Værksteds og
montagekran
Kursusprojekt 6
Side 2 af 27
Titelblad
Værksteds og
montagekran
2. semester, produktionsteknolog uddannelse
17 December 2009
Uddanelse: Udarbejdet af:
VIA University Danmark,
Chr. M. Østergårdsvej 4,
8700 Horsens
Side 3 af 27
Indholdsfortegnelse
Indledning ......................................................................................................................................................... 4
Problemformulering ........................................................................................................................................ 5
Problem analyse ............................................................................................................................................. 6
Kranberegning ............................................................................................................................................... 6
Beregninger af bom ....................................................................................................................................... 9
Beregning af ryg ........................................................................................................................................... 15
Beregning af bolte ....................................................................................................................................... 18
Kran beregning ved løft ............................................................................................................................... 20
Beregning af vægt ........................................................................................................................................ 22
Problemløsning ............................................................................................................................................. 23
Procesdiagram ................................................................................................................................................. 24
Tegningshierarki .............................................................................................................................................. 25
Bilag ................................................................................................................................................................. 27
Side 4 af 27
Indledning
Denne rapport er lavet ud fra et kursusprojekt på uddannelsen produktionsteknolog.
Rapporten skal give et indblik i, hvordan man laver beregninger på en værksteds-
montagekran.
Beregningerne vil vise, hvordan man tager højde for sikkerhedsfaktorer, så der ikke sker
brud og bøjninger på de enkelte komponenter i kranen, som udsættes for belastning,
hvilket skal undgås for enhver pris.
Kranens krav bygger på en markedsundersøgelse, der er blevet lavet til denne opgave.
Opgaven er stillet til en medarbejder på virksomheden, og opgaven er løst ud fra dette
udgangspunkt.
Side 5 af 27
Problemformulering
Efter en markedsundersøgelse, der er blevet lavet til maskinfabrikken, er man kommet
frem til, at der vil være potentiale for at udvikle en værksteds- og montagekran.
Der er tale om en værkstedskran, der kan bruges til lettere løftearbejde til såvel erhvervs-
som hobbybrug.
Ifølge markedsundersøgelsen skal kranen leve op til følgende efterspurgte krav:
• Kranen skal kunne køre på plant underlag
• Kranen skal have en løftehøjde på 1750mm
• Kranen skal kunne løfte 650KG i en bærearm på 1100mm, og derudover skal
armen kunne forøges i 4 spring, så krankrogen kommer ud i en afstand på 1500mm
fra omdrejningspunktet
• Kranen skal være enhånds- og hydraulisk betjent.
Der skal være mulighed for at kunne klappe kranen sammen, så den kan stilles væk eller
tages med i en varebil
Side 6 af 27
Problem analyse
Kranberegning
I dette punkt vil jeg vise, hvordan jeg har beregnet alle
dataene på kranen.
Her vil kunne ses, hvordan kræfterne forplanter sig rundt i
kranen ved max. belastning (650kg)
Alle dele er af rektangulære rørprofiler af materiale S235, da
det er et let tilgængeligt profil at fremskaffe.
Sikkerhedsfaktor ved denne konstruktion er normal efter DS
409.
Sikkerhedsfaktoren vil dermed være 0,8, så den tilladelig fyd-grænse vil være
201 (235*0,8).
Side 7 af 27
Beregning på udlægger (209E2605)
Beregnes som en indespændt søjle.
Med beregning som grundlag vælges et RHS profil
Data:
Profil 50*30*2,9 mm
Materiale = S235
Wx= 5,36*10³ mm³
Areal = 0,423*10³ mm²
Normalspænding
=
=
10212
0,423 10
= 24
Forskydning:
=
=
6500
0,423 10³²
= 15,36² 201²
Side 8 af 27
Bøjningsspænding
=
=
650000
5,36 10
³
= 121
201
Overspænding
= +
= 24 + 121 = 145
Sammenligningsspænding
=
² + 3 ²
=
145
+ 3 15.36
= 147,42
201
Side 9 af 27
Beregninger af bom (209E2604)
Jeg vælger at placere cylinderen 400mm inde på bommen, da det giver mulighed for at
have den rette placering af løftearmen.
