Inovace zařízení pro aplikaci pěnového těsnění

Inovace zařízení pro aplikaci pěnového těsnění

Diplomová práce

Studijní program: N2301 – Strojní inženýrství Studijní obor: 3909T010 – Inovační inženýrství

Autor práce: Bc. Jiří Čech

Vedoucí práce: prof. Ing. Ladislav Ševčík, CSc.

Liberec 2017

Master thesis

Study programme: N2301 – Mechanical Engineering Study branch: 3909T010 – Innovation Engineering

Author: Bc. Jiří Čech

Supervisor: prof. Ing. Ladislav Ševčík, CSc.

Liberec 2017

Innovation of foam seal applicator device

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 mé diplomové práce a s konzultantem.

Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elektronickou verzí, vloženou do IS STAG.

Datum:

Podpis:

Tímto bych rád poděkoval panu prof. Ladislavu Ševčíkovi, CSc.

za cenné rady, připomínky a trpělivý přístup při vedení mé diplomové práce.

Dále bych rád poděkoval panu Ing. Jiřímu Valentovi a panu Ing.

Martinovi Dopitovi ze společnosti Denso manufacturing Czech s.r.o.

za spolupráci a kritické hodnocení mých nápadů a myšlenek při tvorbě této práce.

:

Zpracovatel: TU v Liberci, Fakulta strojní, Katedra částí a mechanismů strojů Počet stran: 80

Počet příloh: 4 Počet obrázků: 40 Počet tabulek: 20 Počet modelů

nebo jiných příloh: 120

1 Technické zadání a cíle diplomové práce ... 8

2 Analýza stávajícího řešení ... 9

2.1 Montážní linka klimatizačních jednotek ... 9

2.2 Specifikace těsnění ... 10

2.3 Současný přípravek pro lepení těsnění ... 11

2.4 Pracovní postup ... 12

2.5 Objektivní hodnocení stávajícího přípravku ... 13

3 Benchmarking – možnosti lepení PU pěn ... 14

4 Inovační záměr ... 15

5 Návrh konceptů řešení ... 15

5.1 Koncept 1 ... 16

5.2 Koncept 2 ... 20

5.3 Koncept 3 ... 24

5.4 Koncept 4 ... 28

5.5 Koncept 5 ... 31

6 Způsoby hodnocení konceptů ... 34

6.1 Hrubé roztřídění konceptů ... 35

6.2 Volba výsledného konceptu ... 37

7 Konstrukční řešení zvolené varianty aplikačního zařízení ... 39

7.1 Návrh aplikační jednotky ... 39

7.2 Výpočet rozložení sil na aplikační jednotce ... 40

7.3 Návrh pneumatického válce posuvu aplikační jednotky ... 41

7.4 Návrh lineárního vedení aplikační jednotky ... 42

7.5 Návrh oddělovací jednotky ... 44

7.6 Vakuové ejektory ... 45

7.7 Efektory – chapadla – přísavky ... 47

7.8 Výpočet a návrh přísavek ... 49

7.9 Experiment – určení síly pro oddělení krycí pásky ... 51

7.10 Výpočet přídržné síly přísavky ... 53

7.11 Volba vakuového ejektoru ... 54

8 Návrh mechanismu otáčení aplikační jednotky ... 55

8.1 Rozbor kinematiky mechanismu ... 56

8.2 Výpočet rozložení sil – dolní poloha ... 59

8.3 Výpočet rozložení sil – horní poloha ... 62

8.4 Návrh průměru pístu pro otáčení aplikační jednotky ... 64

8.5 Výpočet ložisek – uložení čepu pro otáčení aplikační jednotky ... 65

8.6 Kontrola zatížení čepu pomocí FEM ... 67

8.7 Popis sestavy aplikační jednotky ... 68

8.8 Scénář aplikace pěnového těsnění aplikačním zařízením ... 69

9 Hodnocení výsledného řešení ... 71

9.1 Vyhodnocení časové náročnosti ... 72

9.2 Ekonomické hodnocení návratnosti zařízení ... 73

9.3 Hodnocení provozních nákladů ... 74

ϕ

ϕ

ϕ







Materiál Polyether – polyuretanová pěna

Hustota 0,03 +/- 0,003 g/cm³

Teplotní odolnost -40° C až 90° C

Tlakové zatížení podle EN ISO 3386 <3,5 kPa



















Klady Zápory

+ Nízký počet dílů – Neefektivní upínání – vysoká spotřeba vzduchu na vytvoření podtlaku

