TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta strojní Studijní program B2341 - Strojírenství
Studijní obor: 2301R022 Stroje a zařízení Zaměření: Sklářské stroje
Navažovací zařízení s manipulátorem pro výstup ze separační linky (Weighting out device with the manipulator for an exit from the separation line)
KSR –
Martin Plavec Vedoucí bakalářské práce práce: Doc. Ing. František Novotný, CSc. Konzultant bakalářské práce: Ing. Jiří Šín Rozsah diplomové práce: Počet stran: Počet tabulek: Počet obrázků: Počet výkresů: Počet příloh: Počet modelů:
47 8 38 3 3 0
Datum odevzdání: 23. 5. 2008
Poděkování: Děkuji panu Doc. Ing. Františku Novotnému Csc. za odborné vedení, cenné připomínky a trpělivost v průběhu řešení této bakalářské práce.
Místopřísežné prohlášení: Místopřísežně prohlašuji, že jsem bakalářskou práci vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury pod vedením vedoucího bakalářské práce.
V Liberci dne 9.5.2008
....................................................... Martin Plavec
Anotace: Předkládaná bakalářská práce shrnuje návrhy možných koncepčních řešení navažovacího zařízení s manipulátorem pro výstup ze separační linky spolu s dalšími návrhy na konstrukční řešení dílčích zařízení vybraného konceptu. Zaměřuje se na snížení fyzické námahy obsluhy a na zjednodušení celého způsobu navažování obalů. Tyto cíle by měli být uskutečněny pomocí zásobníku na obaly, manipulátoru a dovažovacího zařízení s možností využití stávající digitální váhy ve společnosti Preciosa a.s. v Jablonci n. Nisou.
Annotation: The present bachelor’s dissertation sums up proposals of possible conception solutions of the weighing out device with the manipulator for an exit from the separation line along with another proposals of constructional solutions of partial devices of a selected draft. It aims at reduction of the physical strain of attendants and at simplification of the whole way of weighting out of wrappings. These objectivec would be realized by means of the wrapping cartridge, the manipulator and the making up full weight device with possibility of employing the present digital balance at the preciosa company, a.s., in Jablonec nad Nisou.
Klíčová slova: sklo, skleněný výlisek, separační linka, zásobník na obaly, dopravník, navažovací zařízení
Key words: glass, glass pressing, separation line, wrapping cartridge, manipulator, weighting out device
Obsah Úvod................................................................................................................ 6 1. Analýza současného stavu........................................................................... 7 1.1. Separační linka......................................................................................... 7 1.1.1. Popis výstupu separační linky........................................................ 8 1.2. Vysvětlení problematiky............................................................................ 8 1.2.1. Stávající situace............................................................................. 9 1.2.2. Očekávaný výsledek...................................................................... 9 1.2.3. Stávající obaly................................................................................10 1.3. Definování technických podmínek.............................................................11 2. Návrhy alternativních řešení zčásti automatické manipulace .................. 12 2.1. Alternativy koncepčních řešení................................................................ 12 2.1.1. Výběr vhodného koncepčních řešení a jeho aplikace....................15 2.2. Návrh komínového zásobníku................................................................. 18 2.2.1. Výběr vhodného komínového zásobníku..................................... 22 2.3. Návrh manipulace s obaly....................................................................... 24 2.3.1. Výběr vhodné manipulace s obaly................................................ 27 2.4. Návrh způsobu navažování.................................................................... 28 2.4.1. Výběr vhodného způsobu navažování.......................................... 31 3. Konstrukční řešení ....................................................................................... 32 3.1. Konstrukční návrh manipulátoru s obaly.................................................. 32 3.2. Konstrukční návrh navažovacího nástavce............................................. 38 3.3. Konstrukční návrh zásobníku na obaly.................................................... 38 3.4. Konstrukční návrh dovažovacího zařízení............................................... 43 4. Zhodnocení přínosů práce .......................................................................... 44 4.1. Ekonomické zhodnocení......................................................................... 45 Seznam použité literatury....................................................................... 46 Seznam použitých www........................................................................... 46 Seznam příloh......................................................................................... 47
Úvod V a.s. Preciosa na závodě 06 v Jablonci nad Nisou se plnění prázdných obalů „kbelíků“ drobnými výlisky realizuje ručně s plným zapojením obsluhy do fyzicky náročné práce v časovém cyklu podle taktu separační linky. Úkolem práce je navrhnout navažovací zařízení s manipulátorem pro výstup ze separační linky. Předkládaná bakalářská práce je rozdělena do tří kapitol. Kapitola první je zaměřena na analýzu současného stavu, vysvětlení problematiky s navažováním, se stávajícími obaly a stanovení základních technických podmínek řešení. Druhá kapitola má největší rozsah a je zaměřena na návrhy alternativních koncepčních řešení. Nejprve je proveden výběr rozhodovací analýzou vhodné alternativy koncepčního řešení, která splňuje dané technické požadavky. Na vybranou koncepční variantu navazují další návrhy pro dílčích zařízení, která jsou v konceptu obsažena. Z návrhů těchto dílčích zařízení jsou opět rozhodovací analýzou vybrána nejvhodnější. Návrh komínového zásobníku představuje čtyři varianty jak nejlépe obal do zásobníku umístit a zapozicovat. Manipulace s obaly je možná několika způsoby a různými dopravníky, proto je zde zohledněné začlenění stávající digitální váhy do navažovacího zařízení. Návrh dovažovacího zařízení je přizpůsoben pro dané výlisky z linky. Dovažovací zařízení reguluje objemový tok výlisků, pro přesnější navážení požadované hmotnosti. Třetí kapitola je zaměřena na vybrané dílčí zařízení konceptu a zahrnuje jejich konstrukční řešení. Při konstrukci manipulátoru jsou použité stavebnicové prvky jenž konstrukci manipulátoru zjednodušují. Sestavný výkres koncepce s jejími dílčími zařízeními je součástí této bakalářské práce. Poslední čtvrtá kapitola popisuje přínos bakalářské práce pro problém s navažováním na separační lince v a.s. Preciosa.
1. Analýza současného stavu V akciové společnosti Preciosa na závodě 06 v Jablonci nad Nisou se nacházejí dvě separační linky. Tyto linky jsou finální částí výrobního procesu výlisků malých rozměrů od 1,35 – 8,90 mm a malých hmotností 0,03 – 10,2 g/kus. Tyto mále výlisky jsou převážně špičky, kuličky, MCR, slunce, dropsy, perle, bagety, které pocházejí z předešlé tvarovací technologie na tvářecích strojích RM a KM. Výlisky, které separační linkou projdou a tudíž vyhovují, jsou výtokovým skluzem směřovány do připraveného obalu. 1.1 Separační linka Pohyb výlisků po separační lince je uskutečněn vibracemi. Právě tyto vibrační dopravní prostředky, které se na závodě nachází umožňují dopravu malých materiálů spojenou s jejich tříděním pomocí sítových desek s různými tvarovými dírami, až k výstupu separační linky, nebo-li k místu plnění (obr. 1.1). Vzdálenost mezi výtokovým skluzem pro vhodné výlisky a skluzem pro výlisky nevhodné je 1,5 m. Na výstupu linky, pod výtokovým skluzem je umístěn prázdný obal resp. kbelík, který je výlisky plněn. Tyto separační linky byly vyrobeny přímo na požadavky akciové společnosti Preciosa. Proto jsou svoji konstrukcí unikátní.
Obr. 1.1 Výstup separační linky 1) směr pohybu výlisků 2) výtokový skluz nevhodných výlisků 3) síto separační linky 4) výtokový skluz vhodných výlisků 5) prázdný obal
1.1.1. Popis výstupu separační linky Výlisky, které svými parametry vyhovují jsou směrovány do výtokového skluzu kruhového průřezu, jehož průměr je 100 mm. Výška skluzu od podlahy je 850 mm. Tato výška musí postačit pro budoucí manipulační a vážící zařízení což je schématicky znázorněno na obr. 1.2. Navíc zastavěná plocha budoucím zařízením by neměla přesahovat 2 m2.
