Je pense à construire une autre remorque. J'ai construit beaucoup de petites remorques dans le passé, mais cette fois, j'aimerais me construire un petit col de cygne à essieu tandem évalué à 7500 lb.

Je suis soudeur certifié, j'ai un baccalauréat en physique et je travaille comme développeur de logiciels. J'ai le savoir-faire, mais j'aimerais avoir des commentaires sur la sélection des matériaux.

• Pipe ronde
• Fer à repasser
• Je rayonne
• Tubes rectangulaires

Je penche actuellement vers le tube rectangulaire comme meilleur support, mais je ne trouve rien en ligne qui confirme cela.

Après avoir décidé du meilleur matériau pour la remorque, où trouver de bons tableaux pour me dire quelle taille et quelle épaisseur utiliser? Évidemment, je pourrais aller trop loin, mais je voudrais construire celui-ci plus intelligemment plutôt que de lui jeter autant de fer.

Quelqu'un at-il une entrée? Y a-t-il un meilleur groupe pour publier ceci? Je cherchais quelque chose le long de la ligne si le génie industriel, mais c'est tout ce qui s'est arrêté.

EDIT:
J'essayais de garder cette question générique où quelqu'un pourrait me dire quelque chose comme: "Voici la formule que nous utilisons, et voici comment l'utiliser ..." Il semble que je ne l'obtiendrai pas, cependant.

Ma charge la plus lourde serait un tracteur avec un chargeur frontal et une débroussailleuse à l'arrière avec un poids total de 5500 à 6500 lb. Une remorque à essieux tandem avec deux (2) essieux de 3 500 lb peut supporter cette charge très bien. J'ai sélectionné des essieux de l'essieu de torsion de Southwest Wheel avec freins (l'essieu avant aura des freins, mais pas l'arrière).

La longueur de la remorque sera de 18 pieds et aura une configuration en col de cygne (elle répartit mieux le poids et tire plus doucement qu'une remorque à pare-chocs). Pour les calculs, je vais utiliser une capacité de 7500 livres.

Je regarde les données structurelles pour les tubes carrés en utilisant une fiche technique ICI (en essayant de ne pas annoncer un autre site Web, mais c'est là que je vois les données). La page 21 montre les valeurs des données pour différentes tailles et épaisseurs.

Il existe une ligne appelée Facteur de flexion. Pour une remorque de 18 pieds (18 x 12 = 216 pouces), un tube carré 4x2 de 3/8 pouce d'épaisseur présente un facteur de flexion de (x = 1,03, y = 1,55).

J'utilisais Calculatrice de fabrication Rogue hier, où je suis entré dans les valeurs suivantes: Tube Forme = tube carré, Diamètre extérieur = 4-in, Epaisseur de paroi = 0,1875-in, Matériel = "Pas cher Tube sertis", Load = 3800-livres, Tube Longueur = 216 pouces et facteur de risque = 1, j'ai compris que mon matériau est 1,22 fois plus résistant que les conditions de chargement.

Ensuite, j'ai essayé le calculateur de déviation de faisceau d'EasyCalculation , avec des valeurs de longueur = 216, largeur = 2, hauteur = 4, épaisseur de paroi = 0,1875, force = 3750. Il montre une déviation d'environ 100 pouces pour 2 longueurs de tube rectangulaire. Si j'utilise 4 longueurs, cela réduit la force à 7500/4 = 1875 par faisceau et la déviation à 50 pouces. Ces valeurs de déflexion semblent vraiment élevées. C'est plus de fer que la plupart des remorques.

La vieille remorque à essieux tandem que j'utilise maintenant n'a que deux (2) longueurs de fer angulaire de 4 pouces (1/4 d'épaisseur). Il fléchit de quelques pouces, mais pas de 50 pouces. J'ai dû louper quelque chose.

Comment puis-je calculer la quantité de flexion d'une longueur de 20 pieds de matériau?

Si le tube carré n'est pas le meilleur, c'est bien tant que vous me faites savoir ce qui serait mieux et comment vous avez sélectionné cette configuration lorsque vous commentez.

