ABSTRAKT. Klíčová slova: hydropulzní aktuátor, zátěžný rám, diagnostika, tlumič odpružení ABSTRACT. Keywords: BIBLIOGRAFICKÁ CITACE

Abstrakt, klíčová slova, bibliografická citace

ABSTRAKT Cílem této diplomové práce je vytvořit návrh konstrukčního řešení zátěžného rámu, jenž bude spolu s vestavěným hydropulzním aktuátorem sloužit k testování a diagnostice demontovaných tlumičů odpružení silničních vozidel. Práce obsahuje stručný popis principu hydropulzní technologie, popis hlavních komponent a popis několika konkrétních komerčně dostupných zařízení včetně jejich řídicích systémů. V další části je podrobně rozebrán samotný konstrukční návrh, jehož kompletní výkresová dokumentace je k práci přiložena.

Klíčová slova: hydropulzní aktuátor, zátěžný rám, diagnostika, tlumič odpružení

ABSTRACT The aim of this thesis is to design solution of load frame, which will be used with built-in hydropuls actuator for testing and diagnosis of diverted road vehicle suspension dampers. The work contains a brief description of the hydropuls technology principle , description of the main components and specific description of several commercially available devices, including their control systems. The next part of thesis is focused on examine of achal design. A complete design documentation is attached to the work.

Keywords:

hydropuls actuator, load frame, diagnostics, suspension damper

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE JÍCHA, M. Konstrukce zátěžného rámu pro hydraulický zkušební stand.. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2011. 81 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Milan Klapka, Ph.D.

strana

5

Čestné prohlášení

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci vypracoval samostatně, na základně uvedené literatury a připomínek vedoucího diplomové práce Ing. Milana Klapky, Ph.D. V Sezemicích dne 22.1.2011

…………………………… Vlastnoruční podpis autora

strana

7

Poděkování

PODĚKOVÁNÍ Na tomto místě bych rád poděkoval Ing. Milanovi Klapkovi, Ph.D za cenné připomínky a rady, kterými přispěl k vypracování této diplomové práce.

strana

9

Obsah

OBSAH 1 Úvod 2 Přehled současného stavu poznání 2.1 Servohydraulický tester tlumičů řady MSP 2.1.1 Hydropulzní zátěžná jednotka s aktuátorem MSP25N 2.1.2 Servoventily SV 2.1.3 Blok servoventilu 2.1.4 Hydraulický akumulátor 2.1.5 Aktuátory řady PL 2.1.6 Siloměr PM-K / PM-Tn 2.1.7 Tlumící souprava 2.1.8 Olejové čerpadlo pro ložiska 2.1.9 Hydraulický funkční blok typ PF 2.2 MTS Damper Test System 2.2.1 Model 852 2.3 Software, hardware 2.3.1 INSTRON 2.3.2 MTS 2.4 Srovnání 3 Formulace řešeného problému a jeho technická a vývojová analýza 3.1 GILLOP 1.4 3.2 Důvody náhrady 3.3 Nároky na konstrukci 4.Vymezení cílů práce 5 Návrh metodického postupu práce 6 Návrh variant řešení a výběr optimální varianty 6.1 Tvar sloupů 6.2 Způsob aretace příčníku 6.3 Zdvih příčníku 6.4 Typ příčníku 6.5 Pracovně/montážní stůl 6.6 Výběr optimální varianty 7 Konstrukční řešení 7.1 Konstrukční uzly 7.2 Analýzy, výpočty 7.2.1 Svěrný spoj 7.2.2 Rám 7.3 Náklady na materiál 8 Závěr (konstrukční, technologický a ekonomický rozbor řešení) 9 Seznam pouţitých zdrojů 10 Seznam pouţitých zkratek a symbolů 11 Seznam obrázků 12 Seznam tabulek 13 Seznam příloh

12 13 13 14 16 18 20 21 24 25 25 26 27 27 29 29 30 31 32 32 33 33 34 35 36 36 36 37 40 40 42 43 43 55 55 62 69 70 72 73 74 76 77

strana

11

Úvod

1

1 ÚVOD Cílem této diplomové práce je předložit konstrukční návrh zátěžného rámu pro univerzální hydraulický tester s nastavitelným zdvihem příčníku. Podnět k zadání této práce vzešel ze zdejší diagnostické laboratoře, kde vznikl požadavek na náhradu již provozovaného mechanického testeru za hydraulický. Tento krok má významnou měrou rozšířit možnosti diagnostiky demontovaných tlumičů odpružení a zároveň umožnit využití v rámu instalovaného hydropulzního aktuátoru k dalším diagnostickým operacím jako třeba vibračním testům převodovek automobilů. Této univerzálnosti má být dosaženo v první řadě snadnou vyjmutelností aktuátoru z rámu a jeho využití v jiných instalacích a v řadě druhé konstrukcí montážního stolu umožňujícího upnout přídavná zařízení, senzory, montážní přípravky, či rovnou celé komponenty určené k diagnostice či testování. Rešeršní část práce je provedena formou seznámení čtenáře s dvěma konkrétními typy komerčně dostupných zařízení, na kterých je představena hydropulzní technologie, popis jednotlivých součástí a vysvětlení jejich funkce. Též jsou uvedeny dva typy vhodných softwarů a celých řídicích systémů. Do příloh byl pak pro úplnost umístěn přepis objednávky firmy Monroe na jedno kompletní zařízení pořizované za stejným účelem, jaký má plnit finální návrh této práce. Další část práce je již plně zaměřena na konstrukční řešení zátěžného rámu, popis variant jednotlivých konstrukčních uzlů a výběru finální varianty řešení. Tento konečný návrh je následně podrobně popsán a s využitím metod konečných prvků i podroben analýzám ověřujícím vhodnost řešení.

strana

12

Přehled současného stavu poznání

2 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ

2

Na poli vývoje a výroby přístrojů určených k technické diagnostice a širokému spektru zkoušek demontovaných tlumičů odpružení pozemních vozidel se pohybují v zásadě dvě firmy, které tvoří pokrok a určují trendy v této oblasti. Je to americká firma MTS a německý INSTRON. Obě firmy nabízí kompletní laboratorní vybavení včetně počítačového vybavení a speciálního softwaru.

2.1 Servohydraulický tester tlumičů řady MSP

2.1

Jedná se o výrobek firmy INSTRON Structural Testing Systems GmbH (dále jen INSTRON). Systém MSP je nabízen ve třech výkonnostních kategoriích: -MSP 25 -MSP 34 -MSP 50

určený pro testování a diagnostiku demontovaných tlumičů odpružení osobních automobilů pro tlumiče osobních automobilů, dodávek a automobilů třídy SUV pro všechny komerční vozidla případně simultánní testování až šesti tlumičů.

Obr. 1 Sestava testeru MSP firmy INSTRON [2]

Srdce těchto zařízení, zátěžná jednotka (loading unit), byla vyvinuta speciálně za účelem komplexního testování tlumičů odpružení. Je charakteristické možností dosahovat vysokých testovacích rychlostí a schopností práce s velkými reakčními silami od testovaného objektu. Zařízení je schopné snášet i radiální zatížení. Stroj je řízen pomocí plně digitálního zařízení LABTRONIC 8800. strana

13


Dynamické vlastnosti zařízení jsou dány maximálním nominálním zatížením aktuátoru, a je možné je dále upravovat volbou servoventilu či servoventilů a hydraulického zdroje. Přidání hydraulických akumulátorů do systému umožní použití méně výkonných čerpadel, což sníží jak pořizovací, tak provozní náklady systému. [1] 2.1.1

2.1.1 Hydropulzní zátěţná jednotka s aktuátorem MSP25N Navrženo speciálně pro požadavky testování tlumičů odpružení osobních automobilů. Parametry: Jmenovitá síla: +/-25kN Zdvih: 250mm Světlá výška: 1300mm Rozteč sloupů rámu: 550mm Přibližná váha: 1400kg Díky naddimenzovaným hydrostatickým ložiskům je jednotka schopná snést velmi vysoká boční zatížení. Tvarově optimalizovaný dutý píst aktuátoru umožňuje dosahovat vysoké testovací rychlosti při minimalizaci účinků setrvačnosti. Zvýšit rychlost testování pomáhá i hydraulické tlumení rázů od dorazů. [1]

Obr. 2 Zátěžná jednotka [3]

Na aktuátoru je integrován snímač posuvu umožňující přesné snímání polohy pístu. Možnost testovat tlumiče všech délek a jejich snadnou instalaci usnadňuje hydraulicky stavitelná výška rámu. Dále systém umožňuje využití komplexní palety příslušenství, jako jsou: snímače rychlosti, různé typy upínacích čelistí, montážní adaptéry, systém pro generování a snímání bočního zatížení atp. [1] strana

14


Obr. 3 PL aktuátor a příslušenství [3] 1-Snímač zatížení 2-Kulový kloub (ball joint) PK-L 3-Spojovací příruba 4-Prodloužení pístnice 5-Těsnění pístnice 6-Manipulační oka 7-PL aktuátor 8-Snímač polohy pístu 9- Kulový kloub (ball joint) PK-L 10-Odvod oleje (R) 11-Blok servoventilu (SBLx) 12-Přívod tlakového oleje (P) 13-Zajištění akumulátorů

14-Akumulátor tlakového oleje (P) 15-Akumulátor výstupního oleje (R) 16-Multi ventil SM, ventil přemostění (bypass valve) atp. 17-Škrticí klapka (damping throttle) SB-DD 18-Diferenční snímač tlaku PMDD 19-Servo ventil SV 20-Montážní deska SB-DP 21-Plnicí blok SB-SB 22-Krycí plát S76 23-Odvod prosakujícího oleje k čerpadlu 24-Olejové čerpadlo LPL 25-Odvod prosakujícího oleje od čerpadla

strana

15

Přehled současného stavu poznání 2.1.2

2.1.2 Servoventily SV Servoventily jsou elektrohydraulické proporcionálně řízené ventily pro řízení tlaku a průtoku oleje. V hydropulzních systémech servoventily slouží k propojení elektronického řídicího systému s hydraulickým aktuátorem a umožňují tak přeměnu hydraulické energie v přesně a citlivě řízené stálé a stabilní vibrační namáhání. [1][4] Servoventil využívá k ovládání polohy šoupátka elektromagnetu a pro přesnější odezvu je zavedena dvoustupňová struktura s mechanickou zpětnou vazbou. [1] [4] První stupeň tvoří dvojice protisměrných trysek a mezi nimi umístěné klapky, jejíž poloha je ovládána elektromagnetem. Elektrický signál o malém výkonu (cca 50mW) je tak přeměněn v tlakovou diferenci, která působí na šoupátko a ve druhé fázi jej uvede do pohybu. Pohybem šoupátka se začne napínat pružina spojující šoupátko s klapkou, tedy dochází ke zpětné vazbě. [1] [4]