Obr. 1.2 Stávající a budoucí stav na výstupu separační linky 1) směr pohybu výlisků 2) separační linka 3) obal a budoucí navažovací zařízení
1.2. Vysvětlení problematiky Obal, který je zčásti naplněný na výstupu separační linky musí obsluha přemístit na digitální váhu a pomocí malých množství výlisků ručně přisypávané do obalu dovažovat tento zčásti naplněný obal na požadovanou hmotnost. Při odsypávání výlisků, nebo při výměně obalu, musí být výtokový skluz ze separační linky sveden jinam, například do prázdného obalu. Obal umístěný na váze, který je takto ručně dovážen a naplněn na požadovanou hmotnost cca. 10 kg, obsluha zavíčkuje a ručně přemístí na připravenou paletu. Problémem je fyzická námaha obsluhy, hlavně složitá a namáhavá manipulace s obaly a složitý způsob dovažování správné váhy plného obalu. Je nutné, aby manipulace, podávání nových obalů a dovažování byly řešeny rychlejším, jednodušším a efektivnější způsobem.
1.2.1. Stávající situace Jednoduchý popis dění na výstupu separační linky je schématicky znázorněný na obr. 1.3. Dodávka výlisků z výroby na linku by měla být nepřetržitá. Pohyb výlisků na separační lince k výstupu je uskutečněn pomocí vibrací, proto není možné linku a tím posuv výlisků pozastavovat. Obsluha si jednotlivé prázdné obaly po jednom odebírá z přistavené palety a umisťuje pod výstup linky a po částečném naplnění přemístí na digitální váhu, která je stranou od výstupu. Obsluha tento obal ručně dováží na požadovanou hmotnost. Poté je plný obal obsluhou zavíčkován a přemístěn do palety, která pojmy 26 obalů. Naplnění této palety výše popsaným způsobem trvá cca 50 minut.
Obr. 1.3 Stávající situace – červená barva šipek značí fyzickou práci obsluhy na lince
1.2.2. Očekávaný výsledek řešení Cílem bakalářské práce je návrh koncepčního řešení navažovacího zařízení s manipulátorem zajišťující snížení fyzické námahy obsluhy. Na výstupu separační linky bude obal na hrubo automatizovaně naplněn na cca 10 kg. Při kontinuálním chodu separační linky bude plný obal automaticky nahrazen prázdným. Odebírání naplněných obalů bude zajišťováno diskontinuálně obsluhou linky z místa k tomu určenému. Takto zautomatizovanou manipulací odpadá fyzická práce obsluhy mezi výstupem linky a váhou. Vzhledem k půdorysné dispozici pracoviště by manipulátor a navažovací zařízení neměli zaujímat plochu větší než cca 2 m2. Dalšími požadavky je, že do případného řešení by měla být použita stávající digitální váha a při řešení zadání zachovat stávající obaly.
Obr. 1.4 Očekávaný výsledek řešení – modrá barva šipek značí automatizovanou manipulaci, červená fyzickou práci
1.2.3. Stávající obaly Řešení je spojeno s požadavkem zachovat stávající obaly, které jsou pro automatizaci cyklu zcela nevhodné. Největším problémem je zaklíňování kbelíku do sebe, již při jejich samotné dopravě k separační lince, což má za následek práci navíc s jejich oddělováním. Proto nejvhodnější způsob založení kbelíků v zásobníku je takový, kde jsou kbelíky od sebe oddělené. Dalším problémem kbelíků je jejich otočné ucho, které je potřebné k další manipulaci s nimi. Při oddělování jednoho kbelíku od druhého, dochází k tomu, že otočné ucho horního kbelíku zachytává horní okraj spodního kbelíku (obr. 1.5). Dále při použití stávajícího kbelíku pro komínový zásobník s výčnělky (viz. podkapitola 2.2.) dochází k sevření výčnělku mezi horní okraj spodního kbelíku a ucho horního kbelíku (obr. 1.6), obdobně i u komínového zásobníku s kartáčovou stěnou. Těmto problémům můžeme zabránit, buďto vhodným zásobníkem, což je komínový zásobník s mechanickým upnutím nebo s pneumatickým upnutím (viz podkapitola 2.2). Uvedeným problémům lze rovněž zabránit vhodným zakládáním do zásobníku (obr. 1.7), což je uchem ven, nebo speciální úpravou zásobníku a vhodným zakládáním (obr. 1.8).
Obr. 1.5 Zachycení ucha o okraj kbelíku
Obr. 1.7 Vhodné založení kbelíku
Obr. 1.6 Sevření výčnělků
Obr. 1.8 Úprava zásobníku
1.3. Definování technických podmínek VÝLISEK: rozměr:..............1,35 – 8,90 mm hmotnost:.......... 0,03 – 10,2 g typy:.................. špičky, kuličky, MCR, slunce, dropsy, perle, bagety OBAL(KBELÍK): objem:.............. 8,5 l průměr hrdla:... 257 mm výška:.............. 220 mm materiál:............plast LINKA: typ:................... vibrační dopravní zařízení, určené k separaci výlisků rozměry:........... výška výtokového skluzu: 850 mm průměr výtokového skluzu d=100 mm šířka linky: 650 mm STÁVAJÍCÍ DIGITÁLNÍ VÁHA vážící plocha:.... 250 x 350 mm výrobce: Mettler-Toledo ZAŘÍZENÍ PRO AUTOMATICKOU MANIPULACI: rozměry: ...........plocha do 2 m2 výška do 850 mm PALETA NA PLNÉ OBALY: rozměr:............. 1200x800 mm pojme:............... 26 kbelíků, nebo-li 2 vrstvy po 13 ks materiál:............ ocel Poznámka: Návrh budoucího navažovací zařízení s manipulátorem, je hlavně omezen výškou vyústěný výtokového skluzu, což je 850 mm. Vzhledem k výšce obalu, která činí 220 mm je tato výška dostačující. S půdorysnou plochou budoucího zařízení, která by měla být do 2 m2 můžou nastat určité komplikace. Tato plocha je velmi malá a bude tedy obtížné tento požadavek na budoucí zařízení dodržet.
2.
Návrhy alternativních řešení zčásti automatické manipulace
2.1. Alternativy koncepčních řešení Varianta řešení A Zásobník na obaly bude tzv.komínový, který je plněn ručně obsluhou. Prázdné obaly k výstupu separační linky budou dopraveny manipulátorem což jest dopravníkem pásovým či válečkovým. Plněny na požadovanou hmotnost budou na místě k tomu určeném (obr. 2.1). Toto místo plynule navazuje na dopravníky a skládá se ze stávající digitální váhy, jenž je opatřena poháněnými válečky pro manipulaci s obalem. Impulsem k výměně obalu plného za prázdný v místě plnění bude právě hmotnost z digitální váhy, na základě této informace budou následně ovládány i ostatní zařízení jako vyjmutí obalu ze zásobníku, posun obalu na pásovém dopravníku atd.
Obr. 2.1 Varianta řešení A 1) komínový zásobník, 2) dopravník, , 3) prázdný obal, 4) separační linka, 5) dovažovací zařízení, 6) digitální váha, 7) naplněný obal, 8) dopravník Varianta řešení B Komínový zásobník na obaly je umístěn nad karuselovým stolem (obr. 2.2) v pozici č.1. Karuselový stůl má čtyři pozice a otáčí se po krocích pomocí elektromotoru s „maltézským křížem, nebo pneumatickým pohonem ve směru šipky. V pozici číslo 2 dochází k plnění prázdného obalu. Při dalším pootočení stolu do pozice č.3 dojde k automatickému vyjmutí naplněného obalu z karuselového stolu na dopravník. Digitální váhu je možné umístit pod karuselový stůl do pozice č.2. Odebrání naplněného obalu na pásový dopravník v pozici č.3, lze uskutečnit přídavným zařízením jako například pneumatickým válcem, případně vyjmutí zajistit přítlakem pásu dopravník na dno obalu a třecí silou obal vyjmout.
Obr. 2.2 Varianta řešení B 1) komínový zásobník 2) karuselový stůl 3) pásový dopravník 4) PC,vyhodnocování dat 5) separační linka
Varianta řešení C V tomto případě bude zásobník (obr. 2.3) na prázdné obaly společný s dopravníkem, který manipuluje s prázdnými obaly k místu plnění. Pokud je obal naplněn na požadovanou hmotnost, obsluha stojící u separační linky dostane pokyn (například světelnou signalizací) k odebrání plného obalu z váhy. Tento plný obal přemístí na připravenou paletu. Při odebrání naplněného obalu se dopravník opět začne pohybovat a přisune prázdný obal na místo plnění. Pohyb dopravníku musí být krokový, zajištěn například servopohonem.