Voici la ou les formules que nous utilisons

Beam Bending ( disponible sur Wikipedia )

I=∫(y- ˉ y )2dA ˉ y =

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

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

Où est l'aire de la section transversale de la poutre, est la position le long de l'axe dans la direction de la charge de la poutre, est la flèche dans la direction de la charge, est le module d'élasticité (recherchez matweb pour obtenir une valeur pour votre matériau), et enfin est la fonction de charge par distance.y δ y E q ( x $A$$y$$\delta y$$E$$q(x)$

Voici comment les utiliser

Pour un tube rectangulaire de hauteur , largeur et épaisseur nous avons:W $H$$W$$t$

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

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

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

Maintenant, il y a le chargement du faisceau, c'est probablement là que vous avez rencontré des difficultés. Jetons d'abord un coup d'œil à une poutre en porte-à-faux:

Ici, il n'y a que deux points qui sont chargés, le support et la pointe. Imaginez un scénario de plongeoir. Nous dirons que le support est à et la charge est à$x=0$$F$$x=L$

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

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

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

Cela signifie essentiellement qu'il y a une contrainte de cisaillement constante dans la poutre tout le long.

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

Cette expression correspond au moment de flexion dans la poutre. Nous savons que l'extrémité libre doit avoir un moment de flexion nul, nous avons donc réglé la constante d'intégration pour l'adapter.

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

Cela représente la pente du faisceau dévié. Ici, nous savons que la pente doit être nulle au niveau du support, nous avons donc réglé la constante d'intégration en conséquence.

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

Ici, nous savons que la déviation est nulle au niveau du support, nous définissons donc la constante d'intégration eh en conséquence. Maintenant, si nous voulons juste regarder la déviation à la fin, nous branchons$x=L$

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

Cela correspond à l'équation du dernier site Web de votre message.

De matweb pour l'acier allié moyen, nous avons .$E=30\,000\,ksi$

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

C'est exactement ce que la calculatrice en ligne a produit. Cependant, si vous tentiez de charger une poutre comme celle-ci, elle se déformerait définitivement. Un bras de levier de 18 pieds est vraiment long et pliera la morve d'une poutre à paroi mince de 4 pouces avec seulement une difficulté modérée. Le problème est qu'une remorque n'est pas une poutre en porte-à-faux.

examinons donc un scénario de chargement plus raisonnable. Modélisons les essieux comme des charges ponctuelles situées à et à de l'extrémité de la remorque, la charge de répartie sur les arrière et le col de cygne supportent supplémentaires devant cela.$40\,in$$80\,in$$7500 lbf$$18\,ft$$5ft$

Maintenant, certaines de nos charges ne sont pas encore connues, mais nous pouvons en comprendre certaines dans le processus. Certains d'entre eux ne le peuvent pas, alors ajoutons une contrainte supplémentaire. La répartition des poids sera répartie entre les essieux en fonction de la variable$\alpha$

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

Maintenant nous avons:

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

En intégrant:

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

Puis réintégrant:

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

Notez que ce moment de flexion doit être continu et les deux extrémités doivent être nulles car il n'y a pas de moment de flexion appliqué aux extrémités (elles sont libres de tourner) Cela conduit à une contrainte supplémentaire qui peut être utilisée pour trouver$F_{axles}$

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

Cependant, pour garder les expressions plus courtes, laissons dans les expressions.$F_{axels}$

Maintenant, la pente sera:

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

Et à ce stade, je suis passé à une solution numérique. J'ai à nouveau intégré et trouvé des valeurs pour toutes les constantes telles que la pente et le déplacement étaient continus et le déplacement à l'oie et à l'essieu arrière était nul. La déflexion résultante avait un maximum à environ 2 pouces. Mais j'ai utilisé la pleine charge et j'aurais dû utiliser la moitié de la charge, ce qui donne 1 pouce. Cela me semble à peu près juste.