Obr. 4 Schéma funkce servoventilu [4]

strana

16


Dochází tak ke stavu, kdy lze velmi rychle rozdělovat průtok mezi výstupní vývody (s1 a s2) směřující do aktuátoru a proud ovládající cívku elektromagnetu je zhruba přímo úměrný průtoku oleje. [1]

Obr. 5 Diagram proud/průtok [1]

Je-li třeba vyšších hodnot průtoků, lze použít třístupňové ventily. Třístupňový ventil je kombinací relativně malého dvoustupňového ventilu s „pre-control“ ventilem s elektronickou zpětnou vazbou. [1] Pro posouzení dynamických vlastností a kvality řízení je rozhodující frekvenční odezva, jež je u dvoustupňových a třístupňových ventilů rozdílná.[1]

Obr. 6 Frekvenční diagram [1]

Frekvenční odezva je také klíčová při volbě mezi paralelním zapojením dvoustupňových ventilů (jednotlivě případně v párech) nebo jedním třístupňovým ventilem.[1] strana

17


2.1.3

2.1.3 Blok servoventilu Blok servoventilu slouží pro připevnění servoventilů a hydraulických akumulátorů k lineárnímu hydropulznímu aktuátoru. Blok též obsahuje filtrační prvky. Servobloky mohou být záměnné v rámci jednotlivých řad aktuátorů (více o záměnnosti servobloků v příloze). [1] Multi-ventily (multi-valves) se jmenovitým průtokem nad 1600l/min nebo ochranný ventil pro hodnotu průtoku nad 2500l/min jsou též integrovatelné. [1] Příslušenství k servoblokům: [1] -Tlumící škrticí klapka SB-DD Nastavitelná škrticí klapka spojuje dvě komory aktuátoru a zajišťuje tlumení vlivu stlačitelnosti oleje. -Diferenční snímač tlaku PMDD Diferenční snímač tlaků slouží ke zpřesnění řízení, zvláště pak při vysokých rychlostech pístu. -Montážní deska SB-DP Pro připevnění tlumicí škrticí klapky SB-DD a/nebo diferenčního snímače tlaku PMDD na servoblok SB.63 nebo na desku adaptéru SB-AP 63. Desku SB-DP je potřeba umístit pod servoventily. -Plnící blok SB-SB (Flushing block) Plnící (zaplavovací) blok je montován místo dvoustupňového ventilu. Propojuje tlakový a výstupní port prostřednictvím otevřené škrticí klapky a současně hermeticky uzavřených portů A a B. Plnicí blok může být též použit jako kryt servoventilu, když není používán nebo uzavřen škrticí klapkou případně jako nefunkční mezikus, je-li aktuátor vybavený servoblokem pro dva servoventily používaný pouze s jedním servoventilem. -Adaptér SB-AP Servobloky pro třístupňové servoventily (SBL 250/.. až SBL 1600/..) mohou být vybavené dvoustupňovými servoventily namísto třístupňových za pomoci adaptéru SB-AP.

strana

18


Obr. 7 Blok servoventilu a příslušenství [3] 1-Krycí plát (cover plate) S76-5p 2-Plnící (flushing) blok SB-SB-5p 3-Dvoustupňový servoventil (G761-…) 4-Třístupňový servoventil SV-xxx 5-Škrtící deska (throttle plate) SB-DP 6-Diferenční snímač tlaku PMDD 7-Škrtící klapka (damping throttle) 8-Akumulátor výstupního oleje (return oil accumulator) 9-Deska adaptéru (adapter plate) SB-AP 10-Akumulátor tlakového oleje (pressure oil accumulator) 11-Ventilový blok (valve block) SB-xxx

strana

19


2.1.4

2.1.4 Hydraulický akumulátor Hydropneumatický akumulátor tlakového oleje je součástí bloku servoventilu, kde slouží pro pokrytí špičkových hodnot dodávek oleje. Taktéž slouží k vyrovnávání tlakových výkyvů v systému rozvodu oleje. Každý blok servoventilu musí být vybaven dvěma akumulátory, jeden pro tlakový olej a druhý pro výstupní olej. Objemy vyráběných akumulátorů jsou voleny dle běžných potřeb mechanických zkoušek materiálů, další akumulátory (pro potřeby vyšších výkonů nebo z důvodu nestandardního systému rozvodu oleje) je možno umístit na segment s přípojným (start-stop) ventilem. [1]

Obr. 8 Hydraulické akumulátory [3]

Obr. 9 Schéma membránového hydraulického akumulátoru [1]

Akumulátory jsou součástí základního vybavení bloku servoventilu, ale musí být objednány zvlášť. K tomu účelu slouží tabulka obsažená v příloze.

strana

20

Přehled současného stavu poznání 2.1.5 2.1.5 Aktuátory řady PL Aktuátory PL jsou zařízení převádějící hydraulickou energii na mechanickou. Obsahují průběžnou pístnici s pracovními plochami umístěnými proti sobě, při provozu na tyto plochy působí střídavě tlak a uvádí tak pístnici do pohybu. A jelikož je tlak působící střídavě na obě plochy stejný, je tento typ aktuátoru označován za synchronní. [1]

Obr. 10 Aktuátor řady PL [3]

Každý PL aktuátor je standardně vybaven snímačem posuvu, který dodává informace o přesné poloze pístu. [1]

Obr. 11 Princip měření posuvu pístu [1]

Snímač pracuje s využitím principu diferenciální tlumivky (differential choke principle) zapojené v „polomostu“ (half-bridge) obsahujícím dvě měřící cívky. Ve střední poloze feromagnetického pístu mají obě cívky stejnou impedanci. To způsobí, že je „mostový“ obvod v rovnováze a měřené napětí je nulové. Vychýlí-li se

strana

21


píst ze střední polohy, změní se zrcadlově impedance cívek a měřené napětí je tak proporcionálně úměrné výchylce pístu. [1] Pístnice PL aktuátorů je uložena v hydrostatických ložiscích, to znamená, že kluzné plochy jsou odděleny tenkou vrstvou oleje. Díky tomuto uložení dochází k minimalizaci třením, otěru a opotřebení celkově. Též dochází k automatickému vystředění pístu. [3]

Obr. 12 Princip funkce hydrostatického ložiska [3]

Systém těsnění neobsahuje žádné kontaktní prvky, což způsobuje pohyb prakticky bez odporu a minimalizaci účinků hystereze, tedy řídící charakteristika závisí výlučně na servoventilech a tvarové modulaci řídícího signálu. Obě ložiska stejně jako těleso pístu jsou potažené speciálním plastem, který jim umožňuje krátkodobě snášet velmi vysoká radiální zatížení. [1][3] PL aktuátory mohou pracovat k režimech: [3] „Shake testing“ -tj. v režimu, kdy je těleso (přídavná hmota) mz spojena s pístem aktuátoru a ten jí namáhá třesením v gravitačním poli. V nejjednodušším případě pro zjištění setrvačných sil během vratného pohybu. Řídící veličina je vysunutí pístu.

Obr. 13 „Shake testing“ režim [3]

strana

22


„Force-Locked“

- v tomto provozním režimu může být aktuátor využit pro běžné testy pevnosti. Řídící veličinou je síla nebo zátěž působící na píst.

Obr. 14 „Force-Locked“ režim [3]

Na přání zákazníka může INSTRON vytvořit množství dynamických charakteristik pro každý PL aktuátor a každou vhodnou kombinaci servoventilů a sestavit takzvaný diagram výkonu (performance diagram). V diagramu výkonu jsou obsaženy charakteristiky a vzájemné závislosti mezi frekvencemi kmitání, různými amplitudami, pístovými rychlostmi a je vytyčena oblast ideálních podmínek zatížení. [1]

Obr. 15 „Performance diagram“ – ukázka [1] [3]

strana

23


2.1.6

2.1.6 Siloměr PM-K / PM-Tn Typ PM-K a PM-Tn jsou snímače zatížení speciálně vyvinuté pro všechny typy materiálových zkoušek včetně únavových zkoušek s alternující zátěží a zkoušek celých komponent, jakými jsou právě tlumiče odpružení. Snímače jsou schopny vysoce přesného měření statického i dynamického napětí a tlaku od 10kN do 4MN. [1]

Obr. 16 Schéma snímačů zatížení PM-K/PM-Tn [1]

Siloměr obsahuje torodiální část se specifickým patentovaným průřezem, která je zatěžována přes dvě soustředné trubice. Siloměry jsou umístěny na nejvíce deformovaných místech, (dle obrázku 16). Díky tvaru tělesa snímače je minimalizováno zkreslení a projevy nelinearity způsobené zařazením snímače. Rozdíly mezi charakteristikami tahového a tlakového zatížení jsou také minimalizovány (obr.17). [1]

Obr. 17 Charakteristika siloměru [1]

Radiální síly a síly vzniklé excentricitou zatížení vůči ose snímače mají na relevantnost výsledků získaných senzorem zanedbatelný vliv. Síly působící radiálně k ose snímače ovlivní výslednou charakteristiku jen mírně. Pokud je jmenovitá síla paralelně s osou posunuta o 30mm, odchylka charakteristiky je udávána menší než jedno procento. Resonanční frekvence senzoru se pohybuje v závislosti na velikosti mezi 2500 a 7000Hz, tedy v rozmezí neschopném významnou měrou ovlivnit zbytek systému. [1][3]

strana

24


2.1.7 Tlumící souprava

2.1.7

Pro nízkofrekvenční izolaci zátěžné jednotky a minimalizaci dynamických účinků je doporučena souprava čtyř tlumících bloků a čtyř úhlových závor. Rezonanční frekvence okolo 3Hz, označení MSPD01. [1] 2.1.8 Olejové čerpadlo pro loţiska