Data:
Profil 90*50*4 mm
Materiale = S235
Wx= 24*10³ mm³
Areal = 1,04*10³ mm²
Momentet omkring Fv:
=
6500 1100
400
= 17875
.
17875 = 10212
= 10212
= 17875 6500 = 11375
Normalspænding
Der er lavet et snit lige der, hvor cylinderen skal side, da der vil være de største
spændinger.
=
=
10212
1,04 10
= 9.81
Side 10 af 27
Bøjningsspænding
Bøjningsspændinger er den spænding, der kommer i emnet, når det påvirkes af en kræft.
Ved bøjningsspændingsberegning kontroller man, at emnet kan holde til den kræft, der
påføres emnet, så der ikke kommer brud.
=
24 10
189 201
Forskydningsspænding
Forskydningsspænding er den spænding, der kommer i emnet på langs af emnet med den
påvirkede kræft.
Ved denne beregning kontroller man, at emnet ikke når fyd-grænsen.
=
6500
0,846 10³
= 7,9
Overspænding
Overspænding er en beregning, hvor man tager normalspændingen +
bøjningsspændingen, hvilket giver emnets overspænding.
+
= 9,81 + 189 = 198,81
Side 11 af 27
Samlingsspænding
+ 3
198
+ 3 7,9
= 201 201
Som det kan ses ligger samlingsspændingen lige på kanten af det tilladelige.
Løsningen på dette problem er at svejse 2 plader på siden af bommen, som skal bruges til
at fastgøre cylinderen.
Side 12 af 27
I dette afsnit vil jeg vise, hvordan man regner tyngdeakserne ud og derefter
modstandsmoment.
Der er lavet et snit lige igennem bommen, hvor de to cylinderplader sidder fast, og hvor
cylinderen bliver fastgjort.
Areal 1 som er cylinderplade (209E2630)
(190*10)-(40*10)=1500mm2 Areal1
Areal 2 som er bom (209E2604)
=802mm2 er slået op i tabellen for rørprofiler Areal2
Samlet areal er:
1500+1500+802=3802mm2
Side 13 af 27
Tyngdeakserne
=
1500 120 + 802 155 + 1500 120
3802
= 127
=
1500 5 + 802 30 + 1500 55
3802
= 30
De nye tyngdeakser vil komme til at ligge på følgende måde:
X vil ligge 127mm op af Y aksen
Y vil ligge 30mm ind af X aksen
Beregning på inertimoment i x aks
=
1
12
10 190³ + 0,492 10
= 6207833
Beregning på modstandsmoment i X aks
=
6207833
127
= 48880³
Beregning af spændinger på armen, hvor cylinderpladerne er sat på:
Normalspændinger
=
6500
3802
= 1,71 201
Side 14 af 27
Bøjningsspændinger
6500 700
48880
= 92 201
Forskydningsspændinger
=
=
10212
3802
= 2,69 201
Overspændinger
= +
= 1.71 + 93 = 94.8
Samlingsspændinger
=
+ 3
93
+ 3 2.69
= 93.1 201
Ved at sætte cylinderplader op af siderne på ryggen / bommen forøger man arealet af
profilen.
Det betyder, at profilen bliver styrket, så den kan klare en større kræft, som kan ses på
beregningerne ovenfor.
Side 15 af 27
Beregning af ryg (209E2603)
Ryggen har en belastning fra bommen på 7944
RHS profil S235.
Man tager kræften (F) og deler med den maximale
fyldspænding (fyd) for at finde ud at det maximale areal, der
skal bruges til dette emne.
ø =
æ =
7944
201
= 38²
= 32.6
Spændingskontrol
Der foretages en spændingskontrol for at kontrollere, om den
lodrette stang kan klare det lodrette tryk, den vil blive udsat for.
Ls er lægten på stangen.
89.4 er en konstant.
i er intradios for den stang, der er valgt.
Er ereulers - det er den måde, stangen er understøttet på.
