______ ____MAŠINSKI FAKULTET NIŠ Prof.dr MIOMIR JOVANOVIĆ: STRUKTURNA ANALIZA KONSTRUKCIJA 1

DIPLOMSKE AKADEMSKE STUDIJE

Generacija 2010-2011

STRUKTURNA ANALIZA

KONSTRUKCIJA

Uvodno predavaje

OBLAST PRIMENE NOSEĆIH STRUKTURA

Na samom početku treba sagledati kreativan inţinjerski prostor u domenu metalnih konstrukcija mašina. Ovo tim pre što je

pojam Metalnih konstrukcija tradicionalno vezan za građevinarstvo. Softverski razvoj programa za analizu briše potrebu

klasifikacije inţinjerskih zadataka na grane idući za sveobuhvatnom analizom cele konstrukcije, bilo kakve namene da je.

Zato je pre svega značajno pokazati softverske mogućnosti programa za analizu. Zgodno je pri tome sagledati inţinjerske

objekte a to su mašine, vozila, procesna postrojenja pa i čitavi proizvodni sistemi koji sadrţe noseće strukture na kojima se

formira mašina ili postrojenje.

1.1 OPREMA MAŠINA ZA UNUTRAŠNJI TRANSPORT

U grupu uređaja za mehanizovanje pogona pretovara tereta koriste se različite vrste grabilica. Na slici I-1, pokazana je

dvouţadna industrijska grabilica za transport drvne građe i automatska klješta za slabove. Mase slabova su od 8-20 t, pa se

ovom specijalnom konstrukcijom klješta dobija potrebna pritezna sila za podizanje i transport. Njihove metalne konstrukcije

su napravljene od limenih, cevnih i profilisanih nosača.

Slika I-1 Šematski prikaz dvouţadne grabilice i automatska klješta za slabove

Na slici I-2 pokazan je sklop dizaličnih kolica sa pogonskim mehanizmima i nosećom metalnom konstrukcijom. Konstrukcija

je izrađena od ztvorenih limenih kutijastih nosača izrađenih zavarivanjem. Konstrukcija je u obliku rama na kome su

raspoređeni pogonski mehanizmi (dva pogonska mehanizma za dizanje, mehanizam za kretanje). Konstrukcija se oslanja na

četiri cilindrična točka za ravnu šinu. U srodnu kategoriju spadaju kolica na slici I-3 namenjena za vertikalno obrtno kretanje.

Slika pokazuje sklop sa pogonom za okretanje i uzduţno kretanje kolica na mostu dizalice.

Slika I-2 Metalna konstrukcija kolica (mačke) sa dvostrukim pogonskim sistemima za dizanje i pogonom za kretanje

______ ____MAŠINSKI FAKULTET NIŠ Prof.dr MIOMIR JOVANOVIĆ: STRUKTURNA ANALIZA KONSTRUKCIJA 2

Slika I-3 Metalna konstrukcija kolica (mačke) sa pogonskim sistemom za okretanje

Slika I-4 Metalna konstrukcija univerzalnog elektro-hidrauličnog spredera

Na slici I-4 pokazana je metalna konstrukcija specijalnog uređaja za automatizovano prenošenje kontejnera - spredera duţine

2040 inch-a. To je elektro hidraulični uređaj podesivog raspona, opremljen sistemom za hvatanje, zabravljivanje i

signalizaciju pri radu sa kontejnerom. Cena jednog ovakvog uređaja je oko 200.000, DM.

U specijalnu hidro opremu za rad na prevodnicama i elektranama spadaju hidraulična klešta za dizanje zatvarača. Klešta na

slici I-5 raspona su 11.000 m i mase 3 t. Koriste se za automatizovano hvatanje turbinskih zatvarača, zabravljivanje

hidauličnim pogonom i postavljanje u poziciju za podizanje. Cela operacija se obavlja pod vodom u hidrauličnom prostoru

ispred turbine. Manipulaciju sa kleštima obavlja portalna dizalica.