+ Přesné vystředění přípravku při lepení těsnění

– Vedení pomocí balancerů je nestabilní a kýve se

+ Snadná modifikace pro další pracoviště

– Operátor obsluhuje zařízení manuálně

+ Mechanické řešení řízené manuálně

– Manuální oddělování krycí pásky – Ergonomická zátěž pracovníka

Zásobník Oddělovací jednotka

Aplikační jednotka Těsnění

Klimatizační jednotka HVAC

Oddělovací jednotka Manipulační jednotka

Přísavka – vakuový ejektor Lineární vedení Vodící trny

Pneumatický válec

Upínací čelisti Kyvný křídlový pohon

Těsnění

B A

C

E D

I H G F

Klady Zápory

+ Jednoduché pohyby jednotek – Velký počet pohybů a přeupnutí

+ Spolehlivé řešení oddělení krycí pásky

– Složité seřízení úhlu natočení aplikační jednotky

+ Přesné vystředění přípravku při lepení těsnění

– Operátor obsluhuje zařízení manuálně

+ Snadná modifikace pro další varianty

– Při špatném seřízení natočení apl.

jednotky nerovnoměrná přítlačná síla

+ Snadné doplnění zásobníku – Vyšší pořizovací náklady (větší počet pneu. válců, senzorů, spotřeba vzduchu)

Oddělovací jednotka Zásobník s těsněními

Klimatizační jednotka na transportní paletě

Otočný mechanismus Lineární vedení zásobníku

Servomotor

Vnitřní vedení těsnění

Kuličkový šroub

Tlačná deska s převáděcí příložkou

Čelisti

Oddělovací deska

Přidržovací čelist

A B C D

Klady Zápory

+ Jednoduché pohyby jednotek – Mechanismus pro otočení

zásobníku při doplňování těsnění + Nízký počet pohybů (krátký ct) – Menší kapacita zásobníku

+ Spolehlivé řešení oddělení krycí pásky

– Servopohon pro podávání těsnění

+ Jednoduché vystředění přípravku při lepení těsnění

– Větší setrvačné síly při pohybu celého zásobníku – robustnost konstrukce

+ Rovnoměrně rozložená přítlačná síla při lepení těsnění

+ Snadná modifikace pro další varianty

Jednotka pro aplikaci

lepidla Zásobník s těsněními

Klimatizační jednotka na transportní paletě

Otočný mechanismus Lineární vedení zásobníku

Pevné přidržovací

čelisti Těsnění

Doraz

Trysky – složka 1

Základní deska

Pneumatický válec

Trysky – složka 2 Krycí těsnění

A B C D

Klady Zápory

+ Jednoduché pohyby jednotek – Mechanismus pro otočení

zásobníku při doplňování těsnění + Nízký počet pohybů (krátký ct) – Menší kapacita zásobníku

+ Spolehlivé řešení oddělení krycí pásky

– Servopohon pro podávání těsnění

+ Jednoduché vystředění přípravku při lepení těsnění

– Cena a objem spotřebovaného lepidla

+ Rovnoměrně rozložená přítlačná síla při lepení těsnění

– Složitá modifikace pro nasazení na dalších výrobních linkách + Snadná modifikace pro další

varianty

Nahřívací jednotka Zásobník Klimatizační jednotka HVAC

Aplikační jednotka

Těsnění

Nahřívací jednotka

Aplikační jednotka

Zásobník

Horký vzduch Topná spirála /

Odporový drát

Oddělovací čelisti

Těsnění

Přidržovací čelisti

Klady Zápory

+ Jednoduché pohyby jednotek – Krátký čas mezi natavením lepidla a aplikací (tuhnutí lepidla)

