............................................................................................... - 25 -

Slika 4.2: Vpetje sile na sredinskem nosilcu ....................................................................... - 26 -

Slika 4.3: Vpetje sile na kotnem nosilcu ............................................................................. - 26 -

Slika 4.4: tetragonalen element ........................................................................................... - 27 -

Slika 4.5: zamrežena konstrukcija ....................................................................................... - 27 -

Slika 4.6: Primerjalne napetosti pri vpetju v vogalu ........................................................... - 28 -

Slika 4.7: Primerjalne napetosti v pri vpetju sredini ........................................................... - 29 -

Slika 4.8: Pomiki na konstrukciji za prvi primer vpetja ...................................................... - 30 -

Slika 4.9:Pomiki na konstrukciji za drugi primer vpetja ..................................................... - 31 -

Slika 4.10: Poves kostrukcije pri togem vpetju nog ............................................................ - 32 -

Slika 4.11: Kotalni odpor .................................................................................................... - 33 -

Slika 5.1: Končna oblika priprave ....................................................................................... - 35 -

Slika 5.2: Kolesa za premik priprave ................................................................................. - 36 -

IX

KAZALO PREGLEDNIC

Preglednica 2.1- Karakteristike samonavijalca ..................................................................... - 8 -

Preglednica 3.1: Tipi sidrnih naprav [7] .............................................................................. - 12 -

Preglednica 4.1: Osnovne lastnosi aluminija ....................................................................... - 24 -

Preglednica 4.2: Materialne lastnosti aluminija .................................................................. - 24 -

Preglednica 4.3: Koeficient kotalnega trenja ....................................................................... - 34 -

X

UPORABLJENI SIMBOLI

E - modul elastičnosti

F - sila na konstrukcijo

- maximalna sila v vrvi

- kotalna sila

k - razteznostni koeficient

L - dolžina vrvi

- dolžina nosilca

M - vrvni modul

p - tlačna obremenitev

R - reakcija na konstrukcijo

- meja plastičnosti aluminija

- natezna trdnost aluminija

- dopustni pomik

- maksimalen pomik

- kinetična energija

- potencialna energija

-prožnostna energija

β - kot odmika

- varnostni faktor po EC 3

- kotalni koeficient

- dopustna napetost

- maximalna napetost

- varnostni faktor

- realen varnostni faktor

XI

UPORABLJENE KRATICE

ADK - Avtodvigala in komponente

DIN - Deutches Institut für Normung

CNC - Computer Numerical Control

CAD - Computer Aided Design

CAE - Complete Aided Engeneering

EN - European Norm

d.o.o. - družba z omejeno odgovornostjo

FS - Fakulteta za strojništvo

ISO - International Organization for Standardization

MKE - Metoda končnih elementov

3D – Tridimenzionalno

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

- 1 -

1. UVOD

Živimo v času hitrejših sprememb, kar vsi tisti, ki se ukvarjamo z izdelavo različnih

gospodarskih dobrin, tudi občutimo. Če smo pa obenem še del globalnega trga z velikimi

cenovnimi in časovnimi pritiski, smo posledično še bolj prisiljeni slediti dogajanjem, uvajanju

novih tehnologij po svetu.

Bager je težek stroj za gradbena, zemeljska ali rudarska dela, katerega osnovni namen je

hitrejše premeščanje predvsem zemeljskega materiala (rudnine, pesek, zemlja ipd.). V

podjetju ADK d.o.o. se ukvarjajo z izdelavo zahtevnih jeklenih konstrukcij iz fino zrnatega

jekla in montažo končnih produktov. V času prakse sem spoznal celotno proizvodnjo v

podjetju, med drugim tudi kako je lahko delo varilcev nevarno, če ni v podjetju pravilno

poskrbljeno za varnost [6].

1.1 Problem in predmet naloge ter omejitve

ADK Hoče d.o.o. že se vrsto let ukvarja s kovinsko-obdelovalno panogo. Omenjeno podjetje

izdeluje zraven opornih ročic za avtodvigala ter žerjave tudi dele ročic za bagerje proizvajalca

LIEBHERR. Zaradi specifične oblike velikosti ter težko dostopnih mest pri komponentah,

imajo v podjetju zaposlenih veliko specializiranih varilcev, katerim je potrebno priskrbeti

varno in testirano opremo, da ne pride do delovnih nesreč. Ker se v proizvodnjo podjetja

pogosto dodajo nove komponente, je velikokrat potrebno varovalno opremo in priprave

dodelati ali na novo konstruirati kar v podjetju, saj zaradi specifičnega dela na trgu ni

dostopna.

Za dimenzioniranje priprave so upoštevani standardi. Statični preračun je izveden po

standardu SIST EN 1993 [10] in PD CEN/TS 16415:2012 [7]. Pri numerični analizi

konstrukcije smo se omejili na linearno elastični izračun. Celotna priprava je konstruirana v

3D CAD računalniškem modelirniku (Catia) in trdnostno analizirana s pomočjo MKE

programa (Abaqus CAE).


- 2 -

1.2 Namen in cilji naloge

Namen je izdelati varnostni voziček za varovanje varilcev in drugih delavcev pri kasnejši

montaži pred padcem iz višine. Ker je naprava namenjena varovanju človekovega zdravja in

življenja, je potrebno pred pričetkom samega načrtovanja natančno določiti robne pogoje.

