Posuvné dve•e pro robotická pracovišt•
umíst•ná v kontejnerech
Diplomová práce
Studijní program: N2301 – Strojní inženýrství
Studijní obor: 2302T010 – Konstrukce stroj! a za"ízení
Autor práce: Bc. Petr Jiránek
Vedoucí práce: Ing. Šimon Ková", Ph.D.
Sliding door for robotic workshop used in shipping container
Master thesis
Study programme: N2301 – Mechanical Engineering Study branch: 2302T010 – Machines and Equipment Design
Author: Bc. Petr Jiránek
Supervisor: Ing. Šimon Ková!, Ph.D.
Pod kování
Rád bych touto cestou pod koval Ing. Šimonu Ková ovi, Ph.D. za odborné vedení a cenné rady v pr b hu tvorby diplomové práce, firm MICo robotic s.r.o., respektive Ing. Michalu Vychro ovi, za možnost podílet se na zajímavém projektu, za poskytnutí podklad a konzultace. V neposlední ad bych cht l pod kovat své rodin za podporu po celou dobu studia.
Anotace
Tato diplomová práce se zabývá návrhem mechanismu posuvných dve í ur ených pro námo ní kontejner, ve kterém je umíst n pr myslový robot pro aplikaci obráb ní, sva ování, laserové išt ní, laserové ezání, broušení a rentgenové nedestruktivní testování. Teoretická ást popisuje rozd lení námo ních kontejner a existující mechanismy pro uzavírání vrat nebo dve í a to pro automobily, plastová okna nebo nábytek. V praktické ásti jsou navrženy dve e dle požadavk firmy na prachot snost, malý zástavbový prostor a ru ní ovládání obsluhou.
Dve e mají být uzav eny tak, aby p i nárazu jakoukoliv sou ástí i obráb ným materiálem z interiéru kontejneru nedošlo k ohrožení bezpe nosti ve vn jším prostoru. Vytvo ené prvky mechanismu jsou otestovány výpo tem. Práce obsahuje 3D model sestavy kontejneru s výkresovou dokumentací.
Klí ová slova
Námo ní kontejner, robot, posuvné dve e, prachot snost
Annotation
This diploma thesis is focused on design of mechanism for sliding door used for a shipping container, where an industrial robot is placed. Applications such as milling, welding, laser cleaning, laser cutting, grinding or roentgen non-destructive testing are equipped inside the RoboCont. Theoretical part describes types of shipping containers and existing mechanisms for door closing for vehicles, plastic windows or furniture. In practical part, the doors are designed according to company requests for dustproofness, small used space and manual control. The closing mechanism should be safe enough to prevent any effects on the outside environment by equipment or material fracture from inside of the shipping container.
Supporting elements are calculated for reliability. Thesis contains 3D model of Shipping container assembly and technical drawings.
Key words
Obsah
Obsah ... 8
1. Úvod ...10
2. ISO kontejnery ...11
2.1 Rozd lení ISO kontejner ... 11
3. Systémy posuvných dve í ...13
3.1 Posuvné dve e s dodate ným uzav ením v koncové poloze ... 14
3.2 Záv sný mechanismus posuvných dve í ... 15
3.3 Posuvn sklopné kování pro nábytek ... 16
3.4 Sklopn posuvný systém pro plastová okna ... 18
3.5 Sklopn posuvné bo ní dve e dopravních prost edk ... 20
3.5.1 Sklopn posuvné bo ní dve e dodávkových a osobních automobil .. 20
3.5.2 Sklopn posuvné bo ní dve e kolejových vozidel ... 22
4. Cíl práce ...23
5. Konstruk ní návrh ...24
5.1 Lineární posuv s kartá ovými lištami ... 24
5.2 Drážkový systém ... 24
5.3 Lineární posuv s klínovým p ítlakem na p ísuv ... 25
5.4 Sklopn posuvné lineární vedení ... 26
5.5 Rozhodovací analýza konstruk ních ešení ... 26
6. Sklopn posuvný systém posuvných dve í ...28
6.1 Výpo et sil p sobících na dve e ... 32
6.2 Pevnostní výpo et komponent ... 33
6.2.1 MKP pro nosné rameno ... 36
6.2.2 MKP pro ep 1 ... 37
6.2.3 MKP pro nosné desky osy ... 37
6.2.4 Výpo et kontaktního tlaku pro kluzná pouzdra epu 1 ... 39
6.2.6 MKP pro ep 2 ... 41
6.2.7 Výpo et kontaktního tlaku pro kluzná pouzdra epu 2 ... 41
6.3 Výpo et únosnosti lineárního vedení ... 42
6.4 Výpo et síly pro posuv dve í ... 43
6.5 Výpo et maximální síly únosnosti západek ... 44
6.6 Výpo et energie pohlcené tlumi em ... 46
6.7 Bezpe nostní požadavky na posuvné dve e ... 47
6.7.1 Odolnost proti pr razu ... 47
6.7.2 Elektronické blokování dve í ... 48
7. Záv r ...50
Zdroje ...51
Seznam obrázk ...54
Seznam tabulek ...56
Seznam použitých symbol ...57
Seznam p íloh ...58
1. Úvod
Zadání práce pochází z firmy MICo robotic s.r.o. Hlavní inností této spole nosti je optimalizace instalace b žných šestiosých pr myslových robot do provozu v co nejkratším možném ase. Za tímto ú elem je robot umíst n do námo ního kontejneru, což poskytne kompletní centrum pro r zné aplikace podle požadavk . Robotizované pracovišt zajiš uje aplikace obráb ní, svá ení, laserové išt ní, laserové ezání, broušení a rentgenovou inspekci.
Kontejner obsahuje vše, co je pro pracovišt pot ebné, tedy pr myslový robot, kompresor, elektrorozvad a p ípadn další pot ebná za ízení. K provozuschopnosti systému je t eba p ipojení na elektrickou energii, respektive na provozní média a dále zpevn ná plocha, kam se kontejner umístí.
V sou asné dob je systém RoboCont opat en pouze dvouk ídlými dve mi standardního typu, jak je vid t na obrázku 1. Požadavkem je vytvo it posuvné dve e zapušt né do st ny kontejneru tak, aby omezovaly vnit ní a vn jší prostor kontejneru co nejmén . Z vnit ní strany nesmí dojít k zmenšení pracovního prostoru z d vodu umíst ní nástroj robota. Z vn jší strany musí být zachována možnost stohovatelnosti a umis ování kontejneru do ady.
2. ISO kontejnery
Kontejner je standardizovaná jednotka podle normy ISO 668 respektive ISO 1496- 1, ur ená k intermodální doprav a skladování zboží o objemu v tším než 1m3, bez nutnosti vykládky po celou dobu p epravy. K této pot eb došlo v souvislosti s rozvíjející se logistikou materiálu na velkého vzdálenosti. Intermodální dopravou rozumíme stav, kdy kontejner je p epravován s využitím námo ních, železni ních a silni ních cest. Hlavní výhodou kontejneru je vytvo ení uceleného, p esn definovaného, univerzálního prostoru, který poskytuje ochranu proti vn jším vliv m (mechanickým, klimatickým, i jiným), zp sobujícím poškození p epravovaného materiálu. [2][3]
Kontejner spl uje všechny náležitosti dané normou, jako je nap íklad nosnost rohového prvku p i stohovatelnosti více kontejner nad sebou (dle normy SN ISO 3874), pevnost pro opakovatelné používání. Je konstruován pro p epravu pomocí r zných manipula ních prost edk , jednoduché pln ní a vyprazd ování. [5]
Krom p epravy a skladování lze využít kontejner i pro speciální aplikace. Výrobce m že p ímo implementovat ešení, které zákazník požaduje a p i tom neztrácí výhody p epravní jednotky. Jak již bylo zmín no v úvodu, lze kontejner využít jako robotizované pracovišt , chladicí box, místnost pro proudové generátory a rozvodné sk ín , nádrž na vodu, lisovnu kal , nebo jako obytnou jednotku. [6]
2.1 Rozd lení ISO kontejner Rozd lení podle velikosti:
Malé kontejnery Prostor pro materiál do 14 m3 a maximální hmotnosti do 10000 kg Velké kontejnery
Prostor pro materiál nad 14 m3 nebo maximální hmotnosti nad 10000 kg nebo pro speciální aplikace vyhovujícím zvláštním podmínkám
Tabulka 1 – Rozd lení ISO kontejner podle velikosti [3]
Základní rozd lení podle únosnosti a rozm r :
ada 1 Celková hmotnost kontejneru od 10 do 30 tun ada 2 Celková hmotnost kontejneru od 5 do 10 tun ada 3 Celková hmotnost kontejneru do 5 tun
Tabulka 2 – Rozd lení ISO kontejner podle ad [2]
V praxi jsou nejvyužívan jší kontejnery ady 1. Standardizované rozm ry námo ních kontejner vycházejí z nákladních dopravních prost edk s ložnou délkou 12,2 m (40 stop). Tyto rozm ry mají nap íklad b žné silni ní náv sy a dvounápravové železni ní kontejnerové vozy. [2]
Kontejner Výška [mm] Ší ka [mm] Délka [mm] Maximální brutto nosnost [kg]
1A 2438 2438 12192 30480
1AA 2591 2438 12192 30480
1B 2438 2438 9125 25400
1C 2438 2438 6058 20320
1D 2438 2438 2991 10160
1E 2438 2438 1968 7110
1F 2438 2438 1460 5080
Tabulka 3 – Rozd lení ISO kontejner ady 1 [2]
Skládání je znázorn no na obrázku 2.
