Technická univerzita v Liberci Fakulta strojní
Bc. Jakub Jareš
Inovace zařízení pro lepení ventilátorů
Diplomová práce
2013
TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI
Fakulta strojní
Studijní program: N2301 - Strojní inženýrství
Obor: 3909T010 - Inovační inženýrství Zaměření: Inovace výrobku
Katedra částí a mechanismů strojů
Inovace zařízení pro lepení ventilátorů
Jméno autora: Bc. Jakub Jareš
Vedoucí DP: doc. Ing. František Borůvka, CSc.
Konzultant DP: Josef Just, Malina – Safety s.r.o., Jablonec nad Nisou
Rozsah práce a příloh:
Počet stran: 65 Počet obrázků: 48 Počet tabulek: 10 Počet příloh: 14 Počet výkresů: 14
V Liberci dne: 23. 5. 2013
Prohlášení
Byl jsem seznámen s tím, že na mou diplomovou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL.
Užiji-li diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.
Diplomovou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím diplomové práce a konzultantem.
V Liberci 23. 05. 2013 ……….
Jakub Jareš
Poděkování
Děkuji vedoucímu diplomové práce doc. Ing. Františku Borůvkovi, CSc. z katedry mechanismů a částí strojů TU v Liberci za poskytnutý čas a připomínky. Dále pak svému konzultantovi Josefu Justovi z firmy Malina-Safety za poskytnuté materiály, připomínky a čas strávený při konzultacích dané problematiky.
V neposlední řadě bych chtěl také poděkovat Ing. Jiřímu Šafkovi za zrealizování 3D tisku.
TÉMA:
INOVACE ZAŘÍZENÍ PRO LEPENÍ VENTILÁTORŮ
ANOTACE: Diplomová práce řeší inovaci jednoúčelového zařízení určeného k lepení ventilátorů ve firmě Malina-Safety s.r.o.. Inovace je zaměřena na návrh nového pohonu otáčení stolu a zlepšení operace dávkování lepidla. Po identifikaci požadavků je vypracováno 5 variant možných řešení. Následně je vybrána jedna, která je detailně rozpracována včetně výkresové dokumentace a výběru jednotlivých komponent.
Na konci jsou popsány přínosy inovace.
THEME: INOVATION OF VENTILATOR PASTING MACHINE
ANOTATION: This thesis sloves the innovation of single-purpose machine for ventilator pasting in the Malina-Safety s.r.o. company. Innovation is focused on creating new drive and improvement of glue applying. After identifing requirments is made 5 varaints of new solving. The best variant is elaborate with drawings and component choice. At the end of the thesis is evaluation of innovations benefits.
Klíčová slova: Inovace, jednoúčelový stroj, DFX
Zpracovatel: TU v Liberci, Fakulta strojní, Katedra částí a mechanismů strojů Dokončeno: 2013
Archivní označení zprávy:
7
Obsah
1. Úvod ... 10
1.1. Cíle práce ... 11
1.2. Představení společnosti Malina – Safety s.r.o. ... 12
2. Představení zařízení ... 13
2.1. Konstrukce stávajícího zařízení ... 13
2.2. Princip funkce stroje ... 15
2.3. Popis výrobků... 16
2.4. Postup lepení ventilátorů ... 16
2.5. Časový rozbor operace ... 17
2.6. Hlavní nedostatky současného zařízení ... 18
3. Naplánování projektu ... 19
3.1. Inovační záměr ... 19
3.2. Harmonogram inovace zařízení určeného k lepení ventilátorů ... 19
3.3. Inovační prohlášení ... 20
3.4. Inovační příležitosti ... 20
4. Návrh konceptů ... 21
4.1. Koncept 1- Posuvný stůl ... 22
4.2. Koncept 2 - Jednorázové stlačení ... 23
4.3. Koncept 3 - Krokový motor ... 24
4.4. Koncept 4 - Ultrazvukové svařování ... 25
4.5. Koncept 5 - Ruční stlačení ... 26
5. Výběr finálního konceptu ... 27
6. Metody detailního konstruování, DFX ... 30
6.1. Design for environment ... 30
6.2. Design for dissasembly ... 30
6.3. Konstruování s ohledem na snadnou údržbu ... 31
8
6.4. Konstruování s ohledem na snadnou instalaci ... 31
6.5. FMEA analýza ... 32
7. Zpracování vítězné varianty ... 33
7.1. Konstrukce nového řešení ... 34
7.2. Princip funkce inovovaného zařízení ... 35
7.3. Návrh pohonu zařízení pro lepení ventilátorů ... 35
7.3.1. Krokový motor ... 35
7.3.2. Výběr krokového motoru ... 36
7.4. Řetězový převod ... 39
7.4.1. Výpočet řetězového převodu ... 40
7.4.2. Rozměry velkého řetězového kola ... 41
7.4.3. Výpočet délky řetězu: ... 42
7.4.4. Výpočet sil a bezpečnosti řetězového převodu: ... 44
7.5. Návrh řízení pomocí PLC ... 45
7.5.1. Ovládání rozvaděče ... 46
7.5.2. Nulování polohy ... 47
7.5.3. Ovládací prvky ... 48
7.5.4. Programování krokového motoru ... 49
7.6. Návrh aplikace acetonu pomocí čerpadla ... 52
7.6.1. Princip funkce peristaltického čerpadla ... 52
7.6.2. Proces PolyJetMatrix ... 55
7.6.3. Aplikace ve firmě, nastavení čerpadla pro ventilátor CAB ... 56
7.7. Ekonomické zhodnocení - Náklady na přestavení zařízení ... 58
8. Závěr ... 60
Zdroje ... 62
Seznam příloh ... 64
Seznam výkresů ... 65
9
Seznam použitých zkratek
NATO - North Atlantic Treaty Organization F [N] – síla
p [MPa] - tlak mm - milimetr m [kg] – hmotnost t [°C] – teplota P [kW] – výkon
° - úhel Σ - suma d [mm] – průměr
bar – stará jednotka tlaku 3D – trojdimenzionální 2D – dvojdimenzionální
% - procenta V – volt
mA – mili Amper Kč – Koruna česká v [km/hod] – rychlost
FMEA - Failure Mode and Effect Analysis DFX – Design for X
TUL - Technická univerzita v Liberci PLC - Programmable Logic Controller α - úhel kroku motoru
ABS - Akrylonitrilbutadienstyren
10
1. Úvod
V dnešní době se každá firma snaží produkovat výrobky „rychle levně a kvalitně“. K tomuto cíli vede mnohdy velice náročná cesta a podniky se navzájem předhání v jednotlivých atributech hesla, protože jenom tak mohou získat náskok před konkurencí.
Jednou z možných cest, kterou si podniky mohou vybrat je automatizace svých výrobních procesů. Díky postupné automatizaci mohou najednou získat hned několik výhod najednou. Zrychlení procesu a zlepšení jakosti výrobků jsou nesporným přínosem, je však nutné brát v potaz finanční náročnost úprav a ujasnit si, zda je pro podnik výhodné investovat, nebo zda se spokojí s procesem založeným především na lidské práci.
Mnoho operací ve výrobních podnicích jde cestou částečné automatizace, kdy je ústředním prvkem stále lidská manuální síla, ale stroj práci značnou měrou usnadňuje. Jedná se o jednoúčelové stroje vyráběné přímo na základě přesných požadavků podniku.
Většina těchto strojů se skládá z nakupovaných dílů, poskládaných v jeden celek tak, aby splňovaly požadovanou funkci. Díky použití normovaných součástí je realizace stavby strojů rychlá a ekonomicky méně náročná než v případě, kdy by byl stroj kompletně vyvíjen.