2.1.8

Během provozu hydropulzního aktuátoru vzniká v hydrostatickém ložisku přebytek mazacího oleje. K odčerpávání tohoto přebytečného oleje a jeho návratu zpět do oběhu slouží malé přenosné čerpadlo typ LPL. [1] Čerpadlo LPL je tvořeno lamelovým čerpadlem poháněným střídavým motorem. Jednotka LPL obsahuje vanu na případné prosaky pod čerpadlem, přetlakový ventil nastavený na tlak cca.3,5baru a ukazatel znečištění filtru. [1]

Obr. 18 Jednotka LPL [3] 1-Filtr 2-Indikátor znečištění 3-Vypínač Tab. 1 Základní technické údaje čerpadla LPL [1]

Základní technické údaje Průtok Maximální provozní tlak Spotřeba el. energie Provozní napětí Kmitočet Výkon motoru Ochrana motoru Délka kabelu Typ spojek Váha Velikost pórů filtru

l/min bar kVA V Hz kW m kg

Typ LPL 13 3,5 0,3 1PH, 220VAC ±10% 50 0,18 IP54 15 AD 18, NW 16 12,5 10µm nominální

strana

25


2.1.9

2.1.9 Hydraulický funkční blok typ PF Funkční blok se umisťuje mezi zdroj a „spotřebič“ hydraulické energie. Jeho funkce je: - zapínání/vypínání, akumulace hydraulické energie - snížení, omezení a pojmutí hydraulického tlaku. Funkční blok je modulární konstrukce, lze je tedy sestavit podle potřeby. Integrace sestavy funkčního bloku lze realizovat jak pomocí hadic, tak i pomocí trubek, opět dle potřeby a nároků aplikace. [1]

Obr. 19 Příklad sestavy funkčního bloku [1]

strana

26


2.2 MTS Damper Test System

2.2

Největší firmou, která se zabývá vývojem a výrobou komponent i celých zařízení určených k technické diagnostice tlumičů odpružení, je americká firma MTS System Corporation (dále jen MTS). [5]

Obr. 20 Kompletní sestava testovací stanice od firmy MTS [5]

2.2.1 2.2.1 Model 852 Je nejnovější přírůstek do rodiny testovacích zařízení vyráběných a vyvíjených firmou MTS přes 30 let. [6] Model 852 je zvlášť určen pro vysokorychlostní testování demontovaných tlumičů odpružení automobilů všech velikostí. Podobně jako zařízení MSP od INSTRONu je i Model 852 od MTS nabízen ve třech výkonnostních variantách, a to 25kN, 50kN a 67kN. Přičemž nejvýkonnější verze je schopna simultánního testování až 8 tlumičů. V základu je Model 852 vybaven třístupňovým servoventilem pro vysokorychlostní testování. Na přání je možno aktuátor dovybavit i sestavou servoventilů pro středně a nízko rychlostní testování. [6]

strana

27


Obr. 21 Model 852 od firmy MTS [6]

Standardně je Model 852 dodáván se stolem umožňujícím přichycení různých prvků a podsestav pomocí standardních drážek ve tvaru písmene T. Model 852 stejně jako MSP se snaží být co možná nejvstřícnější k přáním zákazníka a je nabízen se širokou škálou dodatečného příslušenství, které významnou měrou rozšiřuje možností celého systému. Jsou to zejména elektronicky kontrolované systémy pro chlazení/zahřívání testovaného prvku, izolační elementy pohlcující nežádoucí vibrace, hydraulické akumulátory, různé servoventily atp. [6]

Obr. 22 Některé příslušenství k modelu 852 [6]

strana

28


2.3 Software, hardware

2.3

Firmy INSTRON i MTS nabízejí ke svým zařízením i nezbytné výpočetní vybavení v podobě kompletních řídicích systémů s náležitým softwarem. 2.3.1 INSTRON

2.3.1

 Labtronic 8800 Jedná se o plně digitální řídicí systém uzpůsobený k maximální flexibilitě. Jednotlivé komponenty mohou být seskládány přesně dle přání zákazníka. Může se jednat o kompaktní snadno přemístitelné zařízení schopné obsluhovat šest kanálů nebo může mít podobu devatenácti palcové RACK jednotky schopné řídit až 24 aktuátorů. [2]

Obr. 23 Zařízení LABTRONIC v různých velikostech [2]

 DampPro software Software byl vyvinut na základě norem testovacích specifikací automobilového průmyslu s přihlédnutím k snadné ovladatelnosti. Je schopný zpracovat celý proces testování od získávání dat přes analýzu až po protokolaci výsledků. Systém obsahuje přednastavené běžné testovací procedury. Taktéž umožňuje tvorbu uživatelem definovaných testovacích procedur, které je možné uložit a kdykoli zopakovat. Schopnost kontroly a regulace teploty během testu je samozřejmost. [2]

strana

29


Příklady implicitních testovacích procedur: - třecí test s určením síly od plynové náplně tlumiče - test určující tlumící sílu při různých rychlostech - únavový test

2.3.2

Obr. 24 Software DampPro od INSTRON, ukázka protokolu [2]

2.3.2 MTS FlexTest  FlexTest GT  FlexTest SE

- dokáže pojmout až 32 modulů, dokáže řídit až 4 stanice pomocí 8 kanálů s možností rozšíření o 16 uživatelem programovatelných vstupů a výstupů, [5] - jednodušší varianta s jedním nebo dvěma kanály je schopna řídit pouze jednu stanici. [5]

Obr. 25 FlexTest SE a FlexTest GT od firmy MTS [5]

strana

30


MTS Damper Software Program opět vyvinutý speciálně pro potřeby testování tlumičů a únavové testy. Damper software umožňuje snadno připravit testovací procedury pomocí předpřipravených různých tvarů zatěžovacích křivek. Též umožňuje kompletní post processing formou různých analýz výsledků. Tvorba výsledného protokolu o zkoušce může být do značné míry automatizována pomocí vkládání standardních křivek do v grafu zanesených výsledků. [5] Další možné testy: [5] - výkon v závislosti na teplotě, - pozice v závislosti na výpočtu síly od plynové náplně tlumiče, - zjištění zvukové charakteristiky tlumiče.

Obr. 26 MTS damper software [5]

2.4 Srovnání

2.4

Z prostudovaných materiálů obou největších firem na trhu jsem nabyl dojmu, že nabízené systémy jsou si z technického hlediska naprosto rovny a žádný nenabízí nic, čím by nad druhým významnou měrou vynikal. Dospěl jsem k názoru, že rozhodujícím faktorem ve výběru dodavatele klíčových komponent bude ekonomické hledisko a vstřícnost obchodního zastoupení. Ekonomické hledisko nejsem schopen zhodnotit, protože údaje o cenách komponent ani služeb nejsou mně jako studentovi a ne přímému zájemci dostupné. Naproti tomu jsem ale schopen na základě svých zkušeností s komunikací a osobními pohovory relativně jednoznačně zhodnotit vstřícnost obchodního zastoupení. Firma MTS v České republice zastoupena firmou Labtech s.r.o. nejevila absolutně žádný zájem o spolupráci s naší fakultou a ani nebyla ochotna poskytnout jakékoli materiály o sortimentu firmy MTS. V naprostém kontrastu s touto zkušeností bylo ochotné jednání pražské kanceláře firmy INSTRON, jejíž pracovník mi bez problému poskytl podrobnou dokumentaci.

strana

31

Formulace řešeného problému a jeho technická a vývojová analýza

3

3 FORMULACE ŘEŠENÉHO PROBLÉMU A JEHO TECHNICKÁ A VÝVOJOVÁ ANALÝZY Jak již bylo zmíněno v úvodu, podnět k vytvoření zadání této diplomové práce vzešel z diagnostické laboratoře Ústavu konstruování, kde je v současné době provozovaný mechanický tester GILLOP 1.4, který má být nahrazen hydraulickým.

3.1

3.1 GILLOP 1.4 Jedná se o zařízení umožňující diagnostiku a testování demontovaných tlumičů odpružení souměrně cyklicky po sinové/kosinové křivce. Rychlost zatěžování lze měnit frekvenčním měničem ovládajícím elektromotor, který přes klikový mechanismus zatěžuje v horním rámu upnutý tlumič odpružení. Amplitudu lze měnit mechanickým přestavením excentricity ramena klikového mechanismu. Jsou možné čtyři varianty nastavení 5,12,25 a 45mm. Výška rámu je ručně měnitelná skokově po 12,5mm až do výšky 1400mm. [7]

Obr. 27 GILLOP 1.4 [7]

strana

32

Formulace řešeného problému a jeho technická a vývojová analýza

3.2 Důvody náhrady

3.2

Cílem testování tlumičů odpružení je zjištění jejich chování při dlouhodobém provozu v běžných pracovních podmínkách, případně identifikovat slabá místa konstrukce nebo přímo defekty. K simulaci takového chování je zapotřebí vybudit náhodný, nepravidelný pohyb pístnice tlumiče s plynulou i rázovou změnou zatížení v širokém rozsahu. Což GILLOP v plném rozsahu neumožňuje. Další důvod pro náhradu je zdlouhavá a pro obsluhu nepohodlná změna pracovních podmínek. Konstrukce GILLOPu vyžaduje, před každou změnou výšky příčníku a nastavením amplitudy kmitání, mechanické přenastavení několika komponent, což například při zdvihu asi dvaceti kilového příčníku do výšky dvou metrů vyžaduje zvýšené úsilí několika lidí.