Obrázek 2 – Rozd lení ložné plochy podle vyráb ných kontejner [2]
3. Systémy posuvných dve í
ISO kontejnery jsou b žn vybaveny oto nými vraty na kratší stran , zajišt nými oto nou pákou s epy. Tyto epy dosedají na protikusy pevn p ipojené k rámu. Pro aplikaci systému RoboCont je však toto ešení nedosta ující. Je-li materiál vkládán z kratší strany, jsou kladeny vysoké nároky na manipula ní prostor. Sou asné rozvržení dve í a vybavení je zobrazeno na obrázku 3.
Obrázek 3 – Umíst ní dve í na systému RoboCont [1]
Pr myslové posuvné dve e na námo ní ISO kontejnery nejsou vyráb ny jako prachot sná, p íklad viz obrázek 4. Ze zadání vyplývá, že nové ešení dve í nesmí výrazn omezit vnit ní ani vn jší prostor kontejneru. Pokud by dve e zasahovaly velkou m rou do vnit ku kontejneru, mohlo by dojít k omezení manipula ních možnosti robota. V sou asné dispozici systému RoboCont je totiž u delší st ny, kde jsou dve e plánovány, stojan s nástroji pro v eteno robota.
Obrázek 4 – Posuvná vrata od firmy Container alliance [7]
Jako základ pro praktickou ást byly využity existující mechanismy z mrazicích box , plastových oken a z bo ních dve í osobních i dodávkových automobil . B žn se skládají z lineárního vedení, pojezdových kladek, skláp cího mechanismu a uzamykacího systému. V n kterých p ípadech je na lemu dve í p ipevn no i t sn ní proti vn jším klimatickým vliv m a pro zajišt ní izolace, nap íklad u automobil i domovních plastových oken. Sklopný mechanismus slouží k uzav ení dve í a bude popsán u jednotlivých systém .
3.1 Posuvné dve e s dodate ným uzav ením v koncové poloze
Tento princip je založen na posuvu ve dvou osách. Lineární vedení poskytuje horizontální posuv dve í paraleln se st nou. V koncové poloze, po uvoln ní západky polohy, je umožn n p ísuv, který je realizovaný pomocí kluzných element v kolmém sm ru k horizontální ose posuvu. Obvodové t sn ní dve í je p itla eno k rámu pomocí uzavíracího mechanismu, který m že být mechanický (pomocí rozp rných klín ), hydraulický i elektromotorický. [8]
Celkový systém je principiáln jednoduchý, z technického hlediska je však komplikovaný na výrobu a provoz. [8]
3.2 Záv sný mechanismus posuvných dve í
Jedná se o posuvný systém používaný pro t žké kovové dve e, v praxi používaný nap íklad pro uzavírání velkých chladírenských box a skladovacích prostor. Principem mechanismu je zajišt ní vysoké t snosti p i zachování snadné manipulace s dve mi p i otevírání.
Oproti ešení z bodu 3.1 je vy ešen posuv i p ísuv dve í jednou tvarovou vazbou, kdy klínová pojezdová kladka je vedena v kolejnici opat ené vybráním v koncové poloze.
Tím odpadá nutnost p ídavného mechanismu pro ut sn ní dve í.[8]
Kladky mají tvar klínových emenic. Pojezd (6) je na nosném profilu (3) upevn ný nade dve mi (2) a má tvar C profilu. Nosný profil, po kterém kladky jezdí, je ohnutý, jak je zobrazeno na obrázku 6. V kone né pozici je drážka blíže ke zdi, což zp sobí p isazení dve í k zárubním. Pomocí tlaku od pákového mechanismu na boku dve í dojde k op tovnému vyjetí pojezdového kladky z drážky. Posun do výchozí pozice je pak snadný, jelikož je p ekonáván pouze valivý odpor kladek na nosném profilu [8].
Obrázek 5 – elní pohled na drážkový nosný profil s kladkami [8]
Obrázek 6 – Bo ní pohled na kladku s drážkou [8]
Pro ešení zadaného problému je tento systém nevhodný, jelikož ut sn ní je dáno hmotností dve í a není p edpokládána žádná p sobící síla z vnit ního prostoru. Další nevýhodou jsou zvýšené náklady na transport, které jsou závislé na hmotnosti p epravované jednotky.
3.3 Posuvn sklopné kování pro nábytek
Na trhu p sobí velké množství firem vyráb jících mechanismy posuvn sklopného kování, které by spl ovalo požadavky zadání problému ešeného touto diplomovou prací.
Níže jsou popsány dva p íklady takového systému od firmy Hettich R k.s. a CINETTO F.lli S.r.l. (Itálie).
Základem ešení od spole nosti Hettich jsou vozíky s pojezdovými kladkami. Na vozících je na epu rameno ukon ené drážkou, do níž se nasadí protikus p išroubovaný na desku dve í. Zavírání je zajišt no pomocí tvarové vazby, kde ep na p edním rameni zajede do drážky. Aby nedocházelo k zakmitnutím a ráz m od dve í p i uzavírání, je na zadním vozíku p ipevn na plynová pružina. P i otá ení ramene okolo epu je p ekonán bod zvratu, který zajiš uje plynulé uzav ení a snadn jší otevírání dve í. Systém je zobrazen na obrázku 7. Maximální nosnost záv su je 80 kg a ší ka dve í se m že pohybovat od 700 mm do 2000 mm.[9]
Obrázek 7 – Vizualizace sklopného systému firmy Hettich [9]
Pom rn komplikovan jší je druhý systém od firmy Cinetto (Obrázek 8). Na lineárním vedení je umíst n hlavní vozík. V kolmém sm ru je ke kluznému vedení p ipevn na nosná deska dve í. Pod hlavním vozíkem je další kluzný element s drážkou.
V drážce je z nosné desky zavedeno ložisko zajiš ující tvarovou vazbu. Kluzný element umož uje zajetí nosné desky do uzav ené polohy. Pro zajišt ní vysunuté polohy je kluzný element s drážkou napínán pružinou. Stejn jako u p edchozího ešení je v koncových polohách mechanismus na plynulé dojížd ní do kone né polohy. Ve spodní ásti je deska s drážkou, která podobn jako v horní ásti, je propojena tvarovou vazbou. Tato ást není nosná, jde pouze o zajišt ní správného pohybu. Nosnost systému je maximáln 60 kg. [10]
Obrázek 8 – Vizualizace sklopného systému firmy Cinetto [10]
Nízká nosnost a celková komplikovanost obou systém jsou hlavními d vody, pro je nelze využít u dve í navrhovaných v rámci této diplomové práci. V neposlední ad je zna ný i zástavbový prostor zasahující ve sm ru kolmém na horizontální vedení.
3.4 Sklopn posuvný systém pro plastová okna
Kategorie plastových oken únosností vyhovuje žádaným vlastnostem pro aplikaci zadání. Nap íklad výrobce Siegenia-Aubi KG se zabývá kováním pro plastová okna. Jejich portfolio obsahuje kompletní ešení pro okenní a dve ní vestavby do dom a budov jako jsou systémy pro uzavírání, posuvné a ventila ní kování.
Jejich posuvn sklopné kování PORTAL PSK comfort je optimální komponentou využitelnou pro tuto diplomovou práci. Jeho maximální nosnost je 200 kg, což je pro aplikaci na námo ní kontejner dosta ující.
Systém se skládá z pojezdového vozíku s valivými kole ky osazenými v bloku. Mezi kole ky je oto ný ep s pákou. Páka zajiš uje nosnost dve í a odsazení od rámu. Na druhém konci páky je další ep, který je vsazen do bloku p išroubovaného do rámu dve í.
Skláp cí systém je ešen pomocí n žkového mechanismu. V moment , kdy ovládací rameno najede do tvarové vazby umíst né v nosném profilu, dojde k vyjetí epu z drážky a pojezdový vozík se tím m že vracet v opa ném sm ru, což zp sobí složení n žek a tím p itisknutí dve í k rámu. Pro funk nost sytému je pot eba minimáln dvou pojezdových vozík , které jsou sp aženy ty í, zajiš ující rovnob žnost dve í a rámu. Nep íjemnou vlastností je ráz zp sobený náhlou zm nou sm ru pohybu vozíku p i vyjetí epu z drážky.
