~ 7 ~
OBSAH
OBSAH... 7.
POUŽITÉ ZKRATKY A SYMBOLY ... 8.
1. ÚVOD ... 10.
2. SEZNÁMENÍ SE S DOPRAVNÍKOVÝM SYSTÉMEM P+F 380 ... 11.
2.1 POPIS SYSTÉMŮ PRO PŘEPRAVU NA MONTÁŽNÍ LINCE ... 12.
2.2 SOUPIS ZADÁNÍ ZÁKAZNÍKEM ... 14.
3. TEORETICKÁ PŘÍPRAVA PRO ŘEŠENÍ ÚKOLU ... 14.
3.1PROBLEMATIKA DOPRAVNÍKOVÉHO SYSTÉMU DVEŘÍ ... 14.
3.1.1ČLENĚNÍ JEDNOTLIVÝCH ÚSEKŮ ... 15.
3.1.1.1CHARAKTERISTIKA ROVNÝCH ÚSEKU ... 19.
3.1.1.2CHARAKTERISTIKA ZATÁČEK A VÝHYBEK ... 19.
3.1.1.3POPIS VOZÍKŮ A DALŠÍCH ZAŘÍZENÍ ... 21.
3.2ANALÝZA ZATÍŽITELNOSTI JEDNOTLIVÝCH VOZÍKŮ ... 24.
3.2.1ROZBOR HMOTNOSTÍ PŘI JEDNOTLIVÝCH FÁZÍCH PO TYPECH ... 24.
3.2.2STÁVAJÍCÍ STAV JEDNOTLIVÝCH OKRUHŮ ... 25.
3.2.3PODROBNÝ POPIS STAVU ... 26.
3.3POPIS NAVRHOVANÉ ÚPRAVY ZAŘÍZENÍ ...26.
3.4PROVEDENÍ DOČASNÉ ÚPRAVY ZAŘÍZENÍ ... 27.
4. TECHNICKÉ ŘEŠENÍ ... 28.
4.1PODROBNÝ POPIS ÚPRAVY ZAŘÍZENÍ ... 28.
4.2.SILOVÉ POMĚRY JEDNOHO PLNĚ ZATÍŽENÉHO VAGÓNU ... 29.
4.2.1ROZKLAD ZATÍŽENÍ JEDNOHO VAGÓNU ... 29.
4.2.2 ROZKLAD SIL JEDNOHO ZÁVĚSU ... 30.
4.2.2.1PRÚJEZD ROVNÝM ÚSEKEM ... 30.
4.2.2.2PRÚJEZD ZATÁČKOVITÝM ÚSEKEM ... 34.
4.3ZMĚNA KONSTUKCE………35.
5. ROZKLAD VÝSLEDKŮ DLE NARŽENÉHO ŘEŠENÍ ... 36.
5.1 ZJEDNODUŠENÝ NÁVRH ŘEŠENÍ ... 36.
5.2ROZKLAD VÝSLEDKŮ NAVRŽENÉHO ŘEŠENÍ ... 40.
6. CELKOVÉ VYHODNOCENÍ ... 40.
7. ZÁVĚR ... 40.
8. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ... 41.