3.3 Nároky na konstrukci

3.3

Rám musí umožňovat:       

Instalaci a snadnou demontovatelnost hydraulického aktuátoru Přenést zatížení až 40kN při zachování dostatečné tuhosti Plynulé nastavení výšky příčníku v rozsahu 1400mm Jednoduchá konstrukce Co nejnižší výrobní náklady Snadná vyrobitelnost Jednoduchost údržby

strana

33

Vymezení cílů práce

4

4.VYMEZENÍ CÍLŮ PRÁCE Cílem této diplomové práce je konstrukční návrh zátěžného rámu univerzálního hydraulického testovacího standu, který bude sloužit k testování a diagnostice demontovaných tlumičů odpružení vozidel, případně celých předních vidlic motocyklů. Konstrukce rámu by měla umožňovat snadnou montáž a demontáž vestavěného hydraulického aktuátoru pro jeho využití v jiných aplikacích. Rám musí být dostatečně tuhý, musí umožňovat plynulou, pro obsluhu co možná nejpohodlnější změnu světlé výšky a měl by mít pracovně montážní stůl pro odložení nářadí, montáž senzorů, upínacích přípravků atp. Tab. 2 Požadované parametry

     

Požadované parametry až 40kN Zatížení: 1400 mm Zdvih příčníku: plynule nastavitelný Typ zdvihu příčníku: do 200Hz Kmitočet 0,2mm Minimální amplituda 100mm Maximální amplituda

Další specifikace:  Možnost snadné vestavby a demontování aktuátoru  Pracovní stůl  Možnost upínání nestandardních tlumičů/jiných dílů  Konstrukční jednoduchost  Co nejnižší nároky na údržbu Primární cíl:  Konstrukční návrh zátěţného rámu hydraulického standu Sekundární cíle:  Vypracovat výkresovou dokumentaci a seznam položek

strana

34

Návrh metodického postupu práce

5 NÁVRH METODICKÉHO POSTUPU PRÁCE

5

Zadání Zjištění podrobnějších informací o účelu Studium dostupných podkladů o hydropulzní technologii Získání podrobnějších informací o hydropulzních aktuátorech, kontaktování distributorů firmy INSTRON a MTS 5) Vytvoření koncepčních návrhů konstrukce 6) Konfrontace návrhů s představou budoucích uživatelů 7) Zvolení koncepce 8) Ověření použitelnosti nevyráběných komponent 9) Tvorba 3D modelu 10) MKP analýzy 11) Případná úprava modelu či změna koncepce a znovu MKP 12) Tvorba výkresové dokumentace 1) 2) 3) 4)

strana

35

Návrh variant řešení a výběr optimální varianty 6

6 NÁVRH VARIANT ŘEŠENÍ A VÝBĚR OPTIMÁLNÍ VARIANTY Při tvorbě a výběru variant řešení jsem nepostupoval cestou tvorby návrhů celých kompletních rámů se všemi náležitostmi, ale cestou řešení jednotlivých konstrukčních uzlů. Volbu koncepcí základních uzlů ovlivňovaly přání budoucích uživatelů ve spojení s technologickými a ekonomickými nároky a omezeními. Základní zvolené uzly následně ovlivňovaly volbu a charakter uzlů dílčích. Zvolení této metodiky považuji v tomto případě za nejefektivnější a nejrychleji vedoucí k všeobecně přijatelnému návrhu.

6.1

6.1 Tvar sloupů  Sloupy z plného válcového materiálu Masivní těžké homogenní sloupy propůjčují celé konstrukci velmi důležitou tuhost a stabilitu. Jsou však spojeny s vysokými náklady na polotovar, obtížnou manipulací a ztíženým obráběním.  Čtvercový uzavřený profil (jäckl) Tento tvar sloupů byl použit při konstrukci GILLOPu. Umožňuje snadnou manipulaci i obrábění a při vhodném kotvení by bylo možné dosáhnout i dostatečné tuhosti při příznivé ceně polotovaru. Avšak dosažení plynulého pohybu příčníku a jeho aretace v libovolném místě se stávají komplikované.  Sloupy ze silnostěnných trubek Při vhodném kotvení jsou schopné dosáhnout podobné tuhosti jako sloupy z válcového plného materiálu, avšak s výrazně nižší váhou a přibližně třetinovou cenou za polotovar.

6.2

6.2 Způsob aretace příčníku Zadáním je dán požadavek na schopnost aretace příčníku kdekoli v požadovaném rozpětí 1400mm.  Šroubový spoj S využitím šroubového spoje lze dosáhnou velmi pevného, tuhého a snadno rozebíratelného spoje. Nevýhodou je, že polotovar sloupu je v podstatě omezen pouze na ty s rovnými dosedacími plochami (jäckly, I-profil atp.) a principielně umožňuje pouze skokovou změnu polohy.

strana

36

Návrh variant řešení a výběr optimální varianty  Svěrný spoj Umožňuje aretaci příčníku po celé délce konformního povrchu sloupu, odpadá tedy skokové omezení šroubového spoje. Nevýhodou jsou zvýšené nároky na přesnost výroby a kvalitu povrchu sloupů.  Pomocí manipulačního mechanismu zajišťující posuv příčníku Tato varianta nabízí zjednodušenou manipulaci/obsluhu celého systému a odpadá potřeba dalších aretačních prvků, na druhé straně ale vyžaduje přesnou metodu posuvu schopnou poskytnout dostatečnou tuhost aretace a z toho vyplývající očekávanou vyšší složitost manipulačního mechanismu.

6.3 Zdvih příčníku

6.3

Musí být zvoleno takové řešení, které umožňuje plynulou změnu světlé výšky příčníku. Též je nutno přihlédnou k požadavku na co možná nejjednodušší obsluhu a údržbu zdvihacího mechanismu.  Naviják Využití navijáku k posuvu příčníku již byla prozkoumána mým kolegou Bc. Davidem Smejkalem v jeho bakalářské práci [8]. Varianta s využitím navijáku disponuje snadnou vestavbou na jakýkoli typ příčníku, nízkou vahou a malými rozměry, relativní jednoduchostí, nízkými pořizovacími náklady a možností motorizace. Nevýhody spatřuji v obtížném zajištění rovnoměrného posuvu příčníku podél sloupů a v nemožnosti silově působit v obou směrech pohybu příčníku (spouštění).

Obr. 28 Zdvih pomocí navijáku [8]

strana

37

Návrh variant řešení a výběr optimální varianty  Ozubený převod U starších modelů hojně využívaná metoda umožňující přesné vedení příčníku podél sloupů se zajištěnou rovnoměrností distribuce tahu. Spolehlivé provedení schopné silového působení v obou směrech pohybu příčníku a s možností motorizace. Nevýhodou je markantní zvýšení váhy příčníku, konstrukční složitost a zvýšení požadavků na údržbu.

Obr. 29 Zdvih pomocí ozubeného převodu [archiv autora]

strana

38

Návrh variant řešení a výběr optimální varianty 

Hydraulický zdvih V podstatě výhradně používaná varianta u moderních testovacích stavů. Z toho důvodu běžně dostupné řídicí systémy od velkých výrobců, jako INSTRON a MTS, umožňují přímou softwarovou kontrolu nad polohou příčníku. Toto přesné a pohodlné polohování příčníku je ovšem spojeno s velmi vysokými náklady na nezbytné hydraulické válce.

Obr. 30 Hydraulický zdvih [5]

 Pneumatický zdvih S pomocí speciálních bezpístnicových válců lze víceméně plně zastoupit zdvih hydraulický za až o řád nižší náklady. Nevýhodou je nutnost přítomnosti dalšího pohonného média, upraveného vzduchu.

Obr. 31 Pneumatický bezpístnicový válec S1 [9]

strana

39

Návrh variant řešení a výběr optimální varianty

6.4

6.4 Typ příčníku  Odlitek Výhodou je vysoká tuhost, možnost přímé implementace komponent nutných ke zdvihu příčníku pomocí ozubeného převodu (převodovka, hřídel, pastorky…), tvarová vyprofilovatelnost pro minimalizaci vlivu kmitání. Zásadní nevýhodou jsou velmi vysoké náklady na kusovou výrobu a komplikovaný proces výroby.  Svařenec Nízké pořizovací náklady, jednoduchost, snadná vyrobitelnost, ale oproti odlitku nižší tuhost.

6.5

6.5 Pracovně/montáţní stůl V této fázi možno volit pouze systém montáže (přípravků, upínek atp). Stavba konstrukce je tvarově nejpružnější prvek celého rámu, proto se bude řešit až na základě omezení daných zbytkem komponent rámu.  Dráţky ve tvaru písmene T Standardní metoda přesného, tuhého a do značné míry variabilního uchycení. Nevýhodou jsou vysoké nároky na přesnost výroby a nutnost silného polotovaru. Což znamená značné navýšení váhy, z toho plynoucí mohutnost podpůrné konstrukce a tím dané zvýšené pořizovací náklady.

Obr. 32 Stůl s T-drážkami [10]

strana

40

Návrh variant řešení a výběr optimální varianty  Závitové otvory Pravidelná síť otvorů opatřených závity pro pevné přichycení upínek. Tento systém je využíván u stolů na svařování a je dostupný ve dvou velikostech označovaných jako: 16 System a 32 System (podle průměru přípojných otvorů). Přítomnost tohoto systému na trhu poskytuje výhodu dostupnosti široké škály upínek a přípravků. [11]

Obr. 33 Stůl se závitovými otvory (32 System) [11]

strana

41

Návrh variant řešení a výběr optimální varianty 6.6

6.6 Výběr optimální varianty Před výběrem typu jednotlivých komponent bylo nezbytné zvolit typ hydropulzního aktuátoru. Po konzultaci s budoucími uživateli a taktéž vzhledem k obsahu dostupných podkladů byl vybrán aktuátor od firmy INSTRON. Konkrétně typ PL40, který splňuje veškeré požadavky. Tento typ se uchycuje k rámu pomocí na dno umístěné příruby a deseti šrouby M10. Toto poskytuje značnou volnost v možnostech konstrukčního řešení uchycení v našem rámu. Například aktuátory od firmy MTS užité v modelu 852 a jemu podobných, se dodávají již zabudované v příčníku určeném k přímé instalaci na dva válcové sloupy s pevně daným průměrem a vzájemnou roztečí. Dále bylo nezbytné zvolit uchycení rámu k podlaze, respektive typ podlahy, a zdali bude nezbytná mobilita zařízení a v jakém rozsahu. Mobilita byla shledána postradatelnou vlastností a bylo od jejího řešení upuštěno. Jako povrch, na kterém bude zařízení v budoucnu umístěno, byla určena stávající litá montážní deska s drážkami ve tvaru písmene T. Pro spojení rámu se zemí byly zvoleny stávající šroubové upínky. Sloupy byly zvoleny válcové vyrobené ze silnostěnných trubek, což zároveň vyřadilo šroubový spoj jako metodu aretace příčníku. V této otázce nakonec padlo rozhodnutí použít vícenásobný svěrný spoj pro dosažení dostatečné tuhosti. To zajistí možnost uchycení příčníku kdekoli po délce sloupu. Z ekonomických a technologických důvodů byl jako typ příčníku zvolen svařenec a způsob montáže na pracovně/montážním stole byla zvolena varianta s polem závitových otvorů tzv. 16 System (průměr otvoru 16mm a rozteč 50mm). Volba metody zdvihu příčníku vyžadovala konzultaci s technickým oddělením firmy Stránský a Petržík [9] vyrábějící bezpístnicové dvoučinné pneumatické válce. Po potvrzení vhodnosti a proveditelnosti a se zjištěním, že v místě kde bude zařízení v budoucnu stát je rozvod tlakového vzduchu, padla konečná volba na zdvih pomocí dvojčinných pneumatických bezpístnicových válců typ S1.