Obr. 2.3 Varianta řešení C 1) pásový dopravník, 2) separační linka, 3) digitální váha, 4) signalizační zařízení pro obsluhu, 5) paleta pro plné obaly
Varianta řešení D Podobná varianta variantě C. Zde ,ale odpadá nutnost hlídaní signalizačního zařízení. Obsluha by zde pouze z konce dopravníku odebírala naplněné obaly do připravené palety. Dopravník by se v tomto případě uvedl automaticky do pohybu o daný krok vždy, když by došlo k navážení požadované hmotnosti, tak by se pokaždé k výstupu dostal prázdný obal, již na dopravníku připravený Znázorněno na obr. 2.4.
Obr. 2.4 Varianta řešení D 1) pásový dopravník, 2) separační linka, 3) digitální váha, 4) paleta pro plné obaly
Varianta řešení E Jsou zde dva dopravníky, které plní i funkci zásobníku (obr. 2.5). Nad jednotlivé obaly jsou výlisky přiváděny upraveným skluzem a to tak, že se střídavě plní obaly na obou dopravních. Obsluha by pouze na konci dopravníku odebírala takto naplněné obaly do připravené palety. Pohyb dopravníku by opět byl krokový zajištěn např. servopohonem.
Obr. 2.5 Varianta řešení E 1) pásové dopravníky, 2) separační linka, 3) upravený skluz, 4) paleta pro plné obaly, 5) digitální váha
Varianta řešení F Tato varianta řešení nepotřebuje poháněných dopravníků (obr. 2.6). Prázdný obal je k výstupu linky, respektive k místu plnění dopraven (přistrčen) pomocí pneumatického ramene (válce). Naplněný obal na požadovanou hmotnost je uveden do pohybu pomocí dalšího pneumatického válce, ten obal nakloní i s vážní plošinou. Obal se tak sveze na nakloněnou válečkovou trať a díky gravitační síle a dalších přicházejících obalů, se tak dostane až na samotný konec válečkové tratě, kde bude odebrán.
Obr. 2.6. Varianta řešení F 1) separační linka 2) komínový zásobník 3) pneumatické rameno 4) sklopná navažovací plošina 5) válečková nakloněná trať
2.1.1. Výběr vhodného koncepční řešení a jeho aplikace Pro volbu vhodného koncepční řešení, bude použita rozhodovací analýza (tab.2.1). Pro analýzu byla zvolena tato kritéria: • kapacita zásobníku • zastavěná plocha (resp. velikost celého zařízení) • rozsah automatizace (jak často je zařízení obsluhované) • složitost konstrukce (souvisí s náročností návrhu i ekonomikou) • možnosti modifikace (možnost změny obaly, či jiných úprav) Protože jednotlivá kritéria mají rozdílnou míru závažnosti pro posuzování variant, je nutné stanovit jejich váhu. Vzhledem k obtížnosti posuzování většího počtu kritérií najednou, aplikuje se pro stanovení pořadí důležitosti metoda párového srovnání (tab. 2.2). Výsledkem rozhodovací analýzy mezi šesti variantami konceptů, dle pěti výše uvedených kritérií bylo stanoveno toto pořadí: 1. Varianta řešení F 4. Varianta řešení E 2. Varianta řešení A 5. Varianta řešení D 3. Varianta řešení B 6. Varianta řešení C
VOLBA: Voleny varianty F a A, obě varianty obsahují pro manipulaci s plnými či prázdnými obaly dopravník. V obou případech jsou zásobníky na obaly komínového typu. Na obr. 2.7 a 2.8 je znázorněna možná aplikace Varianty A, F k výstupu separační linky. Pravý úhel jenž dopravníky tvoří je z důvodu menší pracovní plochy zařízení. V obou případech je délka dopravníku s plnými obaly omezena rozměrem 1,5 m. Tato délka by měla být dostačující pro nashromáždění plných obalů.
Obr. 2.7 Aplikace varianty F 1) separační linka, 2) komínový zásobník, 3) navažovací sklopná plošina, 4) nakloněný válečkový dopravník, 5) nakloněný válečkový dopravník s plnými obaly, 6) pneumatické rameno, 7) směr pohybu plných obalů, 8) dovažovací zařízení
Obr. 2.8 Aplikace varianty A 1) separační linka, 2) komínový zásobník, 3) dovažovací zařízení, 4) pásový dopravník s prázdnými obaly, 5) pásový dopravník s plnými obaly, 6) směr pohybu obalů a místo odběru, 7) digitální váha
2.2. Návrh komínového zásobníku V podkapitole 2.1.1. jsou zvoleny dvě vyhovující koncepční řešení. Obě řešení mají stejný komínový zásobník na prázdné obaly, ale jinou manipulační trať. V této podkapitole je několik návrhů komínových zásobníků. Při návrh komínového zásobníku, je třeba uvažovat hlavně stávající obaly, které nejsou pro automatické cykly příliš obvyklé. KOMÍNOVÝ ZÁSOBNÍK S MECHANICK7M UPNUTÍM (obr. 2.9) Princip: Obsluha separační linky bude nasazovat jednotlivé obaly vždy na pozici 1 a „krokovacím“ tlačítkem je posunovat po pozicích směrem nahoru. Upnutí obalu: Obsluha nasazený obal na pozici 1 musí posunout do pozice 2, dojde k tomu, že táhlem na rozšiřující kolejnici měch v obalu resp. kbelíku změní svůj průřez tedy i průměr a upne obal tlakem na vnitřní stěnu. Tak se bude zásobník plnit dokud první obal nebude v pozici 11. V pozici 12 se kolejnice opět zúží a dojde tak k zasunutí táhla na výchozí polohu, měch zmenší svůj průměr a následně uvolní obal, který gravitační silou dopadne na dopravník. Výhody: Zásobník pro velkou výšku, tedy i velkou kapacitu obalů, protože k plnění zásobníku, dochází v poloze 1 pomocí „krokovacího tlačítka“, dokud není zásobník naplněn. Tento zásobník je vhodný pro stávající obaly (kbelíky) na separační lince, nedochází k problémům zaklíňování kbelíků do sebe. Obr. 2.9 Komínový zásobník s mechanickým upnutím 1) měch v klidu, 2) měch po deformaci, 3) táhlo v klidu, 4) táhlo v akční poloze
KOMÍNOVÝ ZÁSOBNÍK S PNEUMATICKÝM UPNUTÍM (obr. 2.10) Princip: Obsluha bude nasazovat jednotlivé obaly na pryžový balón vždy v pozici 1 a speciálním „krokovacím“ tlačítkem“ je posunovat po pozicích směrem nahoru. Upnutí obalu: Obsluha nasazený obal na pozici 1 posune do pozice 2, a stlačeným vzduchem se v této poloze nafoukne pryžový balón, na který je obal nasazen. Díky zpětnému ventilku dojde k vyfouknutí až v poloze 12 a následnému uvolnění a dopadnutí obalu pomocí gravitační síly na dopravník. Tak se bude zásobník plnit dokud první obal nebude v poloze 11. Výhody: Dopravník může mít velkou výšku, tedy i velkou kapacitu obalů, protože k plnění zásobníku dochází v poloze 1 pomocí „krokovacího tlačítka“, dokud není zásobník naplněn. Zásobník je vhodný pro stávající obaly (kbelíky), nedochází k problémům se zaklíňováním obalů do sebe. Nevýhody: Je potřeba stlačeného vzduchu.