Pokud je stroj správně navrhnut, jsou možná i jeho další dílčí vylepšení až na úroveň plné automatizace. Jednotlivé díly je také v případě odstavení stroje znovu využít na jiné aplikace v podniku.
Problematikou povýšení mechanického stroje na poloautomatický se bude tato diplomová práce zabývat.
11 1.1. Cíle práce
Cílem diplomové práce je inovace jednoúčelového zařízení určeného k slepování dvou plastových výlisků k sobě. Požadované vlastnosti spoje jsou těsnost, která je nejdůležitějším faktorem a dále pak vzhled spoje. Dělící rovina spoje by měla být co nejčistší, jelikož se v některých případech jedná o pohledovou stranu výrobku.
Pro inovaci výrobku je možné využít konstrukce stávajícího zařízení a přívodu elektřiny a rozvodu stlačeného vzduchu.
K práci je přistupováno jako k inovačnímu projektu a proto bude využito projektové plánování podle harmonogramu prací.
V úvodu diplomové práce bude představeno stávající zařízení sloužící k lepení výlisků a způsob práce s ním.
Po seznámení se současným stavem bude navrženo 5 různých konceptů, které budou zaměřeny na různá technická řešení problematiky použití a ovládání zařízení. Koncepty budou zpracovány jako skici a popsán princip jejich funkce.
Po vygenerování konceptů dojde k jejich roztřídění, ohodnocení jejich vlastností a výběru vítězné varianty.
Vítězný koncept bude dále detailně rozpracován včetně výběru komponent zařízení, výkresové dokumentace a ekonomického zhodnocení návrhu.
Pozornost při konstruování bude věnována především na ovladatelnost, spolehlivost a bezpečnost zařízení. K tomu poslouží metody DFX a FMEA.
12
1.2. Představení společnosti Malina – Safety s.r.o.
Společnost byla založena v roce 1990, tehdy jako výhradně obchodní společnost se zaměřením na svařovací techniku. Za dobu existence se podařilo vytvořit dobře fungující prodejní síť regionálních distributorů, která spolehlivě obsluhuje tisíce spokojených zákazníků v České republice a v zahraničí.
V následujících letech se společnost specializovala na návrh, vývoj a výrobu filtračně-ventilačních systémů CleanAIR, určených pro osobní ochranu uživatelů v různých průmyslových odvětvích. Značka Clean AIR je základem úspěšného exportu na světové trhy, kde je dlouhodobým cílem poskytovat technicky vyspělé a spolehlivé produkty v oblasti ochrany dýchacích cest. Samozřejmostí je proto systém řízení jakosti ISO 9001:2008 a AQAP 2110 – vojenský standard NATO. [1]
Obr.1 Sídlo firmy Malina Safety s.r.o. [1]
13 2. Představení zařízení
Zařízení bylo zkonstruováno v devadesátých letech minulého století a od té doby je ve firmě používáno. Přístroj slouží k stlačení lepených dílců k sobě. Pro stlačení dílů využívá pneumatických válců, které jsou napojeny na centrální rozvod stlačeného vzduchu s tlakem 6 barů. Základní rozměry zařízení jsou 1100 x 710 x 1172cm.
Na zařízení se k sobě slepuje několik typů výrobků, technologie lepení je u všech variant stejná. Velikost slepovaných dávek jednotlivých variant výrobků se liší a je závislá na požadavku zákazníka.
2.1. Konstrukce stávajícího zařízení Zařízení se skládá ze 4 hlavních částí:
1) Rámu
2) Otočné části osazené pneumatickými válci a rozvaděči 3) Posuvného mechanismu
4) Pracovní desky stolu s ovládacími prvky
Obr.2 Model zařízení v původním stavu, 1- rám, 2- otočná část, 3- posuvný mechanismus, 4- pracovní deska
Rám slouží jako nosný prvek celého zařízení. Jedná se o svařenec obdélníkových ocelových profilů. Které dohromady tvoří podstavec celého stroje.
14
Otočná část je tvořena třemi kruhovými deskami, sešroubovanými k sobě šestihrannými sloupky. Horní deska je osazena šesti pneumatickými válci, spínacími rozvaděči a rozvodem stlačeného vzduchu.
Obr.3 osazená horní deska Obr.4 sepnutý rozvaděč
Skrz první desku prochází písty válců, na jejichž koncích jsou umístěny přítlačné desky. Tyto desky následně dosedají na lepenou formu.
Obr.5 Střední deska
Střední deska otočného mechanismu slouží jako podložka pro usazení lepené formy. Zároveň jsou na ní vytvořeny vodící drážky, které slouží k zapolohování formy do správné pozice při zakládání.
Nejmenší, spodní kruhová deska slouží k uložení celého mechanismu k rámu.
Deska se opírá o ložiska připevněná k rámu, která zajišťují volný rotační pohyb podél svislé osy celého zařízení. Na spodní části desky jsou použity šrouby s velkou hlavou, které slouží jako zarážky pro posuvný mechanismus.
15
Obr.6 uložení stolu
Posuvný mechanismus se skládá z horizontálně uloženého pneumatického válce připevněného k rámu. Pro zvýšení tuhosti se válec pohybuje v kulise vytvořené z ploché desky.
Obr.7 posuvný mechanismus
Pracovní deska slouží jako prostor pro přípravu lepeného dílu, jsou na ní umístěny bezpečnostní dvoutlačítkové spínače, pomocí kterých se stroj uvádí do pohybu.
2.2. Princip funkce stroje
Stisknutím dvoutlačítkového spínače dojde k posunu horizontálního válce posuvného mechanismu. Ten se zapře do hlavy šroubu na spodní desce otočné části stroje a tím se celý mechanismus pootočí proti směru hodinových ručiček. Během otáčení stolu dojde k sepnutí rozvaděče umístěného na horní desce otočné části (kolečko rozvaděče je přitlačeno pomocí šikmé destičky viz. obr.4). Sepnutí rozvaděče dá pokyn válci, který se v tuto chvíli přesouvá před obsluhu k zasunutí (forma je uvolněna z tlaku) a válci, který se od obsluhy odsouvá k vysunutí (forma je stlačena). Postup se opakuje s každým vyráběným dílem.
16
Obr.8 postup operací
2.3. Popis výrobků
Na lepícím stroji se v současné době vyrábí několik typů výrobků. Největší podíl tvoří ventilátory pro filtrační jednotky. Filtračními jednotkami se bude tato práce nejvíce zabývat. Ve firmě Malina-Safety se používají tři typy ventilátorů, lišící se od sebe pouze tvarem. Jejich slepení probíhá stejnou technologií a to naleptáním struktury plastu acetonem, přitlačením lepených dílců k sobě a následným zavadnutím spoje. Pro každý typ lepeného výrobku je vyrobena speciální dřevěná forma, která v sobě má vyfrézovaný negativ tvaru výrobku.
Slepení je posledním úkonem prováděným na celé sestavě ventilátoru.
Na předchozích pracovištích dochází k předmontáži konektorů a vyvážení vrtulky na elektromotoru. K námi rozebíranému stroji už přichází pouze dva díly, spodní, osazený elektromotorem s vrtulkou a horní plastový výlisek.
