Productverslag
Afstudeeropdracht 2013
Tray uitzetter en afranker
Student:
Giel Mathijssen Student nr. 2028055
Docentbegeleider: Versie: 1.0
Niek van Nuijs
Startdatum: 18-2-2013
Bedrijfsbegeleider:
Voorwoord
Dit is het productverslag van de afstudeeropdracht van Giel Mathijssen, student
werktuigbouwkunde van Avans Hogeschool Breda. Dit verslag is gemaakt tijdens een stage periode van 20 weken bij AMC Braspenning BV. AMC Braspenning BV heeft mij in deze periode mee laten kijken bij het bedrijf en dit heeft mij weer een andere kant van de machinebouw laten zien. Tevens hebben ze mij de mogelijkheid geven om zelfstandig een ontwerp project uit te voeren. Hoe dit project is uitgevoerd is te lezen in dit verslag.
Het verslag is bedoeld voor de lezers die geïnteresseerd zijn in het ontwerpproces van de Tray uitzetter en afranker.
Mijn dank gaat uit naar Andre Braspenning van AMC Braspenning BV voor het mogelijk maken en begeleiden van de afstudeerstage. Mijn dank gaat ook uit naar Niek van Nuijs voor de begeleiding vanuit Avans Hogeschool Breda.
Inhoudsopgave
Voorwoord ... i Samenvatting ... iii 1. Inleiding ... 1 2. Opdrachtomschrijving ... 2 3. Eisenpakket ... 3 4. Trayveld lay-out ... 5 5. Opbouw machine ... 7 6. Uitwerken modules ... 86.1 Module 1: Het frame ... 8
6.2 Module 2: Bevestiging aan de tractor ... 19
6.3 Module 3: Uitzetter ... 21 6.4 Module 4: Afranken ... 24 7. Definitief ontwerp ... 26 8. Conclusie ... 28 Bijlage 1: PMD ... 29 Bijlage 2: Berekeningen ... 39 Bijlage 3: Kostprijscalculatie ... 57
Samenvatting
AMC Braspenning BV is een machinebouwbedrijf dat zich richt op de agrarische en voedingsmiddelen sector. AMC Braspenning BV houdt zich bezig met ontwikkeling, productie, onderhoud en verkoop van machines. De machines worden meestal volledig klantspecifiek ontworpen en geproduceerd. Dat is deze keer ook weer het geval. Er is een vraag van een klant om een machine te ontwerpen en te bouwen die traybakken uit elkaar kan zetten en ze op een later tijdstip ook kan afranken.
Het doel van dit rapport is het presenteren van het ontwerp en inzicht geven in het ontwerpproces van de machine. De machine moet voldoen aan de eisen en wensen van de klant. In dit rapport wordt alles besproken wat vooraf is gegaan aan de bouw van de machine. De keuzes die daarbij zijn gemaakt worden in dit rapport vermeld.
Het is de bedoeling dat er een machine wordt ontworpen, die een aantal rijen van elk drie trays uit elkaar plaatst in losse rijen. Tevens is het de bedoeling dat met dezelfde machine nog een tweede functie kan worden vervuld. Dit houdt in dat er op een later tijdstip met dezelfde machine nogmaals, door dezelfde, uit elkaar geschoven rijen,wordt gereden om vervolgens ranken af te snijden. Belangrijkste eisen waaraan de machine moet voldoen:
De machine moet 27 rijen trays gelijk kunnen verwerken
De machine moet een type trays kunnen verwerken, deze trays hebben de afmetingen 1000x200x110 mm (lxbxh)
De machine moet van groepen van drie rijen, losse rijen kunnen maken
De machine moet op een later tijdstip deze rijen ook kunnen afranken
De machine moet worden voortbewogen met een tractor
De machine moet gemaakt worden van RVS
De losse rijen moeten minimaal 100 mm uit elkaar staan
Deze rijen moeten op een veld van 9250mm breedte staan, dit veld is verdeeld in twee delen met ruimte er tussen: (vaste eis)
o veld 1: 4150 mm breed
o vrije ruimte voor sproeiers van 200 mm o veld 2: 4900 mm breed
Als eerste is er begonnen met de lay-out van het veld te bepalen. Dit is nodig om te kijken waar ruimte is om de steunwielen te plaatsen en om te bepalen op welke plaats de uitzetters en afrankers moeten komen. Hierbij moet worden voldaan aan een aantal eisen want het aantal rijen dat op het veld moet komen en hoe de afmetingen van het veld zijn staat al vast. Dit leverde als resultaat de volgende lay-out op.
Functies
Modules
Machine
uitzetter en Trayafranker Module 1: Frame Dragen van de verschillende onderdelen Opvangen van de krachten tijdens het uitzetten en afranken Opklappen voor transport en opslag Module 2: Bevesteging aan tractor Koppelen frame aan de tractor Vergendeling van het frame als de
machine is opgeklapt Draaimechanisme om het frame of naast of achter de tractor te draaien Dragen van de machine als deze
van de grond getild wordt
Module 3: Uitzetter
Het uit elkaar drukke van de
trays
Postioneren van de trays voor het
afranken
Module 4: Afranker
Het afranken van de planten
Tijdens het uit zetten moet het vrij hangen van de
trays
Nadat de lay-out van het veld is gemaakt, is begonnen met het ontwerp van de machine. De machine is verdeeld in vier modules de verdeling en de functies van deze modules is hieronder weergeven.
De eerste module bevat het opklapsysteem om er voor te zorgen dat de machine makkelijker getransporteerd kan worden. Tevens bevat deze module de constructie die ervoor moet zorgen dat de machine de krachten op kan vangen waaraan de machine wordt blootgesteld tijdens het werken. De krachten die dan op het frame komen zijn berekend met als resultaat dat de maximale spanning in de constructie is 65,36 N/mm2, dit is lager als de toelaatbare spanning dus de constructie is sterk genoeg. Ook is de knikstabiliteit berekend dit bleek ook niet voor problemen te zorgen. De tweede module is zo bedacht dat deze module het frame kan tillen tijdens het transport. Hiervoor zijn ook een aantal vergrendel haken nodig, deze haken zijn ook berekend en deze waren ook bestand tegen de krachten die erop werken als de machine wordt opgetild. Tevens is er voor gezorgd dat deze module gekoppeld kan worden met elke tractor met een categorie 2/3 hefinrichting. Voor de derde module is begonnen met het bedenken van een aantal alternatieve oplossingen, van deze
alternatieve zijn vervolgens voor- en nadelen opgesteld. Hieruit kwam een oplossing als beste naar voren. Van deze oplossing is daarna een test model gemaakt, dit model bleek goed te werken. Op een paar puntjes na, maar die waren eenvoudig aan te passen. Bijvoorbeeld moest de geleiding net wat ruimer zijn om het uitzetten soepel te laten werken en moet er voor het afranken een extra plaatje worden gemonteerd om de trays goed te positioneren. De vierde module werkt volgens een principe dat al gemaakt en getest is, dit principe werkt met drie ronde messen, die de ranken op drie
1. Inleiding
AMC Braspenning BV is een machinebouwbedrijf. Het bedrijf richt zich op de agrarische en voedingsmiddelen sector. Voor deze sectoren zorgt AMC Braspenning BV voor de ontwikkeling, productie, onderhoud en verkoop van machines. Deze machines zijn vaak heel divers en worden meestal volledige klantspecifiek ontworpen en geproduceerd. Dat is nu ook weer het geval, er is een vraag van een klant om een machine te ontwerpen en bouwen, die traybakken uit elkaar kan zetten en ze op een later tijdstip ook kan afranken.
Het doel van dit rapport is het presenteren van het ontwerp en inzicht geven in het ontwerpproces van deze machine. De machine moet voldoen aan de eisen en wensen van de klant. In dit rapport wordt alles besproken wat vooraf is gegaan aan de bouw van de machine. De keuzes die daarbij zijn gemaakt worden in dit rapport vermeld.
Het rapport bestaat uit 8 hoofdstukken en beschrijft het ontwerp van de machine. In hoofdstuk 2 wordt de opdracht nauwkeurig omschreven. Daarna staat in hoofdstuk 3 het pakket van eisen vermeld. Vervolgens wordt in hoofdstuk 4 beschreven hoe het veld is opgebouwd en hoe de trays over het veld verdeeld worden. Daarna wordt in hoofdstuk 5 uitgelegd in welke modules de machine verdeeld is tijdens het ontwerpproces. In hoofdstuk 6 worden alle modules beschreven en per modules wordt toegelicht en waarom bepaalde keuzes zijn gemaakt. Vervolgens volgt nog het definitieve ontwerp in hoofdstuk 7 met ook een kostprijscalculatie. Afsluitend wordt er in hoofdstuk 8 de conclusie gegeven.
2. Opdrachtomschrijving
Het is de bedoeling dat er een machine wordt ontworpen die een aantal rijen van elk drie trays uit elkaar plaatst in losse rijen. Zoals te zien is in de figuur hieronder. De trays zijn bakken waarin 16 aardbeienstekjes worden gekweekt. Die stekjes worden later verkocht of in de kas geplaatst als ze zijn uitgegroeid.