~ 8 ~
Použité zkratky a symboly
PF 380 dopravníkový systém firmy Caldan a.s. [-]
M3 montážní hala Škoda auto a.s. Kvasiny [-]
SIMATIC počítačový systém pro řízení dopravníků [-]
B6, B6 combi typ vozidla vyráběného na montážní lince superb [-]
SUV typ vozidla vyráběného na montážní lince Yeti [-]
v1-5 rychlost dopravníku oblast číslo 1-5 [m/min]
GC tíhová síla plně zatíženého závěsu [N]
G1-5 tíhová síla jednotlivých podskupin [N]
m1-5 hmotnost jednotlivých podskupin [kg]
g gravitační konstanta [m.s-2] RA,B, Rx1-5 reakční síly v podpěrách (obecně) [N]
F akční síla od řetězu [N]
D1-5 dynamická síla [N]
H,h,b,c, rozměry trolejových vozíků [mm]
L,R,Lb
T1-5 třecí síla [N]
S2-5 těžiště těles [-]
Mč2-5 moment čepového tření [N.m]
N2-5 normálová síla těles [N]
e rameno valivého odporu [0,0005]
fč součinitel čepového tření [0,08]
P výkon elektromotoru dopravníku [W]
MD2-5 moment dynamické síly [N.m]
rč poloměr čepu trolejového vozíku [mm]
~ 9 ~
J2-5 moment setrvačnosti těles [kg.m2]
a2-5 zrychlení tělesa [m.s-2]
ω úhlová rychlost těles [rad.s-1] mcRed redukovaná hmotnost navrženého řešení [kg]
* redukované hodnoty navrženého řešení [-]
~ 10 ~
1. ÚVOD
Tématem mé bakalářské práce byla optimalizace případně úprava zařízení pro přepravu dveří před montáží do karoserie. Práce byla prováděna z důvodu zvýšeného opotřebení styčných ploch dopravníku při jejich pohybu po kolejnici. Zadání vzniklo ve spolupráci s: Oldřich Bezdíček Siemens s.r.o., Sektor Industry, Kvasiny.
Firma Siemens s.r.o. Sektor Industry je ve světě velice uznávanou firmou v oblastech automatizačních systémů a řešení zařízení pro průmyslovou výrobu, dopravu, budovy a osvětlovací systémy. Svým zákazníkům nabízí různorodou škálu produktů, systémů i komplexních řešení pro automatizaci. Technologie v oblasti automatizace pomáhají při řešení specifických situací a zvyšují produktivitu, efektivitu a flexibilitu v oblasti průmyslové a veřejné infrastruktury. Také tvoří nabídku pohonů s konstantním i regulovaným počtem otáček, jističe, proudové chrániče, spínací technika. V roce 2009 dosáhl sektor Industry obratu 33,9 miliard EUR, čistého zisku 2,7 miliard EUR a celosvětově zaměstnával zhruba 207.000 pracovníků.
Zákazníkem firmy Siemens s.r.o. je všemi známý závod Škoda auto a.s. Tato společnost patří doposud mezi nejúspěšnější tuzemské průmyslové podniky. Společnost se řadí mezi největší importéry evropské unie i celé Evropy. Tato firma byla založena dvěma muži, mechanikem Václavem Laurinem a knihkupcem Václav Klementem. Podnik nejprve začal výrobou jízdních kol, až v roce 1905 vyjel první automobil. Téměř okamžitě se tento vůz stal prodejním trhákem. Tento úspěch navázal na vznik akciové společnosti Laurin & Klement a.s. S cílem dalšího rozvoje se v roce 1925 spojuje s Plzeňskou Škodou a dochází k velkému rozvoji. Vlivem 2. světové války a následující světovou hospodářskou krizi dochází k útlumu prosperujícího podniku. V roce 1991 vstupuje automobilka do koncernu Volkswagen s postupně znovu nabírá ztracený lesk na tuzemském i mezinárodním poli jako značka Škoda.
Již třetí desetiletí je automobilka hodnotným členem světoznámého koncernu VW a ve světě velice žádanou značkou.
Cílem práce je navrhnout řešení k prodloužení životnosti kolejnic dopravníku pro přepravu ustrojených dveří před montáží do karoserie. Zpracování dokumentace pro připadnou realizaci.
~ 11 ~
Účelem je snížení počtu pravidelných kontrol stavu zařízení a s tím spojené zvýšené náklady na jejich pravidelnou údržbu.