Obr.9 zleva spodní díl, horní díl a hotová sestava ventilátoru
2.4. Postup lepení ventilátorů
Pracovnice musí založit spodní díl ventilátoru s vrtulkou do dřevěné formy, přímo určené tvarem pro lepený typ ventilátoru. Poté pomocí injekční stříkačky vyplní drážku ve výlisku acetonem. Dojde k naleptání plastu. Následně přiloží vrchní plastový díl sestavy a přiklopí ho druhou částí dřevěné formy. Uzavřenou formu vloží do prázdné pozice před sebou. Dále vyjme formu, která se přesunula do pozice před ní, sejme její
Stisk spínačů Vysunutí válce
Sepnutí rozvaděče během
otáčení
Vysunutí válce před oblsuhou a
zasunutí válce přijíždějícího
17
horní část, vyjme hotový ventilátor a uloží ho do příslušné přepravky. S prázdnou formou, která jí tímto zůstala na stole, celý proces opakuje. Obrázkový postup viz. příloha č. 1.
Obr.10 drážka pro vyplnění acetonem
2.5. Časový rozbor operace
Práce u stroje byla rozdělena na 13 dílčích činností, které byly následně měřeny pomocí stopek. Tento postup byl opakován 5x a hodnoty z něj nakonec zprůměrovány.
Celý proces byl měřen při lepení ventilátorů typu CAB.
Měření časů jednotlivých úkonů
č. činnost čas [s]
1 Vyjmutí spodního dílu z přepravky 2
2 Vyjmutí horního dílu z přepravky 2
3 Založení spodního dílu do formy 3
4 Uchopení injekční stříkačky s acetonem 1
5 Vyplnění drážky acetonem 12
6 Přiložení horního dílu 2
7 Uzavření formy 3
8 Vyjmutí formy ze stroje 2
9 Založení nové formy do stroje 3
10 stisk spínačů 2
11 Otevření formy 1,5
12 Vyjmutí hotového dílu z formy 2
13 Uložení hotového dílu do přepravky 3
Celkem 38,5
Tab.1 časová náročnost operace
Celkový čas na zhotovení jednoho slepeného celku činí 38,5 vteřiny. Čas se může lišit dle tvaru lepeného výrobku, jelikož drážky, které musí být vyplněny acetonem, nemají stejný rozměr. Měřením bylo zjištěno, že nejvíce času z celého procesu zabírá vyplňování drážky
Spodní část dřevěné formy
18
2.6. Hlavní nedostatky současného zařízení
Na základě konzultací se zaměstnanci firmy Malina safety s.r.o a pozorování práce na zařízení byly stanoveny dva hlavní nedostatky, které by měla tato práce co nejvíce eliminovat.
1) Problematický pohon 2) Aplikace acetonu
Problematický pohon je největším nedostatkem celého zařízení. Otáčení stolem pomocí horizontálně uloženého válce je nevhodné hned z několika důvodů. Posuv na principu opření válce o hlavu šroubu doprovází silné rázy procházející celým zařízením, tím může dojít k poškození jednotlivých komponent stroje. Otočení je velice nepřesné, není definována poloha zastavení a tak dochází k pootočení o více než 60°
a obsluha poté musí ručně otáčet stolem zpět na polohu, aby mohlo dojít k snadnému založení formy s výlisky.
Z těchto důvodů je v současné době posuv úplně odpojen a otáčení stolem provádí obsluha ručně. Musí zmáčknout ručně rozvaděč a poté pootočit stolem o 60°. Kompletně ruční obsluha je funkční, ale velice nebezpečná. Již několikrát došlo k případu, kdy obsluze válec sevřel prst mezi dosedací plochu a formu.
Druhým zásadním nedostatkem je aplikace acetonu na dělící rovinu výlisků (vyplnění drážky). Aplikace pomocí injekční stříkačky je velice nepřesná, není definováno přesné množství acetonu a tak může dojít k neúplnému slepení. V opačném případě, kdy obsluha aplikuje příliš velké množství acetonu do drážky, dojde po sevření k jeho vytečení z drážky na formu a boky dílu. Tím dochází k naleptání dílu z boku, což představuje problém z hlediska jakosti výrobků, u kterých je boční hrana pohledová a nesmí být narušena. Druhým problémem je následné obtížné vyjímání z formy kdy se naleptané boky výrobku přilepí ke stěnám formy a jejich vyjmutí je silově náročné.
19
3. Naplánování projektu
Plánování projektu je velice důležitou součástí inovačního procesu. Nevhodné naplánování může celý projekt odsoudit k neúspěchu ještě před jeho uvedením na trh, nebo již v jeho průběhu. Během plánování projektu dochází k identifikaci míst, na jaké se inovace zaměří, rozdělení práce mezi kolektiv a v neposlední řadě k určení termínů výstupů dílčích činností inovačního procesu. Plán je nutné během celého projektu sledovat, zda nedošlo k jeho porušení a nedodržování termínů. Samozřejmě je možné během projektu do plánu zasáhnout na základě nových poznatků a upravit ho podle potřeby. Se změnami by měl plán počítat a mělo by jim být přiděleno už v začátku místo v časovém harmonogramu. [2]
3.1. Inovační záměr
Vytvoření zařízení určeného pro slepení dvou plastových výlisků. Pomocí zařízení by mělo dojít k nerozebratelnému těsnému spojení. Obsluhu by měl zajišťovat jeden pracovník a měla by vyhovovat všem bezpečnostním předpisům. Zařízení musí být schopno lepit všechny potřebné druhy výrobků bez nutnosti složitého přestavení.
3.2. Harmonogram inovace zařízení určeného k lepení ventilátorů Celý projekt byl rozdělen do několika hlavních fází (milníků), které byly dále rozděleny na dílčí procesy. Každý úkol měl předem definovaný časový plán a během projektu bylo možné sledovat postup práce.
Plánování proběhlo pomocí Ganntova diagramu v programu MS Project. [3]
Celý Ganntův diagram harmonogramu práce viz. příloha č.2.
Obr.11 Ganntův diagram
20 3.3. Inovační prohlášení
Inovační prohlášení seskupuje všechny důležité informace o směru vývoje návrhu do přehledného popisu. Tento dokument obsahuje především jednovětý přínos inovace na zařízení, obchodní cíle, cílový trh, předpoklady a omezení návrhu a v neposlední řadě všechny účastníky inovačního procesu. [2]
Inovační prohlášení
Popis zařízení
Univerzální jednoúčelové zařízení určené k vytvoření nerozebratelného spojení dvou plastových výlisků Klíčové cíle Využití zařízení ve firmě Malina
safety s.r.o.
Primární trh Mateřská firma
Sekundární trh Společnosti s podobným výrobním programem
Předpoklady a omezení
Bezpečnost práce, přesné polohování do zařízení, možnost použití na více typů výrobků, bezporuchovost Účastníci inovačního procesu Jakub Jareš
Tab.2 Inovační prohlášení
3.4. Inovační příležitosti
Proces plánování začíná při identifikaci příležitostí. Tyto inovační příležitosti mohou být založeny na několika základních faktorech.
Derivátu existující platformy
Dílčím zlepšením existujícího výrobku
Úplně novým výrobkem
Mezi metody vhodné pro tuto fázi inovačního procesu patří zejména metody propracované v rámci teorie marketingu a benchmarkingu jako jsou například:
Analýza problémů
Interview s uživateli
Studium konkurenčních výrobků
Analýza stavu nově se vyvíjejících technologií
21
Výstupem z této fáze by měl být soupis míst (inovačních příležitostí), na které bychom se měli dále při práci zaměřit.