+ Natavení lepidla za pohybu jednotky (snížení ct)

– Energetická náročnost (ohřev vzduchu)

+ Těsnění ze zásobníku posouvána gravitací

– Citlivost na přítlačnou sílu při lepení (zatlačení lepidla do pórů) + Snadná modifikace pro další

varianty

– Při špatném seřízení natočení apl.

jednotky – nerovnoměrný přítlak

A B

C D E

F G

A

Aplikační jednotka

A-A

Vedení posuvu

A Jednotka robotického vidění

A B

C D

Klady Zápory

+ Jednoduché pohyby jednotek – Velmi drahý systém řízení posuvů

+ Nanášení těsnící pěny podle potřeby přímo na klim. jedn.

– Cena robotického vidění

+ Schopnost vytvořit jakýkoli tvar – Operátor obsluhuje zařízení manuálně

+ Snadná modifikace pro další varianty

– Čas pro nanesení těsnicí pěny (delší ct)







































Legenda

+ Silné plnění kritéria 0 Dostatečné plnění kritéria - Slabé plnění kritéria

1 2 3 4 5

Spolehlivost aplikace těsnění + + 0 0 +

Složitost řídicího systému 0 + + 0 -

Pořizovací náklady + + - - -

Kapacita zásobníku + 0 0 - +

Provozní náklady + + - - -

Komplexnost 0 - - 0 +

Složitost kinematických pohybů zařízení - + + - -

Energetická náročnost 0 0 - - 0

Integrace zařízení 0 + + 0 +

Využití standardních dílů + + + + 0

Objemnost řešení - 0 0 0 0

Hmotnost zařízení 0 0 0 0 0

Skóre 3 6 0 -4 0

Pořadí 2. 1. 3. 4. 3.

Další postup Ano Ano

Kritérium Koncept

Spolehlivost aplikace těsnění Složitost kinematických pohybů zařízení Objemnost řešení Složitost řídicího systému Využití standardních dílů Kapacita zásobníku Hmotnost zařízení Energetická náročnost Provozní náklady Pořizovací náklady Komplexnost Integrace zařízení Součet bodů Procentuální váha kritéria

Spolehlivost aplikace těsnění 1 1 1 1 1 1 1 1 8 20%

Složitost kinematických pohybů zařízení 1 1 1 1 1 5 13%

Objemnost řešení 1 1 1 3 8%

Složitost řídicího systému 1 1 1 1 4 10%

Využití standardních dílů 1 1 1 3 8%

Kapacita zásobníku 1 1 1 1 1 1 6 15%

Hmotnost zařízení 1 1 3%

Energetická náročnost 1 1 3%

Provozní náklady 1 1 3%

Pořizovací náklady 1 1 2 5%

Komplexnost 1 1 1 1 4 10%

Integrace zařízení 1 1 2 5%

40 100%

Koncept 1 2

Kritérium Váha Hodnota Vážená h. Hodnota Vážená h.

Spolehlivost aplikace těsnění 15% 3 0,45 4 0,60

Složitost řídicího systému 12% 2 0,24 2 0,24

Pořizovací náklady 10% 3 0,31 5 0,52

Kapacita zásobníku 9% 1 0,09 5 0,45

Provozní náklady 9% 3 0,27 3 0,27

Komplexnost 9% 3 0,27 3 0,27

Složitost kinematických pohybů zařízení 7% 2 0,15 4 0,30

Energetická náročnost 7% 4 0,30 2 0,15

Integrace zařízení 7% 4 0,30 4 0,30

Využití standardních dílů 6% 3 0,18 3 0,18

Objemnost řešení 4% 3 0,13 3 0,13

Hmotnost zařízení 3% 2 0,06 4 0,12

Skóre 2,7 3,5

Pořadí 2. 1.