Obr. 2.10 Komínový zásobník s pneumatickým upnutím 1) pryžový měch, 2) pryžový měch nafouknutý, 3) odvod stlačeného vzduchu, 4) přívod stlačeného vzduchu
KOMÍNOVÝ ZÁSOBNÍK S KARTÁČOVOU STĚNOU (obr. 2.11) Princip: Obsluha obaly do zásobníku umístí ve „štosu“ a obaly ze „štosu“ drží v zásobníku díky štětinovým kartáčům, které mají určitou tuhost a pružnost, ty jsou umístěné po vnitřní stěně zásobníku. Použití takových štětinových kartáčů, má výhody v rozložení celkové váhu „štosu“, kdy celá váha neleží na nejspodnějším obalu. Obal je pak v dolní části zásobníku odebírán svisle pomocí pneumatického ramena, které překonáním odporu podpěrek na pružině, vyjme obal a umístí na dopravník. Podpěrky, tak zamezují náhodnému vyjmutí dvou či více obalů, které se do sebe při zakládání do zásobníku či jindy mohli zaklínit. Výhody: Snadná konstrukce, celý proces vyjmutí obalu ze zásobníku je ovládán pneumatickým ramene. Nevýhody: S použitím zásobníku pro stávající obaly (kbelíky), mohou nastat problémy se zaklíněním obalů do sebe, nebo zachycováním otočného ucha kbelíku o okraj předešlého kbelíku nebo podpěrku.(viz podkapitola 1.2.3). Obr. 2.11 Komínový zásobník s kartáčovou stěnou 1) podpěrky na pružině, 2) pneumatické rameno, 3) štětinový kartáč
KOMÍNOVÝ ZÁSOBNÍK S VÝČNĚLKY (obr. 2.12) Princip: Obaly jsou do zásobníku zakládány jednotlivě, aby se zamezilo zaklínění. Obaly jsou od spodu po jednom umístěny obsluhou na dva protilehlé výčnělky. Výčnělky jsou z velmi pružného pryžového materiálu, aby zakládání obalů bylo snadné, a taky aby dvojce protilehlých výčnělků držela váhu prázdného obalu, která je však velmi malá. Obě strany s výčnělky se pohybují stejnou rychlostí. K uvolnění a vypadnutí obalu ze zásobníku dojde v dolní poloze, když se oba výčnělky od sebe vzdálí. Kapacita zásobníku je ovlivněna výškou do jaké je obsluha schopna dosáhnout Výhody: Snadná konstrukce, a velmi jednoduchá funkce. Nevýhody: Problémy s otočným uchem obalu (kbelíku), které se zachytává o okraj předešlého kbelíku nebo se zasekává o výčnělek, při vyjímání. Omezená výška zásobníku, výškou dosahu obsluhy.
Obr. 2.12 Komínový zásobník s výčnělky 1) dva protilehlé výčnělky, 2) levá strana zásobníku s výčnělky, 3) pravá strana zásobníku s výčnělky
2.2.1. Výběr vhodného komínového zásobníku Pro volbu nejvhodnějšího komínového zásobníku, je opět použito rozhodovací analýzy (tab.3.3). Pro analýzu užitnosti byla zvolena tato kritéria: • konstrukční složitost • kapacita zásobníku • vhodnost pro stávající obaly • spolehlivost funkčnosti • možnosti modifikace (možnost změny obaly) Možné varianty komínových zásobníků jsou zastoupeny v pravé části tabulky pouze čísly: č.1...komínový zásobník s mechanickým upnutím č.2...komínový zásobník s pneumatickým upnutím č.3...komínový zásobník s kartáčovou stěnou č.4...komínový zásobník s výčnělky Protože jednotlivá kritérií má rozdílnou míru závažnosti pro posuzování variant, je nutné stanovit jejich váhu. Vzhledem k obtížnosti posuzování většího počtu kritérií najednou, aplikuje se pro stanovení pořadí důležitosti metoda párového srovnání (tab. 3.4). Výsledkem rozhodovací analýzy mezi čtyřmi variantami komínových zásobníků, dle pěti výše uvedených kritérií bylo stanovené toto pořadí: 1. Komínový zásobník s mechanickým upnutím 2. Komínový zásobník s pneumatickým upnutím 3. Komínový zásobník s výčnělky 4. Komínový zásobník s kartáčovou stěnou Výsledky užitností pro válečkovou trať bez zakřivení a pro pásový dopravník s válečkovým jsou téměř stejné, proto budou považovány za rovnocenné.
2.3 Návrh manipulace s obaly Ve vybraných variantách řešení A a F jsou možné dva způsoby jak dopravit prázdný obal k plnění, a jak plný obal dopravit k místu odběru. Varianta řešení A zahrnuje dva pásové dopravníky, které jsou k sobě postavené kolmo. Oba dopravníky jsou poháněné elektromotory případně servipohony. První pásový dopravník zajišťuje dopravu prázdných obalů, a bude se pohybovat v krocích, druhý pak dopravu plných obalů, kde se na jeho konci budou jednotlivé obaly, ještě za pomocí jakési zarážky, shromažďovat. Varianta řešení F zahrnuje válečkovou trať, která by mohla být po celé své délce mírně nakloněná od podlahy, což by zajistilo manipulaci s plnými obaly bez pohonu dopravníku. Část tratě s prázdnými obaly by také mohla být nakloněná, nebo by posun prázdného obalu k místu plnění zajišťovalo pneumatické rameno.
Válečková trať: Tyto dopravníky jsou velmi jednoduchými dopravními zařízeními. Uspořádá-li se válečková trať s mírným sklonem, může být pohyb uskutečněn bez vnějších sil. Velikost sklonu závisí na provedení tratě, na způsobu uložení válečků a na materiálu a tíze dopravovaných předmětů. Běžné úhly pro sklon jsou 4-6°. Poloměr zakřivení se volí Rmin=(3 až 4)B, kde B je šířka válečkové tratě (obr. 2.13). Toto zakřivení má však nevýhodu ve své velikosti, poněvadž tratí je zastavěná velká plocha. Výhoda takto nakloněné válečkové tratě je právě v nepotřebě pohonu pro válečky tratě.
Obr. 2.13 Válečková trať se zakřivením 1) separační linka, 2) pneumatické rameno, 3) komínový zásobník, 4) část tratě pro manipulace s prázdnými obaly, 5) sklopná část válečkové tratě s digitální váhou 6) nakloněná válečková trať s místem k odebrání
Dalším možným řešením válečkové tratě (obr. 2.14) je bez zakřivení. Zde je celá válečková trať rozdělena na dva k sobě kolmé a sklopené válečkové dopravníky, na nich je pohyb obalů uskutečněn vždy předchozí sklopnou plošinou (modrá barva) vloženou do válečkové tratě a ovládanou pneumatickým válcem. Druhá sklopná část válečkové tratě na obr. je opatřena kuličkami pro snížení tření přechodu obalu ze sklopené tratě.
Obr. 2.14 Válečková trať bez zakřivení 1) separační linka 2) pneumatické rameno 3) komínový zásobník 4) část tratě pro manipulace s prázdnými obaly 5) sklopná část válečkové tratě s digitální váhou 6) směr pohybu naplněného obalu 7) sklopná část válečkové tratě 8) směr pohybu naplněného obalu po nakloněném válečkovém dopravníku, k místu odběru
Pásový dopravník : Výhoda pásových dopravníků je, že jsou běžně vyráběny v různých délkách, šířkách, s různými pohony, pásy a nebylo by třeba konstrukčního řešení. V případě varianty řešení A, by bylo třeba dvou pásových dopravníků. Je potřeba řešit přechod obalů z jednoho pásu na druhý, místo plnění a místo odběru plných obalů. Proto bude lepším řešením, druhý pásový dopravník nahradit válečkovým dopravníkem. První pásový dopravník, na kterém probíhá vážení bude speciálně upravený (obr. 2.15). Pásový dopravník tak přesahuje do válečkového, a zajišťuje plynulý a funkční přechod. Tento přechod je uskutečněn proměnnou výškou pásového dopravníku pomocí mechanismu, na kterém je dopravník umístěný
Obr. 2.15 Pásový dopravník s válečkovým dopravníkem 1) separační linka, 2) komínový zásobník, 3) pásový dopravník, 4) navažovací zařízení, digitální váha, 5) prázdný obal, 6) sklopný mechanismus pro snížení výšky, 7) plný obal, 8) směr pohybu výlisků, 9) místo odběru naplněných obalů
Cenová relace válečkových dopravníků: • cena přímé válečkové gravitační dráhy, v šířce 300 mm činí cca 10.000,Kč/m+DPH. (t.j. při množství pouze 1 - 2 m) • Při celkovém množství cca 10 - 30 m bude cena již jen cca 5.000,- Kč/m • 90° gravitační válečkový oblouk je výrobně natolik obtížný a funkčně nespolehlivý, že jej vždy nahrazujeme vodorovným obloukem poháněným. • Cena poháněného válečkového oblouku šířky 300 mm cca 35.000,-Kč+DPH (informace zaslána od firmy DAS spol. s r.o. na dotaz cenových relací))
2.3.1. Výběr vhodné manipulace s obaly Pro vhodnou volbu manipulaci s obaly, je opět použita rozhodovací analýzu (tab.2.5). Pro analýzu jsou zvolena tato kritéria: • zastavená plocha • pohon manipulátoru s obaly • spolehlivost funkčnosti • začlenění stávající digitální váhy Možné varianty manipulací s obaly jsou zastoupeny v pravé části tabulky pouze čísly: č.1...válečková trať se zakřivením č.2...válečková trať bez zakřivením č.3...pásový dopravník s válečkovým dopravníkem Protože jednotlivá kritéria mají rozdílnou míru závažnosti pro posuzování variant, je nutné stanovit jejich váhu. Vzhledem k obtížnosti posuzování většího počtu kritérií najednou, aplikuje se pro stanovení pořadí důležitosti metoda párového srovnání (tab. 2.6). Výsledkem rozhodovací analýzy mezi třemi variantami manipulace s obaly, dle čtyř výše uvedených kritérií bylo stanovené toto pořadí: 1. válečková trať bez zakřivením 2. pásový dopravník s válečkovým dopravníkem 3. válečková trať se zakřivením Výsledky užitností pro válečkovou trať bez zakřivení a pro pásový dopravník s válečkovým jsou téměř stejné, proto budou považovány za rovnocenné.