=
89,4
=
1000
89.4 20.2 1
= 0.55
= 0.95
Side 16 af 27
=
15888
846
= 18.78 0.95 201 = 191/²
Ud fra denne beregning kan det ses, at det er en klar overdimensionering, men jeg var
nød til at gå op i en så stor profil, da jeg havde et ønske om, at bommen skulle monteres
ind i ryggen.
Ben (209E2601)
Benene er lavet af 90*50*3.5.
Man skal tage alle kræfter, der går igennem ryggen (209E2603), som er vist i ligningen
nedenfor:
=
10212 1000 + 10212 1700
1100
= 6498
= 17875 11375 6498 = 2
Kranen er udstyret med to ben, der går ud fra ryggen, så Fd deles, så der kommer til at
være:
6498
2
= 3249
per ben.
Side 17 af 27
Som det kan ses, er Fc kun 2N, og derfor har jeg gjort benene længere med 100mm, så
benene bliver 1200mm. Jeg har gjort benene længere for at få en bedre fordeling af
kræfterne og for at øge sikkerheden ved brug af kranen ved max. belastning.
=
10212 1000 + 10212 1700
1200
= 5957
= 17875 11375 5957 = 543
Det gør, at hvis der kommer en lille smule sving i kranen ved max. belastning, vil den ikke
vippe.
Side 18 af 27
Beregning af bolte
Jeg har valgt at bruge den samme slags bolt til alle samlinger.
Bolt data: M24
kvalitet 8.8
C2= 0,65
C3=1
Hul rand
Hul rand er der, hvor man regner ud, om det hul, der er lavet, ikke bliver deformenteret af
de kræfter det påvirkes med.
=
2
=
11375
4 24
= 118 130
2
Side 19 af 27
Overklip
Overklip er der, hvor man regner ud, om den skrue, man har valgt, kan holde til de kræfter,
den bliver påvirket med.
=
3
3
=
11375
2
4
24
2
= 12
500
1
3
= 288
2
Som det kan ses på beregningerne vil en M24 bolt holde.
Jeg har valgt en M24 der er lidt større, end der kræves.
Grunden til, at jeg har valgt at bruge en M24 er, at den ser større ud, og derfor er den
visuelt mere troværdig at se på.
Side 20 af 27
Kran beregning ved løft
Jeg vil vise, hvordan kræfterne fordeler sig i kranen, når
kranen løfter op til 30°.
Når kranen løfter, så bommen ikke står i 90°, kan man se, at
kræfterne fordeler sig anderledes.
Som beregningerne nedenfor viser, er det cylinderen, som er
den del af kranen, der bliver hårdest belastet.
Rørprofilerne er dimensioneret til at holde, som det kan ses
af beregningerne ovenfor.
Beregning af bom
=
5629 1000
400
= 14172
= tan 21 14172 = 5440
= 3250 5440 = 2190
= 14172 5629 = 8543
Side 21 af 27
Beregning af ben
=
2190 1000 +
1100
= 1393
= 14172 4543 8543 = 1086
Beregning for løft
=
= 6500 1100
= 7150
Jeg kender nu momentet ved 1100mm og kan derfor nu regne baglæns for derved at finde
kraften/kg, kranen kan løfte ved de forskellige armlængder.
1000 = 7150
= 7150 = 728
kraft
Arm
kg
7150
1000
728
kg
6500
1100
662
kg
5958
1200
607
kg
5500
1300
560
kg
5107
1400
520
kg
4767
1500
485
kg
Side 22 af 27
Beregning af vægt
Vægten på kranen er en vigtig faktor, hvorfor jeg har medtaget en oversigt over vægten på
de profiler, der vil blive brugt.
En hovedregel fra arbejdstilsynet siger, at man max. må løfte 50% af egen vægt ( egen
vægt er den person, der løfter). Dette betyder, at en mand på 80kg må løfte 40kg.