2. Seznámení se s dopravníkovým systémem P+F 380
Dopravníkový systém PF 380 vytvořený firmou Siemens s.r.o. Sektor Industry byl navrhnut pro účely ve firmě Škoda auto Kvasiny a.s. do výrobní haly M3 montáž pro typy vozů B6, B6 combi a Yeti a slouží pro přepravu nastrojených dveří z podpůrné linky kompletace dveří na hlavní linku hotových vozů. Tento systém se skládá z několika okruhů, které jsou tvořeny z rovných úseků, zatáček, výhybek, výtahů a dalších podpůrných zařízení umožňující provoz (viz obr.1.):
Obr. 1 Layout PF 380
~ 12 ~
2.1 Popis systémů pro přepravu na montážní lince
Zařízení je tvořeno dvěma systémy pro přepravu požadovaného typu výrobků. Prvním systémem je zvedací zařízení pro zdvih vozíků se dveřmi, není však předmětem bakalářské práce, proto popis bude jen okrajově. Druhý systém slouží k přepravě dílů (nenastrojených a nastrojených dveří) mezi hlavní linkou výroby vozů a linkou vedlejší určenou pro montáž a kompletaci dveří. Tento systém se nazývá P+F380.
Pásový zvedák (viz obr.2.) je tvořen základním rámem zvedáku (1), na kterém je umístěn zdvihový vozík (2), jež nese požadovaný výrobek (dveře) dále potom hnací jednotkou (3) na níž je vyrovnávací závaží (4) spojené dvěma zdvihacími pásy (5). Dveře po vyvežení do požadovaného místa dále pokračují systémem P+F 380.
Obr. 2 Pásový zvedák s výtahem
~ 13 ~
Zařízení P+F 380 je tvořen systémem kolejnic, na které se navěšují tzv. vagóny (2) sloužící pro přepravu požadovaných dveří. Na všech úsecích (viz obr. 3.) umožňuje pohyb plně zatížených vozíků případně pouze prázdných samostatných závěsů nekonečný řetěz (1).
Pohyb vozíků po kolejnici umožňují kladkové soustrojí (3). Dráha je tvořena jak rovnými úseky (4) tak i zatáčkami (5) a samozřejmě výhybkami (6)
Obr. 3 Seznam dílů dopravníkového systému
~ 14 ~ 2.2 Soupis zadání zákazníkem
Zadání pro firmu Siemens s.r.o. týkající se dopravníku pro přepravu dveří P+F 380 obsahovalo tyto požadované parametry:
Tab. 1. Seznam zadání zákazníkem
DOPRAVNÍK LAKOVANÝCH DVEŘÍ
1. Využívaný výkon zařízení 530 vozů / 3 směny
2. Typ B6 SUV
3. Počet vozů 320 vozů 210 vozů
4. Disponibilita 98%
5. Přepravovaný předmět lakované dveře B6 / SUV
6. Stav dveří lakované smontované lakované smontované
7. Rozměry B6 SUV
8. přední zadní přední zadní
9. Délka 1281 mm 1179 mm 1207 mm 1010 mm
10. Šířka 450 mm 324 mm 277 mm 284 mm
11. Výška 1075mm 1075 mm 1090 mm 1081 mm
12. Hmotnost na jeden vůz 160 kg 160 kg
13. Efektivní pracovní doba 1350 min
14. Montážní rychlost plynule ragulovatelná 1 - 8 m/min
15. Dopravní rychlost 12 / 14 / 20 m/min
16. Počet závěsů 115
17. Váha zavěsu se dveřmi 380 kg
3. Teoretická příprava pro řešení úkolu
3.1. Problematika dopravníkového systému
Dopravníkový systém slouží k přepravě požadovaného počtu kusů výrobků z jednoho místa na místo jiné. Specifikem tohoto dopravníkového systému je možnost použití ve stoupáních a klesáních až 45° díky kardanovému řetězu a dále pak provozování v teplotách okolního prostředí až 250°C. Důležitá je i jejich vysoká odolnost v agresivních podmínkách jako je prašnost a zároveň malá hlučnost v provozu. Dalším důležitým faktorem pro použití tohoto zařízení je možnost zatížení každého vozíku až 800kg. Tento systém lze použít v hale namontovaný na sloupech nebo ho zavěsit na stropní konstrukce. Ovládání těchto systémů je pomocí pneumatických nebo elektrických zařízení v poloautomatickém nebo plně
~ 15 ~
automatickém provedení. Tyto systémy se vyznačují velice častým využíváním ve velkých objektech a halách jako jsou svařovny, lakovny, montážní haly a mnoho dalších provozů s podobnými specifickými vlastnostmi.