Na slici I-6 pokazana je hidraulična autodizalica sa teleskopskom strelom. Njenu metalnu konstrukciju čini ram vozila na koji

je ugrađena obrtna platforma sa teleskopskom strelom. Na nosećoj konstrukciji su ugrađeni pogonski agregati, vozni postroj i

oprema za postizanje stabilnosti dizalice u radu. Nosivosti autodizalica su između 5 t do 200 t (500 t).

Regalne dizalice su transportne mašine sa velikom metalnom konstrukcijom. Dizalica na slici I-7a instalirana je u regalnom

skladištu MINSVRLJIG. Nazivne nosivosti je Q=500 Kg i koristi EVRO palete 1200x800 mm. Dizalica opsluţuje moderno

visokoregalno skladište sa 6 regala i jednom prenosnicom. Regalna dizalica na slici I-7.b, nosivosti Q=800 Kg, proizvod je

fabrike “Filip Kljajić” iz Kragujevca i radi u “FMK 14 Oktobar” Kruševac. Dizalica je automatska i opsluţuje visokoregalno

skladište kapaciteta 20000 t.

Na slici I-8 pokazana je konzolna dizalica opšte namene. Koristi se kao transportno sredstvo za dodatne industrijske procese

ili određene tehnološke delatnosti. Najveće metalne konstrukcije imaju portalno-obtne dizalice. Slika I-9 pokazuje dizalicu

nosivosti srednjih karakteristika (25/5 t, dohvata L=32 m). Noseća konstrukcija sistema strela u obliku zglavkastog

četvorougla obezbeđuje pribliţno horizontalno vođenje tereta. Dugački članovi ovih dizalica se izrađuju iz delova (sekcija).

Za njihovu gradnju su upotrebljeni valjani profili i limovi. Nosači su limeni, sandučaste forme. Kod prtalnih dizalica najvećih

nosivosti i raspona, konstrukcije nosača su izvedene kombinacijom limenih i rešetkastih nosača.

Slika I-5 Hidrauličnih klešta za rad sa zatvaračem turbine

Slika I-6 Šematski prikaz autodizalice MIN ADT-202

______ ____MAŠINSKI FAKULTET NIŠ Prof.dr MIOMIR JOVANOVIĆ: STRUKTURNA ANALIZA KONSTRUKCIJA 3

30000.

Slika I-7.a,b. Dva tipa različitih metalnih konstrukcija regalnih dizalica

Slika I-8. Metalna konstrukcija konzolne dizalice opšte namene

Slika I-9. Metalna konstrukcija portano-obrtne dizalice opšte namene

Mosna dizalica za rad sa kukom, nosivosti 16 t i raspona 20. m pokazana je na slici I-10. Ovo su najčešće vrste dizalica i

njihovih konstrukcija za metalurgiju, energetiku, tešku industriju. Metalna konstrukcija izvedena je sa dva glavna uzduţna

nosača spojena na krajevima bočnim nosačima. Noseća struktura je izvedena od zatvorenih kutijastih nosača. Nosači na ovoj

slici su olakšani otvorima na vertikalnim lamelama. Ove dizalice se razvrstavaju u 6 (8) pogonskih klasa prema FEM i CEN

propisima.

Slika I-10 Metalna konstrukcija mosne dizalice opšte namene

______ ____MAŠINSKI FAKULTET NIŠ Prof.dr MIOMIR JOVANOVIĆ: STRUKTURNA ANALIZA KONSTRUKCIJA 4

Slika I-11 Rešetkasta metalna konstrukcija portalne dizalice za rad sa grabilicom

Na slici I-11 pokazana je portalna dizalica za rad sa rastresitim teretima. Ove dizalice su velikih raspona jer pokrivaju rad na

otvorenim skladišnim prostorima. Najčešće su rešetkaste konstrukcije obzirom da ona daje najlakše konstruktivne varijante.

Sa druge strane odlikuju se sloţenim konstruktivnim rešenjem noseće konstrukcije za projektovanje i tehnologiju.