Tevens is het de bedoeling dat met dezelfde machine nog een tweede functie kan worden vervuld. Dit houdt in dat er op een later tijdstip met dezelfde machine nogmaals door dezelfde, uit elkaar geschoven, rijen wordt gereden om vervolgens de ranken af te snijden. Ranken zijn stengels aan de plantjes waaruit normaal nieuwe planten groeien. De groei van de nieuwe ranken houdt echter de groei van de plant tegen en daarom moeten deze ranken van de plant gehaald worden. Deze ranken zijn te zien in de figuur hieronder in de rode cirkels. De machine zal achter een tractor komen te hangen.
Deze machine wordt speciaal ontwikkeld voor aardbeienkwekerij Verpaalen. Dit bedrijf is aan het uitbreiden en daarom is er vraag naar een machine om deze handelingen te doen. Hierdoor kunnen heel veel manuren worden bespaard en het zal ten goede komen van de kwaliteit van het
eindproduct. Deze machine willen ze eigenlijk dit seizoen (augustus 2013) al in gebruik nemen. Het gewenste resultaat van de opdracht is dat er aan het eind van de stageperiode een compleet ontwerp ligt van de hierboven beschreven machine, zodat de machine gebouwd kan worden.
3. Eisenpakket
Vanuit de klant zijn de volgende eisen naar voren gekomen. De machine moet de volgende functies kunnen uitvoeren
De machine moet 27 rijen trays gelijk kunnen verwerken (vaste eis)
De machine moet één type trays kunnen verwerken, deze trays hebben de afmetingen 1000x200x110 mm (lxbxh) (vaste eis)
De machine moet losse rijen kunnen maken van groepen van drie rijen (vaste eis)
De machine moet op een later tijdstip de rijen ook kunnen afranken (vaste eis)
De trays moeten op drie plaatsen worden afgerankt, aan beide zijden en in het midden van de tray (vaste eis)
De machine moet worden voortbewogen met een tractor (vaste eis)
De aandrijving eventueel ondersteund door hydraulische aandrijvingen in de wielen van de machine (variabele eis)
De machine moet haar functies kunnen voldoen met een snelheid van 0,5 m/s (variabele eis) De machine moet de volgende onderdelen bevatten
Een driepuntskoppeling categorie 2/3, om de machine aan de tractor te koppelen (vaste eis)
Een draaimechanisme om de machine achter de tractor te draaien (vaste eis)
Een systeem om 9 groepen van 3 rijen te splitsen in 27 losse rijen (variabele eis)
Een systeem om de 9 groepen goed uit te lijnen voor de uitzetter (variabele eis)
Een systeem om 27 rijen tegelijkertijd af te ranken. Het afrank principe is gebaseerd op een proefmodel,wat al eerder door AMC Braspenning BV is gemaakt, getest en goed bevonden door de betrokken klant. (vaste eis)
Een mechanisme om de machine op te klappen, zodat deze gemakkelijk gedraaid kan worden aan het einde van de rij en weinig plaats in neemt als de machine niet wordt gebruikt (vaste eis)
Het ontwerp moet voldoen aan de volgende eisen
Montage en demontage moet mogelijk zijn met standaard gereedschap (variabele eis)
De rijen moeten op een veld van 9250mm breedte staan, dit veld is verdeelt in twee delen met ruimte er tussen: (vaste eis)
o veld 1: 4150 mm breed
o vrije ruimte voor de sproeiers van 200 mm o veld 2: 4900 mm breed
De verdere verdeling over de velden is vrij, mits er in groepen van drie rijen word gewerkt in verband met het planten van de stekplantjes (variabele eis)
De losse rijen moeten minimaal 100 mm uit elkaar staan (vaste eis)
Het uitzetsysteem moet de trays centreren voor het afranken (vaste eis)
Het afranken moet bij voorkeur gebeuren zonder aandrijving (variabele eis)
Klantspecifieke eisen waar de klant zelf voor moet zorgen
De tractor waarop de machine is gebaseerd is een Fendt Farmer 410 Vario (voor specificaties zie bijlage 4), of vergelijkbaar met de volgende specificaties: (vaste eis)
o Driepuntshefinrichting categorie 2/3 achter o Hefinrichting achter moet 3000 kg kunnen dragen o Driepuntshefinrichting categorie 2 voor
o Hydraulische druk van minimaal 160 bar o Hydraulische olie opbrengst minimaal 70 l/min
o Tractor moet met een constante snelheid kunnen rijden, deze constante snelheid moet kunnen variëren tussen 0,2 m/s tot 1 m/s tijdens gebruik
Het trayveld moet worden aangelegd volgens de afmetingen, die zijn aangeven bij AMC Braspenning BV. Deze afmetingen zijn van een veld van links naar rechts (vaste eis):
o Pad 2000 mm breed o Deel 1 4150 mm breed o Sproeier rij 200 mm breed o Deel 2 4900 mm breed o Afvoergoot 300 mm breed o Deel 2 4900 mm breed o Sproeier rij 200mm breed o Deel 1 4150 mm breed o Pad 2000 mm breed
Het trayveld moet volledig egaal zijn voor het goed functioneren van de machine (vaste eis)
Het trayveld moet voorzien zijn van een sproeisysteem met uitneembare sproeier, deze sproeiers moeten worden weggehaald voor gebruik van de machine (vaste eis)
Fabricage eisen:
De machine moet hoofdzakelijk worden gemaakt van RVS (vaste eis)
Er mag gebruik worden gemaakt van kunststoffen (vaste eis)
De verbindingen in de machine mogen alleen las- of boutverbindingen zijn (vaste eis)
De constructie moet zo veel mogelijk bestaan uit koker profielen (variabele eis)
Er moet zoveel mogelijk gebruik worden gemaakt van plaatwerk om productietijd te beperken (variabele eis)
Draaiwerk van een beperkt aantal wordt zelf gedaan, grote aantallen zullen worden uitbesteed (variabele eis)
Montage moet mogelijk zijn met beperkte hoeveelheden standaard gereedschap (variabele eis)
Machine moet makkelijk te demonteren zijn voor transport naar de klant en daar weer eenvoudig te monteren zijn (variabele eis)
Milieu eisen:
De kwetsbare onderdelen moeten eenvoudig vervangbaar zijn (variabele eis)
De machine moet zo goed mogelijk worden onderhouden voor een lange levensduur (variabele eis)
4. Trayveld lay-out
Voor het ontwerp van de machine is de lay-out van het trayveld van zeer groot belang. Daarom is eerst deze lay-out in grote lijnen bepaald. Tijdens het ontwerpproces is de lay-out nog wel aangepast om ervoor te zorgen dat de machine goed kan functioneren. De maten van het trayveld zelf waren al bepaald. Deze maten zijn in de onderstaandfiguur weergeven. Een veld bestaat eigenlijk uit twee delen, een deel links van de waterafvoergoot en een deel rechts. Deze afvoergoot is de blauwe strook in het midden van 300 mm breed. Hierbij moet er rekening mee worden gehouden dat er aan beide zijde van de goot ook nog eens 50 mm extra vrije ruimte wordt gehouden. Zoals te zien is in onderstaande figuur, zijn de delen ook weer verder gesplitst. Dit heeft te maken met een rij sproeiers die op het veld staat. Deze sproeiers worden tijdens het gebruik van de machine weggehaald, zodat daar tijdens gebruik geen rekening mee hoeft te worden gehouden. Voor de positionering van de trays op het veld is dit echter wel van belang. Na het uit elkaar schuiven van de trays moet er links en rechts van de sproeier minimaal 100 mm ruimte zijn. Ten slotte zit er aan beide zijden van het trayveld een pad van 2000 mm breed.
Het is de bedoeling om met de machine één veld, in twee keer te verwerken. Daar is ook de lay-out van het trayveld op gebaseerd. Op een half veld moeten 27 rijen trays komen te staan. Deze rijen moeten minimaal 100mm uit elkaar staan. Tevens moet er rekening worden gehouden dat er op twee plaatsen één of meerdere steunwielen moeten rijden. Hieruit kwam een lay-out naar voren die voldeed aan deze eisen. Alleen tijdens het ontwerpproces werd duidelijk, dat deze lay-out voor problemen zou zorgen tijdens het opklappen van de machine. Daarom is de lay-out tijdens het ontwerpen nog aangepast. Er zijn namelijk twee extra open ruimtes gecreëerd om ervoor te zorgen dat de machine goed ingeklapt kan worden. De lay-out zoals hij definitief is geworden is te zien in de figuur hieronder.
Tenslotte de opstelling van de trays, voor het uit elkaar schuiven. Er is te zien dat er in groepen van drie rijen is gewerkt, dit omdat er in rijen van drie het gemakkelijkst geplant kan worden. Het is belangrijk voor het functioneren van de machine, dat de rijen worden weggezet volgens de afmetingen die hieronder zijn weergeven.
Om ervoor te zorgen dat de rijen van drie trays tijdens het plaatsen goed op het veld gepositioneerd staan, zodat ze goed uitkomen voor de uitzetters, is er in samenspraak met de klant gekozen dat er een aanpassing nodig is aan de manier van plaatsen van de trays op het veld. Dit gebeurde eerst door één voor één de trays van den band af te pakken en ze vervolgens met de hand op de juiste positie te zetten, dit is hieronder op de foto te zien.