Glavni cilj naloge je poiskati najbolj optimalno obliko in zasnovo priprave, ki bo

funkcionalna in ustrezala vsem predpisanim standardom.

1.3 Struktura naloge

Diplomsko delo je opredeljeno na sklope z naslednjim zaporedjem:

Uvod - predstavitev problema in ciljev diplomske naloge

Konstrukcijski zahtevnik - podajanje zahtev, omejitev in priporočil za

nadaljnjo konstruiranje priprave

Dimenzioniranje nosilnih elementov priprave - predstavljene idejne rešitve,

modeliranje izbrane konstrukcije in analitični preračun sil na konstrukcijo

MKE analiza - opis analize v računalniškem programu, predstavitev in

vrednotenje rezultatov.

Priprava dokumentacije in izdelava priprave - predstavljen potek izdelave

priprave

Zaključek - povzetek celotnega dela z ugotovitvami

Viri in literatura

Priloge


- 3 -

1.4 Predstavitev podjetja ADK d.o.o

Podjetje ADK d.o.o., ustanovljeno leta 1995, je eno največjih slovenskih podjetij v kovinsko-

predelovalni panogi. Večji del dejavnosti predstavlja izdelava zahtevnih jeklenih konstrukcij

iz finozrnatega jekla in montaža končnih izdelkov. Proizvodnja in montaža sta podprti s

strani oddelka za projektiranje in konstruiranje. Končni proizvodi so stroji in naprave za

vertikalni dvig tovora in stroji za potrebe v rudarstvu ter gradbeništvu. Proizvodnja poteka na

24000 m² prostorov v Hočah, 10000m v Dolanah, na 3.000 m² v Mariboru in v podjetju

ADK d.o.o. Novi Travnik v BiH na 8.000 m² [4].

Dejavnost podjetja

ADK temelji svoj pristop na svetovnem trgu v sodelovanju s strateškimi partnerji iz tujine, in

sicer s koncernom Liebherr (tovarne Liebherr Werk Ehingen v Nemčiji, Liebherr Werk

Nenzin v Avstriji in Liebher Colmar v Franciji), v preteklosti tudi z nemško-japonsko

družbo Tadano-Faun iz Nemčije (tovarno avtodvigal), s francoskim proizvajalcem vetrnih

elektrarn Vergnet, občasno pa tudi z domačimi podjetji. Skrbijo za ponudbo svojih izdelkov,

predvsem na trgu zahodne Evrope, na domačem trgu pa poskušajo doseči najboljšo

realizacijo s ponudbo in prodajo izdelkov blagovne znamke svojih poslovnih partnerjev ter z

lastnimi izdelki (dvižne ploščadi) [4].

Tehnologija in razvoj

Proizvodni prostori so opremljeni z numerično krmiljenimi stroji (CNC) za mehansko

obdelavo konstrukcijskih elementov in z več lakirnicami, ki so zgrajene v skladu z zahtevami

varstva okolja. Podjetje se vlaga v posodobitev v posodobitev tehnologije in proizvodnje ter

avtomatizacijo proizvodnega procesa. Kako pomembne so te naložbe nam pove dejstvo, da

se ADK ponaša s tehnologijo proizvodnje in varjenja konstrukcij iz drobnozrnatih jekel, ki v

splošnem sodi v sam vrh proizvajalcev v Evropi. Vse to je podprto z ustreznimi kadrovskimi

rešitvami, izobraževanjem in dodatnim usposabljanjem na posameznih področjih. Ob razvoju

lastnih izdelkov opravljajo še storitve razvoja, projektiranja, konstruiranja in svetovanja na

področju splošne strojegradnje, jeklenih konstrukcij, priprav in naprav za pomoč v

proizvodnji, transportnih naprav s poudarkom na avto-žerjavih, dvižnih platformah za prenos


- 4 -

ljudi, ladijskih žerjavih, specialnih nadgradnjah na vozilih ali drugih prevoznih sredstvih,

kakor tudi razvoj težkih in specialnih vozil [4].

Vizija in poslanstvo

Temeljna dolgoročna vizija in strategija podjetja je obdržati visoko raven kakovosti in

kvalitete proizvodnega procesa, in da ostane še naprej vodilni izdelovalec konstrukcij za

mobilna avtodvigala in dvigala na gosenicah v Evropi in svetu [4].