1.2 OPREMA MAŠINA ZA RUDARSTVO

Slična po nameni za hvatanje tereta, metalna konstrukcija hidraulične utovarne ruke buldozera predstavlja bazno rešenje

nosećih radnih organa različitih vrsta manipulatora. Na slici I-12, pokazano je rešenje manipulatora sa tri hidraulična

cilindra. Metalna konstrukcija manipulatora je osnova za ugradnju utovarne kašike, hidrauličnih komponenti. Konstrukcija je

izrađena od visokokvalitetnih konstrukcionih čelika.

Slika I-12 Sklop manipulatora utovarivača

Slika I-13 Metalna konstrukcija šasije bagera “LIEBHERR R 912 Litroniv”

Slika I-13 pokazuje metalnu konstrukciju šasije bagera LIEBHERR R 912, koji je namenjen za rad sa kašikom zapremine 1.4

m3 i kapacitetom kopanja 19.8 do 23.3 t/h. Konstrukcija šasije je debelozida i na nju se vezuju hidraulična ruka sa kašikom i

donje vozno i obrtno postolje.

1.3 OPREMA U PRERAĐIVAČKIM INDUSTRIJAMA

Veliki obim različitih tehnologija generisao je obilje mašina za preradu raznovrsnih sadrţaja. Noseće konstrukcije tih mašina,

mogu biti različite veličine i sloţenosti. Posmatrajući mašine u drvno-prerađivačkoj industriji mogu se pokazati dva

predstavnika: mašine za obradu (rezanje) i mašine za transport na liniji obrade.

Metalna konstrukcija vertikalne trakaste testere VB-1200, slika I-14, dimenzija je 3150.x15050.x5500. mm i mase 12000 Kg.

Ova mašina kruţnom trakastom testerom reţe drvene trupace, brzinom 32 m/s. Mašina sadrţi utovarnu rampu sa

hidrauličnim pogonima za postavljanje trupca na mašinu, pokretni radni sto sa trupcem za rezanje (desno na slici),

vertikalno telo sa pogonom za vođenje i zatezanje testere. Metalna konstrukcija mašine izrađena od čeličnih profila i limova.

Ova konstrukcija za rezanje trupaca je tipična i poznata je pod nazivom “Brenta” prema poznatom proizvođaču.

Odvođenje rasečene građe vrši se transporterom sa rolnama koji je pokazan na slici I-15. Konstrukcija transportera je uvek

izrađena iz cevastih ili otvorenih valjanih L i U profilisanih nosača. Pogoni su obično lančani. Transporteri su opremljeni

valjcima sa profilom za centriranje građe ka sredini linije transporta.

______ ____MAŠINSKI FAKULTET NIŠ Prof.dr MIOMIR JOVANOVIĆ: STRUKTURNA ANALIZA KONSTRUKCIJA 5

Slika I-14 Šematski prikaz mašine VB-1200 (PP - Preteţana kod Blaca)

Slika I-15 Šematski prikaz transportera sa rolnama

1.4 OPREMA ZA ŽELEZNICE

Posebnu kategoriju metalnih konstrukcija imaju ţeleznička vozila. Njihove konstrukcije podleţu dinamičkim proverama, a

njihove mase moraju biti prilagođene za osovinske pritiske koji vaţe na ţeleznici. Ove konstrukcije namenjene su

eksploataciji od 20 godina i nekoliko miliona kilometara. Za njihovo dimenzionisanje vaţe međunarodni propisi ţelezničkih

unija (UIC). Na slici I-16 pokazan je sklop obrtnog postolja “GOŠA 100”, savremenog putničkog vagona proizvedenog u

FABRICI ŠINSKIH VOZILA “GOŠA”-Smederevska Palanka. Vagon je namenjen za brzine do 200 km/h na koloseku širine

1435 mm uz maksimalno osovinsko opterećenje 160 kN (masa 6400 kg) 7. Izdvojena sloţena metalna konstrukcija rama

(struktura) i kolevke istog obrtnog postolja, pokazana je na slici I-17.