Deze methode is echter niet nauwkeurig genoeg om ervoor te zorgen dat de trays goed voor de machine komen. Er zou een extra geleiding op de machine nodig zijn. Daar bovenop was de klant toch al niet blij met de manier van trays wegzetten en daarom is ervoor gekozen om dit aan te passen. Omdat ook de vulmachine reeds geleverd is door AMC Braspenning (zie foto links) kan deze aanpassing makkelijk gedaan worden. De aanpassing houdt in dat er glijgoten worden gemaakt aan de transportband. Hierin kunnen drie bakken worden geschoven, zodat ze dan meteen op de goede plaats op het veld schuiven. Dit zorgt ervoor dat de bakken nauwkeurig (± 4mm) op de juiste positie komen te staan en is er dus geen extra geleiding nodig voor het uitzetten. Tevens hoeven de mensen die normaal de bakken wegzetten niet meer continu te bukken. Dat maaktdit werk meer ergonomisch en hoogst waarschijnlijk kan de klant hiermee ook een werknemer uitsparen.
Het is nog mogelijk dat de rijen niet helemaal recht zijn door kleine stuurbewegingen van de tractor. Maar in samenspraak met de klant is besloten dat daarvoor geen extra maatregelen nodig zijn. De klant zegt dat ze zo recht kunnen rijden, dat deze afwijking minimaal is. Of deze afwijking echt
Functies
Modules
Machine
uitzetter en Trayafranker Module 1: Frame Dragen van de verschillende onderdelen Opvangen van de krachten tijdens het uitzetten en afranken Opklappen voor transport en opslag Module 2: Bevesteging aan tractor Koppelen frame aan de tractor Vergendeling van het frame als de
machine is opgeklapt Draaimechanisme om het frame of naast of achter de tractor te draaien Dragen van de machine als deze van de grond getild
wordt
Module 3: Uitzetter
Het uit elkaar drukke van de trays
Postioneren van de trays voor het
afranken
Module 4: Afranker
Het afranken van de planten
Tijdens het uit zetten moet het vrij
hangen van de trays
5. Opbouw machine
Verschillende modules
Om ervoor te zorgen dat het ontwerp overzichtelijk blijft, is ervoor gekozen om de machine te verdelen in vier modules. Deze losse modules zullen dan uit eindelijk de totale machine vormen. In het functieblok schema hieronder is verdeling van de machine te zien. Tevens is aangeven welke functies per module moeten worden uitgevoerd. Ook staat onderaan de pagina nog een afbeelding waarin de verdeling van de modules is te zien. In die afbeelding zijn de verschillende modules in verschillende kleuren te zien, zodat de verdeling duidelijk te zien is.
6. Uitwerken modules
Dit hoofdstuk bevat alle informatie betreffende de uitwerking van de verschillende modules. Per module zullen de verschillende afwegingen en berekeningen beschreven worden.
6.1 Module 1: Het frame
Het frame is het constructiedeel van deze machine waaraan alle andere modules gekoppeld zijn. De functie van dit frame is dan ook het dragen van zowel de uitzetters als deafrankers en het opvangen van de krachten die ontstaan tijdens het gebruik. Omdat dit frame een lengte heeft van ongeveer 9,5 meter, is er besloten om dit frame op twee plaatsen te ondersteunen met wielen op de grond. Hierdoor wordt de overspanning kleiner en kan er dus een lichtere constructie worden gebruikt en dat is van belang omdat de tractor het gewicht wel aan moet kunnen. Verder moet dit frame ook nog ingeklapt kunnen worden, zodat deze machine makkelijker gedraaid kan worden aan het einde van de rij, makkelijker getransporteerd kan worden en tevens minder plek inneemt tijdens de opslag.
Opklapsysteem
Waarmee begonnen is, is het bedenken van het opklapsysteem. Het eerste idee hiervoor was om halverwege het frame een zwaar scharnierpunt te maken en het frame als het ware dubbel te vouwen. Het voordeel hiervan is dat de machine na het opklappen laag blijft en dat de lengte wordt gehalveerd. Ook is het een voordeel dat het scharnierpunt boven in het frame ligt, dit zorgt ervoor dat er geen problemen ontstaan met onderdelen die tijdens het opklappen tegen elkaar kunnen komen. Uiteindelijk is niet voor deze optie gekozen, omdat deze methode ook een heel groot nadeel heeft, namelijk de hele hoge krachten die moeten worden overwonnen om in en uit te klappen. Er moet hierbij namelijk een stuk frame van ongeveer 4,5 meter lang en ongeveer 400 kg omgekeerd worden. Dat resulteert in een hele grote kracht. Voor dit systeem zijn een aantal zaken berekend om te bekijken wat die krachten dan daadwerkelijk zijn. Dit gaf als resultaat dat het omkeersysteem gemaakt zou moeten worden met kokers van minimaal 100x100x4 en dat er twee cilinders nodig zijn met een minimale boring van 100 mm en deze onderdelen van dit formaat zijn eigenlijk niet te plaatsen in de beperkte ruimte die er is. Tevens zou er dan heel veel spanning op deze onderdelen en het frame komen waardoor de levensduur van de machine moeilijk te garanderen is. Zodoende is er voor een andere oplossing gekozen.
De gekozen optie is om de machine op te klappen met hetzelfde principe als bij AMC Braspenning BV al wel eens is toegepast in een spuitboom. Het idee achter deze methode is om het frame in het midden van de constructie omhoog te trekken, zodat de beide delen na het omklappen verticaal omhoog staan.
Deze methode van opklappen zorgt voor een aantal grote voordelen. Zo zal de machine na het opklappen veel korter zijn dan bij de andere methode. Wel is natuurlijk het nadeel dat de machine
maar aan één kant wordt ondersteund. Hierdoor blijven de krachten in de scharnieren en cilinder beperkt. Een nadeel van deze methode is dat de functionele delen van de machine tegen elkaar kunnen komen. Om dit probleem op te lossen is gekozen om tussen de twee grote delen een extra deel te plaatsen. Dit extra deel zorgt ervoor dat als de machine helemaal is ingeklapt, er ruimte blijft tussen de verschillende constructiedelen. Deze ruimte zorgt ervoor dat de functionele delen niet tegen elkaar komen. Wel moest om deze reden ook de lay-out van het veld wat worden aangepast zodat er bij het opklappen geen problemen ontstaan.
Deze optie is daarna nog aangepast om het wat eenvoudiger te maken. Bij de eerste manier was voor het opklappen een ingewikkelde constructie met stangen en scharnierpunten nodig, maar daar is iets anders voor bedacht: de wordt machine met twee cilinders omhoog gedrukt. Dit kost wel een extra cilinder, maar dat maakt het wel een heel stuk simpeler om te maken. Het opklappen van het laatste deel gebeurt ook los van het opklappen van de rest. Dit opklappen gebeurt ook door twee cilinders, die het laatste deel samen bijna 180 graden omkantelen.
Ook was het eerst de bedoeling dat het achterste zwenkwiel continu recht op de grond zou blijven, ook tijdens het opklappen, maar dit bleek redelijk complex te zijn. Daarom is ook besloten om daar vanaf te stappen en het wiel gewoon omhoog te laten gaan. Dat leverde wel een probleem op, omdat de lengtes van het frame niet meer uit kwamen, waardoor de machine niet helemaal recht overeind komt te staan. Dit probleem zou opgelost kunnen worden door het wiel te verplaatsen, maar dit ging niet omdat de rijen op het veld dan niet meer passen. Dit probleem is uiteindelijk opgelost door een extra wieltje te plaatsen. Dit wieltje zorgt ervoor dat het hoogteverschil wordt gecompenseerd tijdens het opklappen. Tijdens het opklappen zullen eerst de normale wielen de constructie dragen en ongeveer halverwege zullen de extra wielen het overnemen en komen de normale wielen van de grond.
In de afbeelding op de vorige pagina is een wiel aangeven in een ronde cirkel dit is omdat dit wiel nog wat verder wordt uitgelegd. Tussen dit wielen het frame zit een druklager. Daardoor zal het wiel reageren als een zwenkwiel. Dit houdt in dat het wiel de rijrichting automatisch blijft volgen door de wrijving tussen de grond en het wiel. Dus tijdens het werken zullen deze wielen parallel rijden aan de tractor en tijdens het opklappen rijden de wielen richting de tractor. Tevens is dit wiel ook nog voorzien van een hydraulische motor die de tractor ondersteunt tijdens het uitzetten en afranken. Deze moeten er voor zorgen dat de machine netjes naast de tractor blijft en niet te veel gaat weg buigen op het uiteinde van de machine, want als dat wel het geval is zullen de rijen niet meer goed uitkomen voor de uitzetter. Overigens is er bij de berekeningen vanuit gegaan dat deze motoren niet werken omdat de constructie ook heel moet blijven als er toevallig iets fout gaat met die motoren. In de figuren hieronder is dit wiel nog wat duidelijker weergeven.
De constructie
De machine wordt volledige gemaakt van RVS, dat geldt dus ook voor het frame. Dit heeft als
voordeel dat de machine niet behandeld hoeft te worden tegen roesten. Verder blijft RVS ook langer mooi, want er zijn geen beschadigingen van bijvoorbeeld de verf. Maar het grootste voordeel is dat er nog makkelijker aanpassingen kunnen worden gedaan aan de machine mocht dat nodig zijn. Bijvoorbeeld bij het lassen of verplaatsen van onderdelen hoeft er geen rekening gehouden te worden met verf of andere nabewerkingen tegen roesten. Ook zijn dit vaak eenmalige
klantspecifieke en unieke projecten, waarbij in de praktijk nog wel eens problemen zich voor doen waar van te voren geen rekening mee is gehouden en wat dan eenvoudig aangepast moet kunnen worden.