Usmeritve in načela za uresničevanje poslovne vizije in ciljev:

učinkovitost sistema vodenja kakovosti,

širitev deleža lastnih proizvodov,

vzdrževanje strateških povezav s ključnimi naročniki,

zanesljivost in prilagodljivost glede na zahteve in pričakovanja naročnikov,

uveljavljanje okolju prijaznih tehnologij,

ciljno usmerjeno stalno izobraževanje,

sistematično usposabljanje in razvoj sodelavcev,

zagotavljanje ustrezne infrastrukture z učinkovitim vzdrževanjem in stalnim

posodabljanjem,

stalno izboljševanje učinkovitosti sistema,

Slika 2.1: Logotip


- 5 -

2. ZAHTEVNIK

Varjenje je spajanje dveh ali več delov osnovnega materiala v nerazdružljivo celoto, ki ga

opravlja testiran varilec. Ker je delo lahko ob pomanjkljivi varovalni opremi nevarno za

zdravje varilca, je naloga delodajalca, da priskrbi ustrezno zaščito. V času opravljanja

prakse sem delo opravljal na različnih oddelkih podjetja, med drugim tudi v montažni hali,

kjer sem spremljal sestavo ročice Monoblock Liebher R9800 (slika 2.3). Montažo najprej

izvajajo ključavničarji, nato pa še sledi zahtevno končno varjenje vseh načrtovanih zvarnih

spojev ter njihova kontrola. Zaključna dela tu potekajo po zvarnih robovih. Ob obisku

varnostnega inženirja je bila podana zahteva, da morajo delavci, ki opravljajo delo na

komponenti zaščiteni pred padcem v globino saj zakon pravi:

» Delovna mesta, s katerih obstaja možnost padca v globino, morajo biti zavarovana proti

padcu v globino in sicer:

neodvisno od višine delovnega mesta na prehodih in poteh nad vodo in ob njej in ob

snoveh v katerih obstaja možnost utopitve

nad višino enega metra od tal na stopniščih, rampah prehodih in delovnih mestih ob

strojih

nad višino dveh metrov od tal na vseh drugih delovnih mestih.« [3]

2.1 Konstrukcijski zahtevnik

Pri konstrukcijskih zahtevah priprave smo upoštevali več dejavnikov. Priprava mora v prvi

vrsti ustrezati varnostnim standardom. Prav tako mora biti mobilna, saj se komponente, (

Monoblock Liebher R9800) ne nahajajo vedno na istem delu podjetja. Ker je priprava v

osnovi namenjena za varovanje varilca pred padcem v globino, mora biti v času uporabe

stabilna na podlagi.

Upoštevali smo, da masa priprave ne sme biti prevelika saj se je v takem primeru ne da


- 6 -

ročno prestaviti. Odločili smo se, da bo sestavljena iz osnovnih profilov kot varianta palične

konstrukcije, saj je takšna konstrukcija dovolj trdna in stabilna, obenem pa lahka.

Ker bodo na konstrukcijo delovale le sile 2 oseb, ki bosta v času opravljanja dela na

komponenti pripeti na napravo, smo za material izbrali aluminij, saj je v primerjavi z jeklom

lažji. Cilj konstruiranja in konstrukcijska zahteva je še bila, da je priprava primerna za

izdelavo v lastni proizvodnji ADK.

2.2 Robni in varnostni pogoji

Zahteve varnostnega inženirja so določale, da mora biti delavec na nek način varovan pred

padcem, rešitev smo morali poiskati sami. Pogoj je bil tudi, da se mora za varovanje

delavca uporabiti standardizirana oprema certificiranega proizvajalca (EN 361 [8]). Po tem,

ko smo določili, na kakšen način bomo rešili problem (poglavje 3.1) in se posvetovali z

vodstvom, podjetja smo se odločili uporabiti varnostne pasove slovenskega proizvajalca

ANTHRON s sedežem v Izoli, ki je specializiran za izdelovanje varovalne opreme. Po

pregledu ponudbe smo se odločili za uporabo varnostnega pasu P-30N in samonavijalca

WR 100 (preglednica 2.1), ki sta najbolj ustrezala našemu namenu uporabe. Po izbiri

varovalne opreme smo nato lahko določili robne in varnostne pogoje za izdelavo

konstrukcije, ki pa izhajajo iz zahtev proizvajalca ANTHRON, za katere jamči kakovost

svojega proizvoda.

Upoštevani robni pogoji in varnostni pogoji priprave:

Sidrna priprava mora zdržati maso 200 ± 1 kg (2 delavca, ki opravljata delo na

komponenti- zahteva podjetja ADK).

Višina priprave zaradi mostnih žerjavov ne sme presegati 6 m, iz enakega razloga

sidrišče ne more biti vpeto na strop.

V dolžino je priprava omejena toliko da jo bo možno manevrirati po dolžini

komponente Monoblock Liebher R9800.

Pri konstruiranju slediti določbam standarda PD CEN/TS 16415:2012 [7].

Upoštevanje dodatnega varnostnega faktorja φ = 2 zahtevano s strani podjetja

ANTRHRON.


- 7 -

Sidrna naprave morajo biti zasnovane tako, da jo je možno po uporabi odstraniti iz

konstrukcije brez poškodovanja samonavijalca ali sidrne naprave, kar omogoča

njegovo ponovno uporabo in periodične preglede.

Karabinske spojke se ne sme uporabljati za zaključke sidrne naprave.

Odstranitev elementov sidrne naprave mora biti zasnovana tako, da je to mogoče

narediti z dvema ločenima, zaporednima, namerno storjenima ročnima dejanjema.

Konstrukcija mora biti brez ostrih robov, da preprečimo poškodbe uporabnika

(vogali elementov s polmerom najmanj 0,5 mm ali posneti najmanj 0,5 mm × 45 °)-

EN 795 [9].