Slika I-16 Obrtno postolje putničkog vagona “GOSA 100”

Slika I-17 Izdvojena metalna konstrukcija obrtnog postolja “GOŠA 100”

(ram postolja i kolevka)

Slika I-18 pokazuje ram obrtnog postolja električne lokomotive ASEA 461. Na obrtnim postoljima se nalaze pogonski motori

sa jednostepenim reduktorima za prenos snage. Lokomotiva je duţine preko odbojnika 19800 mm, širine 3000 mm, visine

4650 mm, mase 120 t, maksimalna eksloataciona brzina 120 km/h, nominalna snaga po UIC 614/67 je 5100 kW. Vučna sila

lokomotive pri 100 % pobude (69.5 km/h) je 260 kN. Vučna sila pri polasku 392 kN. Ukupna duţina obrtnog postolja je 8420

mm. Z.Milićević, D.Aranđelović, V.Marjanović, ELEKTRIČNE LOKOMOTIVE JŢ 461, Zavod za novinsko-izdavačku

delatnost JŢ, Beograd 1990. . Metalna konstrukcija osnovnog rama je napravljena od zatvorenih kutijastih nosača debljina

limova 8-30 mm. Konstrukcija je projektovana za pogonske uticaje od motora i kočione opreme i dinamička dejstva od

uticaja ţelezničkih pruga.

______ ____MAŠINSKI FAKULTET NIŠ Prof.dr MIOMIR JOVANOVIĆ: STRUKTURNA ANALIZA KONSTRUKCIJA 6

Slika I-18 Noseća struktura rama obrtnog postolja električne lokomotive serije 461

Na slici I-19 pokazana je sklopna konstrukcija i noseća metalna konstrukcija putničkog vagona GOŠA 30-91, (tip AB), za

brzine do 200 km/h, mase od 45 t. Konstrukciju vagona čine obrtna postolja, postolje vagona i skeletne konstrukcije (sanduk

vagona) koja čini nadgradnju postolja. Konstrukcija postolja (noseća struktura) se sastoji iz dva čeona i srednjeg dela

međusobno kompaktno spojenih zavarivanjem. Čeoni deo postolja je projektovan da primi uzduţne sile automatskog kvačila

i odbojnika. Čeoni deo postolja se sastoji iz čeonog nosača (koji nosi odbojnike), glavnog poprečnog nosača (za vezu sa

obrtnim postoljem), jednog višedelnog poprečnog nosača, kosih nosača (za prijem sila odbojnika) i glavnih uzduţnih nosača.

Konstrukcija postolja je izvedena iz valjanih čeličnih profila ili specijalnih zavarenih otvorenih profila. Oblik postolja je

podešen prema geometriji prostora za smeštaj putnika (slika 19-b). Srednji deo postolja se nalazi između glavnih poprečnih

nosača. Čine ga centralni i bočni uzduţni nosači i poprečni nosači. Glavni uzduţni nosači su kod vagona GOŠA 30-91 U20 a

poprečni nosači su I14. Poprečni nosači su postavljeni ispod pregradnih zidova odeljaka i sredine putničkih odeljaka. Sa

gornje strane postolje se prekriva trapeznim talasastim podnim limom. Čeoni deo postolja se obično izrađuje od jačih

materijala (Č0562), dok se sredina postolja izrađuje od konstrukcionih čelika srednjih mehaničkih karakteristika (Č0361).

Slika I-19 Putnički vagon GOŠA 30-91,

a. Sklop, b. Raspored putničke opreme, c. Postolje vagona, d. Kostur sanduka

______ ____MAŠINSKI FAKULTET NIŠ Prof.dr MIOMIR JOVANOVIĆ: STRUKTURNA ANALIZA KONSTRUKCIJA 7

Nadgradnja putničkih vagona (sanduk vagona) izvedena je od lakih valjanih otvorenih i zatvorenih profila ili specijalno

izrađenih lakih profilisanih nosača. Slika I-20 pokazuje pogled unutar jednog segmenta sanduka putničkog vagona.