Der er ikke nogle problemer med at overholde dette krav, når der henses til vægten af de
enkelte emner. Derfor er det også af stor betydning, at kranen kan skilles ad i flere mindre
dele, frem for blot at være sammenklappelig.
længe
værg
antal
i alt
udlægger
0,7
4,9
1
3,43
bom
1
8,18
1
8,18
ryg
1,3
8,18
1
10,634
ben
1,2
8,18
2
19,632
side ben
0,4
8,18
2
6,544
vægt i alt for profiler
48,42
Side 23 af 27
Problemløsning
Efter markedsundersøgelsens kriterier er jeg kommet frem til, at der godt kan laves en
kran efter disse kriterier.
Kriterier:
1. Kranen skal kunne køre rundt på et plant underlag
Der er hjul på kranen så den kan køre rundt på et plant underlag.
Hjulene købes ved Bossard A/S.
2. Kranen skal have en løftehøjde på 1750mm.
Kranen er 1710mm høj, når bommen står i vandret stilling. Kranen kan løfte op i
30°over vandret, så den kommer til at have en løftehøjde på 2260mm.
3. Kranen skal kunne løfte 650kg i en bærearm på 1100mm, og derudover skal armen
kunne forøges i 4 spring, så krankrogen kommer ud i en afstand på 1500mm.
I kranens bom er der en udlægger arm. Udlæggeren kan indstilles i 4 stillinger, så
den kan gå fra 1100mm til 1500mm.
4. Kranen skal være enhånds- og hydraulisk betjent.
Kranen løfter med en cylinder, der er enhåndsbetjent.
Cylinderen købes ved Pro Partner.
5. Der skal være mulighed for at kunne klappe kranen sammen, så den kan stilles
væk eller tages med i en varebil.
Kranen kan ikke klappes sammen, da kranens vægt vil være for stor til, at man må
løfte. En hovedregel fra arbejdstilsynet siger, at man max. må løfte 50% af egen
vægt ( egen vægt er den person, der løfter) – dvs. en mand på 80kg må løfte 40kg.
Kranen er derfor konstrueret til, at den kan pilles fra hinanden, så den kommer
under de 40kg, så alle kan – og må i henhold til arbejdstilsynets regler – løfte den
op i en varebil.
Kilde:
Arbejdstilsynet. At-vejledning D.3.3 Juli 2004
Side 24 af 27
Procesdiagram
Der er lavet et procesdiagram for at kunne se, hvordan det er tænkt, at kranen skal
produceres.
= operation.
Operation er karakteriseret ved, at emnet undergår en forandring på den ene
eller anden måde
=kontrol
Kontrol finder sted, når emner undersøges for givne ting: mål, form eller
andet.
= transport.
Transport betyder, at emnet flyttes på lager eller til andre arbejdsstadioner
Side 25 af 27
Tegningshierarki
Alle emner har et nr.,der starter med 209, som står for år 2009, så ved årsskifte vil den
komme til at hede 210.
Efter 209 kommer der et bogstav
209B = salg og bestillings nr.
Salg og bestillings nr. er det nr., der vil stå i et katalog. Det vil være det nr., der vil
henvende sig til det færdige produkt.
209H = håndskitse
Håndskitse vil være den eller de tegninger, der kommer ud af de brainstorm, der er ved en
udviklingsfase.
209K = konstruktionstegning
Konstruktionstegning er de tegninger, hvor man kan se, hvordan de forskellige emner skal
samles, f.eks. med skrue, svejsninger mv.
209E = emnetegning
Emnetegning er den tegning, hvor man kan se, hvordan det enkelte emne skal laves også
kaldt arbejdstegning.
209S = samlingstegning
Samlingstegning er den tegning, hvor man kan se det færdige produkt med en liste over,
hvad det er for emner, der skal være med.
De næste nr. i nr. er 26. To tallet står for 2semester og 6 står for kursusprojekt 6.
De sidste to tal er nr. på den denne tegning
Tegningshierarki
Års tal 2009 =209
209B26XX tegnings nr.
Semester år projekt nr.
Side 26 af 27
Tegningsoversigt
209B = salg og
bestillingsnr.
209S = samlings tegning
209H = håndskitse
209E = emne tegning
209K = konstruktions
tegning
Side 27 af 27
Bilag