2.4. Návrh vhodného způsobu navažování Toto zařízení, se skládá ze stávající digitální váhy s navažovacím nástavcem a dovažovacího zařízení. Je zdrojem hlavního signálu pro řízení akčních členů jednotlivých zařízení v celé sestavě. Signál pro jednotlivá zařízení v sestavě vzniká po každém navážení stanovené hmotnosti obalu, což je cca. 10 kg. Při dosažení požadované hmotnosti, se naplněný obal uvede do pohybu k místu odběru a současně se vyjme nový prázdný obal ze zásobníku a přisune se k místu plnění. Navažovací zařízení, resp. digitální váha se musí správným a vhodným způsobem začlenit do dopravního zařízení. U válečkové tratě je toto začlenění snadné, protože váha se může umístit pod určitý počet válečků. Nástavec je pak navržen pro stávající digitální váhu. Nástavec se pohybuje vertikálním přímočarým vratným pohybem pomocí čtyř pneumatických válců s malým zdvihem. Na základní desku nástavce jsou připevněny pomocí šroubů tenké desky malé tloušťky. Tloušťka desky, musí být taková, aby desky prošly mezerami mezi válečky a mohly nadzdvihnout obal z otáčejících válečků a přenést tak tíhu obalu na váhu. Důležitým prvkem tohoto navažovacího zařízení kromě digitální váhy a jejího nástavce, je dovažovací zařízení, které bude plnit funkci přesného navážení výlisků
v obalu s co nejmenšími úchylkami což je 10±0,2 kg. Dovažovací zařízení musí být umístěno mezi výstupem a prázdným obalem, tak aby nebylo ovlivňováno vibracemi separační linky. Na obrázcích 2.16, 2.17 jsou schématicky naznačeny možná variantní řešení tohoto dovažovacího zařízení. Hlavní funkcí dovažovacího zařízení je vždy při určité hmotnosti zúžit výtokový otvor na menší průměr a zajistit tak pomalejší přírůstek hmotnosti v obalu. Případné množství, které se zúžením výtokového průměru nashromáždí v zařízení bude vsypáno po zpětné změně průměru do již nového prázdné obalu připraveného v místě plnění. DOVAŽOVACÍ ZAŘÍZENÍ Č. 1: Výlisky přicházející ze separační linky padají shora do trychtýře. Výtokový otvor v trychtýři zařízení je vybaven kuželovým ventilem. Ventil je po povrchu opatřený kartáči s různými délkami štětin, jenž mohou být vyměnitelné. Tento ventil ovládaný servopohonem reguluje objemový tok výlisků do obalu. Kuželový ventil je volen z pryžového materiálu kvůli skleněným výliskům, které by se mohli mezi kuželovými stěnami poškodit či zničit. Výhodou tohoto zařízení je v tom že nemusí být nijak ovlivněno vibracemi z linky pokud jak je naznačeno na obr. 2.16 bude zařízení podepřeno na stavebnicových profilech. Další možností je zařízení přímo připevnit k separační lince pomocí antivibračních měchů.
Obr. 2.16 Dovažovací zařízení č.1 1) trychtýř, 2) metrický šroub, 3) rám zařízení, 4) servopohon Harmonic Drive 5) pohyblivý ventil, 6) štětiny různých délek, 7) antivibrační měchy, 8) separační linka
DOVAŽOVACÍ ZAŘÍZENÍ Č. 2: Princip zařízení spočívá v tom, že měkká pryžová trubka určité délky mění svůj půdorysný průřez pomocí dvou ramen na konci opatřenými sklopnými deskami, kvůli lepšímu přilehnutí stěn k sobě při minimálním průřezu. Obě ramena jsou ovládaná servopohonem, jímiž je regulovaný objemový tok výlisků do obalu. Sklopné desky na konci ramen jsou opět z pryžových materiálů, pro případ kdy dojde k úplnému uzavření výtoku, aby se neničili výlisky, které zůstanou mezi deskami. Síla na pružinu a její okamžitá velikost je vyvolána servopohonem. Toto dovažovací zařízení může být opět umístěné na stavebnicových profilech nebo připevněné přímo k lince pomocí antivibračních měchů. Síla, která vzniká od servopohonu na pružinu, je velmi nízká, proto, nebude mít zásadní vliv na antivibrační měchy.
Obr. 2.17 Dovažovací zařízení č.2 1) deska s kulisami, 2) otočné rameno, 3) otočná deska, 4) pryžová trubka, 5) výtokový otvor, 6) pevná deska s klouby pro ramena
2.4.1. Výběr vhodného dovažovacího zařízení Pro vhodnou volbu dovažovacího zařízení, je opět použita rozhodovací analýzu (tab.2.7). Pro analýzu jsou zvolena tato kritéria: • vnější vlivy na zařízení • regulovatelnost • spolehlivost • konstrukční řešení Možné varianty manipulací s obaly jsou zastoupeny v pravé části tabulky pouze čísly: č.1... Dovažovací zařízení č.1 č.2... Dovažovací zařízení č.2 Protože jednotlivá kritéria mají rozdílnou míru závažnosti pro posuzování variant, je nutné stanovit jejich váhu. Vzhledem k obtížnosti posuzování většího počtu kritérií najednou, aplikuje se pro stanovení pořadí důležitosti metoda párového srovnání (tab. 2.8). Výsledkem rozhodovací analýzy mezi dvěma variantami dovažovacího zařízení, dle čtyř výše uvedených kritérií bylo stanovené toto pořadí: 1. Dovažovací zařízení č.1 2. Dovažovací zařízení č.2
3.
Konstrukční řešení
3.1. Konstrukční návrh manipulátoru s obaly Manipulátorem s obaly pro variantní řešení F jsou dva válečkové dopravníky na sebe kolmé (obr. 3.1). Při jeho následném konstrukčním řešení, nebude využito gravitační síly a sklonu tratě, ale trať bude horizontální a poháněná z důvodů zabezpečení jistého pohybu obalů. Pro zajištění správného přechodu obalu mezi oběma dopravníky využijeme sklopný mechanismu, který byl již zmíněn v podkapitole 2.3 pro pásový dopravník s válečkovým. Pro následující konstrukční řešení, bude varianta s mechanismem použita, s tím že oba dopravníky zvolíme válečkové. Důvod pro tyto dopravníky je vhodnější začlenění digitální váhy. Obr. 3.1 Konstrukční návrh manipulátoru s obaly
1) plněný obal, 2) nástavec pro digitální váhu, 3) prázdný obal, 4) pohon pro válečkovou trať, 5) válečky, 6) kryt pohonu výsuvných válečků, 7) pohon pro výsuvné válečky, 8) výsuvné válečky, 9) naplněný obal, 10) směr pohybu obalů, 11) pneumatické válce, 12) stávající digitální váh
Rozteč válečků: Volba rozteče, je závislá od průměru dna obalu a je důležitá pro zabránění naklánění a „zakopávání“ spodní hrany obalu o následující válečky ve směru pohybu. Pokud nastane situace, kdy osa obalu bude totožná se svislou osu válečku a jedna strana obalu bude nepodepřena dojde k metastabilním stavu obalu a následně i ke ztrátě těžiště. Maximální velikost rozteče je rovna poloměru dna.