3.1.1. Členění jednotlivých úseků
Dopravníková linka se skládá z pěti hlavních okruhů (větví) jež na sebe navzájem navazují, zároveň však dokážou pracovat jako samostatná jednotka nezávislá na jiné. Tyto větve se nazývají oblast1 až oblast 5. Jednotlivé okruhy jsou řízeny počítačovým systémem SIMATIC, který ovládá všechny okruhy najednou, umožňuje však nastavení jednotlivých parametrů každého okruhu zvlášť. Systém řízení a ovládání jednotlivých částí v každém okruhu zajišťují elektrické, pneumatické nebo elektricko-pneumatické prvky.
Popis jednotlivých okruhů :
Oblast 1 :
Je nejdelší částí celého systému, zároveň také tou nejsložitější. V této oblasti dochází (viz obr. 4.) na hlavní výrobní lince, jež se vyskytuje pod dopravníkovým systémem k vysazování dveří z nalakovaného vozu, navěšení takto vyčepovaných dveří (levá a pravá strana samostatně) na přepravní vozík a jeho pohyb pomocí výtahu na dopravníkovou linku. Ke zrychlenému přesunu na dopravníkovou dráhu napomáhá přídavné zařízení umožňující odjištění a pohyb dvou vozíků najednou pomocí sestavy řetězových kol a řetězu. V Této oblasti se také nachází zásobník prázdných vozíků, který dává časový prostor pro případnou údržbu zařízení nezávisle na chodu hlavní montážní linky. Zároveň je na tomto úseku také nejvíce zatáček a tím pádem je tato část nejvíce náročná na údržbu. Rychlost pohybu dopravníku je v1 = 12m/min čili značně náročná na provoz.
~ 16 ~
Obr. 4 Oblast 1
Oblast 2 :
Je rozdělena na dva úseky část 1. a část 2. (viz obr. 5.) 1. část zajišťuje přepravu vyčepovaných dveří zavěšených na dopravníkovém vozíku na hlavní linku strojení dveří. Část 2 umožňuje naopak najetí nastrojených dveří zpět do dopravníkového systému. Každá z těchto dvou částí obsahuje také zdvihový výtah, jenž obstarává zdvihovou práci ve dvou smyslech. V části číslo 1 pohyb z dopravníkového systému směrem na linku kompletace dveří a v části číslo 2 pohyb nastrojených dveří směrem nahoru zpět do systému. V druhé části je také zásobník již hotových dveří připravených na zpětnou montáž do vozu. Rychlost pohybu dopravníku je v2 = 12m/min čili značně náročná na provoz, především z důvodu většího počtu plně naložených vozíků se dveřmi za sebou.
Obr. 5 Oblast 2
~ 17 ~
Oblast 3 :Je nejdelší částí, kde dochází k přepravě velkého počtu plně naložených vozíků s nastrojenými dveřmi (viz obr.6.). Zároveň zde dochází s pomocí přídavného zařízení jako v oblasti 1 k pohybu dvou vozíku najednou. První z této dvojice najíždí jako částečně prázdný nebo úplně prázdný zpět do dopravníkového systému a ten druhý s nastrojenými dveřmi se připravuje pro pohyb v dalším cyklu pro spuštění na hlavní montážní linku. Dochází zde k vykládání levé a pravé strany dveří samostatně proto částečně prázdný. Rychlost pohybu dopravníku je v3 = 12m/min čili značně náročná na provoz, především z důvodu většího počtu plně zatížených vozíků se dveřmi za sebou.