Voor de constructie van de machine is gekozen voor een vierkant koker vakwerk. Dit heeft als reden dat de constructie sterk is tegen de buiging van de constructie. Er had ook gekozen kunnen worden voor een driehoekige constructie, deze vorm is ook sterk tegen buiging maar heeft ook een hoge torsie stijfheid. Hier is niet voor gekozen omdat die vorm moeilijk te combineren is met het opklapsysteem.
Op de constructie komen een drietal verschillende belastingen. Het eerste belastingsgeval is de belasting ten gevolge van het eigen gewicht. Deze kracht zorgt voor buiging in de constructie. Het tweede belastingsgeval is wanneer de trays uit elkaar worden geschoven. Door deze kracht zal er
Berekeningen
De constructie is berekend door in twee kritische doorsneden de krachten te bepalen en daarmee de staafkrachten te bepalen. Deze staafkrachten zijn vervolgens gecontroleerd of ze de toelaatbare spanningen overschrijden en of de staven knikveilig zijn. Om het rekenen wat eenvoudiger te maken, zijn de berekeningen in 2D vlakken uitgevoerd en zijn deze resultaten later gecombineerd.
De verdeling van de vlakken is weergeven in de figuur hieronder.
Bij het berekenen van de constructie tijdens gebruik is ervoor gekozen om de situatie te gebruiken tijdens het uitzetten, vanwege het feit dat er dan de grootste krachten op het frame komen. Zoals al eerder vermeld wordt de constructie op twee plaatsen berekend. Dit zijn vooraan (doorsnede dichtste bij de tractor) en in het midden (tussen de tractor en het steunwiel), deze zijn gekozen
omdat vooraan het grootste wringend moment werkten het grootste buigend moment ten gevolgen van het uitzettenen het midden omdat daar het buigend moment ten gevolgen van het eigen gewicht het grootste is. Hieronder in de tabel is te zien welke krachten er werken op de vier vlakken in de beide doorsnede. Na de tabel zal worden uitgelegd waar de verschillende waardes vandaan komen.
Doorsnede Boven Voor Onder Achter
Vooraan Kracht tgv. Wringend Moment FMwX=-1303N Kracht tgv. Wringend Moment FMwY=-2390N Kracht tgv. Wringend Moment FMwX=1303N Kracht tgv. Wringend Moment FMwY= 2390N Buigend moment tgv. uitzetten =10012,5 Nm Buigend moment tgv. uitzetten =10012,5 Nm Midden Kracht tgv. Wringend Moment FMwX =-651,5N Kracht tgv. Wringend Moment FMwY =-1195 N Kracht tgv. Wringend Moment FMwX=-651,5N Kracht tgv. Wringend Moment FMwY = 1195 N
Voor het eigen gewicht van de constructie op de vlakken drie en vier is er gebruik gemaakt van een Q-last. Deze Q-last komt overeen met het gewicht van de kokers. Om ervoor te zorgen dat ook het gewicht van de vlakken boven en onder wordt meegerekend, is het gewicht van de diagonale staven dubbel genomen. Daar zitten er twee keer zoveel van in en op dezelfde positie als in vlakken die berekend worden. Dit levert een q-last op van:
Koker Gewicht Kracht
50x50x2 3 kg/m 60 N/m (2x30 N/m)
20x20x2 1,1kg/m 22 N/m (2x11 N/m)
Totaal 82 N/m
Vervolgens is het maximale buigend moment ten gevolgen van het eigen gewicht bepaald. Dit is hieronder te zien:
De lengte van de overspanning is 7 meter, de q-last is 82 N/m. Dit levert dus een maximaal buigend moment op van 502,25 Nm (0,125x82x72).
Daarna zijn de krachten ten gevolgen van het wringend moment per vlak. Dit wringend moment ontstaat door kracht F1. F1 is de kracht die ontstaat door het uit elkaar schuiven van de trays. Dit zorgt namelijk voor een kracht op de geleiding en deze kracht zorgt weer een wringend moment op het frame. De berekening van de krachten per vlak ten gevolgen van het wringend moment staat hieronder. Deze krachten grijpen op negen punten aan.
In het midden van de constructie grijpt het wringend moment aan, dit moment levert in de hoeken een reactie kracht met de grote F=Mw/(4 x arm) op. Deze kracht wordt ontbonden in de X en Y richting. De ontbonden krachten geven dan de kracht van het moment per vlak aan.
Op elk vlak werkt of 2x FMwY of 2x FMwX als gevolg van het wringend moment. Dit levert bijvoorbeeld
voor het boven vlak vooraan een kracht op van 72,38x2x9=1303N
De laatste kracht die dan nog uitgerekend moet worden is het buigend moment ten gevolge van het uitzetten. Dit moment is eigenlijk heel simpel opgebouwd. Dit moment komt namelijk voort uit acht krachten die werken door het uitzetten. Deze krachten zijn vermenigvuldigd met de arm van de kracht ten opzichte van de doorsnede (de negende uitzet kracht werkt in de doorsnede deze zal bij de berekeningen dan ook als een kracht worden mee gerekend). Daaruit volgt het buigend moment.
Dit buigend moment wordt opgevangen door twee vlakken, deze nemen beide de helft van dit moment op.
Hiermee zijn alle krachten bepaald. Wel is te zien dat voor de middelste doorsnede andere waardes zijn gebruikt voor het wringend moment en het buigend moment ten gevolgen van het uitzetten, dit komt doordat in het midden niet de volledige krachten werken omdat het maar de halve lengte is. Dat heeft als resultaat dat de krachten van het wringend moment de helft zijn omdat daar maar de helft van het wringend moment werkt. Het buigend moment in het midden is zelfs naar een kwart van het buigend moment aan het begin. De helft van de krachten werken er, maar ook de afstand tot de doorsnede is maar de helft, dus is het moment maar een kwart. Hiermee zijn alle krachten uit de tabel toegelicht.
Staafkrachten
Om de staafkrachten te bepalen zijn twee doorsneden doorgerekend. Deze doorsneden zien er allebei uit zoals weergeven in de figuur hieronder. In de tekening zijn de verschillende vlakken bepaald waarin de krachten worden berekend en ook is de nummering van de staven te zien.
De krachten zijn berekend door eerst per vlak de krachten te berekenen en deze zijn vervolgens gecombineerd, om de werkelijke krachten in 3D te krijgen. Op de volgende pagina is een voorbeeld weergeven van de staaf berekening van het vlak AB in de doorsnede vooraan. De overige
berekeningen zijn terug te vinden in bijlage 2. In vlak AB vooraan zijn twee kracht situaties:
1. Kracht ten gevolgen van het wringend moment 2. Moment ten gevolge van het uitzetten
Wederom zijn de twee losse situaties apart berekend en vervolgens gecombineerd.
Situatie 1 Situatie2
Staaf 4 is gestippeld omdat deze staaf voor de oplegreacties niet van invloed is maar bij de staafkrachten wel mee genomen moet worden.
Om de oplegreacties te berekenen zijn de evenwichtsvergelijkingen opgesteld. Situatie 1: Wringend Moment
Situatie 2: Buigend moment
Vervolgens worden deze oplegreacties samengevoegd.
Oplegreactie Situatie 1 [N] Situatie 2 [N] Totaal [N]
Fxa 1305 -250 1055
Fya -1226,7 20260 19033
Met de oplegacties bekend, kunnen de staafkrachten worden berekend. de staafkrachten worden aangeven met F en dan het nummer van de staaf. De berekening is gebaseerd op het feit dat iedere knoop in evenwicht moet zijn, en gaat als volgt:
Zo zijn ook alle ander vlakken berekend dat is terug te vinden in bijlage 2. Nu zijn dus de
staafkrachten per vlak bekend deze moeten alleen nog wel op geteld worden om de krachten in het driedimensionale figuur te krijgen. In de tabellen hieronder is deze optelling gemaakt.
Vooraan
Staafkracht Vlak 1 Vlak 2 Totaal (=vlak1+vlak2)
F1 19033 -3608 15425 N (trek) F2 -1446 20027 18581N (trek) F3 -21487 -3610 -25097 N (druk) F4 4309 -20024 -15715 N (druk) F5 -3162 -3162 N (druk) F6 2133 2133 N (trek F7 -3161 -3161 N (druk) F8 1447 1447 N (trek) Midden
Staafkracht Vlak 1 Vlak 2 Totaal (=vlak1+vlak2)
F1 4628 3479 8107 N (trek) F2 -2397 5006 2609 N (trek) F3 -5854 130 -5724 N (druk) F4 -5011 989 -4022 N (druk) F5 -1580 -1580 N (druk) F6 1239 1239 N (trek F7 -1635 -1635 N (druk) F8 560 560 N (trek)
Hiermee zijn de staafkrachten in de meest kritische doorsneden bepaald. Dus nu kan er gekeken worden of de staven voldoende sterk zijn. Dit zal worden gedaan door een spanningscontrole op alle staven en controle op knik op de drukstaven.
