Pilihan baja untuk membuat trailer

9

Saya sedang berpikir untuk membangun trailer lain. Saya telah membangun banyak trailer yang lebih kecil di masa lalu, tetapi kali ini saya ingin membuat sendiri asus tandem gandar kecil senilai 7.500 lbs.

Saya seorang tukang las bersertifikat, saya memiliki gelar Sarjana Fisika, dan saya bekerja sebagai pengembang perangkat lunak. Saya sudah tahu caranya, tetapi saya ingin masukan tentang pemilihan materi.

  • Pipa Bulat
  • Besi Siku
  • Saya berseri-seri
  • Tubing Persegi Panjang

Saat ini saya condong ke arah Rectangular Tubing sebagai yang terbaik untuk dukungan, tetapi sepertinya saya tidak dapat menemukan apa pun secara online yang menegaskan hal ini.

Setelah memutuskan bahan terbaik untuk trailer, di mana saya akan menemukan bagan yang bagus untuk memberi tahu saya ukuran dan ketebalan apa yang harus saya gunakan? Jelas, saya bisa melakukan terlalu banyak, tetapi saya ingin membangun yang ini lebih pintar daripada melemparkan besi sebanyak yang saya miliki.

Adakah yang punya input? Apakah ada grup yang lebih baik untuk memposting ini? Saya sedang mencari sesuatu di sepanjang baris jika Teknik Industri, tapi ini semua yang menarik.

EDIT:
Saya mencoba untuk membuat pertanyaan umum ini di mana seseorang dapat memberi tahu saya sesuatu seperti, "Ini adalah formula yang kami gunakan, dan ini adalah bagaimana menggunakannya ..." Sepertinya saya tidak akan mendapatkannya.

Beban terberat saya adalah traktor dengan loader ujung depan dan pemotong sikat di bagian belakang dengan berat total 5500 hingga 6500 lbs. Trailer gandar tandem dengan dua (2) poros 3500-lbs dapat mendukung muatan ini dengan baik. Saya telah memilih as roda dari poros torsi Southwest Wheel dengan rem (as roda depan akan memiliki rem, tetapi bukan bagian belakang).

Panjang trailer akan menjadi 18-kaki, dan memiliki konfigurasi gooseneck (mendistribusikan bobot lebih baik dan menarik lebih halus daripada trailer bumper). Untuk perhitungan, saya akan menggunakan kapasitas 7500-lb.

Saya melihat data struktural untuk tabung persegi menggunakan lembar spesifikasi DI SINI (berusaha untuk tidak mengiklankan situs web lain, tetapi di situlah saya melihat data). Halaman 21 menunjukkan nilai data untuk berbagai ukuran dan ketebalan.

Ada garis yang disebut Faktor Bending. Untuk trailer 18 kaki (18 x 12 = 216 inci), tabung persegi 4x2 setebal 3/8 inci menunjukkan Faktor Pembengkokan (x = 1,03, y = 1,55).

Saya menggunakan Kalkulator Rogue Fabrikasi kemarin, di mana saya memasukkan nilai-nilai berikut: Bentuk Tabung = Tabung Persegi, Diameter Luar = 4-in, Ketebalan Dinding = 0,1875-in, Bahan = "Tabung seamed murah", Beban = 3800-lbs, Tube Panjang = 216-in, dan Hazard Factor = 1, saya mendapatkan bahwa materi saya 1.22 kali lebih kuat dari kondisi pemuatan.

Selanjutnya, saya mencoba EasyCalculation's Beam Deflection Calculator , dengan nilai Panjang = 216, Lebar = 2, Tinggi = 4, Ketebalan Dinding = 0,1875, Angkatan = 3750. Ini menunjukkan defleksi sekitar 100 inci untuk 2 panjang tabung persegi panjang. Jika saya menggunakan 4 panjang, yang menurunkan gaya ke 7500/4 = 1875 per balok, dan defleksi ke 50 inci. Nilai-nilai lendutan itu tampak sangat tinggi. Itu lebih banyak besi daripada kebanyakan trailer.