Upoštevani varnostni in robni pogoji samonavijalca (preglednica 2.1) :

Spodaj našteti pogoji izhajajo iz navodil proizvajalca ANTHRON (preglednica

(2.1)

Dopustna masa uporabnika 120 kg, iz česar smo ugotovili, da moramo izbrati

tip sidrišča primeren vpetju dveh samonavijalcev, saj eden zagotavlja varnost

le za enega delavca.

Največji dopustni vertikalni odklon 40°, ki ga upošteva že varnostni φ = 2


- 8 -

Preglednica 2.1- Karakteristike samonavijalca

OPIS OZNAK

Pred uporabo

preberite navodila

Pred uporabo

preglejte izdelek

Dopustna teža

uporabnika (120 kg)

Ne spustite na hitro odvitega

traku

Shranjujte v pokritih

in suhih prostorih

Max. dopustni

vertikalni odklon (40°)

Preverite zaskok

traku pred uporabo

Uporabljajte le

varnostni pas po EN 361

Temperaturno

(uporabno) območje

Ne popravljajte

sami izdelka

Ne uporabljajte poškodovanega

izdelka

2.3 Opis bagerja Liebher 9800R [5]

Osnovne karakteristike bagra (slika 2.2) :

Masa z nakladalno žlico/posodo [kg] : 810.000 /800.000

Moč motorja [kW]: 2984

Kapaciteta nakladalne žlice/posode [ : 38/52

Masa komponente Monoblock [kg]: 75.000


- 9 -

Slika 2.1: Bager Liebherr 9800R

Bager, model R 9800 podjetja Liebherr, spada med 3 največje v svojem nakladalnem razredu.

Je popoln za nakladanje 200-360 tonskih rudarskih tovornjakov. Poganja ga 4000 konjski

dizelski motor, saj bager deluje predvsem v največjih rudnikih na svetu kjer je teren zelo

raznolik, zatorej mora premagovati tudi vzpone. Iztegnjena ročica lahko doseže višino 18 m.

Glavno povezavo med ročico z nakladalno posodo in centralnim delom z motorjem in kabino

predstavlja komponenta Monoblock R9800 (slika 2.3), ki ga proizvaja podjetje ADK. V

podjetju prav tako izdelujejo nakladalno žlico ter celotno podvozje bagra [5].


- 10 -

Slika 2.2: Monoblock 9800R


- 11 -

3. DIMENZIONIRANJE NOSILNIH ELEMENTOV

3.1 Iskanje idejne rešitve

Pri iskanju idejne rešitve smo se posvetovali z delavci v podjetju. Ob ogledu komponente smo

imeli več možnih rešitev. Lahko bi kupili dvižno košaro (najenostavneje vendar predrago), na

komponento namestili ograjo ali naredili konstrukcijo, na katero bi bil vpet delavec. Po

posvetovanju se je izkazalo, da bi bilo ograjo zaradi ukrivljene oblike težko izdelati in

pritrditi. Hkrati bi bila primerna le za ta tip komponente in se je nebi dalo uporabiti za

podobne modele, zato smo se odločili za izdelavo konstrukcije, ki bo imela v osnovi obliko

zidarskega odra. Na začetku smo prišli do dveh idejnih oblik, prve iz cevnih profilov in druge

iz kvadratnih profilov. Cevna oblika ( slika 3.1) je bila zasnovana po zgledu gradbenega odra.

Ko smo oblikovali prvo verzijo, ki je bila sprejemljiva z strani porabe materiala, je hiter

statičen preračun v programu Scia Engeneer pokazal, da nebi zdržala zahtevane obremenitve.

Dodali smo dodatne ojačitve, da smo prišli do konstrukcije ki bi zdržala obremenitev, vendar

smo ugotovili, da bi bila zelo zapletena za varjenje, porabili bi ogromno materiala, verjetno bi

bila tudi pretežka. Odločili smo se, da okrogle profile zamenjamo za kvadratne, saj bolje

prenesejo upogib. Rezultat, je bil da smo z veliko manj materiala oblikovali konstrukcijo, ki

je zdržala predpisane obremenitve.

Slika 3.1: Oblike cevne konstrukcije


- 12 -

3.2. Izbira sidrišča ( po standardu PD CEN/TS 16415:2012)

Sidrna naprava je sestavljena iz elementov, ki vključujejo eno ali več sidrnih točk ali mobilnih

sidrnih točk. Vključuje lahko elemente za pritrditev. Namenjena je za uporabo osebnega

sistema za zaščito pred padcem. Iz konstrukcije je odstranljiva. Vsi elementi so del sidrnega

sistema [7].

Ločimo naslednje sidrne naprave: (preglednica 3.1)

Tip A

Tip B

Tip C

Tip D ( ta tip smo izbrali)

Tip E

Ko smo se odločili katero vrsto konstrukcije bomo uporabili, je bilo potrebno poiskati

primerno sidrišče. Pogoj je bil, da se lahko nanj ločeno pripneta 2 delavca, in da ustreza

navedenemu standardu. Sidrna naprave seveda nismo mogli konstruirati sami saj mora biti

standardizirana.