Angelov,V.Z., Rukovodstvo (za kursovo i diplomno proektirane na vagoni), VVTU “T.Kableškov”, Sofija 1993..

Konstrukcija nadgradnje je skeletne forme, projektovana prema unutrašnjem rasporedu odeljaka (kupea) i opreme u vagonu.

Noseća skeletna struktura sanduka sluţi za postavljanje oplate, pregrada, krovnih površina, izolacije, prozora, vrata,

mehaničke i električne opreme, opreme za grejanje (klimatizaciju), signalne opreme i drugog. Skeletna struktura oslonjena

na obrtna postolja po svojoj geometriji i načinu oslanjanja ima različite sopstvene vrednosti oscilovanja od obrtnih postolja i

postolja sanduka. Cilj projektovanja putničkih vagona je što manje izraţena dinamika (amplitude i frekvencije oscilovanja) na

mestima putničkog prostora. Radi toga su razvijena mnoga obrtna postolja, često poznata pod imenima proizvođača

(“Wegman”). Materijal sanduka i spoljašnje oplate moţe biti od čelika sa dodatkom bakra (0.25 do 0.40 %) ili od

aluminijumskih legura kao i od nerđajućih čelika.

Slika I-20 Skeletna struktura sanduka putničkog vagona

Nadgradnja teretnih vagona izvedena je prema vrsti tereta koje oni transportuju. Ove konstrukcije se mogu dosta razlikovati

od strukture putničkih vagona prikazane na slici I-19. Kod plato vagona (ravnih postolja bez posebne nadgradnje),

namenjenih za prevoz kontejnera i izmenjivih sudova postolja su projektovana da izdrţe velike koncentrisane terete. Zato su

njihovi centralni glavni nosači visokih I profila sa osetno uvećanim momentima inercije. Postolja vagona cisterni imaju oblike

prilagođene smeštaju sudova za transport fluida ili praškastih materijala. M.Popović, Vagon cisterna, Ţeleznice, 2/1985,

S.Stojičić, Perspektiva razvoja teretnih kola, Ţeleznice, 2/1985 S.Stojičić, Vagon za prevoz cementa, Ţeleznice, 2-3/1987.,

S.Stiefel, Moderne Guterwagen fur den Bahnkunden, ETR, 12/1991.

Slika I-21 Teretni vagoni određenih namena

______ ____MAŠINSKI FAKULTET NIŠ Prof.dr MIOMIR JOVANOVIĆ: STRUKTURNA ANALIZA KONSTRUKCIJA 8

Na slici I-21 pokazana je grupa vagona za teretni saobraćaj. Četvoroosovinski otvoren vagon za rastresit teret Eas 595 0000,

zapremine 36m3, pokazan je na slici I-21a. Slika I-21b pokazuje specijalan vagon Faccpps 683 6500 (1972-73.) nosivosti 22.5 t,

za transport rastresitog materijala sa mogućnošću praţnjenja. Na slici I-21c pokazan je specijalan vagon za automatizovan

transport rastresitih i komadnih materijala sa mogućnošću samostalnog praţnjenja primenom vazdušne instalacije.

Proizveden je u DD Vagonka, MIN Niš. Konstrukcija je izrađena od Č0562. Sopstvena masa vagona je 30 t, masa tereta za

transport je 50 t. Koristi standardna obrtna postolja Y25 CsT. Postolje se sastoji iz glavnog centralnog uzduţnog nosača

(kutijastog tipa) i bočnih uzduţnih nosača i čeonih nosača Ţ.Mickić,Z.Mickić,M.Stanković, Nova rešenja transporta

rastresitih materijala na JŢ, Ţeleznice 2/1985. Četvoroosovinski otvoren vagon za krupne terete Rgs 391 0000, proizveden u

“Vagonsztroitnyelnyi Zavod” Burgas, nosivosti 56 t a za brzine od 120 km/h, pokazan je na slici I-21d. Sve ove konstrukcije

sastavljene su iz noseće strukture (šasije), kolske opreme (obrtna postolja, točkovi, ogibljenja, amortizeri), vučne opreme

(kuke, spojnice, odbojnici) i nadgradnje koja uvek odgovara vrsti tereta za transport. Noseća konstrukcija je u obliku

uzduţnog rama, izvedenog od profilisanih nosača, poprečno ukrućena i prilagođena za postavljanje na obrtna postolja 5.