Název dílu

Počet kusů [ks]

Hmotnost [kg]

Základní deska 1 2,40

Zadní stěna 1 4,20

Vedení střed 2 6,00

Středící trn 2 0,18

Vozík 4 0,30

Rám 1 1,70

Bezpístnicový válec 1 2,50

Podavač 1 0,40

Chapadlo 1 1,70

Upínací čelist 2 0,20

Kryt 2 1,20

Těsnění 60 0,01

Ostatní spojovací a pneu. Materiál ¹ 5,0 Celková hmotnost aplikační jednotky m 34,56 [kg]

G_A = m_A∙ g = 34,56 ∙ 9,81 = 343,4 [N]

G_Ax = G_A∙ cos(𝛼) 2

G_Ay = G_A∙ sin(α)

→ x ∶ F_P− G_Ax = 0

↑ y ∶ F_V1− G_Ay− F_V2 = 0

↷ A ∶ G_Ay∙ x_T− G_Ax∙ y_T+ F_V2∙ l − F_P∙ y_P = 0

Vstupní parametry

mA = 34,6 [kg] y_T = 137,0 [mm]

𝛼 = 20,0 [°] x_T = 190,4 [mm]

l = 400,0 [mm] y_P = 30,0 [mm]

T P

F

T P

F

F

2

1 G

G

G

ɑ P

T

2

1

X

Y

F_P= G_A∙ cos 𝛼 = 343,4 ∙ cos 20° = 322,6 [N]

p =F_P

S = F_P π ∙ d_A²

4

⟹ d_A

8 d_A = √^4∙F_π∙p^P∙ k = √^4∙322,6_π∙0,6 ∙ 1,2 = 31,4 [mm] ≅ 32 [mm]

Vstupní parametry pro volbu pneumatického válce p = 0,6 [MPa] tlak v pneumatickém obvodu k = 1,2 součinitel bezpečnosti

l = 150 [mm] zdvih válce

(6) → F_V2 =^{GAx∙yT+FP∙yP−GAy∙xT}

l

F_V2= ^{GA∙cos α∙yT+FP∙yP−GA∙sin α∙xT}

l

F_V2= 343,4∙cos(20°)∙137+322,6∙30−343,4∙sin(20°)∙190,4 400

𝐅_𝐕𝟐= 𝟖𝟐, 𝟐 [𝐍]

(5) → F_V1 = G_Ay+ F_V2

F_V1= G_A∙ sin 𝛼 + F_V2 = 343,4 ∙ sin(20°) + 82,2 𝐅_𝐕𝟏= 𝟏𝟗𝟗, 𝟔 [𝐍]

F_V1−1=¹

2∙ F_V1 =¹

2∙ 199,6 = 99,8 [N]

F_V2−1=¹

2∙ F_V2 =¹

2∙ 82,2 = 41,1 [N]













𝐅_𝐭 Δp

F_t= Δp ∙ A 𝛍

F_H = m ∙ (g + a) ∙ S

F_H = m ∙ (g + a/μ) ∙ S

F_H =^m

μ ∙ (g + a) ∙ S









Pozice před sevřením čelistí Pozice po sevření čelistí

F_O F_O

𝑎 = 25 [m𝑠⁻¹] 𝑆 = 2,5

m = 2,2 [g]

F_H F_H= [m_P∙ (g + a) + F_O] ∙ S

F_H= [2,2 ∙ 10⁻³∙ (9,81 + 25) + 1,6] ∙ 2,5 𝐅_𝐇 = 𝟒, 𝟐 [𝐍]

F_{H Přísavka} = 5,9 [N]

−0,7 [bar]

Vstupní parametry

k = 8,0 [mm] F_O = 1,6 [N]

a = 25,0 [ms^-2] m_P = 2,2 [g]

g = 9,81 [ms^-2]

k=8,0 mm

Z X F

g

F

Vakuum pu v závislosti na provozním tlaku p1 – hluboké vakuum

Čas na odsátí objemu 1 l v závislosti na pu při provozním tlaku 6 bar – hluboké vakuum