[11]
Maximální ší ka odsunutí dve í od pevného rámu je pro tento systém 125 mm, což poskytuje dostatek prostoru pro široké profily dve í a oken. [11]
Dalším výrobcem kování pro plastová okna je firma Hautau GmbH. Jde o podobný princip jako u p edešlého systému, pojezdový vozík je zobrazen na obrázku 10. Ovládací rameno (35) je spojeno s nosným ramenem (30). V otev ené pozici je ovládací rameno (35) zajišt no pružným prvkem (14). P i najetí vozíku do koncové polohy dojde k zajetí epu (39a) do sou ásti s drážkou a tím k vyjetí epu (39b) na ovládacím rameni (35) do drážky (41) až do uzav ené polohy. Pomocí výstupk (35c) je ovládací rameno (35) zajišt no proti necht nému vysko ení v drážce (31) na nosném rameni (30). V pojezdovém vozíku jsou uložena kola, která mají minimáln 90% výšky vozíku, pro zajišt ní dostate né nosnosti.
Pojezdové vozíky jsou vždy dva s nosností do 120 kg. Pro vyšší hmotnosti se použijí 4 vozíky a nosnost je až 200 kg. [16]
Obrázek 10 – Sklopn posuvný systém firmy Hautau [16]
3.5 Sklopn posuvné bo ní dve e dopravních prost edk
U dopravních prost edk je tento systém využitý hlavn z d vodu úspory místa.
P vodní ešení, která zahrnovala oto ná kloubová ramena, nebyla vyhovující z d vodu v tšího manipula ního prostoru a nízké p ítla né síly na t snící elementy. Princip sklopn posuvných bo ních dve í se p ibližuje požadavk m aplikace na námo ním kontejneru. [12]
3.5.1 Sklopn posuvné bo ní dve e dodávkových a osobních automobil V rozvíjejícím se automobilovém pr myslu je kladen d raz na co nejnižší servisní náklady a tím na zjednodušování mechanism ve smyslu snižování prvk konstrukce.
Princip funkce automobilového záv su spo ívá ve vysouvání dve í z obrysu automobilu (Obrázek 11). To je docíleno dv ma rameny (11,12) v p ední ásti dve í na horní i dolní hran . Ob ramena jsou osazena kladkami, horní je však válcová a spodní je kulová pro vymezení p ípadných nerovností pohybu. Kladky jsou vedeny ve speciáln tvarované kolejnici (13). Na opa né stran dve í, v zadní ásti p ibližn uprost ed, je výkyvné rameno (8) spojené s dve mi a podobn jako v p ední ásti, spojeno s vozíkem s kladkami (1) vedené v kolejnici (2). [12]
Pro usnadn ní vysunutí dve í z obrysu karoserie a zajišt ní vysunuté polohy je oto né rameno spojeno s rámem dve í pružinou, jak je vid t na obrázku 12.
Obrázek 12 – Pomocný systém otevírání dve í [12]
Západkový systém, využívaný v automobilovém pr myslu k zajišt ní dve í v uzav ené poloze, je vhodný i pro použití ve dve ích ešených v této diplomové práci. Jak je vid t na obrázku 13, ep najede do oto ného ramene, které p i úplném dojetí epu do uzamknuté pozice, zajiš uje pevné spojení dve í s rámem. Uvedený systém je vybaven i pryžovým tlumi em aby nedocházelo k vibracím. [14]
Obrázek 13 – Západkový systém zajiš ování automobilových dve í [14]
3.5.2 Sklopn posuvné bo ní dve e kolejových vozidel
Podobný systém, jako je popsán v kapitole 3.4, se hojn využívá u kolejových vozidel, nap íklad u motorového vozu 843 (Obrázek 14). Ke dve ím je p id lána konzola, která je spojena s vozíky lineárního vedení pomocí paralelních ramen. Na konzole je ep, který tvarovou vazbou v tvarované drážce zajiš uje vysunutí dve í z rámu. Celý systém je ovládán pneumatickým nebo hydraulickým válcem s pístnicí p id lanou na pojezdový vozík.
(Obrázek 15) [13]
Obrázek 14 – elní pohled na sklopn posuvné dve e pro kolejová vozidla [13]
Obrázek 15 – P dorys sklopn posuvných dve í [13]
4. Cíl práce
Jak již bylo zmín no v úvodu, cílem práce je navrhnutí kompletního ešení prachot sných dve í. Požadavky na dve e jsou následující:
Zm nit sou asný stav zp sobu otevírání dve í z dvouk ídlých na jiný zp sob.
V p ípad aplikace je nejvhodn jší zvolit posuvné dve e. Systémy jako skládací, shrnovací nebo oto ná nejsou vhodné, jelikož nezajistí dostate nou prachot snost a tuhost.
V první fázi je navrhnuto n kolik ešení zavíracích mechanism s následnou rozhodovací analýzou a vyhodnocením nejlepšího ešení.
Pro zvolený systém posuvných dve í vybrat vhodný typ mechanismu pro vytvo ení prachot sného spoje s rámem se sou asným minimalizováním zástavbového prostoru dve í. Vytvo it takový zp sob skláp ní, který bude levný na výrobu, montáž a p ípadnou údržbu. Snížení ceny lze dosáhnout za pomoci standardizovaných a typizovaných díl .
Tuhost dve í je pot eba navrhnout tak, aby byla zajišt na bezproblémová a bezporuchová funk nost po celou dobu používání za sou asného snížení celkové hmotnosti pro snadnou a bezpe nou manipulaci. Navrhnout systém uzamykání tak, aby vydržel p ípadné odlétající ástí materiálu od obráb ní. Kolize robota by nem la být pravd podobná, jelikož je pracovní prostor programem upraven na vnit ní rozm r kontejneru.
Po konstruk ní ásti bude provedena ást výpo tová. Po rozboru sil zatížení na nosné prvky je provedena metoda kone ných prvk pro ov ení únosnosti jednotlivých prvk konstrukce. Krom vyráb ných sou ástí jsou ov eny i normalizované prvky jako je lineární vedení a západkový systém uzavírání dve í.
V poslední ásti je popsáno testování za ízení na bezpe nost v i okolnímu prostoru, jako je nap íklad balistická zkouška, což simuluje p ípadnou kolizi sou ásti do dve í.
5. Konstruk ní návrh
V první fázi bylo navrženo n kolik ešení na posuvné dve e. Byly využity r zné mechanismy pohybu, prvky lineárního vedení, systémy t sn ní a p ítlaku a uzamykatelné zavírání dve í. Ze všech navržených systém byl poté vybrán jeden návrh pomocí rozhodovací analýzy, na který je zhotovena výrobní dokumentace (3D a 2D) a provedeno dimenzování jednotlivých komponent .
5.1 Lineární posuv s kartá ovými lištami
Lineární posuv je zjednodušenou variantou systému z bodu 3.1. Dve e by byly posouvány na nakupované pojezdové kladce, která by pojížd la po kolejnici (Obrázek 16).
Uzavírání prostoru by bylo snadné, nap íklad pákou i elektronickým zámkem. Stejn tak i složitost konstrukce dve í by se tím razantn snížila. Boky dve í by byly opat eny kartá ovými lištami, b žn užívanými u vratové techniky, p ípadn gumovými profily.
Obrázek 16 – Kolejnice s kartá ovými lištami
Výhodou je jednoduché ešení systému, nízká cena, nízká hmotnost. Nevýhodou je však nízká ú innost t sn ní a p ípadné odírání materiálu p i t ení kartá – ocelový profil.
5.2 Drážkový systém
P edlohou byly systémy posuvných dve í, využívané u osobních nebo užitkových automobil . Schémata jsou zobrazena v bod 3.5.1 nebo 3.5.2. Byly by vyrobeny kolejnice tvarované podle polohy dve í na kontejneru. V t ch by se pohybovaly kladky p id lané na dve e tak, že v p ední ásti by byli na pevné konzole v horní a spodní hran a v zadní ásti
Výhodou tohoto systému je p esnost vedení dve í v drážce a dostate ná uzavírací síla s p itisknutím na t snící pryžový profil. Nevýhodou je výroba speciální vodící kolejnice a požadavek p esného ustavení v konstrukci kontejneru.
5.3 Lineární posuv s klínovým p ítlakem na p ísuv
Návrh vycházel z vytvo ení p ítlaku pomocí tvarové vazby mezi rámem vsazeným do otvoru kontejneru a dve mi podle bodu 3.1 s mechanickým ovládáním. Klíny byly v protilehlých rozích. Zavírání bylo sp ažené od centrální p evodovky s ovládacím kolem spojovacími ty emi s pružnými spojkami p es další úhlovou p evodovku k trapézovým šroub m. Šrouby zajiš ovaly roztahování klín k drážce a tím docházelo k uzav ení a ut sn ní dve í. P ímo arý pohyb klín zajiš ovalo lineární vedení složené z ob žných kuli kových p írub a chromovaných vodících ty í. Vizualizace návrhu je vid t na obrázku 17.