strana

42

Konstrukční řešení

7 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ

7

7.1 Konstrukční uzly

7.1

 Sloupy a jejich kotvení o Sloup Polotovar: Trubka bezešvá hladká, kruhová, rovnaná, vnitřní průměr 133mm s tloušťkou stěny 10mm, úchylka přímosti 3mm na metr délky, váha 30,3kg/m, norma ČSN 425715.01 [12] Z výroby má trubka okujený vnitřní i vnější povrch. Pro naše účely bude potřeba vnější povrch obrousit, což by mělo sloupům propůjčit dostatečně kvalitní styčné plochy. Svěrný spoj bude mít objímající průměr 130mm. Na dosažení optimální vůle umožňující hladký pohyb příčníků po sloupech zůstanou tedy pouhé 3mm na průměru, což bude vyžadovat zvýšenou opatrnost při obrábění.

Obr. 34 Sloup a patka

Ke sloupům budou na jednom konci pomocí závitu připevněny kotvící patky sloužící k montáži celého rámu k základní desce. Patky budou po zašroubování pojištěny buď svarem, nebo pro rozebiratelnost a případnou náhradu za jiný kotvící mechanismus provrtány i se sloupem a pojištěny kolíkem proti povolení.

strana

43

Konstrukční řešení o Patka Kotvicí deska Široká ocel, válcovaná za tepla, rozměr 300x350x20, norma DIN 59200 (A) [12] Kotvící trubka Polorovar: Trubka bezešvá, hladká, kruhová, rozměr 140x6,3x160, norma ČSN 42 5715.01 [12]

Obr. 35 Kotvicí deska

Obr. 36 Kotvení sloupů

strana

44


 Svorka Polorovar: Široká ocel, válcovaná za tepla, rozměr 200x950x20, norma DIN 59200 (A) [12] Svorka je koncepčně navržena, tak aby ji bylo možné po drobných úpravách použít všude tam, kde je třeba mít mezi sloupy spojení pevné i výškově stavitelné. Slouží jako základní element příčníků, jako základna pracovně/montážního stolu, i jako kotvící bod pneumatických válců nezbytných pro zdvih příčníku. U tohoto dílu jsou kladeny zvýšené nároky na přesnost umístění otvorů pro průchod sloupů. Pro hladký chod je důležité, aby měly všechny otvory na všech svorkách stejnou rozteč, protože žádná jiná rozpěra mezi sloupy není. Svorka se v konstrukci vyskytuje celkem šestkrát v pěti variantách.

Obr. 37 Varianty svorek

strana

45


 Příčník Komponenty: 2x svorka 2x rozpěra Polotovar:

Široká ocel, válcovaná za tepla, rozměr 200x950x20, norma DIN 59200 (A) [12]

Příčník je svařen ze dvou svorek, mezi něž jsou vloženy a přivařeny rozpěrné desky za účelem vytvoření prostoru pro přichycení úchytů vozíků pneumatických válců umožňujících posuv příčníku. Vzdálení svorek a vymezení jejich vzájemné polohy usnadňuje pohyb příčníku po sloupech a dává prostor pro vedení kabelů a hadic vedoucích od měřící aparatury a kontroly teploty testovaného tlumiče či jiného zařízení. Příčníky jsou v konstrukci použity dva totožné, jen jeden nese svorku s otvory pro uchycení aktuátoru a druhý obsahuje průchozí otvor pro montáž upínacího přípravku, dvou příčných otvorů v rozpěrných deskách pro montáž úchytů vozíků pneumatických válců a osmi otvorů pro přichycení montážní desky.

Obr. 38 Příčník

strana

46


Obr. 39 Horní a dolní příčník

Aretaci příčníku zajišťuje sevření konců svorek, které obsahují jeden průchozí otvor pro šroub a jeden otvor se závitem suplující matici. Konec svorky se závitem je o jeden milimetr delší než konec s průchozím otvorem, to protože je závitový otvor využíván i k přichycení upínacích desek pneumatických válců a při utahování by mohlo dojít k odírání čela konce svorky s průchozí dírou o upínací desku. Bude lépe znázorněno dále.

strana

47

Konstrukční řešení  Uchycení testovaných tlumičů Na trhu je nepřeberné množství tlumičů odpružení a často se liší v metodě přichycení k nápravě. Konstrukce testovacího standu musí být přizpůsobena k jejich co možná nejsnazšímu upnutí. Pravděpodobně nejrozšířenější metoda uchycení tlumičů odpružení je pomocí dvou ok, na každé straně pístu jedno. K jejich uchycení do rámu je třeba dvou jednoduchých montážních přípravků, které se nahoře montují pomocí závitových tyčí k příčníku a ve spodní části k siloměru, jenž je umístěn na pístu aktuátoru.

Obr. 40 Upnutí tlumiče odpružení s oky

V pístu aktuátoru je k tomuto účelu připraven otvor se závitem M24. Stejný rozměr jsem zvolil i k možnému uchycení siloměru k hornímu příčníku, i jako výstupní rozměr z přechodového dílce přišroubovaného k siloměru. To vše pro usnadnění případné změny pozice siloměru. Ten lze umístit i na píst aktuátoru. Tedy toto platí, pokud bude pořízen siloměr typ PM-K nebo PM-Tn od INSTRONu. Pokud bude pořízen jiný typ siloměru, bude třeba konstrukci pro jeho upevnění adaptovat. strana

48

Konstrukční řešení Podle potřeby lze upínací přípravky snadno vyměnit pro upnutí atypických tlumičů případně tlumičů s atypickými montážními prvky. Pro případy, kdy daný typ tlumiče neumožňuje snadné upnutí v ose s pístem aktuátoru, je rám vybaven montážní deskou. Dvanáct milimetrů silná deska je opatřena polem závitových děr o průměru 16mm a čtvercové rozteči 50mm, takzvaný 16 System, využívaný u stolů pro svařování.

Obr. 41 Montážní deska, polohy

Montážní deska a její uchycení je koncipováno jako univerzální. Lze jí umístit i na spodní příčník sloužící k odkládání nářadí a uchycení pneumatických válců. Deska je opatřena centrálně vloženým a čtyřmi šrouby přišroubovaným víčkem. Uchycení stolu k svorce je provedeno pomocí osmi zapuštěných imbusových šroubů. Povrch desky bude broušen a jeho rovinnost nebude narušena žádným výčnělkem (všechny hlavy šroubů zapuštěny).

strana

49


Po demontování víčka se umožní posuv spodního příčníku s aktuátorem směrem vzhůru až po blok servoventilu. To eliminuje omezení způsobená přítomností desky a umožní použití všech typů montážních přípravků. Odstranění víčka taktéž výrazně usnadní demontáž samotného aktuátoru pro jeho využití v jiných aplikacích.

Obr. 42 Deska stolu s víčkem a bez něj

Po konzultaci s budoucími uživateli zařízení byla jako výchozí varianta zvolena ta se siloměrem přichyceným k pístu aktuátoru a montážní deskou na horním příčníku.

strana

50


Obr. 43 Možné konfigurace

Obr. 44 Využití montážní desky pro upnutí tlumiče Mac Pherson

strana

51

Konstrukční řešení  Pneumatické válce Pro zdvih příčníku byly zvoleny dva dvoučinné bezpístnicové pneumatické válce typ S1 od firmy Stránský & Petržík s pístem o průměru 40mm a krátkým vozíkem. Tato konfigurace umožňuje vozík axiálně zatížit až 640N, staticky. Pro zjištění hodnoty maximálního dynamického zatížení je nutné hodnotu vynásobit koeficientem Kd zjištěným z grafu.

Obr. 45 Graf pro určení dynamického zatížení válců [9]

Váha příčníku by i s měřící a chladící aparaturou neměla překročit 80kg, příčník by tedy neměl být zvedán rychlostí vyšší než 0,3m/s. Bezpístnicové válce jsou kotveny dvěma prvky, patkou a přírubou. Patku lze přichytit pouze na čelo válce pomocí dvou šroubů do otvorů pro stahovací šrouby. Přírubu lze uchytit za rybinu na spodní část válce po celé jeho délce. Vzduch do obou komor válce je přiveden pouze z jedné strany. Tlak upraveného vzduchu by se měl pohybovat v rozmezí od 0,35MPa do 1MPa, optimálně pak 0,6MPa. [9] Uchycení válce k rámu je řešeno pomocí jednoduchých svařovaných montážních elementů, přičemž je k jejich výrobě využito pouze jednoho druhu polotovaru pro minimalizaci výrobních nákladů.

Obr. 46 Montážní desky

strana

52

Konstrukční řešení Pro správnou funkci pneumatických válců je nezbytné zajistit rovnoměrnou distribuci tlakového vzduchu k oběma válcům najednou. To lze provést pouze pomocí vhodně řešeného pneumatického obvodu. Konstrukce válců, podle informace výrobce, synchronizaci chodu mechanicky zajistit neumožňuje. K přichycení desky k rámu je využito závitových otvorů na konci svorky. Pro jistější spoj je k svorce zespodu přivařen „kámen“ s dalším otvorem opatřeným závitem. Dojde-li k zničení vnitřního závitu, například z důvodu aplikování příliš vysokého utahovacího momentu, je zde možnost snadné opravy. Buď převrtání otvorů pro větší šroub, nebo protažení delšího šroubu stávajícími otvory a stažení svorky i upínacího elementu k sobě pomocí klasické matice. Nebude-li přítomnost úchytu ve spoji žádoucí, je zde možnost přivaření dalšího kamene ke svorce a jeho využití pro montáž úchytu pneumatického válce.

