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強度設計における衝撃荷重の考慮方法
- 強度設計において、水平方向にかかる衝撃荷重の考慮が必要です。
- 吊荷を吊った状態の電動ホイストが水平方向に移動中に急停止した場合、架台の強度を確保するために、水平方向の荷重を適切に設定する必要があります。
- 衝撃力は運動量の差と力積の関係によって計算されますが、具体的なΔtの値がわからないため、適切な荷重の設定には慎重な判断が求められます。
- 機械設計
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＞吊荷を吊った状態の電動ホイストが水平方向に移動中に急停止した場合 通常運転でホイストのブレーキによる減速時の慣性力を水平荷重と考えるのか 或いは何かに衝突した場合を考慮したものなのかで回答が大きく異なると思う 前者の場合なら↓から急減速時間を仮に1sec,標準速度を0.35m/sとしたならば V=V0+atからa=-0.35m/s＾2 となるから、0.04G 程度にしかならない理屈になる 「クレーン等安全規則」から定格の1.25倍の荷重試験をクリヤすれば良いかと 後者については他の回答もあるが法律上は特に規定はされていないようだ 但し定格荷重における撓み剛性などから既に十分安全が確保されているだろう ということなのでは無いだろうかと、専門外だが私はそのように考えますけど
再出。 ロケット発射時のＧや、F1のコーナー時のＧ(遠心力)は、重力加速度を上回り、 重力の数倍の力が掛かります。 それと同じで、ホイスト速度から停止までの時間で割りますと、加速度の反対の減速度が 加わることになります。 これが、9.8m/sec^2の何倍かになれば、重量の何倍かの力が掛かります。 それが、一つの衝撃力の内容ですし、前出に記載した内容です。 ですが、ホイストの急停止の場合、モータのブレーキ作動なので、そんなに大きくない。 モータブレーキの性能から、ある程度の減速度は計算可能だが、問題外と想像します。 想像ですが、ホイスト自体の重心位置や、ホイストと荷を加えた重心位置と、 レールと車輪又はローラーにブレーキが間接的に加わるポイントが、梃子の原理となり、 増幅し衝撃力となっていると考えます。 ローラー等の軸や軸受には、この重心位置とブレーキが間接に掛かるポイントから算出する リンク比(梃子の原理の)から大きな力が加わっていると考えます。 多分、後者の内容だと考えています。
移動中に急停車したらブランコ状態。傾く角度は精々５度とか１０度。 その三角形を考えたら重力の何倍になるかが判り、殆ど考慮不要なことが判るでしょう。 回答(３)のチュートリアルでも精々・・・・ 本クレーンで持つ荷の重量の最大値が1t程度で、かつ動的な影響(急激に吊上げた時など) もせいぜい1.5G程度だとすると、今回解析したホイスト式天井クレーンのフレームの構造 は安全率2以上ありますので強度的に全く問題がないと結論付けられることでしょう。 柱にぶつける？ 吊ったブツと柱は傷むがホイストにはほぼ無関係。 衝撃の式を考えるなら、オーバーシュートがありそおっ～と持上げようとも瞬間２Ｇが作用する。 http://www.osakac.ac.jp/labs/s-jeong/mechadesign1/Lecture/03.pdf P.4 （赤字）静荷重時の２倍 これ知っておくべきではあるが、静的荷重の安全率があれば対応でき、ことさら衝撃荷重の安全率を持ち出すほどではない。 キトー ＱＡコーナ http://www.kito.co.jp/products/qanda/q.html 9-3. キトー製品の安全率（対定格荷重）については、巻上機が4～5倍、チェーンスリングが5倍、 ベルトスリングは6倍の範囲内で設定されています なのでその程度の安全率で柱、レールを設計すればよいとなります。 （クレーンとして）法律の規制が係る案件とすると、設計はそれに従うことを強制されます。 前記キトーのサイトにその資料があります。 http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=286437&event=QE0004 この過去質問も法規に則った設計様式と思われ、回答（２）がそれを引用 http://www.kito.co.jp/products/techdata/CRT0000-01.pdf ＜衝撃効果をもつ積載荷重・・・荷重の割増・・・重量の100%＞ 余程特殊な使い方をするものは除外するとして、条件を仮定してのわざわざ計算よりも、バクッとした乗数での決め打ちのほうが確かとするのが法規の流儀。 へんな ＜専門家＞＜自信あり＞が 想像 の連発は小丸ったもんだ。。。。 http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=287899&event=QE0004 拙回答（１）とその前の経過 http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=281654&event=QE0004 http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=272375&event=QE0004 材力の基礎知識は必要でも、法規や実績に裏打ちされた計算に則れば誰でもが漏れのない設計ができて役所もスイスイ通るが、でないなら、超立派なＦＥＭソフトを使い計算しました、などと説明しても通用しません。 建築基準法や労安則などが絡みそうなものは、調査が先です。