Spanningscontrole
Om te controleren of alle staven bestand zijn tegen de spanningen in de constructie, is er een spanningscontrole uitgevoerd. Deze controle houdt in dat de kracht in de staaf wordt gedeeld door het oppervlak van het profiel. Hieruit komt een spanning, die niet groter mag zijn als de toelaatbare spanning. De toelaatbare spanning is in dit geval 150 N/mm2. De krachten F1 t/m F4 werken in een koker 50x50x2, deze heeft een oppervlak van 384mm2. De krachten F5 t/m F8 werken in een koker 20x20x2, deze heeft een oppervlak van 142mm2. Hieronder staat de formule van de spanning nog eens vermeld en in de tabellen zijn de resultaten te vinden.
Vooraan
Staaf Kracht (F) [N] Oppervlak (A) [mm2] Spanning (ơ) [n/mm2]
F1 15425 384 40,17 F2 18581 384 48,39 F3 25097 384 65,36 F4 14271 384 37,16 F5 3162 142 22,27 F6 2133 142 15,02 F7 3161 142 22,26 F8 1447 142 10,19 Midden
Staaf Kracht (F) [N] Oppervlak (A) [mm2] Spanning (ơ) [n/mm2]
F1 8107 384 21,11 F2 2609 384 6,79 F3 5854 384 15,24 F4 4022 384 10,47 F5 1580 142 11,13 F6 1239 142 8,73 F7 1635 142 11,51 F8 560 142 3,94
In de resultaten is te zien dat de hoogste spanning in staaf 3 van de voorste doorsnede zit. Deze spanning is 65,36 N/mm2, dat is nog niet de helft van de toelaatbare spanning dus de spanningen zullen geen probleem zijn voor deze constructie.
Controle op knik
Een ander probleem wat zich voor kan doen in de constructie is dat een staaf de spanningen wel aan kan, maar dat een staaf door een drukbelasting kan gaan knikken. Om te controleren of dat in dit geval voor kan komen, is de knikstabiliteit van de drukstaven berekend. Deze berekening is gemaakt met een Excel sheet, hoe die berekening op die sheet werkt is op deze pagina uitgewerkt met een voorbeeld van de zwaarst belaste staaf op druk in deze doorsneden. De resultaten van alle drukstaven is ook weergeven in de tabel onderaan deze pagina en de volledige Excel sheet is te vinden in bijlage 2.
De staaf die hier wordt gecontroleerd op knik heeft een lengte van 475 mm en wordt belast met een drukbelasting van 25,10kN. De knikberekening gaat als volgt:
Doorsnede Staaf Knikstabiliteit
Vooraan 3 0,42 4 0,24 5 0,18 7 0,18 Midden 3 0,10 4 0,07 5 0,09 7 0,09
In de tabel is te zien, dat de hoogste waarde van de knikstabiliteit 0,42. Een staaf is knikveilig als deze waarde kleiner is dan 1. Dit betekent dat deze staaf en dus ook de ander drukstaven knikveilig zijn. Hiermee is de constructie gecontroleerd op sterkte en het resultaat is dat deze constructie ruim
6.2 Module 2: Bevestiging aan de tractor
Module 2 is het deel wat het frame aan de tractor koppelt. Dit is een module die zwaar belast wordt zowel tijdens gebruik als tijdens het transporteren. Tijdens het gebruik zal er veel aan dit frame worden getrokken en tijdens het transporteren moet module 2 heel de machine kunnen tillen.
De machine zal worden bevestigt in de driepuntshefinrichting van de tractor. Dit type hefinrichting is genormaliseerd in een aantal categorieën. De tractor waarvoor deze machine wordt ontwikkeld, heeft een categorie 2/3 hefinrichting. Daar zal de koppeling op worden gebaseerd en hierdoor kan de machine niet alleen door deze tractor worden gebruikt, maar kunnen ook andere tractoren met deze koppeling de machine gebruiken.
De module bestaat uit twee delen, het deel dat aan de tractor zit en het deel wat aan het frame zit met daartussen een draaikrans. Hierdoor kan de machine tijdens gebruik naast de tractor hangen en kan het tijdens transport achter de tractor worden gedraaid. Hierdoor is de tractor beter in balans en kan gemakkelijker rijden, omdat er geen groot uitstekend deel naast de tractor hangt. Dit draaien wordt gedaan door een hydraulische motor met daaraan een tandwiel. Over dat tandwiel zal een ketting komen te lopen. Deze ketting zit op twee punten vast, waardoor het tandwiel over de ketting gaat rijden. Als dit tandwiel gaat draaien zal dus ook de draaikrans gedraaid worden.
Verder moet er in deze module ook een vergrendeling zitten van het frame wanneer deze opgeklapt is. Dit is nodig om de machine van de grond te kunnen tillen tijdens het transport. Als er geen vergrendeling is zou dat niet kunnen omdat de machine weg zou rollen. De vergrendeling is redelijk simpel. Het bestaat uit een as met daarop vier haken. Deze as kan met behulp van een hydraulische cilinder een kwartslag gedraaid worden. De haken draaien achter een koker van het frame en daardoor is die dus vergrendeld. Na het vergrendelen kan de machine van de grond getild worden door de hefinrichting van de tractor omhoog te doen. Als dit gebeurt is kan de machine achter de tractor gedraaid worden. Daarna kan de machine relatief normaal vervoerd worden.
Berekening
De haken waarmee het frame wordt vergrendeld, moeten ervoor zorgen dat het frame niet gaat kantelen wanneer de machine wordt opgetild. Dat zorgt ervoor dat er behoorlijke krachten op de haken komen en daarom is het goed om te controleren of de haken de spanningen aankunnen. Maar voordat die spanningen berekend kunnen worden moet eerst de kracht in de haken worden
berekend, deze berekening staat hieronder.
Deze kracht wordt opgevangen door vier haken, dus per haak wordt een kracht opgevangen van 1821,5 N. Om te controleren of de haken deze kracht aankunnen is gebruik gemaakt van SolidWorks Simulation. Met dit programma zijn spanningen in onderdeel gemakkelijk te bepalen. In de figuur hieronder zijn de spanningen in de haak weergeven. Ook is de maximale spanning weergeven, de maximale spanning is 99,4 N/mm2. Deze haak is gemaakt van RVS, dit materiaal heeft een maximaal toelaatbare spanning 150 N/mm2, dus deze haak kan de spanning aan.
6.3 Module 3: Uitzetter
De uitzetter is het systeem waarmee de drie gegroepeerde rijen uit elkaar worden geschoven in drie losse rijen. Tevens dient dit systeem voor de goede positionering van de trays voor het afranken. Deze module is in principe heel eenvoudig, er moet een systeem komen met een soort geleiders die de trays uit elkaar schuift. Maar in de praktijk blijkt dit een stuk lastiger dan het doet vermoeden. Er zijn namelijk vele dingen die voor problemen kunnen zorgen. Soms hangen er wel eens stengels en bladeren over de rand van de trays, deze mogen natuurlijk niet klem gaan zitten. Tevens is er maar minimale ruimte tussen de trays om ze uit elkaar te schuiven. Dus mochten de trays niet goed voor de uitzetter komen, gaat het al heel snelfout.
Om ervoor te zorgen dat het niet te complex wordt en omdat er toch al in rijen van drie wordt gewerkt, is er besloten om telkens de middelste rij te laten staan en de twee buitenste opzij te schuiven.
Het grootste probleem bij deze module is dat het moeilijk is om in te schatten wat er daadwerkelijk gaat gebeuren. Daarom hebben we een aantal ideeën bedacht om dit probleem op te lossen. Hieronder staan drie bedachten oplossingen, met elk een aantal voordelen en nadelen. Optie 1 is eigenlijk heel simpel. Het zijn vier RVS strips op de zijkant, deze strips zijn gewalst en gekant in de juiste vorm. Dit heeft als voordeel dat het een lichte oplossing is en er heel veel vormvrijheid is.
Het nadeel is dat er bij deze methode kans is dat de bladeren en takjes gaan klemmen. Een ander nadeel is dat de strips vanuit zichzelf niet veel stevigheid hebben dus zullen ze goed bevestigd en ondersteun moeten worden om de weerstand van het uit elkaar schuiven te kunnen weerstaan. Daarom is ook besloten om deze optie in eerste instantie niet te gebruiken vooral omdat er nog niet bekend is wat ze nu precies te verduren krijgen.
Optie 2 bestaat uit vier kokers 100x40x3, die plat liggen. Op deze manier ontstaat er al meteen een afstandhouder tussen de trays. Op de voorkant van deze kokers zijn plaatwerk onderdelen bevestigd om de trays uit elkaar te schuiven. Voordeel van deze methode is dat er door de kokers meteen stevigheid ontstaat en met het zetten van plaatwerk voor kan worden gezorgd dat er niet veel bladeren en takjes gaan stroppen.
beschadigingen aan detrays kunnen voor problemen zorgen. Dit zou eventueel opgelost kunnen worden door extra plaatwerkonderdelen tegen de geleiding aan te maken waardoor er wat extra raakvlak ontstaat. Dit heeft als nadeel dat het onderdeel een stuk complexer wordt om te maken en tevens word de vormvrijheid nog meer beperkt door die extra onderdelen. Het was sowieso al een nadeel bij deze methode dat er niet veel met rondingen kan worden gewerkt maar alleen veel met rechte hoeken en lijnen.