Preglednica 3.1: Tipi sidrnih naprav [7]

Sidrne naprave TIPA A

1 Sidrna točka 2 Konstrukcija 3 Konstrukcijsko sidro 4 Sidrna naprava 5 Stalna pritrditev

1 Sidrna točka 2 Konstrukcija 3 Pritrdilni element 4 Del sidrne naprave

5 Element

Opis: Sidrna naprava TIPA A je sidrna naprava z eno ali več stacionarnimi sidrnimi točkami, kjer se potrebuje

konstrukcijsko središče ali pritrditveni del za pritrditev na konstrukcijo


- 13 -

Sidrne naprave TIPA B

1 Sidrna točka 2 Sidrna naprava

3 Konstrukcija

Opis: Sidrna naprava TIPA B je sidrna naprava z eno ali več stacionarnimi sidrnimi točkami, kjer se NE

potrebuje konstrukcijsko središče ali pritrditveni del za pritrditev na konstrukcijo.

Sidrne naprave TIPA C

1 Skrajno sidro 2 Vmesno sidro 3 Mobilna sidrna točka 4 Fleksibilna sidrna vrv

Opis: Sidrna naprava TIPA C je sidrna naprava s prilagojeno sidrno vrvjo, ki od horizontale ne odstopa za več

kot 15° (merjeno od skrajne in vmesnih sider na katerikoli točki vzdolž celotne dolžine).


- 14 -

Sidrne naprave TIPA D

1 Skrajno in vmesno sidro 2 Mobilna sidrna točka 3 Toga sidrna povezava 4 Toga sidrna linija

Opis: Sidrna naprava TIPA D je sidrna naprava s prilagojenim togim sidrnim elementom, ki od horizontale ne

odstopa za več kot 15° (merjeno od skrajne in vmesnih sider na katerikoli točki vzdolž celotne dolžine).

Sidrne naprave TIPA E

1 Sidrna točka 2 Masa 3 Konstrukcija

Opis: Sidrna naprava TIPA E je sidrna naprava za uporabo na površinah, ki odstopajo za 5° od horizontale in

kjer se uspešnost delovanja nanaša na maso in trenje med sidriščem in konstrukcijo.


- 15 -

3.2 Priprava 3D modela konstrukcije

Pri načrtovanju konstrukcije za pritrjevanje sidrne naprave smo upoštevali skico, ki smo jo

naredili pri iskanju oblike konstrukcije. Konstrukcija je morala biti enostavna za manevriranje

zato smo se odločili narediti obliko s 4 podpornimi nogami, ki bo narejena iz kvadratnih

aluminijastih profilov enakih dimenzij (slika 3.1). Za modeliranje smo uporabili 3D CAD

računalniški modelirnik Catia V5.

Slika 3.2: Dimenzije profila

Najprej smo, glede na velikost komponente, določili dolžine profilov, ki bodo sestavljali

konstrukcijo (4 različne dolžine). Osnovno obliko sestavljajo 4 pokončni profili, ki so na vrhu

med seboj povezani in postavljeni na podstavke za večjo stabilnost (slika 3.2).


- 16 -

Slika 3.3: Osnovna konstrukcija

Takšna konstrukcija nebi zdržala predpisanih omejitev, zato smo dodali ojačitve. Omejeni

smo bili na to, da mora biti med levo in desno stranjo prazen prostor saj bo ravno tam

nameščena komponenta po kateri bodo hodili delavci, zato smo dodali po 2 ojačitvi na vsaki

strani, da smo preprečili zvijanje konstrukcije če bi delavec padel vzdolž komponente. Na

vrhu smo dodali križno ojačitev, ki prepreči porušenje konstrukcije ob padcu delavca

pravokotno na komponento (slika 3.3). Prav tako tudi služi za pričvrstitev sidrne naprave, ki

smo jo izbrali pri podjetju ANTHRON (delavniška risba v prilogi). Za pritrditev naprave smo

izdelali konzolo (slika 3.4), ki nosi sidrno napravo in dopušča njeno odstranitev, zato smo se

odločili, da bo konzola privarjena na konstrukcijo, naprava pa bo pritrjena z vijačno zvezo. Za

povečanje togosti konstrukcije smo na robovih zvarov dodali podporne plošče. Prav tako je

bila konstrukcijska zahteva, da je celotno pripravo možno prestavljati ročno, zato smo morali

dodati kolesa, ki so v primeru premika nameščena na konstrukcijo, in odstranjena, ko je na

njo pripet delavec. Odločili smo se za standardna kolesa, ki se uporabljajo za prikolice, le da

smo jih pritrdili na nosilce, kjer se s pomočjo vretena dvignejo (slika 3.6).


- 17 -

Slika 3.4: Končna konstrukcija

Slika 3.5: Konzolni nosilec


- 18 -

Slika 3.6: Nosilec koles

3.3 Analitični preračun sil na konstrukcijo

Vhodni podatki:

m = 100 kg

β = 45°

g = 10 m/s2

L = 6 m (računamo za najbolj neugoden primer)

M= 25000 N

Teža delavca: G = mg


- 19 -

Slika 3.7: Prikaz razmer

Težo delavca lahko v tem primeru nadomestimo z masno točko in tako dobimo sistem

matematičnega nihala (slika 3.6).

Slika 3.8: Sile


- 20 -

Masno točko premaknemo iz ravnovesne lege in jo iz neke višine »h« spustimo. Zaradi teže

kroglice, ki je točkovno vpeta preko vrvice na togo podlago, prične kroglica nihati. Nihanje

kroglice je dušeno in stremi k temu, da se po določenem času ustavi v najbolj stabilnem

položaju.