Obr. 6 Oblast 3 Oblast 4 :
Je nejkratší částí ze všech úseků, zároveň také nejjednodušší (viz obr. 7.). Tvoří spojovací část mezi montážní linkou samotných dveří a posledním úsekem, kde vozíky jezdí s prázdnými dveřmi. Na této oblasti je také největší shluk složitějších zařízení na malém zástavbovém prostoru, jako je výtah sjíždění prázdných dveří a malé robotické pracoviště.
Tato robotická část slouží k rychlému nanášení těsnících gum (pirel) a zalemování do rámu dveří. Rychlost pohybu dopravníku je v4 = 14m/min, čili nejrychlejší úsek ze všech, jelikož na ni přímo navazuje linka
~ 18 ~
strojení dveří a dále potom nepřímo pokračuje hlavní linka výroby vozů B6 a SUV.
Obr. 7 Oblast 4
Oblast 5 :
Je nejdůležitější částí celého dopravníkového systému (viz obr. 8.). Dochází zde k vlastní montáži všech komponentů, které musí dveře obsahovat. Pohybuje se zde také nejvíce osob (personálu) během provozního cyklu a s tím i spojená časová náročnost na údržbu. Rychlost pohybu dopravníku je v5 = 1,4m/min čili nejnižší ze všech oblastí z důvodu pohybu osob okolo dopravníkové dráhy. Dochází zde také k velkému opotřebení vlivem nutných pohybů při montáži jednotlivých částí do zavěšených dveří na vozíku.
Obr. 8 Oblast 5
~ 19 ~
3.1.1.1 Charakteristika rovných úseku
Největší a nejdelší částí celého dopravníkového systému P+F380 jsou rovné úseky (viz obr. 9.). Na těchto úsecích dochází k nejmenšímu opotřebení z důvodu rovnoměrného pohybu plně zatížených vozíků a jejich vlastní konstrukce. Zároveň zde nedochází k velkému výkyvu jednotlivých vozíků a s tím spojené další síly negativně působící na kolejnici.
Obr. 9 Popis rovného úseku 1. Výztuha jedné části úseku
2. Kolejnice pro vedení ozubeného řetězu 3. Kolejnice pro vedení vozíků
4. Šroub pro montáž záklopu 5. Záklop pro kontrolu řetězu
3.1.1.2 Charakteristika zatáček a výhybek
Zatáčky jsou vůbec nejvíce zatěžovaným elementem celého dopravníkového systému.
Důvodem je poměrně velký náklon plně zatíženého vozíku při pohybu zatáčkou, dále s tím spojený rozkmit a síly vznikající při průjezdu zatáčkou. Oproti tomu výhybky nejsou příliš zatěžovanými částmi z důvodu mešního zalomení a také krátké doby pohybu vozíku po tomto úseku. Použité výhybky na tomto dopravníkovém systému jsou pouze dvojího typu mechanicky ovládané (viz obr. 10.) nebo pneumaticko-elektrické (viz obr. 11.). Zatáčka je složena z několika výhybek za sebou proto popisuji pouze výhybky.
~ 20 ~
Mechanicky ovládaná Obr. 10 Popis výhybky Popis :
1. Přepínací páka 2. Západka
3. Část rovného úseku 4. Přepínací kostka 5. Vodící šroub 6. Zajišťovací šroub 7. Matice
8. Otočná část západky 9. Vodící čep
Pneumaticko-elektricky ovládaná Obr. 11 Popis výhybky
1. Otočný čep 2. Vodící čep
3. Rozdvojovací výztuha 4. Vodící šroub
5. Zajišťovací šroub 6. Přepínací páka 7. Ovládací páka 8. Magnetická závora 9. Příruba pro ložisko 10. Radiální ložisko
~ 21 ~
3.1.1.3 Popis vozíků a dalších zařízení
Vozík slouží k přepravě navěšených dveří typu B6 a SUV. Pohybuje se po kolejnici díky dvěma kladkovým soustrojím (vozíkům). Na každém vozíku je přimontován tzv. závěs, na který se postupně navěšují jednotlivé dveře. Tento závěs je konstrukčně velice složitý a zároveň není předmětem bakalářské práce, proto pouze pro představu doplňuji pouze ilustrativní obr. 12.