Spotřeba vzduchu qn v závislosti na provozním tlaku p1 – hluboké vakuum

1) Dolní poloha 2) Horní poloha

r⃗_T^G = r⃗_GA^G + r⃗_AT^G

r⃗_T^G = r⃗_GA^G + T^GL∙ r⃗_AT^A = (0

m) + T^GL(i k) r⃗_T^G = (0

m) + ( sin φ cos φ

−cos φ sin φ) (i k) r⃗_T^G = ( i ∙ sin φ + k ∙ cos φ

m − i ∙ cos φ + k ∙ sin φ)

X Y

A

r⃗

𝜓

𝜑 + 𝛿

B T

0 ≡ G

X

Y

r⃗

r⃗

r⃗

r⃗

S

𝜑

0 ≡ G

S

𝜓

𝜑

(5) →^dr⃗⃗TG

dt = ( i ∙ sin φ + k ∙ cos φ m − i ∙ cos φ + k ∙ sin φ)^dφ

dt

v

⃗⃗_T^G= (i ∙ cos φ ∙ φ̇ − k ∙ sin φ ∙ φ̇

i ∙ sin φ ∙ φ̇ + k ∙ cos φ ∙ φ̇)

(5) →^d2r⃗⃗TG

dt² = ( i ∙ sin φ + k ∙ cos φ

m − i ∙ cos φ + k ∙ sin φ)^d2φ

dt²

a⃗⃗_T^G= ( i ∙ cos φ ∙ φ̈ − i ∙ φ̇²∙ sin φ − k ∙ φ̇²∙ cos φ − 𝑘 ∙ sin φ ∙ φ̈

i ∙ φ̇²∙ cos φ ∙ φ̇ − kφ̇² ∙ sin φ + k ∙ cos φ ∙ φ̈ + i ∙ sin φ ∙ φ̈)

r⃗_GA^G + r⃗_s^G= r⃗_GB^𝐺 + r⃗_BS^𝐺 (0

m) + T^GL(j

i) = (n

0) + T^GB(s 0) (0

m) + ( sin φ cos φ

−cos φ sin φ) (j

i) = (n

0) + (cos ψ − sin ψ sin ψ cos ψ ) (s

0) ( j ∙ sin φ + i ∙ cos φ

m + i ∙ sin φ − j ∙ cos φ) = (n + s ∙ cos ψ s ∙ sin ψ )

j ∙ sin φ + i ∙ cos φ − n = s ∙ cos ψ /^⋀2 m + i ∙ sin φ − j ∙ cos φ = s ∙ sin ψ /^⋀2 (j ∙ sin φ + i ∙ cos φ − n)² = (𝑠 ∙ cos ψ)² (m + i ∙ sin φ − j ∙ cos φ)² = (s ∙ sin ψ)²

(j ∙ sin φ + i ∙ cos φ − 𝑛)²+ (m + i ∙ sin φ − j ∙ cos φ)² = 𝑠²

Úpravou vztahu (23) se vyjádří závislost úhlu pootočení φ na dráze pístu s.

φ = ±2 ∙

arctan (2∙𝑗∙𝑛−2∙𝑖∙𝑚+√2∙𝑖²∙𝑚²−2∙𝑖²∙𝑗²−𝑖⁴+2∙𝑖²∙𝑛²+2∙𝑖²∙𝑠²−𝑗⁴+2∙𝑗²∙𝑚²+2∙𝑗²∙𝑛²+2∙𝑗²∙𝑠²−𝑚⁴−2∙𝑚²∙𝑛²+2∙𝑚²∙𝑠²−𝑛⁴+2∙𝑛²∙𝑠²−𝑠⁴

𝑖²+2∙𝑖∙𝑛+𝑗²+2∙𝑗∙𝑚+𝑚²+𝑛²−𝑠² )