Obrázek 17 – Vizualizace dve í s klínovým p ísuvem
Výhodou systému je robustnost konstrukce se zajišt ním optimálního ut sn ní prostoru. Nevýhodou je však vyšší po izovací cena komponent a vyšší hmotnost ešení.
Systém by také mohl být citlivý na transport, jelikož se skládá z p esných strojních sou ástí.
5.4 Sklopn posuvné lineární vedení
Principem mechanismu je oto né rameno spojené s pojezdovým vozíkem, p id laným k lineárnímu vedení a na druhém konci k uzavíraným dve ím (Obrázek 18).
Nosné rameno je na lineárním vedení v páru, spojené distan ní ty í, pro zachování stále osové vzdálenosti vozík . Nosné je pouze horní vedení, spodní pouze zajiš uje paralelnost dve í se st nou kontejneru. Ovládání nosného ramene je pomocí ovládací pá ky.
V otev ené pozici je ep na pá ce zajišt n západkou s pružinou. V zav ené pozici jsou dve e zajišt ny pomocí ty západkových zámk v každém rohu.
Obrázek 18 – Sklopn posuvný systém
5.5 Rozhodovací analýza konstruk ních ešení
Pro navržená ešení byla provedena rozhodovací analýza podle metody po adí. Jde o metodu, která je založena na p evedení kriteriální matice na matici po adí. Nejd íve je pot eba se adit nejd ležit jší po nejmén d ležité kritéria. Daným variantám se postupn p i azuje po adí podle objektivního hodnocení. Pro jednotlivé varianty se ud lá sou et po adí a následn se vyhodnotí po adí. Ta s nejnižší hodnotou je nejlepší a naopak. Pokud si jsou dv varianty rovnocenné, mají stejné po adí. Zobrazené hodnoty jsou v tabulce 4.
[18]
Hmotnost T sn ní Složitost výroby
Zástavbový
prostor po adí po adí
Návrh 5.1 1 4 1 1 7 1
Návrh 5.2 2 3 3 3 11 3
Návrh 5.3 4 1 4 4 13 4
Návrh 5.4 3 2 2 2 9 2
Tabulka 4 – Hodnocení variant metodou po adí
Následn se pro každé kritérium stanoví jeho váha podle toho, jak je daná vlastnost d ležitá. Kritérium s nejv tším významem má nejv tší hodnotu a postupn se snižuje.
Celková hodnota váhy u všech kritérii je dohromady 1. Po vynásobení po adí s váhou se získá hodnota, pro každou hodnotu a pro každou variantu. Provede se sou et jednotlivých ádku variant a získá se suma. Varianta s nejnižší hodnotou je nejlepší. Zápis je vid t v tabulce 5.
Hmotnost T sn ní Složitost výroby
Zástavbový
prostor po adí po adí
Váha Kritéria 0,2 0,5 0,1 0,2
Návrh 5.1 0,2 2,0 0,1 0,3 2,6 2
Návrh 5.2 0,4 1,5 0,3 0,9 3,1 4
Návrh 5.3 0,8 0,5 0,4 1,2 2,9 3
Návrh 5.4 0,6 1,0 0,2 0,6 2,4 1
Tabulka 5 – Hodnocení variant metodou po adí s váhou
Z výše uvedené tabulky vychází nejlépe ešení 5. Návrh je druhý v po adí, co se tý e t snosti, ale má lepší hodnocení ve zbývajících kritériích, což ho posouvá na nejlepší možnou variantu. Vybraný typ bude dále rozpracován modelov a výpo tov s následnou výrobní dokumentací.
6. Sklopn posuvný systém posuvných dve í
Navržený mechanismus se skládá z horní nosné a ovládací v tve a spodní podp rné. Na obrázku 19 je zobrazeno navržené ešení. Principem je sou asné otá ení všech ty ramen po najetí ke koncovému lenu upevn nému ke kolejnici lineárního vedení.
Rovnob žnost dve í a rámu je zaru ena pomocí ty e, spojující jak horní tak i spodní vozíky.
Dve e jsou p id lány k posuvným prvk m konzolou, která je na dve ích p ichycena šroubovým spojem. Konzola je opat ena oválnými dírami, ímž poskytuje možnost nastavení pozice dve í vzhledem k rámu. Pro správné uzav ení vnit ního prostoru je nutné, aby t sn ní doléhalo na rám ve všech místech. Dve e jsou uzav eny pomocí ty rota ních západek od firmy Southco, Inc. Madla umíst ná uprost ed dve í uvol ují rota ní západky v p ípad otevírání. Výhodou ovládacího madla je i zámek pro bezpe nost proti vniknutí do vnit ního prostoru v p ípad exteriérové aplikace systému RoboCont.
Obrázek 19 – Systém navržených sklopn posuvných dve í
Ovládací vozík v horní p ední ásti je sestaven obdobn jako v ásti zadní s tím rozdílem, že je vybaven areta ním epem od firmy ELESA+GANTER CZ s.r.o. Ten slouží jako pojistka proti necht nému pooto ení dve í b hem horizontálního posuvu. Popis P ední horní ovládací vozík
P ední spodní ovládací vozík Zadní spodní
pasivní vozík Zadní spodní pasivní vozík
Ovládání západek Západkové
epy Spojovací ty
Obrázek 20 – P ední horní ovládací vozík
Proces uzavírání je rozd len na t i fáze. První fáze je vid t na obrázku 21. P i najížd ní do koncové polohy je nejprve vysouván areta ní ep blokující rameno proti oto ení do uzav ené polohy. Zdvih tohoto epu je 6 milimetr . Hlava epu je zvednuta pomocí odjiš ovacího lenu z kluzného plastu. B hem toho je též aktivn tlumen pojezd dve í, aby nedocházelo k rázu nebržd né sestavy.
Obrázek 21 – 1. fáze skláp ní mechanismu – dojížd ní do koncové polohy
V druhé fázi, viz obrázek 22, je po nadzvednutí epu odjišt no rameno, které se m že nyní voln otá et. Pojezdový vozík je v koncové poloze a tlumi pln zasunut. Na obrázku 23 je zobrazena poslední fáze, kdy je rameno pln oto eno kolem své osy do uzav ené polohy.
Lineární vedení Spojovací
ty
Tlumi
Odjiš ovací len
Sestava zarážky
Blokovací drážka Blokovaný
ep
Obrázek 22 – 2. fáze skláp ní mechanismu – uvoln ní oto ného ramene
Obrázek 23 – 3. fáze skláp ní mechanismu – uzav ení
P i otevírání nelze dve mi posouvat, jelikož ep na rameni je blokován proti pohybu tvarovou vazbou, viz obrázek 24. Po vyjetí epu z drážky je op t zajišt no rameno pomocí pružinového pístku.
Ve spodní ásti je také oto né rameno o stejné délce jako ve vrchní ásti. Na rameno p sobí pouze malé síly od vyrovnání momentu vzniklého od odsazení dve í. Jelikož je zapot ebí, aby i spodní rameno bylo drženo v otev ené pozici, je spodní p ední vozík opat en odpruženým šroubem, kde kuli ka na pružin zapadá do drážky na rameni (obrázek 26). Aby nedocházelo k ráz m i ve spodní ásti, je v kolejnici lineárního vedení umíst n koncový blok s p išroubovaným silentblokem. Poloha tlumícího elementu se p išroubuje podle koncové pozice pojezdového vozíku. Sestava spodního vozíku je zobrazena na obrázku 25.
Obrázek 25 – Spodní p ední ovládací vozík
Obrázek 26 – ez spodním p edním ovládacím vozíkem
Mechanismus sklopn posuvného systému je níže zkontrolován z hlediska únosnosti nosných prvk .
Lineární vedení Spojovací
ty
Silentblok Oto né
rameno
Areta ní šroub Drážka ramene
Mezikus
Koncový blok Nosná deska
6.1 Výpo et sil p sobících na dve e
V první ásti byla ešena analýza silového zat žování nosných prvk . Hlavní initel zat žování je gravitace, která p sobí na dve e. Na lineární vedení bude ur itou silou p sobit i moment p i otev ených dve ích. Moment je zp soben vychýlením oto né páky z výchozí pozice. Pro nosné sou ásti bude provedena metoda kone ných prvk .
Hmotnost dve í s navedenými ocelovými lanky na otevírání je 130 kilogram . Hodnota se m že lišit od skute né, jelikož záleží na dílenském zpracování sou ástí.
Rozm rové schéma se sm ry zat žujících sil je zobrazeno na obrázku 27.
Obrázek 27 – Zat žovací schéma nosných prvk
[1]
Dve e jsou uchyceny za ramena v horní ásti. Spodní ramena jsou pouze vodící a slouží k vyrovnání momentové rovnováhy. Pro jednotlivé sm ry jsou rovnice rovnováhy následující:
[2]
[4]
Za p edpokladu že t žišt dve í je uprost ed a ramena jsou p esn podle rozm r , lze zjednodušit výpo et:
[5]
[6]
[7]
Po dosazení rovnic [5], [6], [7] do rovnic rovnováhy [2], [3], [4] jsou získány vztahy:
Ze soustavy rovnic lze vypo ítat hodnoty reakcí v horních a spodních záv sech:
[8]
[9]
[10]
Z vypo ítaných hodnot je vid t, že nejv tší zatížení p sobí v reakcích R1 a R2. To bylo také p edpokládané. Pro záv s bude provedena metoda kone ných prvk pro ov ení únosnosti navržených komponent.