Obr. 47 Montážní deska přichycená k rámu

Vnitřní uspořádání spoje ponechává mezeru mezi čely šroubů 5mm.

Obr. 48 Vnitřní uspořádání spoje

strana

53

Konstrukční řešení Z výše uvedeného obrázku je dobře patrná konstrukční úprava čela jednoho konce svorky k zamezení nežádoucího kontaktu deformované části svorky s montážní deskou. Válec se k desce přimontuje pomocí výše zmíněných montážních prvků dodaných výrobcem, patek a přírub. Ty se přichytí k desce pomocí celkem čtyř šroubů. V této konfiguraci je možno vynechat buď jeden pár patek, nebo přírub u horního úchytu pro nadbytečnost. Já jsem tyto prvky v návrhu ponechal.

Obr. 49 Montáž pneumatického válce

K přenesení pohybu z tlakem vzduchu poháněného vozíku válce, slouží jednoduchá svařovaná montáž. Ta je k příčníku přichycena dvěma šrouby M16. Tato velikost šroubu byla zvolena z důvodu dosažení potřebné délky šroubu. Pro stálou instalaci pneumatických válců lze zvolit i variantu přivaření montáže k příčníku.

Obr. 50 Přichycení vozíku k příčníku

strana

54


7.2 Analýzy, výpočty

7.2

7.2.1 Svěrný spoj

7.2.1

Pro zajištění správné funkce celého rámu je důležité, aby byly svěrné spoje dostatečně tuhé při zátěži. Jako metodu ověření jsem zvolil analytické určení minimální tlaku, při kterém ještě nedojde k pohybu příčníku zatíženého maximální silou. Tuto hodnotu porovnáme s hodnotou skutečného tlaku, kterou určíme pomocí metod konečných prvků na reálném modelu při navrhovaných provozních podmínkách. Porovnáním těchto dvou hodnot dojde k ověření vhodnosti konstrukčního řešení a zvolených provozních podmínek.  Minimální potřebný tlak sevření Z podmínky statické rovnováhy určíme sílu potřebnou k udržení příčníku v klidu při maximálním zatížení.

Obr. 51 Ilustrace k výpočtu

Zatěžující síla: Koeficient tření: Max. váha příčníku: Gravitační zrychlení Gravitační síla: Tloušťka svorky: Celková tl. sevření: Průměr sloupu:

F = 10000N [1/4 z maximálního zatížení 40kN] f = 0,15 [ocel na ocel bez mazání] m = 80kg g = 9,81m/s2 Fg = 392,4 N [ FG  m  g ] t = 20 mm T  2  t  2  20  40 mm D = 130 mm strana

55


F

y

0

Ft  F  Fg  0 FN  f  F  Fg  0 F  Fg

10000  392,4  69282,7N f 0,15 Určení minimální tlaku sevření: 4 F 4 69282,7 Pmin   N    16,96 MPa π T  D π 40  130 FN 



 Průměr šroubu Počet šroubů: Třída pevnosti šroubu: Mez kluzu:

n=2 8.8 R e  800  0,8  640MPa

Síla na jeden šroub:

Fi 

Fi  0,75  A t  R e At 

FN 69282,7   34641,35N n 2

Fi 34641,35   72,17 mm 2 0,75  R e 0,75  640

Z tabulky 8.1 v [14] vybereme šroub s nejbližším větším průřezem šroubu At: M12x1,75 (At=84,3mm2)

strana

56


 Provozní síla předepjetí šroubu svorky Šroub: Třída pevnosti: Mez kluzu: Návrhový součinitel: Koeficient tření: Průměr šroubu Stoupání šroubu Střední průměr šroubu Vrcholový úhel závitu ka  σ

M12 x 1,75 8.8 R e  800  0,8  640MPa ka = 3 [zvoleno] f = 0,15 [ocel na ocel bez mazání] D = 12mm P = 1,75mm d2 = 11,026mm α = 60°

Re R 640 σ e   213,3MPa σ ka 3

4  FO π  d 32

 FO 

σ  π  d 32 213,3  π 10,16 2   17295,6N 4 4

 Provozní utahovací moment šroubu svorky d   D M u  FO f   tan  β   2   2  2

  P 1,5 f 0,15    arctan  216' ;  arctan  arctan  753' β  arctan α 60 πD π  12   cos cos   2 2 12 11,026    17295,6  0,15   tan753'216'   32636,4Nmm  32,6Nm 2 2   Mezní hodnoty přípustného zatížení získáme dosazením součinitele bezpečnosti kk=1 a následně zjistíme maximální síla předpjetí a maximální utahovací moment: Fomax= 51886,85N Mumax=97,91Nm

strana

57

Konstrukční řešení Pro zvýšení životnosti závitů a s přihlédnutím k předpokládanému velkému rozpětí provozního zatížení, kdy mnohdy nebude třeba utahovat šrouby vysokými utahovacími momenty, lze použít níže uvedenou tabulku pro orientační volbu adekvátního utahovacího momentu.

Obr. 52 Graf pro orientační určení utahovacího momentu

strana

58

Konstrukční řešení  MKP analýza S využitím symetrie byl pro zjednodušení použit poloviční model příčníku s částí sloupu. Symetrie byla zastoupena pomocí prvku „frictionless support“ aplikovaném na místa řezu v ose příčníku. Fragment sloupu byl na obou svých koncích vetknut pomocí prvku „fixed support“. Zatěžovací proces byl rozdělen do dvou kroků. V prvním kroku bylo vyvozené předepjetí šroubů pomocí prvku „bolt pretension“ na hodnotu 17295,6 N. V druhém kroku byly tyto síly uzamčeny a těmito silami deformovaný příčník byl v druhém kroku zatížen tlakem 0,606 MPa (¼ z maximálního zatížení 10000 N, na plochu o velikosti ½ základny aktuátoru).

Obr. 53 Okrajové podmínky

Kontakty mezi vedením, svorkami a samotným sloupem byly nastaveny jako kontakty se třením (frictional) s hodnotou koeficientu tření 0,15 (ocel na ocel bez mazání). Na vytvoření sítě byla použita metoda „hex dominant“ s řízenou velikostí prvků. Na šrouby konkrétně byly použity prvky o velikosti 2mm, na sloup a svorky velikost 6mm a na zbytek velikost 10mm.

strana

59


Obr. 54 Konečně-prvková síť

Pomocí „contact tool“ byla zjištěna maximální hodnota tlaku vyvolaného sevřením, a to 90,76MPa.

Obr. 55 Tlak vyvolaný sevřením /max. hodnota 90,76MPa/ strana

60

Konstrukční řešení Pro takto vysoký tlak je nutné brát v potaz přiblížení se k maximální hodnotě dovoleného tlaku pro materiál trubky S235JR (11 373) jenž dosahuje PD=120MPa, z důvodu možnosti vzniku otlačení. [13] Maximální deformace svorky byla analýzou stanovena na 0,044mm, přičemž deformace sloupu způsobená tlakem sevření se pohybuje okolo hodnoty 0,015mm.

Obr. 56 Deformace sloupu a svorek /max. hodnota 0,044mm/

Z výsledků lze vyvodit závěr, že svěr je dostatečně silný na udržení rámu ve své poloze. Bude-li v budoucnu potřeba zvýšení svěrné síly pro jiné náročnější úlohy, lze jí snadno dosáhnout pomocí výroby a instalace dalších svorek a jejich přišroubování/přivaření k příčníkům, čímž dojde k zvětšení svěrných ploch.

strana

61

Konstrukční řešení 7.2.2

7.2.2 Rám  Pevnostní kontrola Prostředků MKP bylo využito i při kontrole pevnosti celého rámu. Z důvodu zkrácení výpočtového času byl použit poloviční model celého rámu, s příčníky v nejméně příhodné poloze a to co nejdál od sebe. Kontakty byly nastaveny na „bonded“ a již nebylo použito předepjatých šroubů. Síť byla opět vytvořena pomocí metody „hex dominant“ s velikostí prvků 20mm vyjma elementu pneumatického válce a dílů vozíku. Řízené vysíťování těchto prvků se ukázalo jako velmi obtížné, proto zde, s přihlédnutím k vedlejšímu charakteru těchto prvků, byla ponechána síť volná.

Obr. 57 Konečně-prvková síť pevnostní analýzy

Symetrie bylo dosaženo opět použitím vazby „frictionless support“ na místa řezu rámu. Na základnu rámu byla použita vazba „fixed support“. Zatížení bylo opět simulováno pomocí tlaku 0,606MPa (10000N [1/4zatážení] na polovinu plochy základny aktuátoru působícím do k sobě přivrácených ploch příčníků. Bylo i experimentováno s možností vektory těchto tlaků v dalším zátěžném kroku pro simulaci pulzujícího zatížení. Tento postup se ale ukázal jako silně neproduktivní, jelikož dával v podstatě zaměnitelné výsledky s jednokrokovým výše uvedeným postupem za dvojnásobek výpočtového času. strana

62


Obr. 58 Okrajové podmínky pevnostní analýzy

Obr. 59 Deformace při pevnostní analýze /max. hodnota 0,035mm/

strana

63

Konstrukční řešení Maximální hodnota napětí (konkrétně 31,508MPa) byla nalezena v horním příčníku, ale jedná se o lokální špičku. Ve zbytku modelu (vyjma stejného místa na spodním příčníku) nepřesahuje napětí 10MPa.