Na základě konzultací a sledování ve firmě Malina – Safety byl vygenerován následující seznam inovačních příležitostí:
Díky zařízení by mělo dojít k nerozebratelnému spojení svou plastových výlisků
Zařízení je univerzální pro více typů výrobků
Práce na zařízení je bezpečná
Zařízení je bezporuchové
Zařízení je schopné obsluhovat jeden člověk
Zakládání do zařízení je přesné
Zařízení je tiché
Obsluha zařízení není komplikovaná
Na zařízení bude možné používat stávající přípravky
Uživatel má možnost nastavení času lepení
Aplikace media určeného k lepení dílů je automatizována
Zařízení je ekologické
Zařízení by mělo splňovat limity nosnosti podlahy
Na zařízení by měly být použity snadno vyměnitelné díly
Zařízení bere ohled na počet forem ve firmě [2]
4. Návrh konceptů
V této kapitole bude postupně rozebráno 5 vlastních návrhů konceptů vycházejících z předchozích poznatků získaných ve fázi plánování inovace výrobku.
V závěru kapitoly bude provedeno rozdělení jednotlivých konceptů, ohodnocení a následný výběr vítězného konceptu.
22 4.1. Koncept 1- Posuvný stůl
Zařízení by se skládalo ze tří hlavních částí, obdélníkového rámu, vodorovného a dvou svislých pístů. Rám by tvořila obdélníková konstrukce svařená ze čtyřhranných ocelových profilů, na které by byly usazeny dvě desky navzájem spojené šestihrannými sloupky. Vodorovný válec by byl uložen pod spodní deskou a směřoval by kolmo k tělu sedící obsluhy. Na vodorovný válec by byla připevněna deska, která by byla široká jako dvě pozice na stroji a měla by na sobě dvě drážky pro uložení forem.
Pracovní postup přípravy formy by byl totožný s přípravou formy v současném stavu.
Ve chvíli, kdy obsluha založí připravenou formu do pozice 2, sepne dvoutlačítkový spínač, dojde k posuvu stolu. Forma na pozici 2 se pomocí vodorovného válce přesune do polohy 1 a forma z pozice 3 se dostane do pozice 2. Následně dojde k vysunutí válce v poloze 1 a tím k stlačení formy. Nyní obsluha vyjme z pozice 2 formu, vyjme slepený díl a připraví si nový, ten následně vloží zpět do pozice 2 a sepne dvoutlačítkový spínač. Nejdříve dojde k zasunutí válce na pozici 1, dále k vysunutí vodorovného válce, forma, která byla v současné době na pozici 1, se dostává do pozice 2 a forma z pozice 2 do pozice 3, nakonec dojde k vysunutí válce v pozici 3. Takto se celý proces opakuje.
Pozice 1 a 3 by musely být osazeny čidly pro kontrolu přítomnosti formy, aby nedocházelo k vysunutí válce naprázdno, pokud by nebyla pozice obsazena, zejména při začátku práce nebo při jejím dokončování, kdy již nebudou obě posuvné pozice obsazeny formami.
Obr.12 koncept 1 – Posuvný stůl
23 4.2. Koncept 2 - Jednorázové stlačení
Před obsluhou budou tři na sobě nezávislé svisle uložené pneumatické válce.
Obsluha si připraví formu a vloží ji do stroje. Pomocí dvoutlačítkových spínačů dojde k vysunutí pístnice na válci, pod kterým je založena forma s výrobkem. Čas stlačení by byl řízen podle PLC. V PLC by byl nastaven čas, po který musí být forma vystavena tlaku a po uplynutí tohoto času by se válce automaticky zasunuly.
Součástí zařízení by musely být tři snímače přítomnosti formy. Každý by byl umístěn pod jedním z válců a dával by PLC informaci, zda je pozice obsazena nebo je prázdná. Na základě této informace by došlo k vysunutí válce po stisku ovládacích spínačů. Na zařízení by bylo možné využít válce ze stávajícího zařízení a forem pro zakládání lepených dílců. Rám by bylo nutné vytvořit nový.
Obr.13 koncept 2 – Jednorázové stlačení
24 4.3. Koncept 3 - Krokový motor
Základ zařízení i postup práce by byl stejný jako v současném stavu, ale otáčení by zajišťoval krokový motor, díky němuž by bylo možné dosáhnout přesných poloh vůči obsluze. Další výhodou by byla možnost otáčet stolem na jedno sepnutí o dvě pozice nebo také střídání pouze mezi dvěma pozicemi (otáčení v obou směrech) v případě, že nebude dostatečný počet forem, aby bylo obsazeno všech 6 poloh.
Byl by použit rám ze současného zařízení i rozvod pneumatiky a usazení svislých pneumatických válců na otočném stole. Otočná část by se musela vybavit čidlem, pomocí kterého by vždy na začátku práce došlo k natočení stolu do nulové polohy, od které by se dále stůl natáčel. Součástí elektroniky by musela být také řídící jednotka pro ovládání krokového motoru a přepínač, na kterém by bylo možné nastavovat program, podle kterého se má stůl otáčet.
Úpravou by musel projít také systém spínání rozvaděčů jednotlivých válců, aby bylo možné vynechávat pozice nebo otáčet stolem v opačném směru.
Obr.14 koncept 3 – Krokový motor
25
4.4. Koncept 4 - Ultrazvukové svařování
Ve čtvrté navrhované variantě by došlo k nahrazení technologie lepení plastových výlisků ventilátorů pomocí acetonu spojováním pomocí ultrazvuku.
Tato technologie je velice rychlá a uživatelsky nenáročná.
Zařízení by se skládalo z rámu otočné desky se čtyřmi pozicemi a samotnou ultrazvukovou svářečkou.
Do pozice před obsluhou by se usadily na sebe oba výlisky a pomocí dvoutlačítkového spínače by se otočná deska pootočila proti směru hodinových ručiček.
Ve druhé pozici by došlo k detekci přítomnosti dílu, aby nedošlo na následující pozici při svařování k vysunutí sonotrody naprázdno. Do pozice před obsluhou by se opět založil nový díl a opět by se pootočilo deskou sepnutím spínačů, díl z druhé pozice se nyní dostane do třetí, pod svářečku. Ze svářečky se vysune sonotroda vytvoří tlak na založené dílce a spustí se ultrazvukový impulz, dojde k okamžitému spojení obou součástí. Proces svařování trvá přibližně 2 vteřiny včetně pohybu sonotrody k lepenému dílu. Po každém posunutí obsluha vyjme hotový výrobek a založí dva nesvařené dílce.
Proces je velice efektivní ale také nákladný. Pro každý výrobek by musela být vyrobena speciální sonotroda a lůžko pro zakládání dílů. Dále by muselo dojít k úpravě forem pro vstřikování výlisků, jelikož současný tvar drážky na výstřicích neodpovídá technologickým předpisům pro ultrazvukové svařování.
Obr.15 koncept 4 – Ultrazvukové svařování 3
1 2 4
26 4.5. Koncept 5 - Ruční stlačení
Pátá varianta představuje jednoduché zařízení ovládané ruční pákou umístěnou na vrchní části přípravku. Zařízení se skládá z páky s excentrem, dvou desek a čtyř vodících tyčí s pružinami.
Nejprve by se vložila připravená forma mezi dvě desky, při otáčení páky kolem své osy by docházelo k otáčení excentru, ten by postupně přibližoval horní desku k formě a nakonec vytvořil dostatečný tlak na formu. Při vytvoření tlaku by se páka zaaretovala a forma by se nechala pod tlakem potřebný čas. Po setrvání v tlaku by se ručně odaretovala a pružiny by od sebe roztáhly obě desky. Forma by se mohla bezpečně vyjmout a vložit další.