Obr. 12 Závěs dveří
Kladkový vozík (vagón) je tvořen třemi odlišnými kladkovými soustrojími (trolejovými vozíky), díky kterým dochází k pohybu vagónů po kolejnici (viz obr. 13.). Důležité jsou především první dvě soustrojí z důvodu největšího zatížení za provozu. Třetí a poslední trolejový vozík pouze vytváří danou vzdálenost mezi dalšími závěsy, také je vybaveno speciální západkou sloužící k vypojení závěsu od nekonečného řetězu. Na těchto zařízeních je otočně uloženo několik kladek a některé z nich jsou nejvíce namáhanými součástmi celého zařízení.
~ 22 ~
Obr. 13 Popis jednoho vagónu
1. Přední trolejový vozík 2. Střední trolejový vozík 3. Zadní trolejový vozík 4. Rozpěrka
5. Závěsný rám
Přední trolejový vozík :
Je to vůbec nejvíce zatěžovaný element z celé sestavy (viz obr. 14.). Především přední kladková kola jsou nejvíce namáhána na otěr z důvodu velkých sil a momentů při rozjezdech nebo naopak při prudkých zpomalováních a dojezdech. Foto vlevo ukazuje použití sériových pojezdových kladek s pojezdovou plochou vyrobenou z oceli 11600. Obrázek vpravo naznačuje trolejový vozík, který v horní části obsahuje tzv. zapínací páčku, která vyjede při odjištění dolní rolny a spojí se s nekonečným řetězem a tím dojde k pohybu vozíku po dopravníkové dráze.
Obr. 14 Přední trolejový vozík
~ 23 ~
Střední trolejový vozík :
Je to vozík také velice namáhaný (viz obr. 15.), přesto jeho opotřebení je řádově nižší, než u vozíku předního. Životnost kladek na druhém vozíku je přibližně dvakrát taková než u prvního vozíku především z důvodu nepřenášení takových rázových změn způsobených rozjezdy a zpomalováními. Tento vozík je zatěžovaný pouze silami vzniklými váhou přepravovaného břemene.
Obr. 15 Střední trolejový vozík Zadní trolejový vozík :
Je to vozík sloužící pouze k vytvoření správné vzdálenosti mezi navazujícími vozíky (viz obr. 16.). Je vybavený tvarovou západkou v dolní části, jež dokáže vypojit blížící se vozík z dopravníkové dráhy a tím nedojde ke srážkám s dalšími závěsy.
Obr. 16 Zadní trolejový vozík
~ 24 ~
3.2 Analýza zatížitelnosti jednotlivých vozíků
Tato analýza nám lépe specifikuje nejvíce zatěžované úseky a zároveň ukáže, na jaký typ dveří bychom se měli zaměřit při výpočtech. Podle skutečného stavu je nejvíce namáhanou oblastí oblast číslo 3 a druhá část úseku 2. Z tohoto důvodu se bude analýza týkat pouze těchto dvou úseků. Další části by byly pro výpočet obdobné spíše jednodušší, proto je pouze okrajově zahrneme do dalšího zkoumání.
3.2.1 Rozbor hmotností při jednotlivých fázích po typech
Tabulka neustrojených dveří po typech :
Týká se oblasti číslo 1 první část úseku 2 a poměrnou částí i 4.
Tab. 2. Rozbor hmotností
YETI - SUV B6 limusine B6 combi Boční dveře přední (BDP) 17,105 kg 18,893 kg 18,893 kg Boční dveře zadní (BDZ) 13,247 kg 16,211 kg 15,747 kg Závěsy + šrouby (BDP) 0,689 kg 0,654kg 0,654 kg Závěsy + šrouby (BDZ) 0,708 kg 0,681 kg 0,681 kg Celkem (BDP) 17,794 kg 19,547 kg 19,547 kg Celkem (BDZ) 13,955 kg 16,892 kg 16,428 kg
~ 25 ~
Tabulka neustrojených dveří po typech : Týká se oblasti číslo 3 a druhá část úseku 2.
