Nosturikuorma-auton runkovahvikkeen kehittäminen

Abstract

Työn aiheena oli nosturikuorma-auton runkovahvikkeen kehitystyö. Tavoitteena oli laatia rakenteisiin liittyvä suunnittelutyö yritykselle sekä saada toimeksiantajan kanssa sovitut parannustoivomukset täytettyä mahdollisimman hyvin. Keskeisistä parannustoivomuksista laadittiin suppea kolmen kohdan tavoitelista. Listalla esitettyinä tavoitteina olivat perustat sille, miten tutkia mahdollisuutta tehdä rungosta aiempaa matalampi ja kevyempi sekä saavuttaa kiertojäykkyys. Aluksi työssä täytyi perehtyä ajoneuvon ja nosturin mekaniikkaan, johon liittyi ajoneuvon vakavuuden ja maksimikuormituksien määrittäminen eri nostotilanteissa. Maksimikuormituksien arvot toimivat lähtötietoina lujuustarkasteluihin, jotka toteutettiin FEM-menetelmällä.

Suunnittelutyössä käytettiin apuna CAD-ohjelmistoja. Ensimmäiseksi piirrettiin auton geometriset mitat 2D-CAD-ohjelmalla. Piirustuksien perusteella suunniteltiin kehittyneempi versio uudesta runkovahvikkeesta. Näiden perusteella pystyttiin luomaan geometrinen malli uudelle runkovahviketyypille, jotka mallinnettiin 3D-CAD-ohjelmalla. Runkovahviketta muutettiin alkuperäisestä ja siitä pyrittiin tekemään tavoitelistan mukainen. Rungosta toivottiin kevyempää, mutta uuden runkovahvikkeen painoeroa vanhaan ei tutkittu työssä. Rungosta tehtiin matalampi muuttamalla rakenteita, materiaaleja ja hitsauskokoonpanojärjestystä. Palkki- ja levyrakenteita muutettiin ja pyrittiin saavuttamaan mahdollisimman hyvä rungon kiertojäykkyys. Kiertojäykkyyden tuloksia arvioitiin tietokonepohjaisessa FEM-simuloinnissa.

Runkovahvikkeen 3D-mallin ja nosturin maksimikuormituksien tulosten pohjalta luotiin FEM-malli. Mallin päälle luotiin elementtiverkko ja kuormitustesteissä simuloitiin eri nostotilanteita. Tulosten perusteella tutkittiin rungon siirtymistä ja jännitystä rungon eri kohdissa. Erityisesti testissä kiinnostivat maksimijännitys, maksimisiirtymäarvot ja kriittisimmät kohdat. Näihin seikkoihin voisi jatkossa rakennesuunnittelussa kiinnittää huomiota. Tulosten tarkasteluissa päädyttiin siihen, että etutukijalan kiinnityskohdat olisi hyvä suunnitella erillisenä työnä. Merkittävää kiertymiseen viittaavaa jännitystä tai siirtymää ei tapahtunut testien perusteella. Testien perusteella prototyyppi kestäisi rakenteisiin kohdistuvan maksimijännitys arvon verratun materiaalin myötörajaan. Testiin on kuitenkin suhtauduttava kriittisesti vielä tässä vaiheessa.