1.5 OPREMA ZA LIVNICE I ČELIČANE

U posebnu grupu metalnih konstrukcija spada oprema za livnice, čeličane i valjaonice. Metalne konstrukcije su osnova raznih

vrsta livačkih mašina, miksera, livačkih dizalica. Karakteristika njihovog rada su povišene teperature, radne brzine, visoko

relativno opterećenje i radna učestalost. Uređaj za livenje čelika u slabove - stend i njegovu metalnu konstrukciju,

proizvodnje MAN-Shloemann, za naizmeničan rad sa dva livačka lonca mase rastopine 100 t, pokazuje slika I-22.

Slika I-22 Obrtni livački STEND za izlivanje čelika u slabove

Specijalne metalne konstrukcije vagona za transport rastopine pokazuju slike I-23, I-24 i I-25. Slika I-23 je vagon za

transport šljake zapremine 16 (33) m3 čija konstrukcija omogućava praţnjenje okretanjem za 120. Unutrašnjost je

projektovana za temperaturu od 1500 C. Debljina zida čeličnog omotača posude je 60-100 mm. Na vagonu je sopstveni

pogon za okretanje posude. Posuda je oslonjena na ţelezničkoj konstrukciji posebno oblikovanoj za obrtnu posudu.

Slika I-23 Specijalni vagon za transport rastopine u ţelezari

Na slici I-24 ţeleznički vagon za transport tečnog čelika sa posudom kruškastog oblika i masom rastopine 80-140 t. Vagon

koristi livačku dizalicu za praţnjenje, drugi ima sopstveni pogon jer se koristi za izlivanje u redne kalupe. Sopstvena masa

punog vagona je 328 t. Osovinski razmak obrtnih postolja je 9260 mm. Svi upotrebljeni poluproizvodi za konstrukciju

izrađeni su od debelih limova. Brzine kretanja vagona su male obzirom na tehnologiju i šamotne obloge posuda za rastopine.

I u jednom i u drugom slučaju plašt lonca je i njegov nosivi deo - nosač. 6.

______ ____MAŠINSKI FAKULTET NIŠ Prof.dr MIOMIR JOVANOVIĆ: STRUKTURNA ANALIZA KONSTRUKCIJA 9

Slika I-24 Specijalni vagon za transport rastopine u ţelezari

Dizalice mogu da imaju i specijalizovanu namenu. Slika I-26 pokazuje mosnu dizalicu specijalizovanu za kovačke poslove.

Naime zahvatno sredstvo za otkivke je lanac koji sluţi za okretanje predmeta pri kovanju. Mosna dizalica je takođe osnovna

radna mašina u livačkoj industriji. Na slici I-27 pokazana je livačka dizalica za transport livačkih lonaca u čeličani. Odlikuje se

zahvatnim sredstvima u vidu lamelastih kuka, nosećom konstrukcijom za rad u vrlo teškim uslovima (pogonska klasa 4),

sistemom za dizanje i sistemom za praţnjenje (izvrtanje) livačkog lonca.

Slika I-26 Metalna konstrukcija mosne kovačke dizalice

Slika I-27 Metalna konstrukcija livačke mosne dizalice

U kompleksne i tehnološki povezane mašine spada oprema za preradu različitih sirovina, čeličana i valjaonica. To su mašine

za kontinualan horizontalan i vertikalan transport, mašine za livenje (izlivanje), rad sa rastopinom i odlivcima, dizalice za

prenos i skladištenje. Ovi kompleksni sistemi, veliki po investicionoj vrednosti imaju obilje metalnih konstrukcija kako na

mašinama tako i pratećoj opremi. To su u prvom redu profilisani čelični nosači i cevi, vatrootporne posude i kućišta za

usmeravanje materijala.