Obr. 60 Napětí podle podmínky HMH (von-Misses stress) /max. hodnota 31,508MPa/

strana

64


To, spolu se zjištěnou maximální deformací o hodnotě 0,035mm, mě vede k závěru, že rám je schopný s dostatečnou bezpečností odolávat maximálnímu zatížení, přičemž deformace svorek (jejichž maximální zjištěná hodnota je 0,017) neovlivňuje správnou funkci svěrných spojů. Program ANSYS určil skutečný součinitel bezpečnosti („safety factor“) s hodnotou 7,9 v místě nejvyššího tlaku (na okraji rozpěrné desky horního příčníku), všude jinde se hodnota kk pohybuje nad hodnotou 15).  Modální analýza Konstrukce rámu bude zatěžována zejména střídavě souměrným cyklem o různých amplitudách, proto je potřeba znát frekvence vlastních kmitů rámu. Těmto nebezpečným frekvencím je nutné se pokud možno úplně vyhýbat nebo je alespoň rychle překonávat. Program ANSYS (verze 11), ve kterém byly všechny analýzy prováděny, disponuje možností modální analýzy, která je schopna tyto nebezpečné frekvence určit. Analýza byla prováděna na stejném zjednodušeném modelu se stejnou sítí a stejnými okrajovými podmínkami (vyjma zatížení tlakem, které bylo při výpočtu potlačeno) jako výše uvedená pevnostní analýza. Modální analýza dokáže určit pouze frekvence vlastních kmitů a vlastní tvary samotného kmitání. Na určení hodnot amplitud výkmitů při dosažení vlastních frekvencí je potřeba použít modul „harmonic response, tedy harmonické odezvy. Tato simulace je schopna určit hodnoty výkmitů na jednotlivých plochách pouze směrově (tedy ve směru nadefinovaných os X,Y nebo Z). Pro určení amplitud kmitání v jednotlivých modech je v našem případě výhodné uplatnit znalost vlastních tvarů kmitání a podle toho nastavit simulaci harmonické odezvy. Při bližším prozkoumání níže uvedené tabulky s vlastními tvary lze vyvodit závěr, že dvěma nejvíce kmitajícími komponenty jsou sloup a pneumatický válec, a to výhradně v ose X a Y. Vhodně orientované plochy na těchto prvcích proto použijeme ke zjištění amplitud kmitání celých komponent. Do simulace harmonické odezvy bylo nutno nastavit vlastní útlum, což je pro ocel hodnota 0,02. Hodnoty výchylek jsou určeny pro maximální zatížení (40kN) s frekvenčním omezením horní hranicí 300 Hz.

strana

65


Tab. 3 Modální analýza

Mode 1

Mode 2

Mode 3

11,38Hz Mode 4

82,75Hz Mode 5

120,56Hz Mode 6

131,7Hz

244,57Hz

255,34Hz

Grafické znázornění

Frekvence

Grafické znázornění

Frekvence

strana

66


Obr. 61 Výsledné grafy harmonické odezvy pro sloup a pneumatický válec

strana

67

Konstrukční řešení Z výsledných grafů a obrázků vlastních tvarů lze, dle mého názoru, s uspokojivou přesností určit hodnoty amplitud vychýlení nejvíce namáhaných součástí při dosažení všech vlastních frekvencí v předpokládaném rozsahu používání standu. Hodnoty amplitud jsou při maximálním provozním zatížení, směr os viz tabulka 3. Tab. 4 Výsledky modální analýzy

Mode 1 2 3 4 5 6

Vlastní frekvence 11,38 Hz 82,75 Hz 120,5 Hz 131,7 Hz 244,57 Hz 255,34 Hz

Vlastní tvar kmitá v ose X X X Y X Y

Nebezpečné místo Vršek pneu. válce Střed pneu. válce Střed pneu. válce Střed pneu. válce Střed sloupu Střed sloupu

Amlituda [mm] 0,0072 2,56ˑ10-5 0,047 0,202 4ˑ10-5 0,114

Z výsledné tabulky vyplývá, že nejvíce nebezpečné jsou čtvrtá a šestá vlastní frekvence a nejvíce ohrožené součásti jsou pneumatický válec a sloup. I přesto že se jedná o velmi vysoké frekvence, kterých se bude během testování tlumičů odpružení dosahovat jen velmi obtížně, je tento závěr nutné brát v potaz při plánování testů. Zvlášť ohroženo je těleso pneumatického válce pro svou subtilnost v porovnání se sloupem a svou náchylností ke ztrátě funkce při zdeformování vedení pístu. Z toho důvodu je nutné dát důrazné doporučení nepoužívat posuv příčníku pomocí pneumatických válců během testování, tedy provozovat pneumatické válce pouze pokud je hydraulický aktuátor v klidu. Dále je silně doporučeno vyhýbat se během testování všem zjištěným vlastním frekvencím nebo je alespoň co nejrychleji překonávat.

strana

68

Konstrukční řešení 7.3

7.3 Náklady na materiál Tab. 5 Náklady na materiál

Polotovar pro Sloupy (2x)

Patky sloupů

Svorky (6x) Kotvící kameny (4x) Rozpěra příčníku (4x) Montážní desky (4x)

Rozměr Norma Ø133x10 ČSN 42 5715.01 Ø140x5 ČSN 42 5715.01 300x20 DIN 59200 (A)

Cena Kč/m 1058,05,620,18,1314,09,-

200x20 DIN 59200(A)

876,03,-

220x10 DIN 59200(A) 160x10 DIN 59200 (A)

481,83,-

Úchyty vozíku (2x)

160x6 DIN 59200 (A)

219,72,-

788,45,-

Montážní deska (1x)

300x12 DIN 59200 (A) 200x12 DIN 59200 (A)

Zdroj www.ferona.cz [12]

350,42,-

525,64,-

Délka*mm++(přídavky) Celková délka 2x2250+(2x25) 4550mm 2x150+(3x8) 324mm 2x350+(3x8) 724mm 6x900+(7x50) 5750mm 4x45+(4x5) 200mm 2x(2x500)+(3x10) 1030mm 0,5x4x[228+(8x5)] 536mm 0,5x[4x420+(2x8)] 848mm 2x160+3x5 335mm 1x400+(2x5) 410mm 1x185+15 200mm Celková cena:

Cena Kč 4815,201,952,5038,176,497,188,187,74,324,106,12558,-

Výše uvedená kalkulace ceny materiálu musí být brána jako nejnižší možná. Předpokládám, že prodejce nebude ochotný řezat materiál takto přesně, případně bude mít dány limity minimálního odběru délky. Kalkulace ještě nepočítá s náklady na řezání materiálu při nákupu. Ceny spojovacího materiálu (šrouby, matky, podložky) též nejsou uvedeny. Zde záleží na tom, zda se upřednostní odběr přesného počtu šroubků a matic nebo se nakoupí ve větších baleních (100ks). Taktéž není uvedena cena za práci. Ta je silně závislá na zvoleném zhotoviteli i na množství jemu svěřené práce. Tedy k jejímu, byť jen rámcovému odhadu, je zapotřebí zkušeností, kterých se mi nedostává.

strana

69

Závěr

8

8 ZÁVĚR (KONSTRUKČNÍ, TECHNOLOGICKÝ A EKONOMICKÝ ROZBOR ŘEŠENÍ) V této diplomové práci jsem se pokusil uvést čtenáře do problematiky hydropulzní technologie a podat co možná nejucelenější přehled jejího využití v metodách testování a diagnostiky demontovaných tlumičů odpružení silničních vozidel. Samotné konstrukční řešení zátěžného rámu jsem se rozhodl prezentovat formou provedení čtenáře celou genesí jeho tvorby. Od výběru základní koncepce přes řešení jednotlivých konstrukčních uzlů až po pevnostní a modální analýzu za využití metod konečných prvků prostřednictvím programu ANSYS verze 11. Návrh řešení byl tvořen s ohledem na co možná nejjednodušší konstrukci s využitím co nejméně unikátních dílů - to pro maximální jednoduchost a ekonomičnost výroby, ale i pro případnou vzájemnou zaměnitelnost dílů. Tato, řekněme modulární koncepce umožňuje snadné zesílení konstrukce pro případné náročnější aplikace. Popsaný přístup vyústil v konečný návrh složený pouze ze čtyř hlavních prvků (sloup, příčník, montážní deska a úchyty pneumatických válců) složených z deseti součástí, které jsou vyrobeny přímo z hutních polotovarů při minimalizované potřebě jejich obrábění. Z technologického hlediska bude pravděpodobně nejnáročnější realizace nezbytných povrchových úprav sloupů a zajištění stejných roztečí otvorů pro sloupy ve svorkách. Další komplikace může skýtat výroba a montáž příčníků, kde je třeba dodržet přesnou vzájemnou polohu všech dílů. Zbytek dílů lze dle mého názoru vyrobit snadno a rychle i v méně vybavené dílně. Samotná celková montáž rámu by pak také neměla být složitá. Obtížnější bude patrně zajištění správného chodu pneumatického zdvihu, jenž vyžaduje rovnoměrnou distribuci upraveného vzduchu (například pomocí regulátorů tlakové diference či vřazení pneumatických akumulátorů do vstupního pneumatického okruhu). Z ekonomického hlediska, se dle mého názoru, jedná o optimální variantu. Nejsou použity žádné složitě vyráběné součásti vyžadující nákladné výrobní technologie jako odlévání či tváření. Vše je vyrobeno z běžně dostupných hutních polotovarů, jejichž cena by neměla překročit částku 13000,- Kč. Nákladnější položkou jsou až pneumatické bezpístnicové válce a jejich montážní prvky (nabídka výrobce v příloze), ale i tyto náklady se stávají zanedbatelnými v porovnání s cenou hydraulického aktuátoru, jenž se pohybuje o řád výše. Závěr: jsem přesvědčen, že předkládaný návrh konstrukčního řešení rámu je schopen plně vyhovět nárokům na něj kladeným, při velmi dobrém poměru pořizovacích nákladů a technologické náročnosti vzhledem k celkovým užitným vlastnostem.