Notez que le moment de flexion maximal est de qui, multiplié par la moitié de notre hauteur et divisé par notre moment de surface, donne une contrainte maximale de cela représente environ 13% de la limite d'élasticité de l'acier allié moyen sur matweb. Vous pensez peut-être que ce serait suffisant alors, cependant, ce n'est que pour une remorque statique, pas pour une remorque qui se déplace et se cogne.38 k s $9\, kN \,m$$38 ksi$

Les forces d'accélération sur une remorque pourraient facilement tripler la charge sur de courtes périodes. De plus, les bosses sur la route feront un cycle de chargement, ce qui en fait non pas la limite d'élasticité que vous souhaitez regarder, mais la résistance à la fatigue au nombre approprié de cycles que vous souhaitez que la remorque dure. La résistance à la fatigue peut être aussi faible que 10% de la limite d'élasticité, donc je voudrais un facteur de charge minimum d'environ 30 (3/10%), puis ajoutez un facteur de sécurité de 2 et vos poutres doivent être environ 60 fois plus fort que ce qui serait nécessaire pour simplement respecter votre limite d'élasticité dans un scénario de charge statique. Bref, j'irais avec des faisceaux plus gros.

Voici quelques informations supplémentaires et une longue discussion sur les critères de conception des remorques. Il y a même un livre blanc dans le fil sur les facteurs de chargement et de sécurité à utiliser:

Charges pour la conception de remorques

Il y a beaucoup d'autres discussions sur ce site qui fournissent de bonnes informations sur la conception des remorques.

Pour ce que ça vaut, je commencerais ma conception de structure avec un certain type de section rectangulaire en acier à l'esprit pour une remorque. Ils sont régulièrement disponibles et "faciles" à travailler (couper, percer, souder, monter d'autres composants, etc.).

Pour la structure d'une remorque, le tube à section rectangulaire est susceptible d'être le compromis le plus efficace entre la rigidité de la résistance et la facilité de conception et de fabrication. Le tube rond est un peu plus solide pour son poids mais il est beaucoup plus difficile à assembler et à assembler avec précision, tout simplement parce que le tube rectangulaire a des surfaces planes pratiques.

Comme déjà mentionné, ce genre de choses ne sont pas conçues par le calcul dans le monde réel et de loin votre meilleur pari est de copier une conception existante, car des échecs dans ce type d'application ont tendance à se produire lorsque vous obtenez des concentrations de charge inattendues plutôt que de considérer la conception comme un faisceau approximatif, donc à moins que vous n'ayez accès au logiciel FEA, les calculs sur papier sont un peu inutiles.

Si c'est la première fois que vous travaillez avec des profilés en acier de charpente ou si vous recherchez simplement des données précises sur leurs propriétés mécaniques, trouvez le «Manuel officiel de la construction en acier» de votre région. Ici au Canada, c'est «l'Institut canadien de la construction en acier (CISC): Handbook of Steel Construction» et aux États-Unis, c'est l '«Institut américain de la construction en acier (AISC): Steel Construction Manual». Je ne suis pas sûr des autres pays mais ils suivent à peu près tous le même format de titre et sont soit appelés "The Handbook of Steel Construction" ou "Steel Construction Manual". Il devrait être assez facile de trouver la version officielle de votre région si vous la recherchez.

En tant que personne qui est tombée sur ce fil en essayant de rechercher ces mêmes questions, je sais combien il peut être difficile de trouver des réponses fiables. Je ne peux donc pas insister assez sur ce point. OBTENEZ-VOUS UNE COPIE !! Ce livre répondra littéralement à toutes vos questions et j'aurais vraiment aimé l'avoir trouvé plus tôt.

À la vôtre, hein.

La réponse simple est de ne pas concevoir - tricher. Allez chercher une bande-annonce semblable à ce que vous recherchez. Photographiez-le et mesurez tous les bits. (N'agissez pas comme si vous essayiez de l'entailler). Des sections similaires feront l'affaire, mais je me tromperais sur des tailles plus grandes.

Maintenant, vos problèmes seront: -

1. Soudage des joints. Je ne sais pas dans quel type de soudage vous êtes certifié, mais le soudage d'angle de 10 mm n'est pas la même chose que le virement sur les ailes de voiture.
2. Freins. Vous devez vous assurer qu'ils fonctionnent. Comment allez-vous les tester? Le fait que la remorque ne roule pas sur votre lecteur ne signifie pas qu'ils fonctionnent.
3. En Angleterre, si vous preniez cela sur une voie publique, il faudrait un certificat d'essai.

Je déteste tout le non-sens sur la santé et la stupidité, mais ne sous-estimez pas la responsabilité que vous assumerez si vous conduisez sur une route à grande vitesse.