Uitzetter Optie 3
Uiteindelijk is er gekozen voor de derde optie, deze zal hieronder omschreven worden. Bij optie 3 zijn de geleidingen volledig gemaakt van kunststof. Dit heeft als voordeel dat kunststof minder wrijving geeft op de trays. Het soort kunststof wat is gekozen, is 25mm dik waardoor er ook een groter raakvlak is met de trays. Er is op deze manier ook een grote vormvrijheid mogelijk. Kunststof is echter minder sterk dan een stalen koker, daarom is er bij deze optie voor gekozen om op twee plaatsen te bevestigen, zowel aan de voorkant als aan de achterkant. Van deze optie is ook een test model gemaakt om te kijken of het werkt. Dit is ook nodig omdat niemand precies weet wat er met de trays gebeurt als ze uit elkaar worden geschoven.
Hieronder in de figuur is te zien wat de vorm is van het kunststof testmodel. Er is te zien dat er aan de buitenkanten is gewerkt met twee verschillende vormen. Dit is gedaan om het verschil te kunnen vergelijken.
Nadat dit model gemaakt was, zijn er een aantal testen uitgevoerd. Daaruit kwam al heel snel naar voren dat maar een van de twee verschillende vormen werkt. Aan de kant waar geen inkeping in de geleiding zit liepen de trays meteen vast terwijl ze er aan de andere kant gewoon makkelijk doorheen gaan. Daarom is er meteen besloten om die inkeping te houden. Om dezelfde rede bleek ook meteen dat optie 2 niet mogelijk is omdat daar geen inkeping mogelijk is. Er zijn nog meer dingen uit de test gekomen, zo bleek dat de ruimte tussen de geleidingen net te krap is waardoor het uit elkaar schuiven te zwaar ging. Met een kleine aanpassing is de ruimte vergroot en ging het wel goed. Ook is er voor gekozen om bij de geleiding van de middelste tray, wat inkepingen te maken deze inkepingen zijn zo geplaatst dat de tray nog netjes geleid wordt, maar het contact met de tray is daardoor wel een stuk minder geworden, waardoor het nog soepeler gaat.
Vervolgens is er nog gekeken hoe deze optie werkt bij de tweede taak die het moet doen: het positioneren van de trays voor het afranken. Hier kwam ook een probleem uit naar voren, want de twee buitenste trays kunnen schuin onder de afranker komen. Dit komt door de inkeping aan de ene kant en de geleidelijke geleiding aan de ander kant. Daardoor ontstaat er behoorlijk wat speling tussen de geleiding en de tray en dat zorgt ervoor dat de tray te scheef kan staan. Om dit probleem tegen te gaan is ervoor gekozen om een extra onderdeel te gebruiken als de trays gepositioneerd moeten worden. Met dit extra onderdeeltje wordt de tray op een extra plek ondersteund en is positionering wel goed. Dit onderdeel zal dan wel, na het uit elkaar zetten, moeten worden gemonteerd. Het gaat dan over in het totaal 18 onderdelen, dus de tijd die dat kost is heel beperkt en deze onderdelen hoeven ook maar eenmaal per jaar erop gezet en eraf gehaald te worden. In de afbeelding hieronder is te zien hoe de uitzetter er definitief uit ziet.
Van deze module zijn ook nog een aantal varianten, omdat bij sommige rijen de zijgeleiding meteen voor twee kanten tegelijk is. Maar qua principe zijn die gewoon hetzelfde alleen zijn de geleidingen dan breder en is de constructie iets anders. Hieronder zijn de verschillende varianten te zien. De variant die hierboven te zien was, is variant 4.
6.4 Module 4: Afranken
Deze module is bedoeld om de ranken van de stekplantjes af te snijden, dit afsnijden moet gebeuren op drie plaatsen, zowel in het midden van de tray en als beide zijkanten. Het snijden van de ranken zal gaan volgens een eerder bedacht en getest concept. Dit concept zal nog wel moeten worden aangepast zodat het ook in de machine past en er waren ook nog wat zaken die niet goed
functioneerden die nog moeten worden aangepast. Het concept zoals getest is te zien in de figuur hieronder.
Dit concept werkte qua snijden heel goed, daarom is dat ook iets wat voor de machine behouden blijft. Maar de geleiding zoals deze te zien is in het concept werkt niet goed genoeg, hier bleven teveel bladeren en ranken in hangen waardoor het vastloopt. Deze geleiding gaat ook helemaal verdwijnen bij de machine omdat de trays door de uitzetter al worden gepositioneerd. Er is geleerd van het probleem wat hier ontstond en hier is rekening mee gehouden bij de uitzet module. Er is uit deze proef ook naar voren gekomen dat er geen aandrijving nodig is voor de messen mits deze met een bepaalde druk op de bakken drukken. Deze druk zal variabel instelbaar moeten zijn. Het eigen gewicht van de module zal al voor een gedeelte van de druk zorgen, maar waarschijnlijk zal er ook nog wat extra druk nodig zijn. Hiervoor zijn er twee opties, de eerste optie is om een veer toe te voegen die zorgt voor extra druk en de tweede optie om extra gewicht toe te voegen om voor extra druk te zorgen. Deze twee opties hebben allebei voor- en nadelen. De veer heeft als voordeel, dat als de machine wordt opgeklapt de veer maximaal zal uitdrukken en vervolgens in die positie blijft. De veer zal dus niet gaan bewegen als hij niet op de trays rust en dit is bij de andere optie wel het geval, hierbij kan de arm met de messen vrij bewegen. Dus moet de arm eigenlijk vergrendeld worden als de machine wordt opgeklapt. Wel heeft deze optie het voordeel dat het een stuk eenvoudiger is om te maken, het een stuk betrouwbaarder is en een veel groter bereik heeft als de optie met de veer. Overigens moet er bij beide opties ook voor gezorgd worden dat ze vergrendeld kunnen worden in de hoogste stand, zodat de messen tijdens het uit elkaar schuiven niet op de trays komen. Uiteindelijk is er gekozen om te werken met gewichten, omdat dit het eenvoudigste is en
Voor de vergrendeling is gekozen om aan de achterkant van de afranker een losse koker te plaatsen. Deze koker wordt opgehangen aan het frame met twee kleine hydraulische cilinders. Tijdens het afranken zijn deze cilinders helemaal uit waardoor de messen vrij kunnen bewegen. Vervolgens tijdens het opklappen en het uit elkaar zetten zullen de cilinders helemaal in zijn waardoor de afrankers worden opgetild en klem komen te zitten tussen de koker en het frame. Dit systeem moet in elk deel van de constructie (zie frame module) zitten, omdat de machine anders niet op kan klappen. Dus dit zal uit vier delen bestaan.
Voor de bevestiging van de afranker aan het frame, is ervoor gekozen om dit met een arm te hangen aan het frame. Door de ophanging wordt ervoor gezorgd dat er wat extra druk op de messen komt. Het gewicht van de messen zit op deze manier verder van het scharnierpunt en tevens help het gewicht van de armen zelf ook mee. Zoals het systeem er nu uitziet is te zien in de figuur hieronder.
Er is gekozen om de messen kleiner te maken dan de messen uit het concept. Dit heeft er mee te maken dat dit afrank systeem nu onder het frame hangt en de messen moeten tijdens het uitzetten minimaal 50 mm boven de trays hangen, omdat mogelijk te maken moesten de messen kleiner worden. Ook was het een optie geweest om dan de messen te verschuiven naar achter het frame. Maar daar is niet voor gekozen omdat het qua veiligheid beter is als de messen onder het frame hangen, zo is het moeilijker om erbij in de buurt te komen en tevens zijn ze zo beter af te schermen.
7. Definitief ontwerp
In dit hoofdstuk zijn afbeeldingen weergeven van het definitieve ontwerp. In deze afbeeldingen is van verschillende kanten te zien hoe de hierboven beschreven modules zijn samengevoegd tot het definitieve ontwerp. Van dit definitieve ontwerp zijn ook werktekeningen en zaaglijsten gemaakt zodat de machine echt geproduceerd kan worden. Er is voor gekozen in overleg met AMC
Braspenning BV en de klant, om deze tekeningen niet op te nemen in dit verslag omdat ze die liever niet openbaar maken willen maken. Dit hoofdstuk bevat ook een globale kostprijscalculatie.
Kostprijs
Nadat het definitieve ontwerp af was, is er ook gekeken naar wat de machine moet gaan kosten. Daarom is er ook een globale kostprijs calculatie uitgevoerd. In deze kostprijscalculatie is de prijs per module bepaald. Van de delen die door AMC Braspenning BV zelf worden gemaakt en er is ook een lijst opgesteld van de onderdelen die uitbesteed worden of onderdelen die worden ingekocht (zie bijlage 3). Door deze verschillende lijsten bij elkaar op te tellen ontstaat uit eindelijk de kostprijs van de machine in de tabel hieronder. Hoe de prijzen in deze tabel tot stand zijn gekomen is te zien in bijlage 3. De kostprijs calculatie is nog niet helemaal compleet, omdat de leverancier van de hydrauliek de prijs voor het hydraulische systeem nog niet heeft gegeven. De hydraulische cilinders en motoren zijn al wel inbegrepen. Mogelijk zijn deze prijzen bij de andere leverancier goedkoper, omdat die dan het totaalpakket kunnen leveren inclusief ventielen, slangen enzovoort. De calculatie zijn alleen de kosten voor het materiaal van de machine. De uren voor de ontwikkeling, het ontwerp en het bouwen moeten nog worden bepaald.
