Trukkitraktorin rungon suunnittelu ja laskenta

Tässä työssä suunniteltiin lappeenrantalaisen Astex Oy:n tilauksesta liikkuvan työkoneen runkorakenne. Työ tehtiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston teräsrakenteiden laboratoriossa. Suunniteltava rakenne kuului linkkuohjattuun, noin 5000 kg painoiseen trukkitraktoriin. Lähtökohtana rakenteen suunnittelulle olivat tilaajan asettamat rakenteen geometriaan ja suorituskykyyn liittyvät reunaehdot ja rajoitteet. Uuden rakenteen suunnittelussa hyödynnettiin myös tilaajatahon kehittelemää vastaavan tyyppistä prototyyppirakennetta. Rakenteen suunnitteluprosessi koostui neljästä eri vaiheesta. Suunniteltavan rakenteen lähtökohtana olleelle prototyyppirakenteelle suoritettiin koneen käytönaikaisia venymäliuskamittauksia rakenteen kuormitushistorian selvittämiseksi. Mittauksista saatujen tulosten perusteella määritettiin kuormitukset uudelle suunniteltavalle rakenteelle. Määritettyjä kuormituksia hyödyntäen ideoitiin, suunniteltiin ja mallinnettiin uusi tilaajan vaatimuksia vastaava rakenne. Uudelle rakenteelle suoritettiin lujuusanalyysit FE-analyysiä hyödyntäen. Uuden rakenteen suunnittelussa kiinnitettiin huomiota rakenteen hyvään valmistettavuuteen ja suunniteltiin rakenneratkaisut tilaajataholle mahdollisimman optimaalisiksi. Suunnittelu- ja mallinnustyö tehtiin Solidworks 2014 ohjelmistolla. Rakenteen lujuustekniset tarkastelut sisälsivät rakennedetaljien analyyttistä mitoitusta ja laskentaa. FE-laskennalla selvitettiin rakenteen ääri- ja väsymiskestävyys. Laskenta sisälsi koko rakenteen globaaleja tarkasteluja, sekä eri kriittisten rakennedetaljien yksityiskohtaisempia analyysejä. FE-laskennan pääpaino oli rakenteen väsymisanalyyseissä, jotka toteutettiin Hot-Spot- ja särönkasvumenetelmillä. Rakenteen FE-analyysien suorittamisessa käytettiin Femap, NxNastran ja Abaqus-ohjelmistoja.

Frame structure of the articulated Forklift-Tractor was designed and studied by the order of the Astex Ltd. The Designed Structure was a part of an articulated multipurpose Forklift-Tractor weighing approx. 5000 kg. The Study was carried out in Lappeenranta University of Technology. Baselines for the design work were the demands and restrictions concerning the geometry and performance of the structure set by the orderer. Design process consisted four phases. First loadings of the similar prototype structure were examined by means of straingagemeasurements to clarify the dymamic loadings and stresses in the structure while in use. Measured data was used to form design loads for the new frame structure. Utilizing the collected data and calculated desing loads the new structure, which fulfilled orderer’s expectations, was designed and modelled. Strenght calculations were carried out for the new frame by means of finite element method. Manufacturability of the structure was taken into special attentions in design phase. Structural solutions used in the frame were optimized according to orderer’s demands. Design and modelling of the frame was made using Solidworks 2014 software. Structural desing of the frame contained analytical calculations for the whole structure. Finite element method was used to examine the ultimate and fatique strength of the frame structure. Finite element calculations contained global, whole frame models and and more elaborated analysis for critical details. Emphasis in the FE-calculations was in fatique analysis of the structure that was implemented using Hot-Spot-method and Linear Elastic Fracture Mechanics. Finite element analyses for the frame were performed using Femap, NxNastran and Abaqus softwares.