φ̇

φ̇ = s ∙ ṡ

i ∙ m ∙ cos φ − j ∙ n ∙ cos(φ) + i ∙ n ∙ sin(φ) + j ∙ m ∙ sin(φ)

φ̈

φ̈ =s ∙ s̈ + ṡ²− i ∙ n ∙ φ̇²∙ cos(φ) − j ∙ m ∙ φ̇²∙ cos(φ) + i ∙ m ∙ φ̇²∙ sin(φ) − j ∙ n ∙ φ̇²∙ sin(φ) i ∙ m ∙ cos(φ) − j ∙ n ∙ cos(φ) + i ∙ n ∙ sin(φ) + j ∙ m ∙ sin(φ)

G = m_AP∙ g = 102 ∙ 9,81 = 1 000,3 [N]

M_D = J₀∙ α T = m ∙ r_t∙ α O = m ∙ r_t∙ ω²

F

G R

X Y

Vstupní parametry i = 285,0 [mm]

j = 230,0 [mm]

k = 210,7 [mm]

l = 18,0 [mm]

rt = 354,0 [mm]

J0 =1,57x10⁷[kg mm²]

R

𝜓

m_AP = 102,0 [kg]

α = 5,65[rad s²] δ = 0,64 [rad]

ϕ = 0,064 [rad]

ψ = 1,15 [rad]

ω = 0,64[rad s^-2]

M

O T

a 𝜓

𝜑

𝜑 + 𝛿

𝜔

↷ A: M_D+ G ∙ k ∙ cos(φ + δ) + G ∙ i ∙ sin(φ + δ) − F ∙ cos ψ ∙ √j²+ l²∙ cos(φ)

−F ∙ sin ψ ∙ √j²+ l²∙ sin(φ) = 0

→ x: −R_x+ F ∙ cos ψ + O ∙ sin(φ + δ) − T ∙ cos(φ + δ) = 0

↑ y: R_y− G + F ∙ sin ψ − O ∙ cos(φ + δ) − T ∙ sin(φ + δ) = 0

α ϕ

ψ = 1,15rad

F =J₀∙ α + G ∙ k ∙ cos(φ + δ) + G ∙ i ∙ sin(φ + δ)

√j²+ l² ∙ (cos(φ) + sin(φ))

F =1,57x10⁷∙ 5,65 + 1000,3 ∙ 210,7 ∙ cos(0,064 + 0,64) + 1000,3 ∙ 285 ∙ sin(0,064 + 0,64)

√230²+ 18²∙ (cos(1,15) + sin(1,15))

𝐅 = 𝟐 𝟓𝟗𝟎, 𝟕 [𝐍]

(32) → R_x= m ∙ r_T∙ sin(φ + δ) ∙ ω²+ F ∙ cos(ψ) − m ∙ α ∙ rt ∙ cos(φ + δ)

R_x= 102 ∙ 354 ∙ sin(0,064 + 0,64) ∙ 0,64²+ 2 590,7 ∙ cos(1,15) − 102 ∙ 5,65 ∙ 354 ∙ cos(0,064 + 0,64)

𝐑_𝐱 = 𝟏 𝟐𝟏𝟔, 𝟕 [𝐍]

(33) → R_y = m ∙ rt ∙ cos(φ + δ) ∙ ω²+ G + F ∙ sin(ψ) + m ∙ α ∙ r_t∙ sin(φ + δ)

R_y = 102 ∙ 354 ∙ cos(0,064 + 0,64) ∙ 0,64²+ 1000,3 + 2 590,7 ∙ sin(1,15) + +102 ∙ 5,65 ∙ 354 ∙ sin(0,064 + 0,64)

𝐑_𝐲 = 𝟏 𝟐𝟐𝟒, 𝟏 [𝐍]

R = √R_x²+ R_y²

R = √(1 216,7)²+ (1 224,1)² 𝐑 = 𝟏 𝟕𝟐𝟓, 𝟗 [𝐍]