Trailer gandar tandem tua yang saya gunakan sekarang hanya memiliki dua (2) panjang besi sudut 4 inci (1/4-tebal). Ini melenturkan beberapa inci, tetapi tidak 50 inci. Saya pasti melewatkan sesuatu.

Bagaimana cara menghitung jumlah flex yang akan dimiliki material sepanjang 20 kaki?

Jika tabung persegi bukan yang terbaik, itu bagus asalkan Anda memberi tahu saya apa yang akan lebih baik dan bagaimana Anda memilih konfigurasi itu ketika Anda berkomentar.

kode jp2
sumber
1
Pertanyaan ini sepertinya tidak berada dalam cakupan situs ini. Ini adalah campuran dari pendapat subyektif (setiap bagian melintang memiliki kelebihan dan kekurangan, sehingga Anda tidak dapat menentukan yang "terbaik" tanpa mengetahui apa yang sebenarnya dimaksud dengan itu) dan meminta referensi, yang keduanya tidak ada dalam ruang lingkup.
Wasabi
2
Bentuk anggota mempengaruhi momen inersia area , yang mempengaruhi pemuatan anggota. Anda perlu mendefinisikan beban, faktor keamanan, material, dan kemudian bermain dengan dimensi dan bentuk hingga Anda menemukan kombinasi yang menghasilkan beban Anda * (faktor keamanan) di bawah kekuatan luluh material tersebut. Saya memasukkan ini dalam komentar alih-alih jawaban karena Anda belum menentukan apa pun tentang cuplikan kecuali kelas generik dan Anda menginginkan traktor di atasnya. Jika Anda ingin referensi, coba teks "cacat bentuk" atau "desain mesin" apa pun.
Chuck
6
Kami tidak meminta untuk membuat serumit mungkin. Kami meminta untuk membuatnya seakurat mungkin. Mencari tahu desain yang baik tidak sepele dan tidak boleh dianggap enteng.
Wasabi
4
Anda memiliki 3 pilihan - melakukan perhitungan dan mendapatkan bagian yang tepat, menyalin karya orang lain dan berharap mereka melakukan perhitungan, atau menebak dan berharap itu berhasil dengan baik. Maksud saya, apa yang terburuk yang dapat dilakukan oleh beban 3,5 ton pada mobil dengan kecepatan 55mph di jalan raya padat penduduk? Selain sarkasme, Anda mungkin harus menganggap ini serius dan melakukan pekerjaan atau menemukan proyek yang berbeda.
Chuck
3
Di kantor kami, kami memiliki aturan umum ... "jika sesuatu bergerak, ini mekanis" Mungkin mencoba memberi tag ini dengan Teknik Mesin? Beban dinamis pada balok dan khususnya sambungan akan menjadi kritis. Hanya melakukan analisis statis pada struktur tidak akan cukup.
NamSandStorm

Jawaban:

9

Inilah rumus yang kami gunakan

Beam Bending ( tersedia di Wikipedia )

EId4δydx4=q(x)
I=(yy¯)2dA
y¯=1AydA

σmax=ymaxEd2δydx2max

Di mana adalah luas penampang balok, adalah posisi sepanjang sumbu dalam arah pemuatan balok, adalah defleksi ke arah pemuatan, adalah modulus elastisitas (cari matweb untuk mendapatkan nilai untuk materi Anda), dan akhirnya adalah fungsi beban per jarak.AyδyEq(x)

Berikut cara menggunakannya

Untuk tabung persegi panjang dengan tinggi , lebar dan ketebalan kita memiliki:HWt

y¯=0
I=WH2H2y2dy(W2t)H2+tH2ty2dy=H3W(H2t)3(W2t)12

UntukH=4in,W=2in,t=.1875in

I4.2in4

Sekarang ada pemuatan balok, ini kemungkinan di mana Anda mengalami kesulitan. Pertama mari kita lihat balok kantilever:

Di sini hanya ada dua titik yang dimuat, dukungan dan ujungnya. Pikirkan skenario papan loncat. Kami akan mengatakan dukungannya di dan beban ada dix=0Fx=L

q(x)=δ(x)F+δ(xL)F

EId4δydx4=q(x)

EId3δydx3=0xq(x)dx=F

Ini pada dasarnya mengatakan bahwa ada tegangan geser yang konstan di balok sepanjang jalan.