Naam Prijs
Koopdelen € 14.860,69
8. Conclusie
In dit verslag werd het ontwerpproces van de Tray uitzetter en afranker beschreven. Deze machine is ontworpen naar aanleiding van de vraag van de klant. Deze klant vroeg of er een machine ontwikkeld kon worden om traybakken uit elkaar te zetten in losse rijen. Tevens zouden ze graag willen dat met dezelfde machine ook de trays afgerankt kunnen worden.
Hierop is een pakket van eisen opgesteld en is begonnen met het ontwerpen van deze machine. Het ontwerp van de machine bestaat uit vier modules.
De eerste module bevat het opklapsysteem om er voor te zorgen dat de machine makkelijker getransporteerd kan worden. Tevens bevat deze module de constructie die ervoor moet zorgen dat de machine de krachten op kan vangen waaraan de machine wordt blootgesteld tijdens het werken. De krachten die dan op het frame komen zijn berekend met als resultaat dat de maximale spanning in de constructie is 65,36 N/mm2, dit is lager als de toelaatbare spanning dus de constructie is sterk genoeg. Ook is de knikstabiliteit berekend dit bleek ook niet voor problemen te zorgen. De tweede module is zo bedacht dat deze module het frame kan tillen tijdens het transport. Hiervoor zijn ook een aantal vergrendel haken nodig, deze haken zijn ook berekend en deze waren ook bestand tegen de krachten die erop werken als de machine wordt opgetild. Tevens is er voor gezorgd dat deze module gekoppeld kan worden met elke tractor met een categorie 2/3 hefinrichting. Voor de derde module is begonnen met het bedenken van een aantal alternatieve oplossingen, van deze
alternatieve zijn vervolgens voor- en nadelen opgesteld. Hieruit kwam een oplossing als beste naar voren. Van deze oplossing is daarna een test model gemaakt, dit model bleek goed te werken. Op een paar puntjes na, maar die waren eenvoudig aan te passen. Bijvoorbeeld moest de geleiding net wat ruimer zijn om het uitzetten soepel te laten werken en moet er voor het afranken een extra plaatje worden gemonteerd om de trays goed te positioneren. De vierde module werkt volgens een principe dat al gemaakt en getest is, dit principe werkt met drie ronde messen, die de ranken op drie plaatsen per tray afsnijd. Deze messen worden niet aangedreven maar rollen gewoon over de trays en worden met gewicht op de trays gedrukt. Deze vier modules zijn samengevoegd,met het
uiteindelijkeresultaat, dat er een machine is ontworpen die voldoet aan de eisen en die de gewenste functies kan uitvoeren en die helemaal klaar is om te gaan bouwen.
Bijlage 1: PMD
PROJECT MANAGEMENT DOCUMENT
Project: Machine ontwerpen om traybakken uit elkaar te schuiven en ranken te snijden Versie: 1.1
Startdatum: 18-2-2013 Einddatum: 21-6-2013
0. Uitvoeringsgegevens
Bedrijfsgegevens: A.M.C Braspenning B.V. Goorbaan 1a
4881 MH Zundert 06-22975393 info@brasmach.nl
Bedrijfsbegeleiding: A.M.C Braspenning Goorbaan 1a 4881 MH Zundert 06-22975393 info@brasmach.nl
Onderwijsinstelling: Avans Hogeschool
Academie voor Technologie en Management Adres: Lovensdijkstraat 61-63 4818AJ Breda Receptie (076) 525 05 00 Postadres: Avans Hogeschool Postbus 90.116 4800 RA Breda
Hogeschoolbegeleiding: Niek van Nuijs
nacvannuijs@hotmail.com
Student(en): Giel Mathijssen 2028055 Gommersstraat 65 4891AP Rijsbergen 076-5963608
1. Situatiebeschrijving
1.1. Bedrijfskarakteristiek Branche
AMC Braspenning BV is een machinebouwbedrijf. Het bedrijf richt zich op de agrarische en voedingsmiddelensector. AMC Braspenning BV houdt zich bezig met de ontwikkeling, productie, onderhoud en verkoop van machines. Deze machines worden meestal volledig klant specifiek
geproduceerd en zijn heel divers. Het is een klein bedrijf waardoor het contact met de klant goed kan worden onderhouden.
Geschiedenis
AMC Braspenning BV is ongeveer 14 jaar geleden opgericht. Het bedrijf begon oorspronkelijk als een onderhoudsbedrijf voor machines en tractoren. Na een paar jaar kwam er ook een vraag voor nieuwe machine, deze werd gebouwd en werkte naar behoren. Zo gingen ze steeds verder met meer en grotere machines, tot op een gegeven moment hele installaties en complete constructies voor loodsen en hallen. Met dat laatste zijn ze 5 jaar geleden gestopt om toch meer te kunnen
specialiseren in de bouw van machines. Ook werd het machinepark verder uitbereid in de jaren, zo hebben ze nu onder andere een eigen waterstraalsnijder en kantbank, zodat ze ook dat werk zelf kunnen en niet meer hoeven uit te besteden.
Organisatie
AMC Braspenning BV is een klein bedrijf. Die buiten de eigenaar nog twee man vast personeel heeft. Verder wordt er in drukke periodes extra personeel ingehuurd om ervoor te zorgen dat al het werk gedaan kan worden en ook zijn er een aantal parttimers, vaak ex-stagiaires. Er wordt veel met stagiaires gewerkt, er is bijna altijd wel een stagiaire actief. Dit vindt het bedrijf ook belangrijk, omdat stagiaires vaak een frisse kijk hebben op dingen en dat kan het bedrijf helpen met groeien tot een beter bedrijf.
1.2. Product, dienst, assortiment
AMC Braspenning BV heeft een heel breed assortiment producten. Dit komt doordat ze vooral producten maken waar de klant om vraagt en dat kan heel divers zijn, zolang het maar bedoeld is voor de agrarische of voedingsmiddelen sector. Denk hierbij aan bijvoorbeeld complete inpaklijnen van witlof, sproei installaties of compoststrooiers. Braspenning doet dan zowel de ontwikkeling, productie en onderhoud van dergelijke machines/installaties. Tevens is Braspenning ook dealer van Javo oppotmachines, voor deze machines doen ze de verkoop en onderhoud. Ook bouwen ze soms om deze machines heen nog installaties, om het proces nog meer te automatiseren of om te voldoen aan de wensen van de klant.
1.3. Markt(en)
De markt waarvoor Braspenning machines maakt is behoorlijk beperkt tot de regio. Veel van de klanten zijn boom-, groente- en fruittelers uit de regio. Er zijn wel enkele klanten verder verspreid over Nederland en een aantal in België.
1.4. Beleid
Het beleid van Braspenning is vooral het leveren van een hoge kwaliteit machine, die zo goed mogelijk voldoet aan de wensen van de klant. Daarnaast wil men er ook voor zorgen dat storingen aan de geleverde machines zo snel en zo goed mogelijk worden opgelost en ook dat het onderhoud aan de machines zo goed mogelijk wordt gedaan. Bij Braspenning is dan ook de klanttevredenheid het belangrijkste. Daarom zijn ze ook niet bezig met de groei van het aantal klanten, zodat ze een kleine klantenkring houden die ze goed kennen. Zo proberen ze de kwaliteit zo hoog mogelijk te houden.
1.5. Probleemstelling voor het project
Naar aanleiding van een vraag van een klant, moet er een machineontwerp gemaakt worden voor een machine achter een tractor, die trays uit elkaar kan schuiven in losse rijen. Tevens moet deze machine de ranken van de planten in de rijen kunnen afsnijden.
1.6. Afbakening project
Dit project is er naar aanleiding van een vraag van een klant. Deze klant wil graag een machine, die achter de tractor kan worden gehangen en die de trays uit elkaar van schuiven en de ranken er af kan snijden. Het gaat hierbij om traybakken met daarin 16 aardbeien stekjes. Ook wordt deze machine alleen gemaakt voor een vaste opstelling van rijen zoals afgesproken is tussen AMC Braspenning BV en Aardbeienkwekerij Verpaalen. Het gaat hierbij om 27 rijen tegelijk.
2. Doelstelling
Het doel van het project is dat er aan het eind van de stageperiode een compleet ontwerp ligt van de hierboven beschreven machine die voldoet aan de gestelde eisen, zodat ze hem daadwerkelijk kunnen gaan bouwen.
Subdoelen
1. Het opstellen van eisenpakket voor de hele machine, zodat je kunt bijhouden waar je allemaal rekening mee moet houden tijdens je ontwerp en na afloop kunt kijken of je ook daadwerkelijk voldoet aan de eisen.
2. Het onderverdelen van de machine in een aantal losse modules en per module een los eisenpakket opstellen. Hierdoor kun je losse modules ontwerpen en ze later koppelen om het per module
overzichtelijker te houden en het maken van knelpunten van de losse modules.