Izračun maksimalnega raztezka vrvi

Za izračun maksimalnega raztezka uporabimo razširjen zakon o ohranitvi energije:

→ (3.1)

→

(3.2)

Ko v enačbo vpeljemo modul vrvi » M « in faktor padca »φ «:

→

(3.3)

(3.4)

dobimo

… maksimalni poves vrvi zaradi lastne teže (3.5)

Izračun maksimalne sile v vrvi

(3.6)

→

(3.7)


- 21 -

Primer obremenitve na konzolo

Globina padca:

(3.8)

Faktor padca:

(3.9)

Reakcija v sidrišču v Z smeri

= … upoštevanje sunka s silo FT in G (3.10)

=

= 1,35 …varnostni faktor za lastno težo po Eurocode 3

Reakcija v x-smeri za kot β (ravnina XZ) – vzdolž konzole

=

… upoštevanje lastne teže (3.11)

Reakcija v sidrišču v y-smeri za kot β (ravnina YZ) – pravokotno na smer konzole

=

Primerjava s standardom PD CEN/TS 16415:2012 in EN 361

Standard PD CEN/TS 16415:2012 [7] predpisuje smernice za dimenzioniranje sidrišč.

Standard predpisuje postopek testiranj pri možnih najneugodnejših razmerah in se navezuje

predvsem na področje gorskega plezanja, kjer varnostna vrv ni med uporabo nenehno napeta.


- 22 -

Po tem standardu je potrebno vsako sidrno napravo dimenzionirati na vertikalno breme 12 kN

(za eno osebo) in za vsako osebo dodati 1 kN. Torej lahko iz našega izračuna (enačba 3.10)

predvidevamo, da je potrebno za ta standard vedno upoštevati dodaten varnostni faktor 2

(enako zahtevo smo prejeli tudi od podjetja ANTHRON).

Po standardu EN 361 [8] velja, da je maksimalna dovoljena sila sunka pri padcu osebe z

višine lahko največ 600 kg, vsaka višja vrednost lahko osebo trajno poškoduje.

Slika 3.9: Varnostni faktor

Najbolj neugoden primer padca je pri faktorju 2 ( za ta primer smo naredili preračun)

(slika 3.7) (3.12)

Po standardu EN 361 [8] z upoštevanjem faktorja 2 torej velja

za eno osebo, za vsako dodatno osebo + 1 kN

Iz tega sklepamo, da se naš preračun ujema z obema standardoma.

V realnosti za delavca to ne velja, saj ni nikoli prisoten nad sidriščno točko. Največ kar lahko

doseže je varnostni faktor 1, ker pa je vpet na varnostno vrv prek samonavijalca, ki delavca


- 23 -

zaustavi v trenutku padca, je realen varnostni faktor nižji, vendar smo zaradi zahtev standarda

pri nadaljnjem preračunu napetosti uporabili silo, ki deluje na človeka pri varnostnem faktorju

2, torej 13 kN za 2 osebi.

(3.13)


- 24 -

4. MKE ANALIZA

Po pripravi 3D modela nas je zanimalo, kako se konstrukcija trdnostno obnaša in kakšne so

mehanske lastnosti, ko jo obremenimo s silo. Numerično analizo smo pripravili v

programskem paketu Abaqus, ki deluje na principu metode končnih elementov. Zanimala nas

je maksimalna napetost in pomiki v konstrukciji ter lokacija le-teh.

Med pripravo numeričnega modela smo morali pripraviti 3D geometrijski model, določiti

materialne lastnosti, sestaviti mrežo, določiti robne pogoje in obremenitve.

Določitev materialnih lastnosti

V preglednici 4.1 imamo podane potrebne fizikalne lastnosti materiala za preračun v

programu [2].

Preglednica 4.1: Osnovne lastnosi aluminija

Material Modul elastičnosti –E

[N/ ]

Poissonovo število Gostota

[ ]

AlMgSi1 70000 0,3 2700

Preglednica 4.2: Materialne lastnosti aluminija

Material Modul elastičnosti –

E [N/ ]

[N/

[N/

AlMgSi1 70000 360 260


- 25 -

Določitev robnih po ojev

Prvi korak v analizi je bil, da smo predpisali materialne lastnosti iz preglednice 4.1. V

nadaljevanju smo morali najprej postaviti vpetja, ki so lahko toga ali pa gibljiva v

določenih s ereh. Za naš odel s o pripravili več načinov vpetja, in sicer najprej togo

vpeli samo eno podporno nogo, in nato postopoma dodajali toga vpetja na vse podporne

noge saj smo z tem najbolj videli ka šni so po i i v onstru ciji sli a . .

