KIKI seeria kiikingukiikede tugevusarvutused ja katsed

Selles lõputöös käsitleti kiikingukiikede konstruktsiooni vastupidavuse aruandes teostatud arvutusi, aruande täiendamiseks vajalikke väsimusarvutusi ning katseid. Katsetega kontrolliti arvutustes kasutatavate sisendandmete paikapidavust. Lisaks teostati majanduslik kalkulatsioon, et hinnata tehtud töö maksumust. Üks lõputöö eesmärkidest, aruande dokument lõpuni valmis saada, ei täitunud. Aruande suure mahu tõttu ei jõutud käesoleva töö raames kõigi kiigemudelite ja nende detailide arvutusi täiendada ja lõpuni vormistada. Paika saadi põhimõtted ja arvutusvajadused, mida saab edaspidi aruandeüleselt rakendada ning seeläbi valmis dokumendiks vormistada. Kuigi dokument veel oma lõppeesmärki ei täida, jõuti lõputöö käigus sellele lähemale. Aruandes tehtud staatilised arvutused töötati läbi ning leiti üksikuid parenduskohti, mida vastavalt täiendati. Oluline oli veenduda, et kõigis sõlmedes oleks tagatud piisav ohutustegur. Konstruktsiooni ohutuse tagamise teeb keeruliseks asjaolu, et aisasid ei saa üle dimensioneerida, kuna see mõjutab spordiala seisukohast otseselt sportlaste sooritust. Nii aruandes kui töös käsitletud arvutustes oli ohutustegur suurem kui 2. Võttes arvesse ka reaalsete ja matemaatiliste väärtuste erinevust, on ohutustegur arvatavasti suurem. Siiski, kuna rikke tekkimisel on tegemist potentsiaalselt eluohtliku olukorraga, on vaja konkreetsemate järelduste tegemiseks teostada lisakatseid ja teha täiendavaid arvutusi. Väsimusarvutuste osas teostati mitmeid arvutusi ning vaadeldi erinevaid potentsiaalselt ohtlikke olukordi. Ka need arvutused kinnitasid valitud konstruktsioonilise lahenduse ja materjalide sobivust eesmärgi täitmiseks. Kõik ohutustegurid olid kahest suuremad. Väsimusarvutuste osas tuleks läbi viia täiendavaid katseid, millega saaks arvutustulemusi valideerida. Mudelites võib leiduda puuduseid, mis reaalsest olukorda muudavad ning seeläbi ohutustegurit vähendavad. Ühe võimaliku katsena näeb autor vertikaalselt üles suunatud aisade koormamist, kuni reaalse aisade nõtke tekke ning purunemiseni. Seni teostatud arvutused on tehtud lihtsustatud matemaatiliste mudelite põhjal, milles ei ole arvestatud mitmeid tegureid, näiteks tuuletakistus või kiikuja reaalne asend ja massikese. Sellise lihtsustatud mudeli kasutamise sobivuse hindamiseks viidi läbi katsed kiikingukiigega. Katsete käigus määrati kiige liikumise kiirus ning trossidele mõjuvad jõud ning saadud tulemusi võrreldi lihtsustatud mudelite baasil arvutatud tulemustega. Kinnitust sai oletus, et kiikuja liigub reaalselt aeglasemalt kui matemaatilise mudeli põhjal arvutatud oli. Reaalne liikumiskiirus oli peaaegu 34% aeglasem. Kuna liikumiskiirus oli aeglasem, siis oli madalam ka kiigelauale mõjuv rõhumisjõud. Eelnevast saab järeldada, et matemaatilist mudelit võib kasutada konstruktsiooni kasutamise ohutuse hindamiseks, kuna mudel kajastab raskemaid tingimusi ja ohtlikumat olukorda. Katsete läbiviimisel ilmnesid mitmed probleemid ja takistused. Suurimaks probleemiks oli suur tuulekiirus. See takistas filmimist soovitud kohast ja sihis ning seetõttu võis tekkida aisade kaldenurga hindamisel perspektiivist tulenev viga. Samuti pidurdas tuul ka kiige liikumise kiirust. Tulevikus on vaja rohkem kontrollitud tingimustes uuesti katseid teha. Katsekohaks sobiks siseruum, kus kiik on ankurdatud betoonpõranda külge, et vältida maapinna vetrumisest tingitud kõrvalekaldeid. Samuti on siseruumis välistatud tuule mõju. Selliseks keskkonnaks sobib Pärnu spordihall. Ühtlasi tuleks katseid läbi viia suurema korduste arvuga. Lisaks tuleks leida lahendus reaalse kiigelauale mõjuva jõu mõõtmiseks. Majanduslikus osas käsitleti teostatud töö orienteeruvat maksumust. Selgus, et senises mahus sisse ostetud töö maksumus oleks hinnanguliselt ligikaudu 6000 €. Arvesse tuleb võtta ka asjaolu, et suur osa tööst oli eelnevalt tehtud ning mitmed asjad jäid ka selle lõputöö piires poolikuks. Kokkuvõtvalt saab öelda, et tehtud töö on siiski kiikingu arenguks ja kiikede valmistamiseks oluline ning aruannet täiendati märkimisväärselt. Edasist tööd tuleb jätkata, kuni aruandest saab reaalne baasdokument kiikingukiikede ohutuse tõendamiseks ja lisadokumentatsiooni loomiseks. Sellisel juhul on võimalik aruannet tulevikus kasutada kiikede müügivõimaluste ja ettevõtte turuosa suurendamiseks.