Zařízení je jednoduché a bylo by ho možné vytvořit ve vícenásobném provedení, kdy by obsahovalo více pozic, z nichž každá by měla každá z nich svou nezávislou páku, nebo by byly spojeny přes jednu páku a docházelo by k dotlačování více forem najednou. Práce na zařízení by byla fyzicky náročnější a nebylo by možné využít díly ze současného zařízení. Jeho hlavní výhodou by byl bezúdržbový provoz.
Obr.16 koncept 5 – Ruční stlačení
27
5. Výběr finálního konceptu
Výběr konceptu byl proveden pomocí dvou srovnávacích tabulek. Z první vzešly tři nejlepší koncepty, které byly dále porovnávány podle váhy jednotlivých srovnávacích parametrů. Srovnávání v první tabulce vychází z aktuálního stavu otočného stolu a porovnává vlastnosti konceptů, zda se vůči původnímu stavu zlepšily, zhoršily nebo zůstaly na stejné úrovni.
Ve druhé srovnávací tabulce jsou přiděleny jednotlivým parametrům procentuální váhy a z nich vybrán vítězný koncept.
Srovnávací criteria:
Cena: náklady na přestavení současného řešení (otočného stolu), tento parametr se nevztahuje k původnímu řešení, jedná se o nutné investice do přestavení na nový stroj.
Celkový počet dílů: celkový počet dílů celého zařízení Životnost: trvanlivost zařízení při běžném provozu Rozměry zařízení: zástavbový prostor, objemová obálka
Použití dílů ze současného zařízení: čím více dílů bude možné použít, tím bude nový přístroj levnější
Hmotnost zařízení: musí být brán zřetel na nosnost podlahy
Nutný počet forem: bere v potaz, kolik forem je potřeba pro hladký chod zařízení Riziko poruchy: rázy a další pohyby při práci zařízení mohou způsobovat větší poruchovost zařízení
Automatizovanost: do jaké míry je proces strojně automatizován
Počet pohybů zařízení při práci: v kolika směrech se zařízení pohybuje
Složitost konstrukce: uvažuje složitost montáže nového zařízení (seřízení, sestavení)
28
Energetická spotřeba: spotřeba energií nutných pro funkci stroje (elektřina, vzduchotechnika)
Náročnost obsluhy: porovnává jednotlivé koncepty z hlediska náročnosti obsluhy, potřebné síly pro ovládání, ergonomie práce
Přesnost: bere v potaz přesnost ustavení jednotlivých forem pod dotlačovacím mechanismem
Kritérium Koncept
1 2 3 4 5
cena - - + - +
celkový počet dílů + + - - +
životnost + + + 0 +
rozměry zařízení 0 0 0 0 +
použití dílů ze současného zařízení - - + - -
hmotnost zařízení + + 0 - +
nutný počet forem + + + + +
riziko poruchy 0 + + + +
automatizovanost - - + + -
počet pohybů zařízení při práci 0 + 0 0 +
složitost konstrukce 0 + - - +
energetická spotřeba 0 0 - - +
náročnost obsluhy - - + + -
přesnost 0 0 + + -
počet + bodů 4 7 8 5 10
počet - bodů 4 4 3 6 4
počet 0 bodů 6 3 3 3 0
skore 0 3 5 -1 6
pořadí 4. 3. 2. 5. 1.
Tab.3 hrubé rozdělení konceptů
+ : parametr je zlepšen oproti původnímu stavu - : parametr je zhoršen oproti původnímu stavu 0 : parametr zůstal na stejné úrovni jako původní stav
29
Z první rozhodovací tabulky vzešly tři nejlepší návrhy:
1) koncept 5 (Ruční stlačení) 2) koncept 3 (Krokový motor) 3) koncept 2 (Jednorázové stlačení)
Ty byly dále zpracovány pomocí váhy jednotlivých srovnávacích parametrů
Kritérium
váha [%] koncept
2 3 5
hodnota vážená
hodnota hodnota vážená
hodnota hodnota vážená hodnota
nutné výrobní náklady 6 2 0,12 3 0,18 5 0,3
celkový počet dílů 4 3 0,12 2 0,08 5 0,2
životnost 11 3 0,33 3 0,33 4 0,44
rozměry zařízení 4 3 0,12 3 0,12 5 0,2
použití dílů ze současného
zařízení 10 3 0,3 5 0,5 1 0,1
hmotnost zařízení 3 3 0,09 2 0,06 5 0,15
nutný počet kopyt 3 3 0,09 3 0,09 3 0,09
riziko poruchy 11 3 0,33 2 0,22 4 0,44
bezpečnost práce 14 3 0,42 4 0,56 2 0,28
počet pohybů zařízení při práci 5 3 0,15 2 0,1 4 0,2
složitost konstrukce 6 3 0,18 3 0,18 4 0,24
energetická spotřeba 5 3 0,15 3 0,15 5 0,25
náročnost obsluhy 12 3 0,36 4 0,48 1 0,12
přesnost 6 4 0,24 5 0,3 2 0,12
součet 3 3,35 3,13
pořadí 3. 1. 2.
Tab.4 výběr vítězného konceptu
1bod = nehorší 5bodů = nejlepší
Vítězným konceptem je koncept č. 3 krokový motor.
30
6. Metody detailního konstruování, DFX
Součástí inovačního procesu jsou samozřejmě i metody pro detailní konstruování, jejichž největší část tvoří metody design for X, kde X představuje oblast působení metod. Cílem DFX metod je vytvoření co možná nejefektivnějšího modelu, popisujícího reálný produkční proces ještě před uvedením do výroby. Metody DFX jsou využívány zejména tvůrčími pracovníky z oblasti návrhu výrobku a jeho výroby.
Metody typu DFX řeší vztah navrhovaných strojních celků s ohledem na jednoduchost, snadnost a rychlost výroby, montáže, demontáže, udržovatelnosti apod. Konstrukční práce stejně jako práce spojené s přípravou výroby a technologií, ve velké míře determinují, jak je produkt vyráběn a co bude stát jeho výroba. [4]
V našem případě se jedná o jednoúčelové zařízení, které bude vyrobeno jako jediný kus, proto není nutné brát takový zřetel na metody, jako jsou, design for assembly nebo design for manufacturing. Z našeho pohledu jsou důležité především tyto metody:
6.1. Design for environment
Metoda DFE řeší problémy spojené s dopadem výrobku na životní prostředí.
