Pomoč statika manipulatorja

[Pek]

Pozdravljeni, konstruiram manipulator z dvema zgibnima rokama, pa bi potreboval malce frišne perspektive, ker mislim, da sem se ujel v neko spiralo idej in iščem nek optimum v doglednem času... Torej gre za manipulator, ki prevzame breme 1500N, steber in roke morajo biti višje od človeka, človek pa manipulira "voziček", ki to breme (ki sedi v "koritu") odpelje za okoli 1500mm stran iz stroja. Da smo si na jasnem, operater bi pritisnil na gumb, ki bi to korito odpeljal iz stroja.

Nekako sem si sam postavil zahteve glede varnostnih faktorjev in dopustnih povesov (še vedno gre za manipulator in ni preferabilno, da se konstrukcija pretirano upogiba ko se prevzema breme) in sicer sem začel z varnostnim faktorjem 10 in dopustnim povesom 20mm na mestu delovanja sile (glej sliko- roka 4 je neskončno toga in predstavlja mesto delovanja sile, namesto tega pride specialen voziček, ampak shematsko je to povsem dovolj) in sem iz tega dobil kar velike preseke profilov, seveda mi je v interesu dati čim manjše profile, da znižam vztrajnost celotnega sistema, tako da sem znižal varnostni faktor na 8 in povišal dopustni poves na 30mm, dobil bolj "užitne" profile, nato sem začel detajlirat spoj med roko 1 in roko 2 in seveda dobim enormen moment (30kNm v najbolj obremenjeni konfiguraciji rok- vsaj gledano za ta spoj). Seveda je najbolje dati čim večjo distanco med ležaji, da zmanjšam silo na ležaje, bi pa bil detajl izredno grd (ležaji na večji distanci, kot pa je profil), zato sem izhajal iz višine profila in dobil izredno velike sile, potrebna os pa seveda grozno velika. Detajl sem si zamislil kot profil nad profilom s tem, da ima zgornji profil ležaje, iz spodnjega pa gleda os.

Da pa ne bom predolg za uvod, ali kompliciram z varnostnimi faktorji, dopustnimi povesi, ker se potem zakomplicira vsa zgodba z detajli itd... Razmišljal sem tudi, da bi pod vertikalo dal kolo, da zmanjšam moment na profile, če pa še grem korak dalje pa bi ga dal tudi pod koritom, pa se dejansko znebim skoraj vseh momentov in imam res zelo vitko konstrukcijo, vendar mi je ta varianta res izhod v sili. Prilagam slike raznih obremenitvenih konfiguracij, seveda shematsko.

[Žerjavar]

Težko razumeti.
-Steber, je fiksno sidran v temelj?
-Voziček (korito), kako je povezan s prikazano konstrukcijo?
- Zgib vidim le med roko 1 in 2 z vertikalno osjo. Potreben kot zasuka, morda tloris možnega položaja sile glede na steber?
- Neskončno toga roka? To ne obstoja, lahko govorimo le o max. dovoljeni deformaciji ( odstopanje položaja prijemališča sile). Ali je pot prijemališča sile le horizontalna?
- Varnostni faktor? Ali je pričakovana možna rušitev konstrukcije pri 10 krat povečani obremenitvi (15 kN)? Razlog za tako visok faktor? Če je merodajen pogoj deformacije, običajno delamo z varnostjo napetosti do meje elastičnosti.

[Pek]