運動エネルギーを急停止時間で割るなので、F△t＝m(V1－V2）です。 停止なので、V2は零ですから、m･V1となり、時間経過と共に零になるから、 グラフでは、三角形の面積(積分)を1/2×(m･V1)×V1にて求める1/2･m･(V1)^2となります。 詳細は、運動エネルギーや回転エネルギーで検索してください。 そして、速度が零になる時間で、減速度(加速度の逆)を求めます。 (モータの動力とホイストの慣性(GD2)から、モータの能力に応じた加速度が求まります。 制動で停止なら、その加速度を使用します。 ブレーキなら、ブレーキの吸収エネルギーから減速度を求めます。 ストッパーに当たってなら、そのストッパーの仕様で求めます。 簡単には、衝撃値又は力積で、ネット検索し、ストッパーの仕様の条件に似たれいから、 数倍～数十倍を確認し、代入してください。 式を、F△t＝m(V1－V2）で観ると判り難いです。 F△t＝m(V1－V2） ではなく → F＝m(V1－V2）/△t で考えると F(加わる力又は衝撃力)＝ m×V1/△t V2＝0m/sec ?tは非常に小さい時間 ?tが、0.5secなら1/0.5なので2倍、0.1secなら1/0.1なので10倍、 0.05secなら1/0.05なので20倍、と観ます。 これが判れば、今流行りの10倍返しではないが、10倍の衝撃荷重が加わるのが判る。 釘を打つ時、ハンマーを釘に押しつけても、釘は沈まない。 打ち付けて、衝撃力(数倍返し)で、釘が沈んでいきます。
>Δtは実際いくつになるかわからないと思います。 多くの場合、物体の変形量と速度で概算可能です 衝突後にそれなりに変形するとして、何ｍｍ変形するのか？ですが 本件の場合はホイストなのでホイスト自身の梁の変形量 断面係数から横向きの変形量は計算可能 http://jikosoft.com/cae/abaqus/Abaqus07.html 常識的には下向きの変形量を計算するが、その計算を横向きにするだけ ヤマ勘で１０ｍｍ変形するとして １０ｍｍ変形させるにはどれだけの衝撃力が必要かを逆算してみる 通常走行速度から１０ｍｍで停止するとして 直線減速するとみなせば式は簡単 ＜厳密には指数関数カーブとか複雑ですが それで減速時間は算定可能 ＜加速度はこれでほぼ決まり この１０ｍｍと言う数字が有り得ないほど大きな数字か？ それとも簡単に到達してしまう数字か？ で、適当に変えて繰り返し計算すればある程度まで絞り込める そんなのは手計算せず、エクセルでやればすぐ終わる >ですが、ホイストの急停止の場合、モータのブレーキ作動なので、そんなに大きくない。 ↓のタイプのホイストで http://www.iuk.co.jp/crane/h_doble.html 同一のレール上を複数のホイストが走行する例は多い 通常ではホイスト同士が衝突することは無い （それなりのセンサで衝突防止されてる） 問題は走行速度 ↑の走行速度はたったの２５ｍ／ｍｉｎ ぶつけてもガツンと音がするだけ ＜何も壊れない ガントリークレーン http://www.ocdi.or.jp/quarterly69-2.html ２４０ｍ／ｍｉｎ これくらいになると ガツンだけでは済まないと思う
電動ホイストの場合であれば、ホイスト自体の質量と、ワイヤーロープで 吊り下げられた吊り荷の質量の影響に分けて考えることが要点と思います。 ホイスト自体は、急減速で直接的に架台に力を加えますが、吊り荷はホイス ト自体と同様に停止せずに、振り子のように振動することと思います。 従って、架台の強度を確認する上では、ホイスト自体の質量と、吊り荷の 質量とによる影響をを分離して評価なさることが重要と思います。
衝突衝撃については提示の力積の式で算出することになります。ここにΔt が問題になりますが、この値は剛体の変形能により変わります。概算する場合 には機械構造がフレーム材として数ms～数10msを想定すれば良いと思います。 通常はF＝maより可動部の質量と最大加速度で算出する場合が多いと思いま す。強度面では?荷重に考慮する?許容応力に考慮する場合の二通りが考え られます。限界設計する場合は実際の衝撃荷重を計測確認しておく必要が あると思います。以下参考です。 http://home.catv.ne.jp/hh/toku/jdsgn/undou/undou.htm
