Návrat legendy

Tags: CAD | CAE

Vývoj nového typu hydraulického otočného nakladače HON 200 byl výjimečný nejen originálním designem, ale i krátkým časem vývoje, nasazením CAD/CAE technologií a spoluprací širokého řešitelského týmu. Úlohou řešitelského týmu bylo navázat na tradici výroby otočných nakladačů v PPS Detva, která sahá do roku 1960, a vyvinout konkurenceschopný nakladač, schopný uplatnit se nejen na domácím, ale i na světových trzích.

HON 200 je univerzální polootočný nakladač s hmotností 8200 kg , objemem lopaty 1,8 m3 a výkonem motoru 75 kW. Maximální rychlost stroje je 39 km/h s oběma řízenými nápravami, což podstatně zvyšuje manévrovací schopnosti stroje ve stísněných prostorech. Pracovní zařízení nakladače je řešené ve dvou variantách, a to Z-kinematika, nebo teleskop s automatickým polohováním lopaty. Pracovní zařízení je vybaveno hydraulickým rychloupínačem pro uchycení širokého sortimentu přídavných zařízení. Svými výkonovými parametry, univerzálností a sortimentem PZ je ideální pro použití ve stavebnictví, zemědělství, lesnictví a komunální sféře.

Realizační tým

Design stroje byl navržený týmem fakulty architektury STU Bratislava, optimalizaci kinematiky pracovního zařízení řešil Ústav dopravnej techniky a konštruovania Strojnickej fakulty STU Bratislava a technický projekt a kompletní konstrukční dokumentaci stroje, včetně úplného 3D modelu, kinematických a pevnostních analýz řešila projekční společnost KWD s.r.o. Zvolen.

Použitý CAD systém

Celý návrh nakladače, od studie, technického projektu až po tvorbu výkresové dokumentace stroje bol proveden v programu SolidWorks. Velkou výhodou pro konstruktéry je schopnost programu SolidWorks importovat data z obrovského množství 3D formátů. To ušetřilo hodně času, vzhledem na to, že modely nakupovaných komponentů - jako je spalovací motor, čerpadla, nápravy apod., byly v různých CAD formátech a tím odpadla nutnost jejich modelování.

Pevnostní a kinematická analýza, ergonomie

Ve stádiu tvorby technického projektu byly naplno využity možnosti modulů SolidWorks COSMOSWorks a COSMOSMotion pro kinematickou a pevnostní analýzu ocelových konstrukcí.
Pomocí COSMOSMotion byla spočítána nejnepříznivější poloha pracovního zařízení z hlediska namáhání konstrukce a následně v této poloze byla provedena pevnostní analýza ocelových konstrukcí metodou konečných prvků v programu COSMOSWorks.

Analýza závislosti zdvihové síly lopaty na výšce čepu překlápění lopaty v COSMOSMotion
Vzhledem na široké možnosti využití stroje je stroj vybaven bezpečnostní kabinou splňující podmínky ROPS a FOPS , což zajistí možnost přežití posádky při převrácení stroje anebo pádu předmětu na kabinu. Pro výpočet bezpečnostní kabiny byly využity možnosti nelineární analýzy COSMOSWorks. Správnost výpočtu potvrdily i výsledky zkoušek stroje ve Státní zkušebně v Žilině.

Statická analýza pracovního zařízení a nelineární

Zkouška kabiny ROPS ve Státní zkušebně v Žilině

Velký důraz byl kladen na ergonomii kabiny, která je prostranná, bohatě prosklená s dokonalým výhledem do celého pracovního a jízdního prostoru a kterou je možno vybavit klimatizací a autorádiem.

Konečný 3D model

Po schválení technického projektu zákazníkem PPS Group a.s. bylo přistoupeno k tvorbě konečného 3D modelu stroje a ke zpracování výkresové dokumentace. Vzhledem na to, že bylo požadováno stroj řešit ve vícerých alternativách ( např. se Z-kinematikou, s teleskopickým výložníkem, řízením buď všech kol anebo jen zadní nápravy), byly naplno využity možnosti konfigurace dílů a sestav SolidWorks a v konečné etapě byly vytvořeny čtyři varianty stroje.
Na tvorbě konstrukční dokumentace se podílelo 12 konstruktérů, kterým přišly velmi vhod možnosti správy dát SolidWorks - PDMWorks Workgroup, čímž byla zajištěna stálá aktuálnost a integrita dat pro všechny pracovníky týmu.