Slika 4.1: Vpetje kostrukcije

Naslednji korak, je bil, da smo konstrukciji pripisali sile, ki delujejo na njo. Najprej smo

morali predpisati obre enitev zaradi lastne teže (masa približno 400 kg), kar smo

naredili tako, da smo pripisali gravitacijsko silo in nato je program sam glede na gostoto

materiala določil a šna je lastna obre enitev. Ker ora naša onstru cija zdržati silo

oseb smo mesta, kjer bosta osebi vpeti, obre enili z tlačno silo sli a . in sli a . , ki

s o jo izračunali po enačbi

. (4.1)

p[MPa] tlačna sila

F[N] = sila delavcev

t[mm] = debelina nosilca

d[mm]= premer luknje nosilca


- 26 -

Slika 4.2: Vpetje sile na sredinskem nosilcu

Slika 4.3: Vpetje sile na kotnem nosilcu


- 27 -

Mreženje konstrukcije

Konstrukcijo smo zamrežili končnimi elementi velikosti 20 mm, in jo na najbolj kritičnih

delih zgostili na 5 mm za natančnejše rezultate. Za mreženje smo uporabili tetragonalne

končne elemente s kvadratno interpolacijo tipa C3D10 (slika 4.4).

Slika 4.4: tetragonalen element

Slika 4.5: zamrežena konstrukcija


- 28 -

Rezultati MKE analize

Dopustno napetost izračunamo po enačbi 4.2

a ( 4.2)

Za izračun napetosti smo eno podporo togo vpeli ( Ux=Uy=Uz=0) in 3 podpore pustili odprte

(Uz=0),. Na sliki 4.6 vidimo, da znaša največja kritična napetost pri vpetju v vogalu nosilca

a, vendar je taka napetost prisotna le na podpori, ki smo jo togo vpeli. Na

sliki 4.7 so prikazane napetosti pri istem vpetju, le da smo silo prestavili na sredino nosilca.

Največja napetost je v tem primeru enaka a.

Slika 4.6: Primerjalne napetosti pri vpetju v vogalu

a< 236 MPa

Območje večjih

napetosti


- 29 -

Slika 4.7: Primerjalne napetosti pri vpetju sredini

Visoke napetosti so se v obeh primerih pojavile v tudi pri stičišču podpornih reber s profilom.

Slednje je bilo za pričakovati saj je rebro zelo tanko, zato je stična površina zelo majhna. Po

barvah lahko tudi razločimo, da na drugih delih konstrukcije ni visokih napetosti kar pove da

smo jo iz tega vidika dobro zasnovali.

Za izračun realnih pomikov smo morali spremeniti velikost sile, ki deluje na konstrukcijo

(tukaj se ni upošteval varnostni faktor 2) na 6,5 kN oz. 54,16 MPa tlačne sile. Prav tako smo

konstrukcijo tokrat obremenili le na sredini.

a< 236 MPa


- 30 -

Slika 4.8: Pomiki na konstrukciji za prvi primer vpetja

Vpetje:

Točka 1→

Točke 2,3,4 →

Tri noge pri sunku sile zdrsijo od prvotne lege za skupno dolžino 91 mm.

1

4

2

3


- 31 -

Slika 4.9:Pomiki na konstrukciji za drugi primer vpetja

Vpetje:

Točki 1,2→

Točki 3,4 →

Dve nogi pri sunku sile zdrsijo od prvotne lege za skupno dolžino 63 mm.

1

4

2

3


- 32 -

Slika 4.10: Poves kostrukcije pri togem vpetju nog

Vpetje:

Točki 1,2,3,4→

(4.3)

<18,5 mm

Zgoraj je prikazan pomik konstrukcije, če so vse podpore togo vpete, kar predstavlja najbolj

neugoden primer (če bi imeli pripravo fiksno vpeto v tla in se sila nebi ublažila z pomiki

podpor). Maksimalen pomik U=27 mm se tu nahaja v vpetju na letvi, ki pa je kupljena in

1

4

2

3 =18 mm


- 33 -

certificirana zatorej ga ne rabimo upoštevat (iz istega razloga ni prikazana na sliki 4.10).

Pomik izračunan v enačbi 4.3, ki izhaja iz standarda SIST EN 1993, [10] se nanaša na

maksimalen poves konstrukcije U=18 mm, ki je prisoten na prečnem profilu kjer je sidrišče

vpeto. Ta profil je tudi najbolj obremenjen saj nanj deluje največja sila. Tak primer v realnosti

v našem primeru ni možen saj bodo podpore vedno proste in bodo ublažile silo na

konstrukcijo, zatorej bodo pomiki v realnosti še manjši.

Potisna sila na voziček:

Eden od pogojev je tudi, da lahko varnostno pripravo delavci prestavljajo sami, zato nas je

zanimalo, kako velika je sila, ki je potrebna za premik vozička. Izračunali smo jo s pomočjo

enačbe 4.4. Pri izračunu smo upoštevali lastno težo konstrukcije in pa kotalni odpor, ki ga

predstavlja vpliv podlage na kolesa.

Slika 4.11 prikazuje sile, ki delujejo na kolo varnostne priprave.

Slika 4.11: Kotalni odpor

,


- 34 -

Preglednica 4.3: Koeficient kotalnega trenja za različne podlage

= 4000

= 40 (4.4)

[kg] = 400

. =3924

= 0,01

r 0,25

]

Z izračunom smo ugotovili, da moramo na eno podporo s kolesom delovati z 40 N sile, če jo

hočemo spraviti do premika. Ker imamo 4 podporne noge s kolesi, znaša celotna sila za

premik konstrukcije 160 N oz. 16 kg, kar ni prevelika obremenitev niti za 1 osebo.