strana

70

strana

71

Seznam použitých zdrojů

9

9 SEZNAM POUŢITÝCH ZDROJŮ [1] INSTRON Structural Testing Systems GmbH, Darmstadt. Quotation for Shock Absorber Machine. Veřejně nepřístupná dokumentace, Quotation-No.: 21100604_03, File No.: P54600117, 2002 [2] TechNotes. In Hydropuls® Shock Absorber Test Machines [online]. Landwehrstraße 65 : : INSTRON STRUCTURAL TESTING SYSTEMS GmbH, 2005 [cit. 2011-01-20]. Dostupné z WWW: <www.instron.com/wa/library/StreamFile.aspx?doc=1183>. [3] Reference Manual : M31-14201-EN. In PL ACTUATORS. Version B. Landwehrstraße 65 : INSTRON STRUCTURAL TESTING SYSTEMS GmbH, 2007. s. 1-180. [4] KRPATA, Pavel. Řízení hydraulického servoventilu. Praha, 2007. 35 s. Bakalářská práce. ČVUT Praha. Dostupné z WWW: [5] TechNotes. In Damper Test System [online]. Eden Prairie : MTS Systems Corporation, 2008 [cit. 2011-01-20]. Dostupné z WWW: <www.mts.com/en/Material/Dynamic/Landmark/.../DEV_004062>. [6] TechNotes. In Model 852 System Delivers High Force, High Velocity Damper Testing [online]. Eden Prairie : : MTS Systems Corporation, 2008 [cit. 201101-20]. Dostupné z WWW: <www.mts.com/en/vehicles/performance/Dampers/ssLINK/DEV_002242> [7] ŠINDELÁŘ, Martin. Sledování technického stavu závěsu kola vozidla. Brno, 2008. 66 s. Dizertační práce. FSI VUT v Brně. Dostupné z WWW: . [8] SMEJKAL, David. Rekonstrukce testeru tlumičů. Brno, 2010. 46 s. Bakalářská práce. FSI VUT v Brně. Dostupné z WWW: . [9] Pneumatické válce spol. s r.o. [online]. 2011-01-14 [cit. 2011-01-14]. Stránský & Petržík. Dostupné z WWW: . [10] VABEX s.r.o. [online]. 2008 [cit. 2011-01-20]. Strojnisveraky.cz. Dostupné z WWW: . [11] Stoly pro svařování [online]. 2010 [cit. 2011-01-20]. Siegmund Group. Dostupné z WWW: . [12] Katalog [online]. 2010 [cit. 2011-01-20]. FERONA.cz. Dostupné z WWW: . [13] VRBKA, Martin. Spoje pro přenos kroutícího momentu : E-lerningový kurz konstruování strojů - převody [online]. 2010 [cit. 2010-05-24]. Dostupné z WWW: [14] SHIGLEY, Joseph; MISCHKE, Mischke; BUDYNAS, Budynas. Mechanical Engineering Design. 7. [s.l.] : McGraw-Hill Science/Engineering/Math, 2003. 1056 s. ISBN 0072921935, 7.vydání. SHIGLEY, Joseph; MISCHKE, Mischke; BUDYNAS, Budynas. Mechanical Engineering Design. 7. [s.l.] : McGraw-Hill Science/Engineering/Math, 2003. 1056 s. ISBN 0072921935, 7.vydání. [50] ČSN ISO 214 (01 0148). Abstrakty pro publikace a dokumentaci

strana

72

Seznam použitých zkratek a symbolů

10 SEZNAM POUŢITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ At [mm2] SUV Re[MPa] ka kk f D [mm] P [mm] PD [MPa] d2 [mm] d3 [mm] α [°] β [°]  [°] Mu [Nm] Mumax [Nm] Fo [N] Fomax [N] 3D HMH MKP

10

-průřez šroubu pro výpočet napětí - Suburban Utility Vehicle - mez kluzu - návrhový součinitel bezpečnosti - skutečný součinitel bezpečnosti - koeficient statického tření - velký průměr závitu - stoupání závitu - dovolený tlak - střední průměr závitu - malý průměr závitu - vrcholový úhel závitu - úhel stoupání závitu - třecí úhel - utahovací moment - maximální utahovací moment - osová síla - maximální osová síla - 3 Dimensional - Hencky, Mises, Huber - metoda konečných prvků

strana

73

Seznam obrázků

11

11 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Sestava testeru MSP firmy INSTRON [2] Obr. 2 Zátěžná jednotka [3] Obr. 3 PL aktuátor a příslušenství [3] Obr. 4 Schéma funkce servoventilu [4] Obr. 5 Diagram proud/průtok [1] Obr. 6 Frekvenční diagram [1] Obr. 7 Blok servoventilu a příslušenství [3] Obr. 8 Hydraulické akumulátory [3] Obr. 9 Schéma membránového hydraulického akumulátoru [1] Obr. 10 Aktuátor řady PL [3] Obr. 11 Princip měření posuvu pístu [1] Obr. 12 Princip funkce hydrostatického ložiska [3] Obr. 13 „Shake testing“ režim [3] Obr. 14 „Force-Locked“ režim [3] Obr. 15 „Performance diagram“ – ukázka [1] [3] Obr. 16 Schéma snímačů zatížení PM-K/PM-Tn [1] Obr. 17 Charakteristika siloměru [1] Obr. 18 Jednotka LPL [3] Obr. 19 Příklad sestavy funkčního bloku [1] Obr. 20 Kompletní sestava testovací stanice od firmy MTS [5] Obr. 21 Model 852 od firmy MTS [6] Obr. 22 Některé příslušenství k modelu 852 [6] Obr. 23 Zařízení LABTRONIC v různých velikostech [2] Obr. 24 Software DampPro od INSTRON, ukázka protokolu [2] Obr. 25 FlexTest SE a FlexTest GT od firmy MTS [5] Obr. 26 MTS damper software [5] Obr. 27 GILLOP 1.4 [7] Obr. 28 Zdvih pomocí navijáku [8] Obr. 29 Zdvih pomocí ozubeného převodu [archiv autora] Obr. 30 Hydraulický zdvih [5] Obr. 31 Pneumatický bezpístnicový válec S1 [9] Obr. 32 Stůl s T-drážkami [10] Obr. 33 Stůl se závitovými otvory (32 System) [11] Obr. 34 Sloup a patka Obr. 35 Kotvicí deska Obr. 36 Kotvení sloupů Obr. 37 Varianty svorek Obr. 38 Příčník Obr. 39 Horní a dolní příčník Obr. 40 Upnutí tlumiče odpružení s oky Obr. 41 Montážní deska, polohy Obr. 42 Deska stolu s víčkem a bez něj Obr. 43 Možné konfigurace Obr. 44 Využití montážní desky pro upnutí tlumiče Mac Pherson Obr. 45 Graf pro určení dynamického zatížení válců [9]

strana

74

13 14 15 16 17 17 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 26 27 28 28 29 30 30 31 32 37 38 39 39 40 41 43 44 44 45 46 47 48 49 50 51 51 52

Seznam obrázků

Obr. 46 Montážní desky Obr. 47 Montážní deska přichycená k rámu Obr. 48 Vnitřní uspořádání spoje Obr. 49 Montáž pneumatického válce Obr. 50 Přichycení vozíku k příčníku Obr. 51 Ilustrace k výpočtu Obr. 52 Graf pro orientační určení utahovacího momentu Obr. 53 Okrajové podmínky Obr. 54 Konečně-prvková síť Obr. 55 Tlak vyvolaný sevřením /max. hodnota 90,76MPa/ Obr. 56 Deformace sloupu a svorek /max. hodnota 0,044mm/ Obr. 57 Konečně-prvková síť pevnostní analýzy Obr. 58 Okrajové podmínky pevnostní analýzy Obr. 59 Deformace při pevnostní analýze /max. hodnota 0,035mm/ Obr. 60 Napětí podle podmínky HMH (von-Misses stress) Obr. 61 Výsledné grafy harmonické odezvy pro sloup a pneumatický válec

52 53 53 54 54 55 58 59 60 60 61 62 63 63 64 67

strana

75

Seznam tabulek

12

12 SEZNAM TABULEK Tab. 1 Základní technické údaje čerpadla LPL [1] Tab. 2 Požadované parametry Tab. 3 Modální analýza Tab. 4 Výsledky modální analýzy Tab. 5 Náklady na materiál

strana

76

25 34 66 68 69

Seznam příloh

13 SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1 Příloha 2 Příloha 3

13

Souhrn objednávky od firmy INSTRON pro firmu Monroe. Typy servobloků, jejich zaměnitelnost a volba vhodných akumulátorů. Nabídka bezpístnicových pneumatických válců od firmy Stránský & Petržík.

78 80 81

Seznam výkresové dokumentace Číslo výkresu 3-5095-01/01 3-5095-01/02 4-5095-01/03 4-5095-01/04 4-5095-01/05 4-5095-01/06 4-5095-01/07 4-5095-01/08 3-5095-01/09 3-5095-02/01 4-5095-02/02 4-5095-02/03 3-5095-02/04 3-5095-02/05 4-5095-03/01 3-5095-03/02 4-5095-03/03 3-5095-03/04 3-5095-04/01 3-5095-04/02 1-5095-04/03 1-5095-04/04 0-5095-04/05

Typ výkresu Výkres sestavení Výkres sestavení Výkres součásti Výkres součásti Výkres součásti Výkres součásti Výkres součásti Výkres součásti Výkres sestavení Výkres součásti Výkres součásti Výkres součásti Výkres součásti Výkres součásti Výkres součásti Výkres součásti Výkres součásti Výkres sestavení Výkres sestavení Výkres sestavení Výkres sestavení Výkres sestavení Výkres sestavení

Jméno součásti Úchyt levý Úchyt pravý Deska pro přírubu Deska uchycení Příčná deska Deska pro patku Bočnice Deska střed Úchyt vozíku Svorka Kotvící kámen Rozpěra příčníku Víčko Montážní deska Kotvící trubka Kotvící deska Sloup Patka Spodní kotvicí deska Horní kotvicí deska Příčník spodní Příčník horní Zátěžný rám

Formát A3+A4 A3+A4 A4 A4 A4 A4 A4 A4 A3 A3 A4 A4 A3 A3 A4 A3 A4 A3 A3 A3 A1 A1 A0

strana

77

Příloha 1

PŘÍLOHA 1

strana

78

Příloha 1

strana

79

Příloha 2

PŘÍLOHA 2

strana

80

Příloha 3

PŘÍLOHA 3

strana

81

ABSTRAKT. Klíčová slova: hydropulzní aktuátor, zátěžný rám, diagnostika, tlumič odpružení ABSTRACT. Keywords: BIBLIOGRAFICKÁ CITACE

Recommend Documents