EId2δydx2=Fdx+C=F(xL)

Ungkapan ini untuk momen lentur pada balok. Kita tahu bahwa ujung bebas harus memiliki momen lentur nol sehingga kami menetapkan konstanta integrasi untuk mengakomodasi itu.

dδydx=1EIF(xL)dx+C=FEI(12x2Lx)

Ini mewakili kemiringan balok yang dibelokkan. Di sini kita tahu bahwa kemiringan harus nol pada dukungan sehingga kami telah menetapkan integrasi yang sesuai.

δy=FEI12x2Lxdx+C=FEI(16x3L2x2)

Di sini kita tahu defleksi adalah nol pada dukungan sehingga kami menetapkan konstanta integrasi yang sesuai. Sekarang jika kita hanya ingin melihat defleksi pada akhirnya kita pasangx=L

δy=FL33EI

Ini sesuai dengan persamaan di situs web terakhir di posting Anda.

Dari matweb untuk baja paduan menengah kami memiliki Jadi menghubungkan:E=30000ksi

δy=3.750klb(216in)3330000ksi4.2in4100in

Inilah yang dihasilkan kalkulator online. Namun, jika Anda mencoba memuat balok seperti ini, ia akan berubah bentuk secara permanen. Lengan tuas 18 kaki sangat panjang dan akan menekuk ingus dari balok dinding tipis 4in dengan kesulitan sedang. Masalahnya adalah trailer bukan balok kantilever.

jadi mari kita lihat skenario pemuatan yang lebih masuk akal. Mari kita memodelkan as roda sebagai beban titik yang terletak dan dari ujung trailer, beban didistribusikan di atas dan gooseneck mendukung tambahan di depannya.40in80in7500lbf18ft5ft

Sekarang beberapa dari muatan kami belum diketahui, tetapi kami dapat menemukan beberapa dari mereka dalam proses. Beberapa dari mereka tidak bisa, jadi mari kita tambahkan batasan tambahan. Distribusi berat akan dibagi antara as sesuai dengan variabelα

Faxles=Frear1α=Ffront1(1α)

Sekarang kita punya:

q(x)=FLH(Lx)+Faxels(αδ(xxrear)+(1α)δ(xxfront)+(FFaxels)δ(xxgoose)

Mengintegrasikan:

EId3δydx3={FLxxxrearFLx+Faxelsαxrear<xxfrontFLx+Faxelsxfront<xLFaxelsFLx

Kemudian mengintegrasikan lagi:

EId2δydx2={F2Lx2xxrearF2Lx2+Faxelsα(xxrear)xrearxxfrontF2Lx2+Faxels(x(1α)xfrontαxrear)xfrontxL(FaxelsF)(xxgoose)Lx

Perhatikan bahwa momen lentur ini harus kontinu dan kedua ujungnya harus nol karena tidak ada momen lentur yang diterapkan di ujungnya (keduanya bebas berputar) Ini mengarah ke kendala tambahan yang dapat digunakan untuk menemukanFaxles

Faxels=FxgooseL2xgoose(1α)xfrontαxrear

Namun, untuk menjaga agar ekspresi lebih pendek, biarkan dalam ekspresi.Faxels

Sekarang kemiringannya adalah:

dδydx=1EI{F6Lx3+C1xxrearF6Lx3+Faxelsα12(xxrear)2+C1xrearxxfrontF6Lx3+Faxels(α12(xxrear)2+(1α)12(xxfront)2)+C1xfrontxL(FaxelsF)12(xxgoose)2+C2Lx

Dan pada titik ini saya pindah ke solusi numerik. Saya mengintegrasikan lagi dan menemukan nilai untuk semua konstanta sedemikian rupa sehingga kemiringan dan perpindahannya kontinu dan perpindahan di angsa dan gandar belakang adalah nol. Lendutan yang dihasilkan memiliki maksimum sekitar 2 inci. Tapi saya menggunakan beban penuh dan saya seharusnya menggunakan setengah beban dengan memberikan 1 inci. Kedengarannya benar bagi saya.