Návrh výrobku s s ohledem na ekologický provoz zahrnuje následující aspekty :
Minimální energetická spotřeba
Minimální vznik emisí
Minimalizace odpadu, zbytků a vedlejších produktů 6.2. Design for dissasembly
Metoda DFD je zaměřena na to, aby se na konci životního cyklu mohly díly snadno demontovat, separovat a dále použít nebo recyklovat. DFD je proto podmnožinou metody DFE mezi jejíž základní požadavky na konstrukci patří:
Zajistit snadné oddělené dílů bez jejich poškození
Zajistit snadné vyčištění bez dopadu na životní prostředí
Zajistit snadnou repasi výměnou opotřebených částí
Zajistit snadnou zpětnou montáž repasovaných dílů
Zajistit snadné oddělení dílů z umělých hmot, které je možné renovovat Zajištění těchto požadavků již ve fázi návrhu lze právě pomocí metody DFD
31
Použití rozebratelných, oddělitelných, snadno repasovatelných materiálů
Konstruovat výrobky s rozebiratelnými spoji a konektory
Strukturu výrobku koncipovat se záměrem snadné demontovatelnosti
6.3. Konstruování s ohledem na snadnou údržbu
Efekt snadné udržovatelnosti se určitě týká většiny průmyslových výrobků. Pracovník zodpovídající za údržbu a servis výrobků by měl proto být zahrnutý do inovačního týmu, kterému zprostředkuje požadavky na tuto často opomíjenou charakteristiku výrobku. Patří mezi ne například tyto principy:
Minimalizovat počet míst údržby a servisních bodů
Zajistit snadný přístup k místům údržby a servisním bodům
Zajistit možnost efektivního čištění
Používat malý počet nástrojů k údržbě
Zajistit snadnou vizuální kontrolu
Používat díly snadno nahraditelné
Používat rychloupínacích mechanismů k snadnějšímu přístupu
Používat co nejvíce standardních dílů
Vypracovat přehledné a jasné manuály pro techniky a uživatele
6.4. Konstruování s ohledem na snadnou instalaci
Návrh z hlediska snadné instalace se týká především výrobků a zařízení vyžadujících instalaci před vlastním provozem. Konstrukční návrh by měl zohledňovat:
Regionální podmínky instalace
Požadované příkony energií pro instalaci
Soulad ve stavební a technické části návrhu
Způsoby kotvení a upevnění Vyrovnání polohy [4]
32 6.5. FMEA analýza
FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) je metoda používaná zejména v předvýrobních etapách na preventivní odstranění možných závad a chyb. Tato metoda pomáhá identifikovat nejkritičtější a nejpravděpodobnější chyby ve výrobku nebo v procesu. Metoda FMEA umožňuje rozeznat v různých fázích návrhu výrobků nebo procesů co nejdříve možnosti vzniku poruch, určit jejich možné následky, ohodnotit rizika a bezpečně jim předejít. Použité druhy FMEA spolu souvisí a vycházejí jeden z druhého.
Cílem FMEA je již v předvýrobních etapách vypracování podrobného rozboru celého výrobku z hlediska jeho poruchovosti a případných nápravných opatření již ve stadiu konstrukce a technické přípravy výroby, aby se dosáhlo s minimálními ztrátami produkce výrobku podle předem stanovených požadavků.
Hlavní myšlenka FMEA vychází z toho, že pro každý projev poruchy na nejnižší úrovni (např. součástky stroje) se analyzují možné lokální nebo systémové následky.
FMEA konstrukce - FMEA-K zkoumá všechny možné selhání systému, přičemž vychází z jeho funkcí. Možné příčiny poruch mohou být konstrukčního, ale také výrobního charakteru. Pracovní skupinu obvykle vede zkušený konstruktér.
Výhody FMEA:
Představuje systémový přístup k prevenci nekvality
Snižuje ztráty vyvolané nízkou kvalitou systému
Zkracuje dobu řešení vývojových prací
Optimalizuje návrhy a vede ke snížení počtu změn ve fázi realizace - umožňuje dělat věci správně napoprvé
Umožňuje ohodnotit riziko možných chyb a na jeho základě stanovit priority a opatření vedoucí ke zlepšení kvality návrhu
Podporuje účelné využívání zdrojů
Vytváří velmi cennou informační databázi o systému, využitelnosti pro podobné systémy (TPV, konstrukce)
Poskytuje podklady pro zpracování nebo zlepšení plánu jakosti
Je důležitou součástí kontrolního systému v oblasti tvorby návrhu
Zlepšuje značku - jméno a konkurenceschopnost organizace
Pomáhá zvýšit spokojenost zákazníka
33
Náklady vynaložené na její provedení jsou pouze zlomkem nákladů, které by mohly vzniknout při výskytu neshod. [2]
Jako kritická hodnota bylo stanoveno RPM 100. Pro všechny nedostatky, které vyšly vyšší než 100, bylo navrženo kontrolní a nápravné opatření.
Formulář metody FMEA pro inovaci zařízení určeného k lepení ventilátorů ( viz. příloha č.2).
7. Zpracování vítězné varianty
Tato kapitola diplomové práce řeší konstrukční zpracování inovovaného zařízení a výběr komponent, které bude pro jeho úpravu nutné zakoupit.
Vítězný koncept Korkový motor byl dále prokonzultován se zástupci firmy Malina- Safety s.r.o. a na základě jejich poznatků a požadavků detailně rozpracován.
Nový stroj používá většinu dílů ze současného zařízení.
Model zařízení byl vytvořen v parametrickém 3D CAD programu Solidworks od firmy Dassault Systèmes. Program je určen pro tvorbu výrobků od návrhu až po zpracování výkresové dokumentace. Jednotlivé obrázky na zařízení byly vytvořeny nástrojem rendrování implementovaného do samotného programu.
34 7.1. Konstrukce nového řešení
Zařízení vychází z velké části ze současného stavu. Rám, otočná část stolu i pracovní desky zůstaly na svém místě a všechny jejich díly byly použity pro nové řešení. Ze stroje byl odebrán horizontální válec a byl nahrazen řetězovým převodem, který pohání krokový motor, dále byla odebrána šikmá destička, která v původním řešení zajišťovala stlačení rozvaděčů a byla nahrazena řízeným pneumatickým válečkem. Na pravý bok z pohledu obsluhy bylo umístěno čerpadlo pro dávkování acetonu a elektronika nutná k řízení chodu stolu. Jednotlivé úpravy budou v této kapitole detailně rozebrány.
Všechny nové díly byly konstruovány tak, aby splňovaly zásady detailního konstruování popsané výše.
Nové řešení se skládá z pěti hlavních částí:
1) Rámu 2) Otočné části
3) Pohonného mechanismu 4) Čerpadlem s řídící jednotkou 5) Pracovní desky
Obr.17 nové konstrukční řešení 1- rám, 2- otočná část, 3- pohonný mechanismus, 4- čerpadlo, 5- pracovní deska
Další pohledy na inovované zařízení viz. příloha č.3 5
1
2
3
4 2
35
7.2. Princip funkce inovovaného zařízení
Jako první se zvolí na řídícím panelu program, jaký bude probíhat. Po připravení a založení dílu obsluhou pod válec umístěný před ní, musí pracovnice stisknout dvoupalcové ovládače. PLC dostane pokyn k pootočení stolu. Na základě zvoleného programu dojde k pootočení stolu o přesný úhel. Ve chvíli, kdy se stůl opět zastaví, vysune se malý váleček umístěný po levé straně pracovní desky stolu z pohledu obsluhy. Vysunutí válečku sepne rozvaděč. Rozvaděč zasune válec, který se dostal před obsluhu a vysune válec, který od obsluhy odjel.
Obr.18 postup operací nového řešení
7.3. Návrh pohonu zařízení pro lepení ventilátorů
Jako pohonný agregát byl již z výběru konceptů zvolen krokový motor zejména díky své možnosti řízení, přesnosti a snadné aplikaci do současné konstrukce stroje.
Instalace krokového motoru s sebou přináší největší zásah do celé konstrukce zařízení, ale byla provedena se snahou využít co nejvíce předvrtaných děr a prvků, které by se daly využít.
