Sto pensando di costruire un altro trailer. Ho costruito molti rimorchi più piccoli in passato, ma questa volta mi piacerebbe costruirmi un piccolo collo d'oca in tandem valutato per 7.500 libbre.

Sono un saldatore certificato, ho una laurea in fisica e lavoro come sviluppatore di software. Ho il know how, ma vorrei alcuni suggerimenti sulla selezione del materiale.

• Tubo tondo
• Angolo di ferro
• I-Beam
• Tubi rettangolari

Attualmente mi sto orientando verso il tubo rettangolare come il migliore per il supporto, ma non riesco a trovare nulla online che lo confermi.

Dopo aver deciso il materiale migliore per il trailer, dove troverei dei buoni grafici per dirmi quali dimensioni e spessore dovrei usare? Ovviamente, potrei esagerare, ma vorrei costruirlo in modo più intelligente piuttosto che lanciargli tutto il ferro che ho.

Qualcuno ha qualche input? C'è un gruppo migliore in cui pubblicare questo? Stavo cercando qualcosa sulla falsariga di ingegneria industriale, ma questo è tutto ciò che è arrivato.

EDIT:
Stavo cercando di mantenere questa una domanda generica in cui qualcuno potrebbe dirmi qualcosa del tipo, "Ecco la formula che usiamo, e questo è come usarla ..." Sembra che non lo capirò, però.

Il mio carico più pesante sarebbe un trattore con un caricatore frontale e un decespugliatore sul retro con un peso totale da 5500 a 6500 libbre. Un rimorchio per assale in tandem con due (2) assi da 3500 libbre può supportare questo carico bene. Ho selezionato gli assi dall'asse di torsione della Southwest Wheel con i freni (l'assale anteriore avrà i freni, ma non quello posteriore).

La lunghezza del rimorchio sarà di 18 piedi e avrà una configurazione a collo di cigno (distribuisce meglio il peso e tira più liscio di un rimorchio paraurti). Per i calcoli, userò una capacità di 7500 libbre.

Sto guardando i dati strutturali per i tubi quadrati usando una scheda QUI (cercando di non pubblicizzare un altro sito Web, ma è lì che vedo i dati). Pagina 21 mostra i valori dei dati per varie dimensioni e spessori.

C'è una linea chiamata Bending Factor. Per un rimorchio da 18 piedi (18 x 12 = 216 pollici), i tubi quadrati 4x2 spessi da 3/8 di pollice mostrano un fattore di flessione di (x = 1,03, y = 1,55).

Ieri stavo usando il calcolatore di Rogue Fabrication , dove ho inserito i seguenti valori: Forma del tubo = tubo quadrato, diametro esterno = 4 pollici, spessore della parete = 0,1875 pollici, materiale = "tubo saldato economico", carico = 3800 libbre, tubo Lunghezza = 216 pollici, e fattore di rischio = 1, ho ottenuto che il mio materiale è 1,22 volte più forte delle condizioni di carico.

Successivamente, ho provato il calcolatore di deflessione del raggio di EasyCalculation , con valori di Lunghezza = 216, Larghezza = 2, Altezza = 4, Spessore della parete = 0,1875, Forza = 3750. Mostra una deflessione di circa 100 pollici per 2 lunghezze di tubo rettangolare. Se uso 4 lunghezze, ciò riduce la forza a 7500/4 = 1875 per raggio e la deflessione fino a 50 pollici. Quei valori di deflessione sembrano davvero alti. Questo è più ferro rispetto alla maggior parte dei rimorchi.

Il vecchio rimorchio per asse tandem che uso ora ha solo due (2) lunghezze di ferro angolare da 4 pollici (1/4 di spessore). Flette un paio di pollici, ma non 50 pollici. Mi manca qualcosa.

Come posso calcolare la quantità di flessione che avrebbe una lunghezza di 20 piedi di materiale?

Se il tubo quadrato non è il migliore, va bene finché mi fai sapere cosa sarebbe meglio e come hai selezionato quella configurazione quando commenti.

Ecco le formule che utilizziamo

Beam Bending ( disponibile su Wikipedia )

I=∫(y- ˉ y )2dA ˉ y =

$$EI\frac{d^4\,\delta y}{d\,x^4}=q(x)$$ $$I=\int (y-\bar y)^2 dA$$ $$\bar y= \frac1{A}\int y \;dA$$

$$\sigma_{max} = y_{max}E\frac{d^2\,\delta y}{d\,x^2}_{max}$$

$A$$y$$\delta y$$E$$q(x)$

Ecco come usarli

$H$$W$$t$

$$\bar y=0$$ $$I=W\int_{-\frac{H}2}^{\frac{H}2}y^2\;dy-(W-2t)\int_{-\frac{H}2+t}^{\frac{H}2-t}y^2\;dy=\frac{H^3W-(H-2t)^3(W-2t)}{12}$$