6.2 Pevnostní výpo et komponent
Hlavní nosné prvky jsou, nosné desky osy, rameno, blok epu a epy 1 a 2 zajiš ující rota ní pohyb. Rameno je cylindrickou vazbou spojeno s vozíkem lineárního vedení pomocí epu 1 s kluznými pouzdry. Axiální sm r je omezen deskami os. Na rameno p sobí síla od šroubového spoje s podložkou, kterým je p id lán blok epu nesoucí hmotnost dve í.
Zatížení je p evážn ve vertikálním sm ru.
Obrázek 28 – Kontrolovaná sestava metodou kone ných prvk
Všechny prvky jsou navrženy z nerezav jící chrom-niklové oceli t ídy DIN 1.4301 (AISI 304, SN 17240) krom nakupovaných kluzných pouzder. Vzhledem k použití ve vn jším prost edí, kde budou komponenty vystaveny pov trnostním podmínkám, je cena vykoupena životností komponent. Mechanické hodnoty materiál , které byly použity v simulaci, jsou uvedeny v tabulce 6.
Materiál Hustota [Kg.m^-3]
Pevnost v tahu [MPa]
Mez pružnosti [MPa]
Modul pružnosti GPa]
17 240 8800 520 - 720 210 210
Iglidur X 1440 - 100 8,10
Iglidur G 1460 - 210 7,80
Tabulka 6 – Mechanické vlastnosti materiál v simulaci [17] [32]
Analýza byla rozd lena do dvou ástí z d vodu snížení asové náro nosti výpo tu.
Nosné rameno je lenem nacházející se v obou simulacích. epy nelze kontrolovat pouze pomocí lineárního výpo tu, ale je zapot ebí použít kontaktní analýzu. Stejn tak i pro výpo et otla ení od šroub , spojujících desku osy s vozíkem lineárního vedení, je t eba použít tuto metodu pro zjišt ní výsledk p ibližujících se realit . Stavy sestav ve fázi preprocesingu jsou zobrazeny na obrázcích 29 a 30.
Deska osy horní Rameno
Blok epu
Desky osy spodní ep 1
ep 2 Kostka spoj. ty e
Obrázek 29 – Preprocesing simulace první ásti mechanismu
Obrázek 30 – Preprocesing simualce druhé ásti mechanismu
6.2.1 MKP pro nosné rameno
Z výsledk analýzy vychází maximální posunutí prvku sestavy 0,68 mm na konci oto ného ramene, což se dalo p edpokládat. Posunutí je tém zanedbatelné a neovlivní funk nost systému.
Obrázek 31 – Maximální posunutí prvk sestavy
Výpo et metodou Von Mises vychází nejslabší místo komponenty v oblasti hrany válcové vazby kluzného pouzdra a epu 1. Hodnota nap tí je 63,2 MPa. Sou ást vyhovuje.
Obrázek 32 – Redukované nap tí Von Mises ramene Max. nap tí
63,2 MPa
Max. posunutí 0,68 mm
6.2.2 MKP pro ep 1
ep 1 je prvek vytvá ející cylindrickou vazbu mezi vozíkem lineárního vedení a páky. Na ep p sobí tlak od zatížené páky. Maximální redukované nap tí Von Mises je v míst osazení. V tomto míst bylo provedeno zjemn ní sít pro zp esn ní výsledk . Po výpo tu vyšla hodnota nap tí 59,3 MPa. Sou ást vyhovuje.
Obrázek 33 – Nap tí Von Mises na epu 1
6.2.3 MKP pro nosné desky osy
Dalšími analyzovanými komponentami, jsou horní a spodní deska osy. Do spodní desky je p išroubován ep 1. Ze spodní strany je p ichycena k lineárnímu vedení pomocí zápustných šroub s kuželovou hlavou. Velikost redukovaného nap tí spodní desky je 37,14 MPa (Obrázek 34) a maximální posunutí prvk je 0,1 mm (Obrázek 35). Sou ást vyhovuje.
Max. nap tí 59,3 MPa
Obrázek 34 – Nap tí Von Mises spodní desky osy
Obrázek 35 – Posunutí prvk spodní desky osy
Obdobn je tomu pro horní desku osy. Je p id lána pomocí šroub s kuželovou hlavou k lineárnímu vedení. Skrz otvor v ele je dotykovou vazbou spojen ep 1 s deskou osy. Maximální nap tí se vyskytuje v míst spojení šroubu s deskou a má hodnotu 38,4 MPa (Obrázek 36). Maximální hodnota posunutí prvk 0,14 mm (Obrázek 37). Sou ást vyhovuje.
Max. nap tí 59,3 MPa
Max. Posunutí 0,1 mm
Obrázek 36 – Redukované nap tí Von Mises horní desky osy
Obrázek 37 – Posunutí prvk horní desky osy
6.2.4 Výpo et kontaktního tlaku pro kluzná pouzdra epu 1
Mezi epem 1 a ramenem jsou pro zajišt ní rotace vložena kluzná pouzdra od firmy igus® GmbH. Ty jsou vzhledem k ostatním sou ástem citliv jší, jelikož jsou vyrobeny z plastu. Hodnota kontaktního nap tí je 52,2 MPa (Obrázek 38). Maximální tlak daný výrobcem, který jsou schopna pouzdra vydržet, je 150 MPa. Navržené sou ásti vyhovují.
Max. Posunutí 0,14 mm Max. Nap tí
38,4 mm
Max. tlak 52,2 MPa
6.2.5 MKP pro blok epu
Blok epu slouží jako nosný prvek konzoli. Otvorem uprost ed je veden ep 2, který slouží jako pant, okolo kterého se blok epu otá í. Kluzný styk bloku s epem je realizován pouzdrem od firmy Igus. Po stranách jsou otvory pro šroubový spoj konzoli dve í. V míst hlavy šroubu byla zavedena síla od hmotnosti dve í o velikosti 319 N. Z výpo tu vyplývá, že nejv tší nap tí je v oblasti styku kluzných pouzder s blokem epu. Velikost redukovaného nap tí je 5,8 MPa viz obrázek 39. Posunutí prvk sou ásti je zobrazeno na obrázku 40.
Obrázek 39 – Nap tí Von Mises na bloku epu
Obrázek 40 – Posunutí prvk na bloku epu Max. Posunutí
0,1 mm
Max. Nap tí 38,4 mm
6.2.6 MKP pro ep 2
ep 2 je vedlejší nosný prvek tvo ící druhou cylindrickou vazbu mezi pákou a blokem epu. Byl zvolen p esný lícovaný šroub dle normy SN 02 1111 velikosti M10x80.
Nejvyšší nap tí bylo analýzou vypo ítáno v míst p echodu lícované ásti a hlavy šroubu a má hodnotu 12,1 MPa. Sou ást vyhovuje.
Obrázek 41 – Redukované nap tí Von Mises epu 2
6.2.7 Výpo et kontaktního tlaku pro kluzná pouzdra epu 2
Mezi epem 2 a ramenem jsou pro zajišt ní rotace vložena kluzná pouzdra od firmy igus. Ty jsou vzhledem k ostatním sou ástem citliv jší, jelikož jsou vyrobeny z plastu.
Hodnota kontaktního nap tí je 11,1 MPa. Maximální tlak daný výrobcem, který jsou schopna pouzdra vydržet, je 78 MPa. Navržená pouzdra vyhovují
Obrázek 42 – Kontaktní tlak na kluzných pouzdrech na epu 2 Max. tlak
11,1 MPa Max. Nap tí
12,1 MPa
6.3 Výpo et únosnosti lineárního vedení
Systém se skládá z vodící kolejnice z eloxovaného hliníku s ty emi z nerezové oceli a vozík z eloxovaného hliníku s rolnami z nerezové oceli. B žn se používají tvrdochromované kalené broušené ty e. Pro aplikaci v námo ním kontejneru, kde se p edpokládají zvýšené požadavky na prost ední, je vhodn jší použít nerezové vodící ty e.
Vozík má t i rolny, z ehož jedna rolna je excentrická a slouží pro vymezení v le na pojezdových ty ích. Zvolené lineární vedení compact s ozna ením CI65-35 od firmy T.E.A.
TECHNIK s.r.o. má hodnoty únosnosti uvedené v tabulce 7.
Sm r p sobení sil od zatížení dve í je vid t na obrázku 27. Síla p sobící na lineární vedení je v opa ném sm ru a je tedy shodná se silou Fr, jak je zobrazeno na obrázku 43.