Průměr válečků: Zvolený průměr válečku, ovlivní celkový počet válečků v dopravníku. Volba největšího průměru válečku dle p(max)=110 mm s volenou mezerou mezi válečky t=15 mm je R=47,5 mm. Zvolen je průměr d=50 mm.
Délka válečku: Volba délky válečku pro dopravu obalu je omezena průměrem dna, které je 220 mm. Pro bezpečnější dopravu obalu po válečkové trati budou podél trati na obou stranách vodící lišty o cca. průměru 30 mm. Tedy délka válečku je zvolena b=300 mm.
Pohon: Možnými způsoby pohonu válečků jsou kuželová ozubená kola, řemeny, řetězy. Kuželová ozubená kola nejsou příliš vhodná pro tento pohon z důvodu manipulace s velmi malými výlisky, které se tak mohou dostat mezi spoluzabírající zuby soukolí. Výrobní náklady kuželových kol jsou vysoké. Vzhledem k malých kroutícím momentům válečku stejně i malým otáčkám je nejvhodnější volit pro pohon krátké řemeny kruhového průřezu. Řemenů bude několik a jeden řemen bude přenášet kroutící moment mezi dvěma válečkami. Kruhové řemeny malých průměrů vyrábí firma SIEGLING. Jejich montáž se provádí svařením obou konců řemenu, tak se docílí jejich napnutí. Zdrojem kroutícího momentu válečků je elektromotor od firmy SIEMENS řady 1LA7 spolu se šnekovou převodovkou od firmy TRAMEC. Převodový poměr šnekové převodovky je i=20, vzhledem k otáčkám zvoleného elektromotoru IM B5, které jsou n=700/min. Válečková trať: Rám pro uložení válečků, samotné válečky, jejich poháněcí kotouče, nastavitelné nožičky jsou stavebnicového charakteru a jsou produkty firmy ITEM. Katalogová čísla jednotlivých součástí jsou uvedena v kusovníku na sestavném výkresu s označením 0-BP S06000905-1-0-00. Volba těchto stavebnicových prvků, je odůvodněna rychlým a jednodušším řešením celého manipulátoru i nižší cenou (obr. 3.2).
Obr. 3.2 Uložení válečku v rámu dopravníku (stavebnicové prvky) 1) závitová lišta pro vymezení polohy jednotlivých válečků (ITEM), 2) kruhový řemen (SIEGLING), 3) váleček (ITEM), 4) Profily 8 (ITEM), 5) hnací kotouče válečku (ITE
Přechodový dopravník: Hnacím prvkem obalů na tomto dopravníku, jsou kruhové řemeny jenž jsou napnuty přes tři řemenové bubny, z nichž je jeden buben hnací, hnaný hřídelí , která je spojená spojkou k elektromotoru. Dopravník je vybaven mechanismem, který funguje na principu paralerogramu, koná křivočarý pohyb. Tento pohyb je potřebný pro snížení výšky přechodového dopravníku, která způsobí, že obal zprvu jim unášený začne být po snížení výšky unášen válečkovou tratí k němu kolmou. Křivočarý pohyb je uskutečněn pneumatickými válci DSNU-16-32-P-A14. Pneumatické válce jsou na pístnici opatřeny kloubovými hlavicemi firmy FESTO SGS-M-10-10. Signál od optického snímače na principu optické závory umístěného na okrajích dopravníku od firmy TECON, bude řídícím signálem pro uvedené pneu. válce. Pohonem kruhových řemenů a řemenových bubnů je elektromotor od firmy ATAS. Výška dopravníku s plnými obaly a výška přechodového dopravníku volena tak, aby jejich rozdíl byl 10 mm. Změna výšky přechodového dopravníku (obr. 3.3) při zasunutí pístnice do pneumatického válce o 32 mm dojde ke změně výšky přechodového dopravníku o 14 mm. Tato změna je dostačující pro předání obalu na kolmý válečkový dopravník. Sestavný výkres je přiložen k této bakalářské práci s označením 1-BP S06000905-1-900. Seznam položek přiložen zvlášť, pod názvy Seznam položek (1/2) a Seznam položek (2/2),
Obr. 3.3 Změna výšky přechodového dopravníku - při zasunutí pístnice o 32 mm dojde k posunutí vlevo o 15 mm a ke změně výšky o 14 mm
Výpočet rychlosti obalu na trati a potřebného výkonu válečku: Na váleček válečkové tratě o průměru r = 50 mm působí síla Fn, která je rovna tíhové síle dopravovaného předmětu. Síla Fn=98,1 N, zvolena ta, že celý obal o hmotnosti 10 kg je pouze na jednom válečku. Součinitel tření je volen f=1, tedy Ft=Fn. Velikost otáček válečku zvolena n=0,5 ot/s = 30ot/min.
M K = Ft ⋅ r = 98,1 ⋅ 0,05 = M K = 4,9 Nm v = ω ⋅ r = 2 ⋅ π ⋅ n ⋅ r ⇒ v = 0,3m / s MK =
P
ω
⇒ P = M K ⋅ ω = 4,9 ⋅ 2 ⋅ π ⋅ 0,5
P = 15,4W
Výpočet délky řemene a otáček válečku, (elektromotor – váleček): Elektromotor SIEMENS:
P = 0,55kW M k 1 = 7,5 Nm i = 20 M k/ 1 = M k 1 ⋅ i = 150 Nm d 1 = 55mm n1 = 700ot / min n1/ = n1 / i = 35ot / min VÁLEČEK DOPRAVNÍKU: d 2 = 45mm
d2 n/ = i p = 1 ⇒ i p = 1,2 ⇒ d1 n2 ⇒ n2 = a= 223 mm, d1=55 mm, d2=45 mm
β
n1/ = 29,2ot / min ip
n 2 = 0,48ot / s = 28,6ot / min
d 2 − d1 ⇒ β = 2 0 34 / 2 2⋅a d + d 2 d 2 − d1 d + d 2 (d 2 − d 1 ) 2 β L=π 1 + ⋅ β + 2 ⋅ a ⋅ cos ......nebo.....L = π 1 + + 2⋅a = 2 2 2 2 4a L = 603,1mm
sin
=
Výpočet délky kruhového řemeny (váleček - váleček):
d 1,2 = 45mm a = 60mm
β
d 2 − d1 ⇒ β = 00 2 2⋅a d + d 2 (d 2 − d 1 ) 2 L=π 1 + + 2 ⋅ a = 261,4mm 2 4a
sin
=
d 1,2 = 45mm a = 100mm
β
d 2 − d1 ⇒ β = 00 2 2⋅a d 1 + d 2 (d 2 − d 1 ) 2 L=π + + 2 ⋅ a = 341,4mm 2 4a
sin
=
Výpočet délky řemeny na přechodovém dopravníky: Rozměry přechodového dopravníku jsou navrženy tak, aby se dopravník mohl začlenit do válečkové tratě. Tudíž vzdálenosti řemenových bubnů, vychází z dané konstrukce přechod. dopravníku obr. 3.4.