Razumem, vsega naenkrat nisem napisal, ampak gremo po vrsti.
- Da, steber je fiksno sidran v temelj.
- Korita sedi vzdolž roke 4, težišče korita in bremena predstavlja puščica s silo na koncu roke 4.
- Zgib je med roko 1 in stebrom, ter med roko 1 in roko 2, roka 3 je v bistvu del roke 2, vendar ima svoj presek, zato je "klasificirana" kot svoja entiteta. Na slikah so prikazane ekstremne konfiguracije manipulatorja, ki dajo maksimalne obremenitve na konstrukcijo, kjer je vertikalna sila jasno označena, tako da se iz slik vidi položaj sile glede na steber, edino kar nisem pripisal je to, da je roka 4 dolga 1500mm.
- Seveda mi je jasno, da neskončno toga roka ne obstaja, namesto tega bo specialen voziček, ki pa še je del razvoja. Vem pozicijo težišča bremena, zato sem cel voziček zamenjal s togo roko in na tem mestu gledam povese (bližnjica, da si ne potrebujem za vsako iz kota zasuka roke 3 računat poves na točki sile). Če sem prav razumel vprašanje glede horizontalnosti prijemališča sile, da, prijemališče sile potuje po ravnini, ki je vzporedna tlom, odklon iz te ravnine predstavlja poves konstrukcije.
- Glede varnostnega faktorja je pa takole, po navadi konstruiram vsaj na varnost 3, zaradi dinamičnih tranzientnih efektov (recimo ko neko breme pade na konstrukcijo). V mojem primeru sem tudi izhajal iz tega, vendar sem dobil zame nesprejemljivo velike povese (kaj je sprejemljivo in kaj ne, si pustim povedati oziroma sprejmem vsako perspektivo), napetosti pa načeloma majhne. Zatorej sem si postavil kriterije in za napetosti in za poves z roko v roki. Torej primarno poves konstrukcije mi da varnostni faktor (govora je do meje elastičnosti seveda) toliko in toliko, v mojem primeru mi poves 20mm (na koncu roke 4 seveda), z napetostmi da faktor varnosti 10 do meje elastičnosti. Torej profili zdržijo 10x nominalne obremenitve brez problema. Če pa potlej vzamem 10x te sile in grem gledat kaj se mi dogaja v zgibih (ker kaj mi pomaga, da profili zdržijo 10x sile, če pa zgib ne), pa seveda dobim čuda. Mimogrede, povese sem računal z nominalno obremenitvijo torej 1500N, da ne bo zmot.
Torej, dizajn konstrukcije mi "vozi" deformacija, ne pa napetosti, iz te deformacije pa si potem kontra poračunam varnostni faktor, ki ga potem apliciram po zglobih in dobim grde, glomazne zadeve. Zato sem razmišljal o dodatku koles pod vertikalo (roko 3) in pa pod koritom. Namreč najprej manipulator prevzame breme in bi s kolesom pod vertikalo imel zelo zmanjšan moment na konstrukcijo, nato pa se to breme z vozičkom zapelje iz stroja za 1500mm, kar shematsko kaže roka 4, to mi pa da maksimalno obremenitev na konstrukcijo. Zato sem razmišljal še o dodatnem kolesu na koritu, ki mi pa momente na konstrukcijo praktično izniči, oziroma zreducira na minimum. Vendar se nekako otepam tega, ker je ideja manipulatorja ta, da nimam nič pod nogami, nič me ne more povoziti, nikamor se zatakniti,...

[Žerjavar]

-Položaj rok je upoštevati tudi vmesni. Napetosti so upogibne in za roko1 tudi torzijske. Nek vmesni položaj pa tudi zahteva kontrolo napetosti in deformacije.
- Tip nosilcev predlagam le okrogle cevi in morda še dodatna ojačitev oglišč (priključkov). Če je obremenitev in teža pretežno vertikalna, roke 2, 3 in 4 za povečanje togosti je možna celotna hipotenuza čez ogel (predalčje).
- Izjemna obremenitev ob odlaganju bremena: Če je to vedno na istem mestu, bi tam dal fiksno podporo, ki je dvignjena in podpira le v času odlaganja.
- Varnostni faktor: načeloma bo za vse elemente (tudi zglobe) merodajna obremenitev ob max. deformaciji. Ta obremenitev je merodajna tudi za napetosti v elementih z predpisano varnostjo do meje plastičnosti. Prekoračitev te obremenitve ne pride za izračun v poštev, ker je vseeno kaj se ruši (zglob se lahko ruši prej kot konstrukcija). Tudi prekoračitev napetosti preko meje elastičnosti ne pride v poštev, ker pusti trajno deformacijo in s tem izpad funkcionalnosti.

[Sebek]

Bolj kot gledam tele skice, bolj se mi zdi da rabiš konzolno dvigalo.

https://www.google.com/search?q=konzoln ... e&ie=UTF-8

[Žerjavar]

se mi zdi da rabiš konzolno dvigalo.

Glede na dovoljeno deformacijo, sklepam da je to maks. odstop položaja, ne glede na smer. Upravljanje želi le s pritiskom na gumb = prenos iz točke A v B je avtomatski (točnost položaja). To bo konzolno dvigalo težko dosegalo.

[Pek]

Se opravičujem, da nisem prej odpisal, smo imeli probleme z elektriko, kakor pol Slovenije...
V glavnem, manipulator je kar prava stvar, ker ni namen samo privzdvigniti bremena in ga prenesti an drugo mesto, ampak je dodana vrednost to, da je na njemu voziček, ki opravlja druge kinematične gibe in temu ustrezno mora biti konstrukcija sposobna prenašati obremenitve, ki je konzolno dvigalno ni zmožno.
Hvala za namig glede fiksne podpore na mestu delovanja izjemne obremenitve, tako nekako sem že v uvodnem tekstu namignil, sedaj pa sem še bolj resno razmislil in se odločil, da bom najverjetneje dal fiksno kolo direkt na korito, s katerim prenašam breme, to kolo pa se vozi s koritom. Na ta način izredno zmanjšam obremenitev na konstrukcijo in mi olajša življenje.
Zaenkrat hvala za nasvete.