7.3.1. Krokový motor
Krokový motor je synchronní točivý stroj většinou napájený impulsy stejnosměrného proudu. Magnetické pole je generováno postupným napájením jednotlivých pólových dvojic. Pohyb rotoru krokového motoru je při nízkých rychlostech nespojitý, rotor se pohybuje mezi stabilními polohami vždy v určitém úhlu – mluvíme o pohybu v krocích. Počet kroků (stabilních klidových poloh) je dán počtem pólových dvojic, rovněž může být ovlivněn způsobem ovládání. K pohybu tohoto motoru je vždy třeba řídící elektronika – ovladač krokového motoru. K mechanickému kontaktu a tudíž otěru nedochází u krokových motorů jinde než v ložiscích. Vyznačují se proto velkou mechanickou odolností, dlouhou dobou života a provozem téměř bez údržby. Nevýhodou krokových motorů je tzv. ztráta kroku, která nastává při
Stisk spínačů
Otočení stolu o přesně definovaný
úhel krokovým motorem
Zastavení stolu a vysunutí válečku
rozvaděčů
Zastavení stolu a vysunutí válečku
rozvaděčů
Zasunutí válce před obsluhou a vysunutí válce, který od obsluhy odjel o nastavený úhel
36
překročení mezního zatížení a sklon k mechanickému zakmitávání, které může vést k nestabilitě při pohybu. Obě tyto negativní vlastnosti lze předem vyloučit volbou vhodného motoru a ovladače s přihlédnutím k momentovým charakteristikám pohonu.
Obr.19 krokový motor [5]
Ovladač krokového motoru je speciální elektronický obvod generující impulsy v určitém sledu a délce. Tyto impulsy následně přes výkonovou část budí v přesném pořadí jednotlivá vinutí rotoru. Frekvence, pořadí a délka impulsů z řídícího obvodu řídí počet, smysl otáček rotoru a rovněž točivý moment stroje.
Krok je reakce rotoru krokového motoru na řídící impuls. Rotor se při jednom kroku pootočí z výchozí polohy (klidového stavu) do nejbližší magnetické klidové polohy.
Úhel kroku α je jmenovitý úhel, který odpovídá změně polohy rotoru po příchodu jednoho impulzu. Na velikost úhlu kroku má vliv konstrukce motoru tj. počet fází statoru, počet pólů rotoru a způsob řízení krokového motoru. [5]
7.3.2. Výběr krokového motoru
Pro výběr krokového motoru bylo nutné zjistit, jaký moment musí motor překonat, aby uvedl stůl do pohybu. Pro zjištění momentu byl použit siloměr a na základě deseti měření byla hodnota zprůměrována. Síla byla měřena pomocí siloměru IMADA na poloměru otáčení 0,295m. Naměřený moment byl dále ponížen převodovým poměrem 6 a tím jsme získali hodnotu momentu potřebného pro roztočení stolu motorem.
37
Obr.20 měření momentu
Měření momentu na motoru
č. měření síla [N] moment na rameni 0,295 [Nm] moment na motoru [Nm]
1 11,7 3,45 0,58
2 12,2 3,60 0,60
3 10,7 3,16 0,53
4 10,3 3,04 0,51
5 11,5 3,39 0,57
6 11,2 3,30 0,55
7 11,5 3,39 0,57
8 12,1 3,57 0,59
9 10,5 3,10 0,52
10 11,3 3,33 0,56
průměrná hodnota 11,30 3,33 0,56
Tab.5 měření momentu
Naměřený moment je minimální hodnota, jakou musí motor zvládat.
Z bezpečnostního hlediska, kdy může dojít k zvětšení pasivních odporů vlivem opotřebení nebo nesprávným namazáním řetězu byl tento moment navýšen třikrát na 1,5 Nm.
Maximální rychlost motoru byla stanovena na 1000 kroků/s.
Na základě těchto parametrů byl vybrán krokový motor od společnosti Microcon model SM 31 – 4304 (viz. příloha č.4). [6] Výběr motoru proběhl dle momentové charakteristiky motoru poskytnuté výrobcem. Pro výběr byla uvažována i účinnost řetězového převodu 0,98%.
38
Obr.21 výběr krokového motoru podle momentové charakteristiky
Pro zajištění funkce motoru musí být dokoupena také programovatelná jednotka, která bude řídit impulzy přicházející do motoru. Jednotka byla vybrána v sadě s krokovým motorem také od společnosti Microcon model CD 30x ( viz. příloha č.5).
Obr. 22 CD 30x [7]
39 7.4. Řetězový převod
Jak již bylo řečeno, stůl bude poháněn krokovým motorem. Pokud by byl motor umístěn uprostřed stolu, musel by překovávat velký moment pro rozběh i zastavení a proto byla zvolena varianta, kdy bude na motoru připevněna rozeta a samotný stůl bude poháněn přes řetězový převod. Díky zvolenému převodovému poměru do pomala bude možné vybrat motor s menším výkonem.
Obr. 23 Krokový motor se spojkou a rozetou
Převodový poměr byl zvolen 6 pro následné snadnější řízení krokového motoru, kdy jedna otáčka motoru bude znamenat pootočení stolu o 60°. Malá hnaná rozeta bude vybrána z katalogu firmy Haberkorn-Ulmer stejně jako napínací kolečka, která musí být přidána, aby bylo dosaženo dostatečného počtu zubů v záběru na hnaném kole. Velká řetězka bude vyrobena ze tří segmentů, které po přišroubování ke stolu vytvoří celé kolo.
Obr.24 segment řetězky
Tyto segmenty budou vyrobeny z polymeru a budou vyrobeny gravírováním.
S výrobou tímto způsobem mají ve firmě Malina-Safety zkušenosti z předešlých aplikací. Pro připevnění segmentů ke stolu budou využity díry ve spodní desce stolu,
Rozeta
Krokový motor Hřídelová spojka
40
kterými byly původně přišroubovány pouze šestihranné sloupky mezi střední a spodní deskou. Nebude tedy nutné konstrukčně zasahovat do otočné části stolu.
Obr.25 sestava řetězového pohonu
Obr.26 sestava řetězového pohonu zespoda
7.4.1. Výpočet řetězového převodu
Z katalogu výrobce Haberkorn Ulmer byla vybrána rozeta 08 B1–18z ( příloha č.6) a napínací kladky TEKS 08 B1–15z ( příloha č.7). Převodový poměr byl stanoven na 6. Použit bude jednořadý řetěz 08 B1 s roztečí 12,7mm.
Rozeta
Velké řetězové kolo
Napínací kladky
41 Vlastnosti řetězu:
Tab.6 technické parametry řetězu
7.4.2. Rozměry velkého řetězového kola
Obr.27 rozměry řetězového kola
Průměr roztečné kružnice : Dt = 𝑝
𝑠𝑖𝑛𝜋𝑧 = 436,6mm (1) Průměr patní kružnice: Df = Dt – 2R1 =428 mm (2) Poloměr dna zubní mezery: R1= 0,505d1 = 4,3 mm (3) Poloměr přechodové kružnice: R2= 1,3d1= 11,063 mm (4) Průměr hlavové kružnice: Da= Dt + 0,6d1 = 441,7 mm (5) Vzdálenost mezi dnem a přechodem R1 a R2: h= 0,18d1 = 1,53 mm (6)
42
Úhel boku zubu: α= 50° (7)
Největší průměr věnce kola: Dg= Dt – 2f = 418,82mm (8) Rozdíl poloměrů roztečné kružnice a věnce: f= 0,4P= 5,08 mm (9) Poloměr zaoblení zubu: R3= 1,5d1= 12,77 mm (10)
Šířka zubu: B1= 0,95b1 = 7,36mm (11)
7.4.3. Výpočet délky řetězu:
Délka řetězu byla vypočítána pomocí softwaru Mech soft. Jako vstupní hodnoty byly zadány souřadnice osových vzdáleností jednotlivých kol viz. obr. 28, jako průměry vypočtené rozměry velkého řetězového kola a průměry kol z katalogu firmy Haberkorn viz. příloha 5 a 6.
Pro výpočet bylo nutné určit, kterému kolu se smí upravit osová vzdálenost pro dosažení délky řetězu na celé články. Jako volné kolo bylo určeno velké řetězové kolo.