A1 = 222,5mm A2 = A3 = 103,2mm
ϕ 1 = 39,33 0 ϕ 2 = 50,76 0 ϕ 3 = 90 0
´
⎛ π ⋅ϕ3 ⎞ ⎛ π ⋅ ϕ1 ⎞ ⎛ π ⋅ϕ2 ⎞ L = A1 + A2 + A3 + ⎜ r1 ⎟ ⋅ 2 + ⎜ r1 ⎟ ⋅ 2 + ⎜ r1 ⎟ ⋅ 2 ⎝ 360 ⎠ ⎝ 360 ⎠ ⎝ 360 ⎠ L = 526,38mm
Obr. 3.4 Rozměry potřebné k určení délky řemene
3.2. Konstrukční návrh navažovacího nástavce Navažovací nástavec pro stávající digitální váhu: Navažovací nástavec je určený pro rozměry vážící plošiny stávající digitální váhy 250x350 mm, na niž je nasazený a zajištěný šrouby, umístěnými po obvodu základní desky. Základní deska je osazena čtyřmi pneumatickými válci ADVU-25-15-P-A, které vertikálně pohybují s deskou na niž jsou kolmo k ní připevněny šrouby M5 tenké desky o tloušťce 6 mm, které prochází mezerami mezi válečkami a nadzvedávají obaly z manipulační tratě a přenáší tak tíhu obalu na digitální váhu. Signál pro nadzvednutí obalu nástavcem, bude signál od optického snímače TECON, na principu optické závory, tedy přijímač a vysílač jsou zvlášť, umístěné proti sobě na okrajích dopravníku. Poloha optické závory bude stanovena experimentálně, aby k nadzvednutí obalu došlo ve správný okamžik. Signálem k spuštění obalu bude požadovaná hmotnost z digitální váhy. Sestavný výkres nástavce má označení 2-BP S06000905-1-12-00.
3.3. Konstrukční návrh zásobníku na obaly Způsob upnutí obalu: Obal je upnut za vnitřní stěnu pomocí poddajného pěnového materiálu, stlačovaného mezi dvě kruhové desky, pomocí válcové pružiny. Tímto přítlakem dochází k deformaci pěnového materiálu v radiálním směru. K uvolnění je třeba vyvinout sílu na pružinu např. pomocí pákového mechanismu, aby došlo k protažení a kontrakci pěnového materiálu. Po nasazení obalu síla pomine a dojde k upnutí. Upnutí obalu v upínacím zařízení je obr. 3.5. Jednotlivá upínací zařízení jsou navržena tak, aby bylo možné je vzájemně propojit.
Obr. 3.5 Upínací zařízení 1) čepová díra, 2) pěnový materiál, 3) tlačná pružina, 4) základní deska upínacího zařízení, 5) pohyblivá deska, 6) čep, 7) stlačená pružina
Výpočet síly k upnutí obalu: Pro správné upnutí obalu za vnitřní kruhovou stěnu je nutné zajistit potřebný přítlak, k udržení tíhy obalu. Součinitel tření mezi obalem a kontaktním materiálem, který bude na obal vyvíjet potřebnou sílu Fn je f = 0,6 0,8. Hmotnost prázdného obalu je 0,27 kg. Šířka přiléhajícího materiálu ke stěně obalu je pouze uvažovaná cca 10 mm. Volen je dále bezpečnostní koeficient k = 3.
Fg = m ⋅ g = 9,81 ⋅ 0,27 = 2,65 N cos α =
Fg Ft
⇒ Ft =
Fg cos α
= 2,66 N
Ft = Fn = 4,4 N 0,6 k ⋅ Fn = 4,4 ⋅ 3 = 12,2 N Ft = Fn ⋅ 0,6 ⇒
obvod obalu v polovině výšky je : o = 2 ⋅ π ⋅ r = 2 ⋅ π ⋅ 0,12 = 0,75 m S = o ⋅ t = 0,75 ⋅ 0,1 = 0,075 m 2 potřebný tlak na stěnu obalu: F p = n = 176,2 Pa S
Materiál v kontaktu s upnutým obalem: Výpočet potřebné síly a tlaku na obal výše uvedený je pouze teoretický. Skutečná síla a tlak, je odvozen od vlastností použitého pravděpodobně pěnového materiálu. Takovýto materiál, má specifickou pórovitost a tuhost. Také zaleží na výšce materiálu, která se bude tlakem deformovat a tím se rozšiřovat do stran, tedy skutečné hodnoty je potřeba dodatečně stanovit experimentálně. Mechanismus pro vyvození potřebné síly: Požadavkem na upínací mechanismus je jednoduchost, možnost ručního vyvození síly pro upnutí obalu, například pákovým mechanismem (obr. 3.6). Mechanismus je zakomponovaný v komínovém zásobníku v upínací pozici a v pozici uvolnění obalu na dopravník. Pro obsluhu snazší upínání je na obr. 3.7. V tomto případě obsluha naplňuje zásobník v dané pozici a potřebná síla k zúžení pěnového upínacího materiálu je automaticky způsobena pneumatickým válcem FESTO ADN se zdvihem 50 mm. Pneumatický válec je uveden do činnosti vždy po představení nové pozice. V pozici uvolnění obalu, je opět pneumatický válec ovládaný automaticky, optickým snímačem od firmy TECON, na principu optické závory, s možnou
vzdáleností přijímače a vysílače až 8m. Pokud obal v představené pozici uvolnění nebude, závora jest nepřerušena, válec se do činnosti neuvede.
Obr. 3.6 Pákové mechanismy – síla P je silou obsluhy linky, síla F je silou páky Komínový zásobník: Zařízení se skládá z několika upínacích zařízení viz obr. 3.5, které jsou pomocí dlouhých čepů spojené v uzavřený obvod. Tento uzavřený obvod je poháněný ve vertikálním směru jako článkový dopravník pomocí šestistranného hnacího segmentu jenž unáší čepy jimiž jsou upínací zařízení spojená (obr. 3.8). Hnací segment je tedy tvořen šesti velkými zuby s malými zubními mezerami, pro unášení čepů. Segment je poháněný hřídelí a přenos kroutícího momentu zajištěn těsnými pery.
Pohyb upínacích zařízení, nebo-li pozic musí být krokový, řízený servopohonem, aby vždy v každém kroku mohl být na upínací pozici nasazen obal. Pokud se tak nestane a obal nasazen nebude dojde k dalšímu kroku. Vzhledem k tomu, že válečkový dopravník pod zásobníkem je neustále poháněný a navažování dochází na navažovacím nástavci, který se přizvedává s příchozím obalem, není potřeba obav z vynechání nenaplněné pozice v zásobníku. Aby obsluha nemusela vždy před nasazením obalu ručně vyvíjet potřebnou sílu k deformaci upínacího materiálu, je přímo v zásobníku zahrnut systém pneumatických válců ke stlačení pružiny typu ADN20-50-I-P-A, spolu s optickým snímačem polohy obalu . Výpočet dopadové rychlosti z uvolňovac´pozice na válečkový dopravník: t
dv −g= .... − g ∫ dt = dt 0
v(t )
t
dy ∫0 dv.....v(t ) = − gt..................v = dt .....¨ − g ∫o tdt =
v = 2 gh = 2,21km / h = 0,61m / s
−h
1
∫ dy.....− g 2 t 0
2
= −h
Obr. 3.7 Automatické vyvíjení síly k upínání 1) pozice nasazování, 2) upínací zařízení, 3) stlačená pružina, 4) pružina v klidu, 5) rám zásobníku, 6) pozice uvolnění, 7) hnací segment pro upínací zařízení, 8) hnací hřídel pro segment, 9) valivá ložiska, 10) uložení pro hnací hřídel, 11) pneumatické válce FESTO ADN
. Obr. 3.8 Komínový zásobník 1) upínací zařízení, 2) čep ke spojení desek, 3) hnací šestistranný segment, 4) rám zásobníku, 5) pružina v klidu, 6) pneumatické válce ADN-Festo, 7) stlačená pružina, 8) pozice k nasazování obalů, 9) pozice uvolňování obalů, 10) hnací hřídel segmentu, 11) valivé ložisko
3.4. Konstrukční návrh dovažovacího zařízení Princip: Dovažovací zařźení č.1, jenž bylo vybráno rozhodovací analýzou funguje jako regulátor objemového toku výlisků. Ventil mění svůj zdvih od dna trychtýře mini servopohonem od Harmonic Drive s označením LA-32-30-f-l. Ventil je po svém povrchu opatřen kartáči od firmy Mink-Bürsten. Rozteč štětin na kartáči , stejně tak i délka jsou volené, dle druhu a velikosti procházejících výlisků tzn. kartáče na povrchu ventilu lze měnit. Nejhustší a nejkratší štětiny jsou nejblíže k povrchu ventilu. Dovažovací zařízení je možné připevnit přímo k výstupu separační linky a vibrace linky tlumit měchy, nebo další možností je zařízení umístit na stavebnicový rám ITEM a zamezit tak nežádoucím vlivům od linky. Způsob připevnění zařízení přímo k výstupu na obr. 3.9. Vzhledem k velké půdorysné ploše, kterou zařízení potřebuje je ze spoda k separační lince pomocí svarového spoje připevněna kruhová deska na niž je připevněno dovažovací zařízení
Obr. 3.9 Dovažovací zařízení na výstupu 1) trychtýř, 2) šroub (M3) k připojení trychtýře k rámu, 3) rám zařízení , 4) servopohon HD, 5) regulační ventil, 6) kartáče, 7) šroub (M3) k připevnění servopohonu k rámu, 8) pružná podložka (M3), 9) měchy k tlumení vibrací linky, 10) matice (M6), 11) pružná podložka (M6), 12) šroub ke spojení měchu ke kruhové desce, 13) separační linka, 14) kruhová deska (k separační lince připevněna svarovým spojem)
4.