Režim velkých sestav

Při vytváření výkresů velkých skupin a celkové sestavy stroje bylo naplno využito možnosti práce s velkými sestavami, neboť sestava celého stroje má 7 000 dílů a obsazení paměti počítače při načtení celé sestavy stroje v plně vyřešeném stavu bylo 5,3 GB.


Pomocí sady nástrojů pro práci s velkými sestavami SolidWorks umožňuje rychlejší práci a správu velkých sestav. Režim velkých sestav je souhrn možností systému, který zlepšuje výkon sestav, sníží čas potřebný na načtení a obnovení velkých sestav.
Načtení velké sestavy ve zjednodušeném stavu je potom podstatně rychlejší protože se vyhodnocuje menší množství údajů, přitom tento režim umožňuje například provádět detekci kolizí, pracovat s vazbami, měřit, kótovat vytvářet pohledové řezy. Načtení sestavy nakladače v plně vyřešeném stavu trvá 15 minut a načtení sestavy ve zjednodušeném stavu trvá 2 minuty a obsazení paměti počítače je 3,3 GB.

Ve zjednodušených výkresech můžete např. kótovat, vytvářet všechny typy pohledů, připojovat poznámky, pozice. Načtení výkresu hlavní sestavy nakladače v plně vyřešeném stavu trvá 17 minut a obsazení paměti je 6,2 GB a načtení výkresu hlavní sestavy ve zjednodušeném stavu trvá 8 minut a obsazení paměti je 3,9 GB.

Dále tu máme možnost použít oddělený výkres, který umožňuje pracovat s výkresem bez potřeby načíst model do paměti a přitom ve výkresu můžete např. kótovat, vytvářet nové pohledy a pozice. Přitom odpojený výkres hlavní sestavy nakladače se načte během jedné sekundy a obsazení paměti PC je jen 1,1 GB.

Samozřejmě bylo využito schopnosti SolidWorks pracovat na 64bitovém operačním systému s 8 GB operační paměti, bez které by tvorba takových velkých sestav a následně výkresové dokumentace byla velmi problematická.
Je potřeba si uvědomit, že uvedené časy a paměťové nároky souvisí s tvarovou složitostí komponentů stroje, jako např. spalovací motor, nápravy, laminátové díly interiéru, karoserie apod. Z vlastních zkušeností víme, že nároky jiných o mnoho větších sestav mohou být o dost nižší, pokud v nich jsou použity tvarově jednoduché díly a komponenty.
Taktéž bylo využito schopnosti SolidWorks zjistit a vyřešit kolize součástek a sestav a tím zajistit bezproblémovou výrobu a montáž stroje.
Velkou výhodou bylo využití 3D modelů ze SolidWorks pro následnou výrobu forem pro plastové a laminátové díly stroje, což podstatně zjednodušilo a urychlilo výrobu těchto dílů.

Vizualizace a animace

Na závěr byly využity možnosti modulu SolidWorks - PhotoWorks pro fotorealistické ztvárnění a animace hotového stroje, vhodné pro prezentaci zákazníkům, které můžete vidět na následujících obrázcích a porovnat je se skutečnými stroji.

Fotografie vyrobených prototypů HON 200

Fotorealistické ztvárnění vyrobených prototypů HON 200 v SolidWorks

Nakladač sklízí úspěchy

Výsledkem snažení celého řešitelského týmu je stroj, který získal nejen ocenění odborné a laické veřejnosti na strojírenském veletrhu v Nitře, kde získal Cenu veletrhu za rok 2008, ale který má také reálný předpoklad pro úspěšné zavedení do výroby a dokáže splnit všechna očekávání jak výrobce, tak i jeho budoucích uživatelů. Autor, Ing. Jozef Pancák, pracuje ve společnosti KWD, Zvolen.