3. Elke module apart ontwerpen en tijdens het ontwerpen zorgen dat aan de eisen per module wordt voldaan. Rekening houden met de afmetingen en de koppeling van de verschillende modules om er uiteindelijk een geheel van te maken. Tevens aanvullen met onderbouwingen en evt. berekeningen als dat nodig is.
4. Relevante documenten
5. Werkzaamheden
Fase 1: oriënterende fase Werkzaamheid 1:
Kennismaking met bedrijfsbegeleider en het bedrijf Werkzaamheid 2:
De stage overeenkomst invullen en ondertekenen en naar school opsturen. Werkzaamheid 3:
Het opstellen en goedkeuren van het PMD Fase 2: Definitie fase
Werkzaamheid 1:
Goed bekijken en begrijpen van wat nu precies allemaal de bedoeling is van de nieuwe machine. Werkzaamheid 2:
Opstellen van het programma van eisen. Werkzaamheid 3:
De totale machine verdelen in losse modules. Werkzaamheid 4:
Programma van eisen maken van elke losse module. Werkzaamheid 5:
Knelpuntenlijst maken van de losse modules. Werkzaamheid 6:
Plattegrond van het trayveld maken Fase 3: ontwerp fase
Per module zijn deze stappen doorlopen: Werkzaamheid 1:
Aan de hand van programma van eisen en knelpuntenlijst een concept maken van hoe deze module moet gaan worden en basis in 3d-model verwerken
Werkzaamheid 2:
Werkzaamheid 5:
Het samenvoegen van de verschillende modules tot een machine. Werkzaamheid 6:
Controleren of de module in het geheel past. Werkzaamheid 7:
Totale machine nakijken met bedrijfsbegeleider en eventuele aanpassingen doen. Fase 4: Implementatie fase
Werkzaamheid 1:
De modules in detail uitwerken en componentenlijst maken. Werkzaamheid 2:
Bewerkingsplan maken van de losse maakdelen en tekeningen die daar voor nodig zijn. Werkzaamheid 3:
6. Eisen (randvoorwaarden)
Externe voorwaarden
Dit project moet worden voldaan in de stageperiode die duurt tot 21 juni 2012, dat is door Avans bepaald. Tijdens dit project moeten zowel de school, de stageloper en de stagebegeleider zich houden aan het stage contract dat tussen deze drie partijen is overeengekomen.
Functionele eisen
Door AMC Braspenning BV en Aardbeienkwekerij Verpaalen is een pakket met verschillende eisen opgesteld waaraan de machine moet voldoen, hiertoe behoren onder andere de machinerichtlijn en machine specifieke eisen.
Bedrijfseigen beperkingen
Van uit AMC Braspenning BV is er nog geen vaste opbouw van een ontwerpproces en de
verslaglegging daarvan vast gelegd, daarom is er een vrije keuze aan de methode van ontwerpproces en verslaglegging. Bij AMC Braspenning BV hebben ze een uitgebreid machinepark wat ervoor zorgt dat het meeste hier ter plekke geproduceerd kan worden. Dit maakt het daarom ook mogelijk om eventueel een simpel proefmodel te maken om te kijken of alles naar behoren functioneert. Wel moet er rekening mee worden gehouden dat nabehandelen van sommige onderdelen wel uitbesteed moet worden, denk hierbij aan galvaniseren, spuiten of poedercoaten.
Afbreukrisico
Ik krijg van AMC Braspenning BV 2 periodes de tijd om het project af te ronden. Hierdoor is er nauwelijks spraken van afbreukrisico. Hier staat natuurlijk wel tegenover dat er een aantal evaluatie momenten zijn, waarbij de voortgang van het project wordt beoordeeld. Indien AMC Braspenning BV geen goede ontwikkeling ziet in het project, kan het project vroegtijdig worden stopgezet. Ook kan het project eerder worden stopgezet door het mogelijk te duur worden van het nieuwe ontwerp.
7. Kwaliteitsbewaking
De kwaliteitsbewaking wordt voornamelijk gedaan door de bedrijfsbegeleider André Braspenning en een gedeelte voor het proces door de docent begeleider Niek van Nuijs. Tevens is de uitvoerder van het project Giel Mathijssen verantwoordelijk voor de bewaking van de kwaliteit van het eindproduct.
8. Tijd (planning)
Voor dit project is ook een planning gemaakt, in deze planning zijn alle werkzaamheden die vermeldt staan in hoofdstuk 5 van dit PMD en ook zijn de punten uit het tijdspad van de stage meegenomen. De planning loopt gedurende de hele stage periode van 18-2-13 tot 21-6-13. De belangrijke
tijdsstippen zijn aangeven met rood. De planning is te vinden in bijlage 1 van het PMD.
9. Geld
De kosten van dit project zijn de salariskosten van mijn stagebegeleider en mijzelf. Mijn project periode is ongeveer 90 dagen à 8 uur per dag à 8,50 euro per uur is 6120 euro. Vervolgens krijg je de uren van mijn stage begeleider, met de aanname dat hij gemiddeld een half uur per dag hielp met het project waren dat 45 uur over het gehele project. Met de aanname dat het uurtarief van mijn stagebegeleider 40 euro per uur is levert dat een totaal bedrag op van 1800 euro. Deze twee bedragen opgeteld is de totaal prijs van het project van 7920 euro.
10. Organisatie
Persoon Functie binnenproject
Giel Mathijssen Projectleider, projectuitvoerder
André Braspenning Projectbegeleider, aanspreekpunt voor vragen en helpt bij bedenken oplossingen knelpunten, controle product en proces
Niek van Nuijs Procesgang controle, product controle
11. Informatie
Tijdens het project is er dagelijks contact tussen de stagebegeleider en mij over de voortgang en de planning van de dag. Tevens is er na het afronden van elke fase in het ontwerpproces controle van de stagebegeleider van het werk wat is geleverd.
Bijlage 1:
Planning
Bijlage 2: Berekeningen
In deze bijlage staan de gemaakte berekeningen met betrekking tot het frame. Eerst staan er de berekeningen van alle staafkrachten in doorsnede vooraan de machine en in het midden. Daarna staat vervolgens nog de berekening op knik van de druk staven.
Krachten
In de figuur hieronder zijn de afmetingen te zien van de doorsnede en tevens zijn ook de
verschillende vlakken in de figuur aangeven. Daaronder in de tabel is te zien welke krachten er per vlak werken in de beide doorsnede.
Doorsnede Boven Voor Onder Achter
Vooraan Kracht tgv. Wringend moment FMwX=-1305N Kracht tgv. Wringend moment FMwY=-2304N Kracht tgv. Wringend moment FMwX=1305N Kracht tgv. Wringend moment FMwY= 2304N Buigend moment tgv. uitzetten =10012,5 Nm Buigend moment tgv. uitzetten =10012,5 Nm Midden Kracht tgv. Wringend moment FMwX =-652,5N Kracht tgv. Wringend moment FMwY =-1152 N Kracht tgv. Wringend moment FMwX=-652,5N Kracht tgv. Wringend moment FMwY = 1152 N
Staafkrachten
Om de staafkrachten te bepalen zijn twee doorsneden doorgerekend. Deze doorsneden zien er allebei uit zoals weergeven in de figuur hieronder. In de tekening zijn de verschillende vlakken bepaald waarin de krachten worden berekend en ook is de nummering van de staven te zien.
De krachten zijn berekend door eerst per vlak de krachten te berekenen en deze zijn vervolgens gecombineerd, om de werkelijke krachten in 3D te krijgen. Hieronder zijn de berekeningen te zien van de staafkrachten. De opbouw van de berekening is bij alle vlakken gelijk, daarom zal dit alleen bij het eerste vlak volledig worden toegelicht.
Doorsnede vooraan
In vlak AB vooraan zijn twee kracht situaties:
1. Kracht ten gevolgen van het wringend moment 2. Moment ten gevolgen van het uitzetten
Wederom zijn de twee losse situaties apart berekend en vervolgens gecombineerd.
Staaf 4 is gestippeld omdat deze staaf voor de oplegreacties niet van invloed is maar bij de staafkrachten wel mee genomen moet worden.
Om de oplegreacties te berekenen zijn de evenwichtsvergelijkingen opgesteld. Situatie 1: Wringend Moment
Situatie 2: Buigend moment
Vervolgens worden deze oplegreacties samengevoegd.
Oplegreactie Situatie 1 [N] Situatie 2 [N] Totaal [N]
Fxa 1305 -250 1055
Fya -1226,7 20260 19033
Fxb 1226,7 -20260 -19033
Nu de oplegacties bekend zijn kunnen de staafkrachten worden berekend, de staafkrachten worden aangeven met F en dan het nummer van de staaf. De berekening is gebaseerd op het feit dat iedere knoop in evenwicht moet zijn, en gaat als volgt:
Vlak-BC
Situatie 1: Wringend Moment
Nu de oplegacties bekend zijn kunnen de staafkrachten worden berekend, de staafkrachten worden aangeven met F en dan het nummer van de staaf. De berekening is gebaseerd op het feit dat iedere knoop in evenwicht moet zijn, en gaat als volgt:
Vlak-CD
Situatie 1: Wringend Moment
Situatie 2: Buigend moment