Obrázek 43 – Sm r p sobení zat žujících sil [15]
Moment Mx [Nm] 26
My [Nm] 78
Mz [Nm] 45
Zat žující síla Fa [N] 1200
Fr [N] 4000
Tabulka 7 – Maximální zatížení lineárního vedení [15]
Zatížení od dve í má hodnotu 638 N jak je vypo teno v rovnici [8]. Maximální zatížení lineárního vedení, které p sobí na dv pojezdové kladky a ne na kladku excentrickou, je 4000 N. Z toho vyplývá bezpe nost zatížení lineárního vedení.
!!!
" # [11]
6.4 Výpo et síly pro posuv dve í
Síla pot ebná pro posuv dve í je závislá pouze na odporu valení lineárního vedení, p esn ji e eno odpor nosných kladek a t ení v ložiskách. Hlavní parametry mající vliv na odpor valení jsou zatížení, pr m r kol a materiál jízdní plochy kola. Na pohyb bude mít zanedbatelný vliv typ ložisek, teplota, prokluzování kol a mazivo. [19]
Obrázek 44 – Vozíky lineárního vedení s osazením
Výpo et odporu valení se vypo ítá podle vztahu [11]. V p ípad že je t ení ocel na ocel je sou initel ramena valivého odporu = 0,002.
$ % &'(
) [12]
Jak je vid t na obrázku 44, bude docházet k valivému odporu na krajních i prost ední excentrické kladce, zajiš ující vymezení v kolejnici, jelikož také p enáší áste n zatížení na kolejnici. Polom r kladky je 35 mm. Zatížení od dve í, které je vypo ítáno v bod 6.1, je rozloženo na 6 nosných kladek:
* '(
"
+,
" [13]
Po dosazení snížené hodnoty [13] do vzorce [12] vychází síla pot ebná k p ekonání t ení:
$ & * -
Celkové t ení je sou et všech t ení p sobících proti pohybu dve í:
$./0* [14]
Síla pot ebná pro pohyb dve í je 146 N. Podle normy ISO 11228-2:2003 je stanovena síla pro rozb h, která by nem la p esahovat 400 N a síla p i pohybu by nem la p esahovat 200 N. Hmotnost dve í pro bezpe ný posuv na krátkých drahách pod 200 kg je
považována za bezpe nou, nad limit by byl považován za kritický. Pro vyšší hmotnosti dve í by bylo vhodné využít pohonu.
6.5 Výpo et maximální síly únosnosti západek
Pro uzavírání dve í byly navrhnuty západky od firmy Southco Inc., konkrétn systém s pojmenování R4 – rota ní západky. Jde o robustní ešení pro zavírání dve í a panel pro vozidla a za ízení do ztížených podmínek. Západky poskytují ur itou míru tolerance v i poloze uzavíracího epu. Pro oto ení rota ní západky je pot eba relativn nízká p ítla ná síla se sou asnou vysokou odolností proti otev ení. Systém spl uje podmínky pro bezpe nost v automobilovém pr myslu a i v aplikacích pro námo ní pr mysl.
Západka je vhodná pro aplikaci, jelikož její konstrukce je vhodná do tenkých prostor . Ovládání západky je pomocí ocelového lanka vedeného v bowdenech, které jsou p ichyceny do konzolových profil poskytované výrobcem.
T lo západky je vyrobeno z oceli, a už b žné konstruk ní s dodate ným zinkováním povrchu i nerezav jící. Uvnit západky je integrován pryžový tlumi pro eliminaci vibrací a slabých ráz . Vizualizace západky je na obrázku 45. [14]
Obrázek 45 – Rota ní západka R4-10-32-105-20 [14]
Trn má pro daný typ západky pr m r 9 mm. Pro upevn ní je trn opat en závitem M8. jako kryt je mezi závitem a trnem podložka s gumovým o-kroužkem pro ut sn ní spoje.
Montáž je pomocí imbusového klí e (Obrázek 46). [14]
Obrázek 46 – Trn od firmy Shouthco jako protikus západky [14]
Výše uvedená západka má opakovatelnost 40000 cykl pro zatížení 100N což je hodnota množství opakování uzav ení a otev ení západky. Maximální síla, p i které dojde k poškození trnu nebo západky je 3600 N. [14]
Obrázek 47 – Rozmíst ní trn p ipevn ných na rámu
Dve e jsou p ipevn ny ve ty ech bodech dle obrázku 47. V p ípad nárazu sou ásti doprost ed dve í je maximální zádržná síla rozložená rovnom rn do všech upevn ní následující:
Blokovací trn
Rám
Jde pouze o ideální p ípad a maximální sílu bez sou initel bezpe nosti, kterou všechny západky vydrží. V p ípadu budou v záb ru maximáln dv západky. Pro bezpe nost dve í je zvolen sou initel 3, o kterou bude ponížena hodnota používané síly.
12/13
"!!
[15]
6.6 Výpo et energie pohlcené tlumi em
Za p edpokladu že maximální posuvová rychlost dve í bude 0,5 m.s-1 a hmotnost 130 kg, lze vypo ítat kinetická energie, která je pot eba utlumit v koncové poloze pojezdu:
4* 56 7 [16]
Z vypo teného vztahu byl, za pomoci katalogu na stránkách Festo, s.r.o., vybrán tlumi DYSR-16-20-Y5. Maximální energie, kterou je schopný pohltit je 32 J, což je pro aplikaci v zadání dostate né. Zdvih tlumi e je 20 mm. Ze vzorce pro výpo et práce [12], lze vypo ítat síla, kterou bude kinetická energie od dve í p sobit na koncovou sestavu mechanismu. [30] [31]
8 $ 9 :7; [17]
Po úprav vztahu a dosazení hodnot
$
8 9
6.7 Bezpe nostní požadavky na posuvné dve e
Z hlediska bezpe nosti by m li být dve e otestovány následujícími normami pro zaru ení zdraví obsluhy.
6.7.1 Odolnost proti pr razu
Bezpe ností ochranných kryt se zabývá norma SN EN ISO 23125 pro soustružnická centra a SN EN 12417 + A2 pro frézovací centra. I p esto, že se nejedná vyložen o soustruh i frézu, je princip robotického obráb cího centra na podobném principu a je možné využít poznatky z obráb ní kov . Norma se zabývá balistickou zkouškou kryt , kdy projektil o dané hmotnosti a rychlosti je na zkušební stolici vyst elen do nejchoulostiv jšího místa. Z pravidla to bývá pozorovací pr hled. Zkušební stolice je vid t na obrázku 49, kde 4 je rám pro uchycení krytu, 5 je zkoušený kryt, 6 je ochranný kryt pro obsluhu za ízení, 1 zásobník se stla eným vzduchem, 2 ovládací panel, 3 hlave . [23][24][25]
Obrázek 49 – Zkušební stolice [23][24]
V p ípad dve í z návrhu je to okno o rozm ru 700x500 mm. Skladba okna je vid t na obrázku 50. Na levém okraji je plech na vnit ním okraji dve í. P ed plexisklem a za ním je ocelová m íž s gumovým t sn ním, pro zvýšení tuhosti a zaru ení prachot snosti.
Speciální vysokopevnostní plexisklo PLEXIGLAS Resis 100 Clear 0RA00 od firmy Evonik Industries AG je nerozbitné v i Charpiho nárazové zkoušce dle normy ISO 179/1 fu. [26]
Obrázek 50 – Skladba okna navrženého ešení
Jelikož je v kontejneru umíst n šestiosý robot ur ený na obráb ní, je možné, že by v p ípad výpadku elektrické energie i jiné závad , mohlo dojít ke kolizi robota se st nou kontejneru, p ípadn s navrhovanými dve mi. Jednalo by se o d j, kde by záleželo na rychlosti, hmotnosti a místu kolize. S destrukcí daného místa se po ítá, jde však o to, aby nedošlo k proražení plášt kontejneru. Jelikož není znám p esný typ robota, který bude umíst n v systému RoboCont, nelze p esn ur it požadované hodnoty pro crash analýzu.
Ve výpo tu by byl zjišt n pom r, jakým se kolize rozloží na energii deformaci dve í a energii pohlcenou rota ními západkami a poté by byla stanovena maximální rychlost, jakou by se robot mohl pohybovat.
6.7.2 Elektronické blokování dve í
Pro zajišt ní bezpe nosti b hem obráb ní je požadováno firmou zajistit dve e elektronickým blokovacím za ízení firmy Euchner. Elektronické blokování dve í se ídí normou SN EN ISO 16090-1, kterou blokovací za ízení spl uje. Pohled na za ízení je na obrázku 52.
Obrázek 51 – Elektronické blokovací za ízení CTP od firmy Euchner [29]
Zámek funguje na mechanickém principu. Po uzav ení prostoru je uzam en blokovacím epem na pružin , a dokud není p ivedeno nap tí na solenoid, z stává uzav eno. Za ízení je kontrolováno z hlediska vysunutí aktuátoru a pro p ípad zkratu vysílá pulzní signály pro ov ení funkce. Blokovací síla je 2600N [29]
7. Záv r
Práce se zabývala návrhem posuvných dve í pro robotizované pracovišt umíst né v námo ním kontejneru pro firmu MiCo Robotic, p esn ji e eno pro systém RoboCont.