Zhodnocení hlavních přínosů práce
Předložená bakalářská práce je zaměřena na snížení fyzické námahy a zjednodušení procesu navažování na výstupu separační linky. Hlavním přínosem práce je změna z ručního navažování na automatické. Činnost obsluhy je soustředěna na zakládání obalů do zásobníku a odebírání navážených obalů. Fyzická námaha obsluhy je radikálním způsobem redukována, je odstraněna ruční práce obsluhy spojená s dopravou obalů k výstupu linky, dopravou obalu na digitální váhu, procesem vážení obalů na požadovanou hmotnost a dopravou plného obalu k paletě. Základem automatických cyklů budou signály od digitální váhy MT vybavené portem R232. Na tomto základním signálu bude pracovat komínový zásobník, navažovací nástavec a dovažovací zařízení. Koncepční řešení spolu s dílčími zařízeními pro daný proces navažování je rozsáhlé a jednotlivá zařízení budou vyžadovat podrobnější řešení konstrukčních návrhů. Dále bude nutné ověřit vlastnosti kontaktního materiálu v upínacím zařízení pro obal, pro zjištění skutečné upínací síly a případně kontaktní plochy s obalem. Celý způsob navažování je náročný z důvodu použití stávajících obalů a přesného automatického dovažování. Objemový tok skleněných výlisků z výstupu linky je třeba regulovat, což je náročný konstrukční problém zejména z hlediska proměnného sortimentu výlisků. Velmi problematický byl požadavek na takové dispoziční řešení konceptu, které nepřesáhne plošně 2m2. Navržená koncepce tomuto požadavku vyhověla, neboť podle sestavného výkresu 0-BP S06000905-1-0-00 je zastavěná plocha pouze 1,36 m2. Na základě provedeného technického zhodnocení navrženého zařízení je možné konstatovat, že se podařilo postupně vyhovět všem hlavním technickým požadavkům a navržené zařízení může být vhodným podkladem pro konstrukční řešení tohoto úkolu v a.s. Preciosa.
4.1. Ekonomické zhodnocení Kvalifikovaným odhadem byly stanoveny náklady na manipulační techniku takto: SOUHRN PŘEDPOKLÁDANÝCH NÁKLADŮ Moduly a nákup komponentů 2 x 120 tis. Náklady na zakázkovou výrobu konstrukčních uzlů 2 x 130 tis. Projektová a dokumentační příprava 1 x 80 tis. Elektrovybavení a revize 2 x 35 tis. Oživení a montáž 2 x 25 tis CELKEM (jednorázový náklad) JN = 700 000 Kč . Náklady na nové zařízení pro dvě separační linky jsou 700 000,Úspora mzdových nákladů vychází z předpokladu substituce 1 pracovní síly v hodnoceném okruhu v nepřetržitém pracovním režimu, tj. při předpokladu využití plné pracovní doby snížené o 25 dnů nucené přestávky a prostojů.
(365 − 25) ⋅ 24 = 8160hod / rok -při fondu pracovní doby 1800 hodin ročně 81560 = 4,5 = 4 pracovnicí 1800
- což představuje roční mzdový náklad : ∆v = 4,5 ⋅ 20000 ⋅ 1,35 ⋅ 12 = 1.458.000,− - porovnání nákladů na nové zařízení a mzdových nákladů:
JN 700.000 = = 0,48roku ∆v 1.458.000
Závěr:
Lze tedy předpokládat návratnost nákladů během ½ roku.
Použitá literatura: [1] STEHLÍK, J. Dopravníky. Liberec: Technická univerzita v Liberci, KSR, 2004. ISBN 80-7083-888-4. [2] CHVÁLA, B., NEDBAL, J., DUNAY, G. Automatizace. Praha: SNTL, 1985. [3] PUSTKA, Z. Základy konstruování. Liberec: Technická univerzita v Liberci, 2004. ISBN 80-7083-876-0. [4] CHVÁLA, B., VOTAV, J. Přípravky a podávací zařízení. Praha: ČVUT, 1980. Číslo publikace: 3688. [5] LEINVEBER, J., ŘASA, J., VÁVRA, P. Strojnické tabulky. Praha: Scientia, 2000. ISBN 80-7183-164-6. [6] CVEKL, Z., DRAŽAN, F. Teoretické základy transportních zařízení. Praha: SNTL, 1976. Číslo publikace: 04-230-76. [7] LEINVEBER, J., ŠVERC, J. Technické kreslení a základy deskriptivní geometrie. Praha: Scientia, 1999. ISBN 80-7183-162-X. [8] PEŠÍK, L.. Části strojů, stručný přehled,, 2. díl. Technická univerzita v Liberci. ReproArt Liberec:, s r.o., 2005. ISBN 80-7083-939-6.
Použité www stránky: [1] Festo: Průmyslová automatizace. Praha (Česká Republika): Festo spol. s r.o.. Dostupný z WWW: http://festo.cz [2] Ulmer: Sortiment pro stavbu strojů.Mokré Lazce (Česká Republika): Ulmer s r.o.. Dostupný z WWW: http://ulmer.cz [3] Tecon: Produkty pro automatizaci. Vrchlabí (česká Republika): Tecon s r.o.. Dostupný z WWW: http://tecon.cz [4] Tramec: Power transmission solution. Calderara di Reno BO (Italy): Tramec S.r.L. Dostupný z WWW: http://tramec.it [5] ATAS: Elektromotory. Náchod (Česká Republika): ATAS a.s. Dostupný z WWW: http://atas.cz
[6] Siemens: Automatizace a řízení. Frenštát pod Radhoštěm (Česká Republika): Siemens Elektromotory s r.o. Dostupný z WWW: http://www.siemens.cz/siemjet/cz/home/siemens-elektromotory/produkty/Main/index.jet Seznam příloh: Příloha č. 1 – Produkty firmy ITEM Příloha č. 2 – Produkty firmy FESTO Příloha č. 3 – Produkt firmy TECON
Příloha č. 1:
Produkty firmy ITEM, stavebnicové prvky Profile 8 40x40
Line Material Property Height Width Cross-sectional area Moment of Inertia Moment of Inertia, torsional Resistance Moment Weight, spec. Length Conveyor Roller TR50
= line 8 Al, = anodized = black h = 40 mm b = 40 mm A = 6.46 cm² I = 9 cm4 It
= 1.12 cm4
W = 4.5 cm³ m = 1.74 kg/m
Příloha č. 2:
Produkty firmy FESTO
ADN-20-50-I-P-A parametry a hodnoty - zdvih 50 mm - průměr pístu 20 mm
DSN-16-40-P-A14 parameatry a hodnoty - zdvih 40 mm - průměr pístu 16 mm
ADVU-25-15-P-A parametry a hodonoty - zdvih15 mm - průměr pístu 25 mm
SGS-M10-10 parametry a hodnoty - kloubová hlavice pro pístnice válců
Příloha č. 3:
Produkt firmy TECON
OPTICKÝ SNÍMAČ slouží k indikaci přerušení světelného paprsku. -provedení optické závory - oddělený vysílač a přijímač s dosahem až 8 metrů .