$H=4\,in\,,\quad W=2\,in\,,\quad t=.1875\,in$

$$I\approx4.2\,in^4$$

Ora c'è il caricamento del raggio, questo è probabilmente dove ti sei imbattuto in difficoltà. Per prima cosa diamo un'occhiata a una trave a sbalzo:

$x=0$$F$$x=L$

$$q(x)= -\delta(x)F+\delta(x-L)F$$

$$EI\frac{d^4\,\delta y}{d\,x^4}=q(x)$$

$$EI\frac{d^3\,\delta y}{d\,x^3}=\int_{0^-}^xq(x) dx = F$$

Questo in sostanza sta dicendo che c'è un costante sforzo di taglio nel raggio per tutto il percorso.

$$EI\frac{d^2\,\delta y}{d\,x^2}=\int F dx +C=F(x-L)$$

Questa espressione è per il momento flettente nel raggio. Sappiamo che l'estremità libera deve avere un momento flettente pari a zero, quindi impostiamo la costante di integrazione per adattarla.

$$\frac{d\,\delta y}{d\,x}=\frac1{EI}\int F(x-L) dx +C=\frac{F}{EI}(\frac12 x^2-Lx)$$

Ciò rappresenta la pendenza del raggio deviato. Qui sappiamo che la pendenza deve essere zero sul supporto, quindi abbiamo impostato la costante di integrazione di conseguenza.

$$\delta y=\frac{F}{EI}\int \frac12 x^2-Lx \; dx +C=\frac{F}{EI}(\frac16 x^3-\frac{L}2 x^2)$$

$x=L$

$$\delta y=-\frac{FL^3}{3EI}$$

Ciò corrisponde all'equazione dell'ultimo sito Web nel tuo post.

$E=30\,000\,ksi$

$$\delta y= -\frac{3.750\,klb \, (216 in)^3}{3\,30000\,ksi\,4.2\,in^4}\approx -100\,in$$

Questo è esattamente ciò che ha prodotto il calcolatore online. Tuttavia, se si tenta di caricare una trave come questa, si deformerebbe in modo permanente. Un braccio di leva da 18 piedi è davvero lungo e piegherà il mozzo fuori da una trave sottile da 4 pollici con solo una moderata difficoltà. Il problema è che un rimorchio non è un raggio a sbalzo.

$40\,in$$80\,in$$7500 lbf$$18\,ft$$5ft$

$\alpha$

$$F_{axles}=F_{rear} \frac1{\alpha}=F_{front}\frac1{(1-\alpha)}$$

Ora abbiamo:

$$q(x)=-\frac{F}{L}H(L-x)+F_{axels}(\alpha\delta(x-x_{rear})+(1-\alpha)\delta(x-x_{front})+(F-F_{axels})\delta(x-x_{goose})$$

Integrazione:

$$EI\frac{d^3\,\delta y}{d\,x^3}=\begin{cases} -\frac{F}{L}x & x\leq x_{rear} \\ -\frac{F}{L}x+F_{axels}\alpha & x_{rear} \lt x\leq x_{front} \\ -\frac{F}{L}x+F_{axels} & x_{front} \lt x\leq L \\ F_{axels}-F & L \leq x \end{cases}$$

Quindi integrarsi di nuovo:

$$EI\frac{d^2\,\delta y}{d\,x^2}=\begin{cases} -\frac{F}{2L}x^2 & x\leq x_{rear} \\ -\frac{F}{2L}x^2+F_{axels}\alpha (x-x_{rear}) & x_{rear} \leq x\leq x_{front} \\ -\frac{F}{2L}x^2+F_{axels} (x-(1-\alpha)x_{front}-\alpha x_{rear}) & x_{front} \leq x\leq L \\ (F_{axels}-F) (x-x_{goose}) & L \leq x \end{cases}$$

$F_{axles}$

$$F_{axels}=F\frac{x_{goose}-\frac{L}2}{x_{goose}-(1-\alpha)x_{front}-\alpha x_{rear}}$$

$F_{axels}$

Ora la pendenza sarà:

$$\frac{d\,\delta y}{d\,x}=\frac1{EI}\begin{cases} -\frac{F}{6L}x^3+C_1 & x\leq x_{rear} \\ -\frac{F}{6L}x^3+F_{axels}\alpha \frac12 ( x-x_{rear})^2+C_1 & x_{rear} \leq x\leq x_{front} \\ -\frac{F}{6L}x^3+F_{axels}(\alpha \frac12 (x-x_{rear})^2+(1-\alpha)\frac12(x-x_{front})^2)+C_1 & x_{front} \leq x\leq L \\ (F_{axels}-F)\frac12 (x-x_{goose})^2 +C_2 & L \leq x \end{cases}$$

E a questo punto sono passato a una soluzione numerica. Mi sono integrato di nuovo e ho trovato valori per tutte le costanti in modo tale che sia la pendenza che lo spostamento fossero continui e che lo spostamento sull'oca e sull'asse posteriore fosse zero. La deflessione risultante aveva un massimo di circa 2 pollici. Ma ho usato il pieno carico e avrei dovuto usare metà del carico dando 1 pollice. Sembra giusto per me.