Perhatikan bahwa momen lentur puncak adalah yang bila dikalikan setengah tinggi kita dan dibagi dengan momen area kita memberikan tegangan puncak ini adalah sekitar 13% kekuatan luluh baja paduan menengah pada matweb. Anda mungkin berpikir ini akan cukup maka bagaimanapun, ini hanya untuk trailer statis, tidak ada yang bergerak dan menabrak.38 k s i9kNm38ksi

Kekuatan akselerasi pada trailer dapat dengan mudah melipatgandakan beban selama periode singkat. Selain itu, gundukan di jalan akan memutarkan muatan sehingga bukan kekuatan luluh yang ingin Anda lihat, tetapi kekuatan keletihan pada jumlah siklus yang Anda inginkan agar trailer bertahan. Kekuatan kelelahan mungkin serendah 10% dari kekuatan luluh, jadi saya ingin faktor muatan minimum sekitar 30 (3/10%), kemudian tambahkan faktor keamanan 2 dan balok Anda harus sekitar 60 kali lebih kuat dari yang dibutuhkan untuk hanya memenuhi tegangan luluh Anda dalam skenario beban statis. Singkatnya, saya akan menggunakan balok yang lebih besar.

Rick
sumber
2
+1 untuk jawaban yang spektakuler. Saya harap @ jp2code menyadari upaya yang terlibat dalam membuat "hanya cuplikan".
Chuck
@ Chuck, saya ragu produsen trailer gooseneck telah menggunakan perhitungan ini. Ini adalah jawaban yang spektakuler yang mungkin akhirnya saya terima, tetapi saya ingin tahu bagaimana pabrikan menentukan bahan ukuran apa yang mereka butuhkan saat membuat trailer untuk rentang muatan tertentu.
jp2code
1
@ jp2code ini atau dugaan ini.
Chuck
@ jp2code Seperti kebanyakan masalah, setelah Anda menyelesaikan masalah setelah Anda dapat membuat alat untuk melakukan kembali semua perhitungan ketika angka Anda berubah. Jadi, tidak, mereka tidak melewati ini untuk setiap desain trailer. Mereka membuat alat untuk melakukannya untuk mereka. Kemudian mereka mungkin memverifikasi desain mereka dengan analisis FEA. Saya ragu manufaktur trailer gooseneck menggunakan kurang dari tingkat perhitungan detail ini, kemungkinan besar akan tertanam dalam alat yang mirip dengan alat online yang Anda temukan.
Rick
1
Saya tidak yakin ini benar-benar menambahkan sesuatu yang berguna untuk desain dunia nyata. Saya pernah merancang jembatan jalan 6 lajur tanpa mengintegrasikan apa pun. Saya pikir itu masih berdiri. Insinyur tidak berintegrasi.
Paul Uszak
4

Berikut adalah beberapa informasi tambahan dan diskusi panjang tentang kriteria desain trailer. Bahkan ada kertas putih di utas tentang memuat dan faktor keamanan yang harus digunakan:

Banyak untuk Desain Trailer

Ada banyak utas lain di situs itu yang memberikan informasi yang baik mengenai desain trailer.

Untuk apa nilainya, saya akan memulai desain struktur saya dengan beberapa jenis bagian baja persegi panjang dalam pikiran untuk sebuah trailer. Mereka tersedia secara teratur dan "mudah" untuk dikerjakan (potong, bor, las, pasang komponen lain, dll).

GisMofx
sumber
2

Untuk struktur trailer bagian tabung persegi panjang kemungkinan akan menjadi kompromi yang paling efisien antara kekakuan kekuatan dan kemudahan desain dan pembuatan. Tabung bundar adalah berat yang sedikit lebih kuat untuk berat tetapi jauh lebih sulit untuk berkumpul dan bergabung secara akurat, hanya karena tabung persegi panjang memiliki permukaan datar yang nyaman.