Skládala se z n kolika ástí. Podklady, ze kterých bylo erpáno, byly rozd leny do dvou ástí. První ást obsahovala základní rozd lení námo ních kontejner , které se ídí podle norem ISO. Druhá ást popisovala r zné systémy posuvného vedení se zajišt ním t sn ní dve í i vrat proti p sobení vnit ního a vn jšího prost edí. Byly popsány systémy pro námo ní kontejnery, osobní a nákladní automobily, mrazírenské provozy, plastová okna pro domy a posuvné kování pro nábytek.
V cíli práce byl popsán plán postupu návrhu posuvných dve í. Praktická ást obsahuje skupinu návrh r zných posuvných systém . Byly navrženy ty i mechanismy.
Jednoduchý mechanismus posuvu dve í s kartá ovými lištami, drážkový systém vedení dve í pomocí tvarové vazby a uzav ení pomocí oto ného epu, posuv ve dvou osách s p ísuvem pomocí klínové tvarové vazby a na záv r posuvn sklopný systém zavírání dve í. Všechny návrhy byly zhodnoceny a vybráno jedno ešení.
Nejvhodn jší ešení, které by splnilo požadavky firmy MiCo Robotic je posuvn sklopný mechanismus dve í. Systém byl navržen a zkonstruován s celkovým zasazením dve í do rámu kontejneru. Pro lineární vedení, uzavírání a t sn ní bylo využito standardizovaných prvk jako úspora náklad na výrobu komponent. Ostatní sou ásti je t eba vyrobit dle výkres p iložených k této práci.
Dále je v praktické ásti uveden statický výpo et sil, p esn ji jak p sobí zatížení dve í na nosná ramena. Dále je provedena kontaktní analýza metodou kone ných prvk v simula ním prost edí programu Creo parametric s následným vyhodnocením a porovnáním v i referen ní hodnot zvoleného materiálu. Krom metody kone ných prvk je proveden výpo et únosnosti lineárního vedení a bezpe nosti západkového systému uzavírání dve í. Pro ru ní posuv byl proveden výpo et síly pot ebné pro uvedení dve í do pohybu z klidu. Byl vypo ítán tlumi , který snižuje ráz vyvolaný p i dojezdu dve í do uzavírací polohy. Na záv r bylo popsáno testování kryt u stroj a podobných za ízení z hlediska bezpe nosti provozu podle r zných norem.
Navržené posuvné dve e jsou nejen vhodné pro ú ely systému RoboCont, ale pro jakoukoliv aplikaci námo ního kontejneru, kde by bylo pot eba snížit zástavbové nároky dve í za sou asné prachot snosti v i vn jšímu i vnit nímu prost edí kontejneru.
Zdroje
[1] Interní dokumenty firmy MICo robotics spol. s.r.o.
[2] Rozm ry kontejner [online]. [cit. 2019-02-22] Dostupné z:
http://www.litomysky.cz/drahy/kontrozm.htm
[3] ERVINKA, Pavel. Návrh a výpo et nového modulárního ISO kontejneru pro p epravu sypkých hmot. Plze , 2014. Diplomová práce. Západo eská univerzita v Plzni.
Fakulta strojní.
[4] SN ISO 668. Kontejnery ady 1 - T íd ní, rozm ry a brutto hmotnosti. Praha: eský normaliza ní institut, 2005.
[5] SEKAVA, Jan. Návrh laboratorního modelu kontejnerového manipulátoru. Brno, 2018. Bakalá ská práce. Vysoké u ení technické v Brn . Fakulta strojní.
[6] Speciální kontejnery KOVAR [online]. [cit. 2019-02-22] Dostupné z:
http://www.kovar.eu/cz/produkty/specialni-kontejnery/
[7] Shipping Container Modifications - Steel Sliding Door [online]. [cit. 2019-02-22]
Dostupné z: https://ca-containeralliance.com/containers/modifications/custom/sliding- steel-doors/#/
[8] LÁF JZ s.r.o., Nová Paka. Záv sný mechanizmus posuvných dve í. eská Republika. Užitný vzor CZ 8393 U1. 28.01.1999
[9] InLine XL - Hettich [online]. [cit. 2019-02-22] Dostupné z:
https://www.hettich.com/cz_CS/vyrobky/systemy-pro-skladane-a-posuvne- dvere/kovani-posuvnych-dveri-s-hornim-nosnym-profilem/inline-xl.html
[10] Products - Cinetto - Cinetto [online]. [cit. 2019-02-22] Dostupné z:
https://www.cinetto.it/en/Product/
[11] SIEGENIA brings spaces to life [online]. [cit. 2019-02-23] Dostupné z:
https://www.siegenia.com/cs/
[12] ] FIEDLER VLADIMÍR ING., KOPECKÝ IVAN ING., BAUER JAROSLAV ING., ŠTEFÁNIK FRANTIŠEK ING.. Výkyvné posuvné dve e zejména pro dodávkové a
[13] KRAUS VIKTOR ING., ŽÁK ADOLF, Praha. Výkyvn posuvné dve e pro vozidla.
eskoslovensko. Patent CS 206106. 10.12.1980
[14] Southco - Latches, Hinges, Fasteners, Engineered Access Hardware [online]. [cit.
2019-02-24] Dostupné z: https://www.southco.com/en-us/
[15] Lineární vedení Compact | T.E.A. TECHNIK s.r.o. [online]. [cit. 2019-03-21]
Dostupné z: https://www.teatechnik.cz/compact/
[16] HAUTAU GmbH, 31691 Helpsen, DE. Kompaktní pojezdový vozík pro podéln pohyblivé t žké k ídlo. Patent EP 2384386. 24.05.2017
[17] NEREZOVÁ OCEL 1.4301 - INOX, spol. s r. o. [online]. [cit. 2019-03-24] Dostupné z: http://www.inoxspol.cz/nerezova-ocel-14301.html
[18] Jana Kalcevova – vícekriteriální hodnocení variant VHV [online]. [cit. 2019-04-03]
Dostupné z: http://jana.kalcev.cz/vyuka/kestazeni/EKO422-Vahy.pdf
[19] ízení a údržba pr myslového podniku [online]. [cit. 2019-04-05] Dostupné z:
http://udrzbapodniku.cz
[20] Valivé t ení (valivý odpor) a rameno valivého odporu | Fyzikální tabulky [online].
[cit. 2019-04-05] Dostupné z: http://www.converter.cz/tabulky/valive-treni.htm [21] Smykové t ení | Eduportál Techmania [online]. [cit. 2019-04-05] Dostupné z:
https://edu.techmania.cz/cs/encyklopedie/fyzika/sila/odporove-sily/smykove-treni [22] Lift and Carry, Push and Pull Guidelines: Manual Handling in Denmark [online]. [cit.
2019-04-05] Dostupné z: https://2lift.com/lift-and-carry
[23] Norma SN EN ISO 23125. Obráb cí stroje – Bezpe nost – Soustruhy. Praha:
eský normaliza ní institut, 2018, 106 s. T ídící znak 504009
[24] SN EN ISO 16090-1. Bezpe nost obráb cích stroj – Obráb cí centra, Frézky, Postupové stroje – ást 1: bezpe nostní požadavky. eský normaliza ní institut, listopad 2018, Praha. 168 s. T ídící znak 505331
[25] ZLÁMAL, Josef. Kryty pracovního prostoru stroje. Brno, 2016. Diplomová práce.
Vysoké u ení technické v Brn . Fakulta strojního inženýrství. Vedoucí práce Ing.
Lubomír NOVOTNÝ, Ph.D.
[26] Nerozbitné plexisklo Plexiglas RESIST Plexiglas Resist | Plexisklo | Zenit [online].
[cit. 2019-04-07] Dostupné z: https://www.plexisklo.eu/nerozbitne-plexisklo-plexiglas- resist
[27] Bezpe nost strojních za ízení - Blokovací za ízení spojená s ochrannými kryty - Zásady pro konstrukci a volbu. eský normaliza ní institut, srpen 2014, Praha, 64 s.