The aim of this thesis „Strength Calculations and Experiments of the KIKI Series Kiiking Swings“ is to develop and supplement an ongoing report about the suitability and safety of Kiiking swing construction and to validate the calculations with data collected during experiments. Kiiking is a whole concept of a sport, the goal of which is to swing a full circle around the axis of rotation of the swing with the longest possible shafts. The rules of competition and the swings used are important. Ado Kosk made the first metal swing with adjustable shafts in 1996. Kiiking competitions have been held since 1997. The suitability and safety of the kiiking swing structure has so far been evaluated only based on mathematical models. In 2014, the report "Kiiking in Estonian Pavilion for EXPO Milano" was created. Report provided the calculations about safety of the swing structure. This document was necessary for kiiking to participate in the 2015 Milan EXPO. The said report has been developed and supplemented over the years, but it has not been fully completed. When finished the report produced during the work will be the base document for the development of the necessary documentation for exploiting, selling and exporting the swings. During this thesis, experiments were carried out to evaluate the correspondence of mathematical models to reality. During the experiments, the forces applied to the swing establishing ropes were measured and the swing speed was determined. The thesis is divided into five parts, which provide an overview of KiikEst OÜ, a swing manufacturing company founded by the author of the thesis, static calculations, fatigue calculations, conducted tests and the estimated cost of the works performed within the thesis. During the work, the static calculations of the report were supplemented. It was important to make sure that an adequate safety factor was ensured at all nodes and swing parts. Based on calculations so far, the safety factor has been greater than two. Since real speeds and effective forces are lower than calculated, the actual safety factor is probably higher. However, since it is a potentially life-threatening situation in the event of a failure, it is necessary to carry out additional tests and perform additional calculations in order to draw specific conclusions. Different potentially dangerous nodes were also considered based on fatigue calculations. In this respect, the suitability of the structural solution and materials was also confirmed. All safety factors were greater than two. Also, regarding fatigue calculations, additional experiments should be conducted to validate the results. As one possible test, the author sees the loading of the vertically upward-pointed shafts until the actual flexible deformation and breakage takes place. The assumption that the swing actually moves slower than calculated based on the mathematical model was confirmed. The actual movement speed was almost 34% slower than the calculated result. As a direct result of the lower movement speed, the pressure force acting on the swing platform is also lower. From the above, it can be concluded that the mathematical model can be used to assess the safety of using the structure because the model reflects more difficult conditions and thus a more dangerous situation. In the future, it is necessary to perform more experiments under more controlled conditions. An indoor room where there is no wind and the swing is anchored to the concrete floor would be suitable for the test to avoid deviations due to springing of the ground. In addition, a solution should be found to measure the real force affecting the shafts and swing board. In summary, it can be said that the work done is important for the development of kiiking and manufacturing of swings. Although the report was not fully completed, it was significantly improved. The work must be continued until the report becomes a real base document for proving the safety of swings and creating additional documentation. In this case, it is possible to use the report in the future to increase the sales opportunities of swings and the competitive advantage of the company. So far, there are no companies manufacturing swing equipment that could provide the necessary documentation confirming the safety of kiiking swings.