F G

R

X Y

R

𝜓 M

O

T

𝜓

𝜑

𝜑 + 𝛿

𝜔

Vstupní parametry i = 285,0 [mm]

j = 230,0 [mm]

k = 210,7 [mm]

l = 18,0 [mm]

r_t = 354,0 [mm]

J₀ =1,57x10⁷[kg mm²]

m_AP = 102,0 [kg]

α = -6,50[rad s²] δ = 0,64 [rad]

ϕ = 2,79 [rad]

ψ = 1,13 [rad]

ω = 0,71[rad s^-2]

F =1,57x10⁷∙ (−6,5) + 1000,3 ∙ 210,7 ∙ cos(2,79 + 0,64) + 1000,3 ∙ 285 ∙ sin(2,79 + 0,64)

√230²+ 18²∙ (cos(2,79) + sin(2,79))

𝐅 = 𝟗𝟔𝟔, 𝟕 [𝐍]

Rx= 102 ∙ 354 ∙ sin(2,79 + 0,64) ∙ 0,71²+ 966,7 ∙ cos(1,13) + 102 ∙ 6,5 ∙ 354 ∙ cos(2,79 + 0,64)

𝐑_𝐱 = 𝟑𝟒𝟐, 𝟖 [𝐍]

R_y= 102 ∙ 354 ∙ cos(2,79 + 0,64) ∙ 0,71²+ 1000,3 + 966,7 ∙ sin(1,13) − 102 ∙ 6,5 ∙ 354 ∙ sin(2,79 + 0,64)

𝐑_𝐲 = −𝟏𝟔𝟎, 𝟑 [𝐍]

R = √(342,8)² + (−160,3)² 𝐑 = 𝟑𝟕𝟖, 𝟓 [𝐍]

Poloha Síla pístu F Reakce R

Dolní poloha 2 590,7 [N] 1 725,9 [N]

Horní poloha 966,7 [N] 378,5 [N]

p =^𝐹

S = ^𝐹

π∙d𝑂2 4

⟹ d_𝑂 38

d_𝑂 = √_π∙p^4∙F∙ k = √^{4∙2 590,7}

π∙0,6 ∙ 1,2 = 88,9 [mm] ≅ 100 [mm]

Vstupní parametry pro volbu pneumatického válce F =2 590,7 [N] síla působící na píst

p = 0,6 [MPa] tlak v pneumatickém obvodu k = 1,2 součinitel bezpečnosti

l = 420 [mm] zdvih válce

R_/2= ¹

2∙ R =¹

2∙ 1 7251,9 = 863 [N]

σ_O = M_O

W_O = R_/2∙ c_/2 π ∙ d³

32

41

R

R

M

Vstupní parametry Materiál : 11 500

R =1 725,9 [N]

c/2 = 7,5 [mm]

d = 230,0 [mm]

l = 30,0 [mm]

𝜎_𝐷𝑜 = 150 [MPa]

K = 1,2 [N]

c

(41) → d = √32 ∙ R_/2∙ c_/2 π ∙ σ_DO

3

∙ k = √32 ∙ 863 ∙ 7,5 π ∙ 150

3

∙ 1,2 = 9,1 [mm]

d = 14,0 [mm]

p =𝐹

S = 𝑅_/2

𝑑 ∙ 𝑠 = 863

14 ∙ 15= 4,1 [𝑀𝑃𝑎]

42 𝐩 = 𝟒, 𝟏 [𝑴𝑷𝒂] < 𝐩_𝑫= 𝟏𝟒𝟎 [𝑴𝑷𝒂]

𝜙𝑑

s

R

[MPa]

[mm]

Aplikační jednotka Otočná základna

Oddělovací kyvné rameno

Rám

Box se skluzem na sběr krycích pásek Přidržovací čelisti

Pěnové těsnění

Klimatizační jednotka Transportní paleta

Výrobní linka

Transportní paleta s klimatizační jednotkou je připravena na vyrovnávací pozici.