- 35 -

5. PRIPRAVA DOKUMENTACIJE IN IZDELAVA PRIPRAVE

Pred izdelavo priprave smo naredili vso ustrezno tehniško dokumentacijo. Dokumentacija je

vključevala pripravo kosovnice, pripravo sestavne risbe z osnovnimi merami ter tehniških risb

z dimenzijami profilov in obdelovalnimi postopki. Zaradi politike podjetja ADK je v prilogi

priložena le sestavna risba z osnovnimi merami.

Izdelava priprave je potekala v podjetju ADK. Po pripravi dokumentacije je izdelava potekala

po naslednjih korakih:

nabava materiala,

priprava materiala za obdelavo,

razrez profilov in pločevine,

brušenje faz,

sestava pozicij,

varjenje pozicij,

Slika 5.1: Končna oblika priprave


- 36 -

Slika 5.2: Kolesa za premik pripr


- 37 -

6. ZAKLJUČEK

V diplomskem delu je predstavljen razvoj delovne priprave v podjetju, ki je načeloma vedno

enako zasnovan. Vedno se najprej začnejo zbirati informacije o problemu. V našem primeru

je varnostni inženir postavil zahtevo o varovanju osebe, ki bo opravljala delo na komponenti.

Naša naloga je bila izbrati, po katerih standardih je potrebno konstrukcijo snovati, nato je

sledilo iskanje idej, kako bi lahko problem rešili. Ideje, ki že v osnovi niso ustrezale

zahtevam, smo ovrgli (varnostna košara, ograja na komponenti). Kasneje smo s hitrim

statičnim preračunom ovrgli še idejo o cevni konstrukciji. Ko smo imeli idejno zasnovo, smo

se lotili dimenzioniranja priprave. Izbrali smo dimenzije, ki so ustrezale velikosti komponente

in za katere smo ocenili, da bodo prenesle dane obremenitve. Ker standard PD CEN/TS

16415:2012 določa silo, ki jo mora konstrukcija prenesti na število oseb, nas je zanimal razlog

za tako veliko preobremenitev. Po analitičnem preračunu se je izkazalo, da takšna

obremenitev nastopi pri najbolj neugodnem primeru padca iz višine in čeprav v našem

primeru takšen padec ni mogoč, je treba upoštevati, da varujemo človeško življenje. Da smo

lahko konstrukcijo označili kot varno za uporabo, smo z numerično simulacijo s programskim

paketom Abaqus dokazali, da so maksimalne napetosti in pomiki manjši od dopustnih, in da

je le-ta varna za uporabo.

Glavni cilj diplomske naloge je torej bil razvoj priprave, ki ustreza vsem zahtevam za

varovanje oseb. S postopnim razvojem po zgoraj določenih točkah nam je to v celoti tudi

uspelo, saj je priprava že v uporabi v podjetju ADK.


- 38 -

7. VIRI

[1] Interna literatura podjetja ADK

[2] Kraut Bojan. Krautov strojniški priročnik, 15. slovenska izdaja /izdajo pripravila Jože

Puhar, Jože Stropnik. Ljubljana : Littera picta, 2011

[3] Uredba o varnosti in zagotavljanju varnosti in zdravja pri delu na začasnih in premičnih

gradbiščih, Uradni list RS. št. 83/05

[4] ADK (svetovni splet). Dostopno na WWW: http://www.adk.si [27.7.2015]

[5]Liebherr(svetovnisplet), Dostopno na WWW:

https://www.liebherr.com/external/products/products-assets/250651/NTB_R9800_enGB-

US.pdf

[6] Wikipedija (svetovni splet). Dostopno na WWW:

https://sl.wikipedia.org/wiki/Kopa%C4%8D_(stroj)

[7]PD CEN/TS 16415:2012, »Personal fall protection equipment. Anchor devices.

Recommendations for anchor devices for use by more than one person simultaneously« PD,

2012

[8] BS EN 361, »Personal protective equipment against falls from a height - FulL body

harnesses, BSI, 2002

[9] BS EN 795, »Protection against falls from a height -Anchor devices - Requirements and

Testing, BSI, 1997

[10] SIST EN 1993, »Evrokod 3: Projektiranje jeklenih konstrukcij – 1-8. del: Projektiranje

spojev – Nacionalni dodatek, SIST, 1993

http://www.adk.si/

https://www.liebherr.com/external/products/products-assets/250651/NTB_R9800_enGB-US.pdf

https://www.liebherr.com/external/products/products-assets/250651/NTB_R9800_enGB-US.pdf

https://sl.wikipedia.org/wiki/Kopa%C4%8D_(stroj)


- 39 -

8. PRILOGE

V prilogi je priloženo:

- Sestavna risba priprave

- Risba varnostnega vodila

- Navodila za uporabo


- 40 -

8.1 Priloga št.1 – Sestavnica


- 41 -

8.2 Priloga št.2 – Varnostno vodilo


- 42 -

8.3 Priloga št. 3 – Navodila za uporabo


- 43 -


- 44 -


- 45 -


- 46 -


- 47 -

DELO NA VIŠINI - UM

Documents

Transcript of DELO NA VIŠINI - UM