Seperti yang telah disebutkan hal seperti ini tidak dirancang oleh kalkulus di dunia nyata dan sejauh ini taruhan terbaik Anda adalah menyalin desain yang ada karena kegagalan dalam aplikasi semacam ini cenderung terjadi ketika Anda mendapatkan konsentrasi beban yang tidak terduga daripada mempertimbangkan desain sebagai sinar yang diperkirakan jadi kecuali Anda memiliki akses ke perangkat lunak FEA maka perhitungan kertas sedikit tidak ada gunanya.

Chris Johns
sumber
Saya berharap bahwa salah satu insinyur di situs ini dapat mengatakan, "Yang terbaik adalah menggunakan X untuk {sesuatu} pound". Pada akhirnya, saya hanya menjadi bintang tamu: i.imgur.com/mkOJrhS.jpg
jp2code
1
Masalahnya adalah bahwa beban aktual pada trailer adalah bagian kecil dari keseluruhan masalah yang akan saya katakan adalah bahwa untuk beban 3000 kg pada bingkai A sekitar 3m panjang 100mm x 50mm bagian kotak persegi panjang (ketebalan 3mm wal) adalah hak semacam stadion baseball untuk memberikan Anda faktor keamanan yang nyaman.
Chris Johns
2

Jika ini adalah pertama kalinya Anda bekerja dengan bagian baja struktural, atau sekadar mencari data akurat tentang sifat mekanisnya, temukan "Buku Pegangan Konstruksi Baja" resmi untuk wilayah Anda. Di sini di Kanada itu adalah "Institut Konstruksi Baja Kanada (CISC): Buku Pegangan Konstruksi Baja" dan di Amerika Serikat adalah "Institut Konstruksi Baja Amerika (AISC): Manual Konstruksi Baja". Saya tidak yakin tentang negara lain tetapi mereka hampir semuanya mengikuti format judul yang sama dan disebut "Buku Pegangan Konstruksi Baja" atau "Manual Konstruksi Baja". Seharusnya cukup mudah untuk menemukan versi resmi untuk wilayah Anda jika Anda mencarinya.

Sebagai seseorang yang tersandung di utas ini mencoba meneliti pertanyaan yang sama ini, saya tahu betapa sulitnya untuk menemukan jawaban yang dapat diandalkan. Jadi saya tidak bisa cukup menekankan hal ini. DAPATKAN DIRI SENDIRI !! Buku ini benar-benar akan menjawab setiap pertanyaan yang Anda miliki dan saya benar-benar berharap akan menemukannya lebih cepat.

Ceria, eh.

livedeht
sumber
1

Jawaban mudahnya adalah jangan merancang - menipu. Pergi dan cari trailer yang mirip dengan yang Anda cari. Foto itu dan ukur semua bitnya. (Jangan bertingkah seolah-olah Anda sedang mencoba untuk menusuknya). Bagian serupa akan dilakukan, tetapi saya akan melakukan kesalahan pada ukuran yang lebih besar.

Sekarang masalah Anda adalah: -

  1. Mengelas sendi. Saya tidak yakin apa jenis pengelasan Anda bersertifikat, tetapi pengelasan fillet baja 10mm tidak sama dengan menempel pada sayap mobil.
  2. Rem. Anda perlu memastikan bahwa mereka berfungsi. Bagaimana Anda akan mengujinya? Hanya fakta bahwa trailer tidak menurunkan drive Anda tidak berarti mereka berfungsi.
  3. Di Inggris, jika Anda membawa ini ke jalan raya umum, itu akan memerlukan sertifikat uji.

Saya benci omong kosong Kesehatan & Kebodohan, tetapi jangan meremehkan tanggung jawab yang akan Anda tanggung jika Anda mengendarai mobil ini dengan kecepatan tinggi.

Paul Uszak
sumber