T ídící znak 95329
[28] Bezpe nost strojních za ízení - Ochranné kryty - Obecné požadavky pro konstrukci a výrobu pevných a pohyblivých ochranných kryt . eský normaliza ní institut, únor 2017, Praha, 44 s. T ídící znak 501530
[29] Zámky CTP-AP « Euchner [online]. [cit. 2019-04-07] Dostupné z:
http://www.euchner.cz/produkty/bezpecnost/bezpecnostni-systemy/zamky-ctp-ap/
[30] Dom | Festo Czech Republic [online]. [cit. 2019-04-21] Dostupné z:
https://www.festo.com/cms/cs_cz/index.htm
[31] Práce, výkon, energie (rozpracováno) [online]. [cit. 2019-04-21] Dostupné z:
http://vyuka.jihlavsko.cz/prace-vykon-energie/index.htm
[32] energy chains, flexible cables, polymer bearings [online]. [cit. 2019-04-21]
Dostupné z: https://www.igus.cz/
Seznam obrázk
Obrázek 1 - Robotický systém RoboCont [1] ...10
Obrázek 2 – Rozd lení ložné plochy podle vyráb ných kontejner [2] ...12
Obrázek 3 – Umíst ní dve í na systému RoboCont [1] ...13
Obrázek 4 – Posuvná vrata od firmy Container alliance [7] ...14
Obrázek 5 – elní pohled na drážkový nosný profil s kladkami [8] ...15
Obrázek 6 – Bo ní pohled na kladku s drážkou [8] ...16
Obrázek 7 – Vizualizace sklopného systému firmy Hettich [9] ...17
Obrázek 8 – Vizualizace sklopného systému firmy Cinetto [10] ...17
Obrázek 9 – Systém PORTAL PSK comfort [11] ...18
Obrázek 10 – Sklopn posuvný systém firmy Hautau [16] ...19
Obrázek 11 – Sklopn posuvný systém u dodávkových dve í [12] ...20
Obrázek 12 – Pomocný systém otevírání dve í [12] ...21
Obrázek 13 – Západkový systém zajiš ování automobilových dve í [14] ...21
Obrázek 14 – elní pohled na sklopn posuvné dve e pro kolejová vozidla [13] ..22
Obrázek 15 – P dorys sklopn posuvných dve í [13] ...22
Obrázek 16 – Kolejnice s kartá ovými lištami ...24
Obrázek 17 – Vizualizace dve í s klínovým p ísuvem...25
Obrázek 18 – Sklopn posuvný systém ...26
Obrázek 19 – Systém navržených sklopn posuvných dve í ...28
Obrázek 20 – P ední horní ovládací vozík ...29
Obrázek 21 – 1. fáze skláp ní mechanismu – dojížd ní do koncové polohy ...29
Obrázek 22 – 2. fáze skláp ní mechanismu – uvoln ní oto ného ramene ...30
Obrázek 23 – 3. fáze skláp ní mechanismu – uzav ení ...30
Obrázek 24 – P dorys blokovací tvarové vazby ...30
Obrázek 25 – Spodní p ední ovládací vozík ...31
Obrázek 26 – ez spodním p edním ovládacím vozíkem ...31
Obrázek 27 – Zat žovací schéma nosných prvk ...32
Obrázek 28 – Kontrolovaná sestava metodou kone ných prvk ...34
Obrázek 29 – Preprocesing simulace první ásti mechanismu ...35
Obrázek 30 – Preprocesing simualce druhé ásti mechanismu ...35
Obrázek 31 – Maximální posunutí prvk sestavy ...36
Obrázek 32 – Redukované nap tí Von Mises ramene ...36
Obrázek 33 – Nap tí Von Mises na epu 1 ...37
Obrázek 36 – Redukované nap tí Von Mises horní desky osy ...39
Obrázek 37 – Posunutí prvk horní desky osy ...39
Obrázek 38 – Kontaktní tlak na kluzných pouzdrech epu 1 ...39
Obrázek 39 – Nap tí Von Mises na bloku epu...40
Obrázek 40 – Posunutí prvk na bloku epu ...40
Obrázek 41 – Redukované nap tí Von Mises epu 2 ...41
Obrázek 42 – Kontaktní tlak na kluzných pouzdrech na epu 2 ...41
Obrázek 43 – Sm r p sobení zat žujících sil [15] ...42
Obrázek 44 – Vozíky lineárního vedení s osazením ...43
Obrázek 45 – Rota ní západka R4-10-32-105-20 [14] ...44
Obrázek 46 – Trn od firmy Shouthco jako protikus západky [14] ...45
Obrázek 47 – Rozmíst ní trn p ipevn ných na rámu ...45
Obrázek 48 – Sestava blokovacího koncového lenu mechanismu ...46
Obrázek 49 – Zkušební stolice [23][24] ...47
Obrázek 50 – Skladba okna navrženého ešení ...48
Obrázek 51 – Elektronické blokovací za ízení CTP od firmy Euchner [29] ...49
Seznam tabulek
Tabulka 1 – Rozd lení ISO kontejner podle velikosti [3] ...11
Tabulka 2 – Rozd lení ISO kontejner podle ad [2] ...11
Tabulka 3 – Rozd lení ISO kontejner ady 1 [2] ...12
Tabulka 4 – Hodnocení variant metodou po adí ...27
Tabulka 5 – Hodnocení variant metodou po adí s váhou ...27
Tabulka 6 – Mechanické vlastnosti materiál v simulaci [17] [32] ...34
Tabulka 7 – Maximální zatížení lineárního vedení [15] ...42
Tabulka 8 – Seznam výkresové dokumentace ...59
Seznam použitých symbol
Zkratka Název Jednotka
Fv Zat žující síla od dve í [N]
g Gravita ní konstanta [kg.m^-2]
R1x Reakce v uložení 1 ve sm ru x [N]
R2x Reakce v uložení 2 ve sm ru x [N]
R1y Reakce v uložení 1 ve sm ru y [N]
R2y Reakce v uložení 2 ve sm ru y [N]
R3 Reakce v uložení 3 ve sm ru x [N]
R4 Reakce v uložení 4 ve sm ru x [N]
Fz Maximální síla uzavírací [N]
Fzbezp Síla uzavírací s koeficientem bezpe nosti [N]
k Sou initel bezpe nosti lineárního vedení [-]
Ft Síla pot ebná pro p ekonání odporu valení [N]
Fk Síla na kolo od zatížení dve í [N]
r Polom r pojezdového kola [mm]
Ftcelk Sou et odporových sil valení pojezdových kol [N]
Ftcoul Statický odpor valení pojezdových kol [N]
Fz Maximální síla výdržnosti západek [N]
Fzbezp Maximální síla výdržnosti západek s bezpe ností [N]
Ek Energie pohybu dve í k zatlumení [J]
W Práce vykonaná tlumením dve í [J]
Ft Síla p i tlumení dve í [N]
Seznam p íloh
P íloha 1: Výkresová dokumentace
íslo výkresu Název
000.00 SESTAVA POSUVNÝCH DVE Í
A00.00 DVE E
A00.02 KRYCÍ PLECH ZAVÍRÁNÍ
A00.03 KRYCÍ PLECH P EDNÍ
A00.04 KRYCÍ PLECH P EDNÍ 2
A00.05 NOSNÝ PLECH
A00.06 KOTVÍCÍ PLECH
A00.07 KRYCÍ PLECH SKLOPKY
A00.09 OKNO
A00.10 GUMA
A10.00 SVA ENEC DVE Í
A10.01 PLECH LEM
A10.02 PLECH LEM2
A10.03 P Í KA PRO ZÁMKY
A20.00 OKNO
A20.01 PLECH
A20.02 LEM
A20.03 LEM OKNA
A30.01 PLECH
A40.00 ZÁV S
A50.00 OKNO 2
A60.00 SVA ENEC OKNO
B00.00 VOZÍK HORNÍ SESTAVA
B10.00 VOZÍK HORNÍ P EDNÍ
B10.02 KOSTKA VYMEZOVACÍ TY E
B10.03 EP
B10.04 PÁKA OVLÁDACÍ
B10.06 PODLOŽKA 2
B10.08 BLOK EPU VRATA
B10.12 DESKA OSY_OVLÁDACÍ
B10.13 PODLOŽKA OVLÁDACÍ
B10.14 EP
B10.15 KOSTKA VYMEZOVACÍ TY E 2
B20.00 VOZÍK HORNÍ ZADNÍ
B20.01 PÁKA PASIVNÍ
B30.00 KONCOVÝ DORAZ
B30.01 ZARÁŽKA OVLÁDACÍ
B30.02 BLOKOVACÍ KUS
B30.04 DESTI KA KRYCÍ
B30.05 PLAST NÁJEZDOVÝ
B30.06 DRŽÁK TLUMI E
C00.00 VOZÍK DOLNÍ SESTAVA
C00.01 KRYCÍ PLECH
C00.03 DORAZ
C00.04 OVLÁDACÍ BLOK
C10.00 VOZÍK DOLNÍ P EDNÍ
C10.01 PÁKA
C10.02 DESKA
C10.03 MEZIKUS
C10.04 MEZIKUS 2
C10.06 EP
C10.08 ARETA NÍ PÁKA
C10.09 MEZIKUS ARETACE
C20.00 VOZÍK DOLNÍ ZADNÍ
C30.00 EP S DESKOU
C30.02 EP
D00.00 RÁM DVE Í
D00.01 BLOK EPU
Tabulka 8 – Seznam výkresové dokumentace
P íloha 2: CD s elektronickou podobou diplomové práce a 3D sestavou modelu