Původní osová vzdálenost byla nastavena na 325mm.
Obr.28 původní pozice kol
43
Pomocí programu Mech Soft byl proveden výpočet a na jeho základě byla upravena osová vzdálenost kol na 329,019mm. Počet článků řetězu byl stanoven na 126.
Obr.29 ukázka programu Mech Soft
Úhly opásání jednotlivých kol a osové vzdálenosti ve finálním řešení viz. obr. 30
Obr.30 rozměry finálního řetězového pčevodu
44
7.4.4. Výpočet sil a bezpečnosti řetězového převodu:
Výpočet byl proveden v programu MechSoft. Vstupní podmínky byly stanoveny z vlastností použitého motoru a předem stanovených rozměrů kol a jejich osových vzdáleností.
Pracovní podmínky:
Tab.7 pracovní podmínky převodu
Výsledky:
Tab.8 silový rozbor převodu
45 7.5. Návrh řízení pomocí PLC
Stávající zařízení umožňovalo ve funkčním stavu otáčení stolu vždy pouze o 60°
a to ještě velice nepřesně. Jak již bylo zmíněno, na stroji se lepí více typů dílů, z nichž ne ke každému je alespoň 6 dřevěných forem, nebylo tedy možné využívat otáčení stolu dokola a obsluha musela ručně otáčet stolem zpět, pokud měla například pouze dvě formy nebo o 120° pokud měla tři. Ruční otáčení s sebou přinášelo zvýšené riziko poranění obsluhy a také zvýšenou fyzickou náročnost při práci na stroji.
Z tohoto důvodu bylo rozhodnuto, že stroj bude řízen pomocí PLC (programovatelný logický automat). Díky němuž bude možné nastavit tři módy funkce stroje. Prvním bude při sepnutí otočení o 60° ve druhém o 120° a třetí možnost bude přecházení pouze mezi dvěma pozicemi tam a zpět.
Volbu mezi jednotlivými módy bude možné provádět pomocí přepínače umístěného na desce vedle čerpadla. Přepínač bude mít tři polohy, z nichž každá bude znamenat jeden mód otáčení.
Jako PLC bylo vybráno zařízení Mitsubichi FX3G-24MT/ES-A ( viz. příloha č.8) , výběr byl založen na zkušenostech s použitím této jednotky ve firmě.
K samotnému PLC bude nutné dokoupit také zdroj AXIMA AXSP3P06N ( viz. příloha č.9). Přepínač módů byl vybrán od firmy Shrack model IN022018.
Obr.31 zleva přepínač [9], PLC [10] a zdroj [11]
46 7.5.1. Ovládání rozvaděče
V původním stavu byl každý válec ovládán pomocí šikmé destičky, o kterou se sepnul rozvaděč a tím došlo k zasunutí a vysunutí svislých válců. Tento princip však nebylo při možnosti řízení použít, jelikož ne každý válec je potřeba při každém průchodu kolem desky ovládat.
Proto byla deska nahrazena malým pneumatickým válečkem umístěným proti pozici rozvaděče. Váleček se vysune vždy, kdy mu dá PLC podle zvoleného programu pokyn k vysunutí. V podstatě se váleček vysune vždy, kdy se stůl přestane otáčet a zasune ve chvíli, kdy opět dojde k jeho rozpohybování. Díky tomu není ovládání závislé na směru ani velikosti otočení stolu.
Obr.32 ovládání rozvaděče
Jako váleček byl vybrán pneumatický dvojčinný válec od firmy Stránský a Petržík se zdvihem 20mm ( viz. příloha č.10). Na jeho konec je přišroubována malá polymerová destička, která při vysunutí válce přitlačí kolečko rozvaděče na spínač. Při instalaci bude nutné polohu přesně nastavit, aby nedocházelo k neúplnému sepnutí nebo příliš velkému stlačení rozvaděče.
Aby bylo možné váleček ovládat podle zapnutého programu, musel být k PLC přidán řídící ventil, který ovládá tlak ve válečku podle informací z PLC. Ventil byl umístěn na desku vedle PLC a zdroje.
Jako řídící ventil byl vybrán model 8151 3200 od firmy Crouzet.
Obr.33 řízený ventil Crouzet
Váleček rozvaděče Rozvaděč
47 7.5.2. Nulování polohy
V případě, že by došlo k pootočení stolem ručně, překonání statického momentu krokového motoru (při vypnutém zařízení, údržbě nebo i při práci), nebude zařízení fungovat přesně. Jednotlivé polohy nebudou přesně definovány, především by nastal problém s válečkem ovládajícím rozvaděč a polohou pozice před obsluhou.
Musí tedy docházet k automatickému nastavení stolu na nulovou polohu.
K tomuto nulování dojde vždy při spuštění stroje nebo při přepnutí na jiný mód otáčení.
K vynulování slouží indukční čidlo umístěné na desce krokového motoru a plechový jazýček připevněný na jednom ze segmentů velkého řetězového kola. Jazýček je umístěn přesně proti jednomu ze šesti svislých válců umístěných na horní otočné desce.
Při spuštění nebo přepnutí stroje dojde k otáčení stolu ve směru proti hodinovým ručičkám do doby, než čidlo zaznamená jazýček proti sobě. V té chvíli se z čidla do PLC přenese informace, že stroj nalezl nulovou polohu a bude možné dále pracovat
přesně.
Obr.34 nulování polohy pomocí indukčního čidla
Jako čidlo použito čidlo Sick IM12 ( viz. příloha č.11) [12] s maximálním dosahem snímání 4mm, bude proto nutné přesně nastavit výšku umístění čidla vůči plechovému jazýčku.
Velké řetězové kolo Plechový jazýček
Indukční čidlo
48 7.5.3. Ovládací prvky
Původní řešení mělo dva spínače uložené zepředu pracovní desky, po konzultaci s pracovníky ve firmě bylo zjištěno, že umístění je velice nevhodné z hlediska ergonomie a polohy vůči sedící obsluze.
Proto byly použity nové dotykové ovládací spínače umístěné na desce stolu z vrchu. Pomocí dvoutalčítkového spínání nemůže dojít k poranění obsluhy, jelikož během pohybu stolu má obě ruce na spínačích a pokud by je sundala, došlo by k zastavení pohybu stolu.
Pro případ poruchy na zařízení nebo jinému problému, který může na zařízení vzniknout je deska stolu nyní vybavena také tlačítkem STOP. Po stisku tlačítka STOP dojde k zasunutí všech válců a zastavení otáčení krokového motoru.
Obr.35 pracovní stůl
Jako STOP tlačítko bude použit typ ES-FB ( viz. příloha č.12) [13] od firmy euchner a jako spouštěcí ovladače optoelektronická tlačítka. Princip detekce přiloženého prstu je založen na přerušení pulsně modulovaného infračerveného paprsku světla, na jedné straně (na jednom "výběžku") generovaného elektrooptickým vysílačem (LED diodou) a na druhé straně (druhem výběžku) snímán optickoelektrickým přijímačem (fototranzistorem). Generování pulsního budícího elektrického signálu pro vysílač a vyhodnocení přítomnosti paprsku provádí integrovaná elektronika řízená dvěma mikrokontroléry (MCU). V závislosti na přítomnosti či nepřítomnosti prstu v žlábku tlačítka jsou pak sepnuty nebo rozepnuty dva spínané výstupy - jeden typu NO (Normally Open), druhý NC (Normally Closed). Ty mohou být buď reléové (spíná výkon až 30 W DC nebo 60 VA AC / proud až 1 A) nebo tranzistorové (lze spínat
STOP
optoelektronická tlačítka