$9\, kN \,m$$38 ksi$

Le forze di accelerazione su un rimorchio potrebbero facilmente triplicare il carico per brevi periodi. Inoltre, i dossi sulla strada faranno scorrere il carico rendendolo non la forza di snervamento che si desidera guardare, ma la resistenza alla fatica al numero appropriato di cicli che si desidera che il rimorchio duri. La resistenza a fatica può essere inferiore al 10% della resistenza allo snervamento, quindi vorrei un fattore di carico minimo di circa 30 (3/10%), quindi aggiungere un fattore di sicurezza di 2 e i raggi devono essere circa 60 volte più forte di quanto sarebbe necessario per far fronte allo stress di snervamento in uno scenario di carico statico. In breve, andrei con raggi più grandi.

Ecco alcune informazioni aggiuntive e una lunga discussione sui criteri di progettazione del trailer. C'è anche un white paper nel thread sui fattori di caricamento e sicurezza che dovrebbe essere usato:

Carichi per la progettazione di rimorchi

Ci sono molti altri thread su quel sito che forniscono buone informazioni sulla progettazione del trailer.

Per quello che vale, inizio il mio progetto di struttura pensando a un tipo di sezione rettangolare in acciaio per un rimorchio. Sono regolarmente disponibili e "facili" con cui lavorare (tagliare, forare, saldare, montare altri componenti, ecc.).

Per la struttura di un rimorchio, il tubo a sezione rettangolare è probabilmente il compromesso più efficace tra rigidità e facilità di progettazione e produzione. Il tubo tondo è un po 'più pesante in termini di peso, ma molto più difficile da assemblare e unire con precisione, semplicemente perché il tubo rettangolare ha comode superfici piane.

Come già accennato, cose del genere non sono progettate dai calcoli nel mondo reale e di gran lunga la soluzione migliore è copiare un progetto esistente poiché gli errori in questo tipo di applicazione tendono a verificarsi quando si ottengono concentrazioni di carico impreviste piuttosto che considerare il progetto come un raggio approssimativo, quindi a meno che non si abbia accesso al software FEA, i calcoli della carta sono un po 'inutili.

Se è la prima volta che lavori con sezioni in acciaio strutturale o semplicemente cerchi dati precisi sulle loro proprietà meccaniche, trova il "Manuale di costruzione in acciaio" ufficiale per la tua regione. Qui in Canada è "Canadian Institute of Steel Construction (CISC): Handbook of Steel Construction" e negli Stati Uniti è "American Institute of Steel Construction (AISC): Steel Construction Manual". Non sono sicuro di altri paesi, ma praticamente tutti seguono lo stesso formato del titolo e sono chiamati "Il manuale di costruzione in acciaio" o "Manuale di costruzione in acciaio". Se lo cerchi, dovrebbe essere abbastanza facile trovare la versione ufficiale della tua regione.

Come qualcuno che si è imbattuto in questa discussione cercando di ricercare queste stesse domande, so quanto sia difficile trovare risposte affidabili. Quindi non posso sottolineare abbastanza. OTTIENI UNA COPIA !! Questo libro risponderà letteralmente a tutte le tue domande e vorrei davvero che l'avessi trovato prima.

Saluti, eh.

La risposta semplice è non progettare: imbrogliare. Vai a cercare un trailer simile a quello che stai cercando. Fotografalo e misura tutti i bit. (Non comportarti come se stessi cercando di intaccarlo). Sezioni simili andranno bene, ma errerei su taglie più grandi.

Ora i tuoi problemi saranno: -

1. Saldatura delle articolazioni. Non sono sicuro del tipo di saldatura in cui sei certificato, ma la saldatura a filetto in acciaio da 10 mm non è la stessa della virata sulle ali delle auto.
2. Freni. Devi assicurarti che funzionino. Come li testerai? Il solo fatto che il trailer non scorra sul disco non significa che funzionino.
3. In Inghilterra, se lo prendessi su un'autostrada pubblica, avrebbe bisogno di un certificato di prova.

Odio tutte le sciocchezze di Salute e Stupidità, ma non sottovaluto la responsabilità che ti assumerai se guidi questa strada su una velocità.