Těsnění je upnuto čelistmi, aktivuje se vakuový ejektor a dojde k přisátí krycí pásky.

Kyvný pohon otočí rameno s přisátou krycí páskou o 180° a oddělí ji. V koncové pozici je páska odhozena do skluzu.

Transportní paleta se přemístí do pracovní pozice (definovaná stoperem).

Aplikační jednotka se vysune do pracovní polohy. Její poloha je kontrolována indukčním

odměřováním polohy. Následně dojde k dotlačení pěnového těsnění na výduch klimatizační jednotky.

Síla je kontrolována systémem proporcionálních ventilů regulujících tlak ve válci.

Aplikační jednotka se vrátí do základní polohy. Transportní paleta se s dokončeným dílem přesouvá na další pozici.

Po uvolnění pracoviště transportní paletou, se kyvné rameno opět vrátí do výchozí pozice, kde slouží jako doraz pro další těsnění.

Bezpístnicový válec posune zásobu těsní směrem vpřed, až do

okamžiku, kdy se další kus vyrovná na pozici na dorazu.

Operace Dráha Rychlost Čas

Přisátí krycí pásky 0 m - m/s 0,03

Oddělení pásky 3,14 rad 8 rad/s 0,4

Příjezd palety na montážní pozici 1,5 m 0,5 m/s 3

Přiblížení aplikační jednotky do pracovní pozice 0,15 m 0,75 m/s 0,2

Dotlačení těsnění 0 m 0 m/s 1

Oddálení aplikační jednotky 0,15 m 0,75 m/s 0,2

Přejezd palety na další pracoviště 1,5 m 0,5 m/s 3 Nastavení oddělovacího ramene do zákl. pol. 180 rad 2 m/s 0,4

Vedlejší časy

Operace Četnost Čas na jed. Čas

Vedlejší čas doplnění těsnění do zásobníku 1,2 hod 60 s 0,3

Celkový čas 8,5 s

Původní čas [s] Čas po optimalizaci [s] Úspora času

11,9 8,5 28%

0 2 4 6 8 10 12

Původní čas Čas po optimalizaci

28 %

Čas operace [s]

Úspora času Čas operace lepení

Náklady na operátora

Náklady na 1 hod práce 150,0 Kč/hod

Čas směny 7,5 hod

Počet směn 3,0 směny

Počet pracovních dní v roce 250,0 dní

Poměrný čas cyklu pro aplikaci těsnění 20%

Roční náklady na manuální provádění operace lepení 843 750,0 Kč

Celkové roční náklady 168 750,0 Kč

Pořizovací náklady

Konstrukce rámu 50 000,0 Kč

Konstrukce aplikační jednotky 20 000,0 Kč

Pneumatické chapadlo 1 800,0 Kč

Pneumatický válec - aplikační jednotka 1 500,0 Kč

Pneumatický válec - otáčení jednotky 7 000,0 Kč

Oddělovací mechanismus 15 000,0 Kč

Ostatní pneumatické komponenty (ventily, hadice, kolena) 8 000,0 Kč Elektro komponenty (PLC, HMI, čidla,rozvody, jističe,…) 20 000,0 Kč

Bezpečnostní prvky (světelné závory) 17 000,0 Kč

Software a programování 15 000,0 Kč

Celkové pořizovací náklady 155 300,0 Kč

T = Celk.pořizovací náklady

Stav. roční náklady na operaci=^{155 300}

160 750= 0,96 [rok]

Provozní náklady

Spotřeba tlakového vzduchu 1 380 Kč/rok

Náklady na doplnění materiálu 30 000 Kč/rok

Spotřeba elektrické energie 4 200 Kč/rok

Náklady na údržbu 8 500 Kč/rok

Celkové roční provozní náklady 44 080 Kč/rok

- 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 000 180 000 200 000

Operátor Apliakční zařízení

168 750

44 080

Roční provozní náklady [Kč]