Tab. 3. Rozbor hmotností
YETI - SUV B6 limusine B6 combi Boční dveře přední (BDP) 29,105 kg 30,893 kg 30,893 kg Boční dveře zadní (BDZ) 23,247 kg 26,211 kg 25,747 kg Závěsy + šrouby (BDP) 0,689 kg 0,654kg 0,654 kg Závěsy + šrouby (BDZ) 0,708 kg 0,681 kg 0,681 kg Celkem (BDP) 29,794 kg 31,547 kg 31,547 kg Celkem (BDZ) 23,955 kg 26,892 kg 26,428 kg
Tyto tabulky naznačují, že nejvíce zatížené vozíky budou s konfigurací vozu B6 limusine s hmotnostmi předních dveří 31,547 kg a dveří zadních 26,892 kg.
3.2.2 Stávající stav jednotlivých okruhů
Pro zhodnocení stávajícího stavu jednotlivých okruhů je nutné vědět oblast, která je z těchto pěti částí považována za nejvíce zatěžovanou a tím pádem i nejvíce opotřebovanou.
Pro toto hodnocení použijeme skutečné údaje vzniklé při provozování dopravníkového systému v závodě Škoda auto Kvasiny a.s. Zároveň využijeme odbornou pomoc zdejšího personálu firmy SIemens a jejich zkušeností spojených s provozem a údržbou tohoto systému.
~ 26 ~ 3.2.3 Podrobný popis stavu
Nejvíce zatěžovaný okruh
Oblast nejvíce zatěžovaná a zároveň vykazující největší opotřebení funkčních ploch je převážná část úseku číslo 5. K tomuto opotřebovávání dochází na styčných plochách samotných koleček jednotlivých vozíků při odvalování po kolejnici. Je to z důvodu působení
velkých sil a momentů, které vznikají při montáži (nastrojování) jednotlivých komponentů do dveří. Velkých vliv na nadměrném opotřebení mají pracovníci, kteří mohou působit až nepřiměřenými silami na jednotlivé závěsy a tím způsobit nevypočitatelné zatěžování komponentů celého zařízení.
Nejméně zatěžovaný okruh
Oblast s nejmenším zatěžováním je úsek číslo 3. Tento okruh obsahuje malý počet zatáček a naopak větší počet dlouhých úseků proto zde nedochází k velkému opotřebovávání funkčních ploch i přesto, že se zde pohybují závěsy již plně zatížené. Je to také z důvodu poměrně velkých rádiusů jednotlivých zatáček a také nepřekonávání výškových rozdílů.
Nejtěžší okruh na údržbu
Oblast nejvíce náročná na údržbu je druhá část úseku číslo 2.
3.3 Provedení dočasné úpravy zařízení
Na základě výše uvedené situace bylo nutné provést rychlé opatření ze strany Siemens s.r.o. Proto byly zakoupeny kladky od firmy Blickle a.s. s pryžovými segmenty (viz obr. 17.), a následně namontovány na dva vagóny, kde byly umístění na nejvíce zatěžované vozíky (přední a střední trolejový vozík) a dále testovány a důkladně sledovány v těžkém provozu.
~ 27 ~
Obr. 17 Střední trolejový vozík
Tyto segmenty byly umístěny na tři závěsy (číslo 28, 113 a 91) a následně nato sledovány a zapisovány. Vzorky na obrázku ukazují
opotřebení jednotlivých kol po třech měsících téměř nepřetržitého provozu.
Tab. 3. Tabulka sledovaných závěsů
Hodnota nových kol 66,1mm Závěs 28 Závěs 113 Závěs 91
Levé přední kolo 64,1mm 64,8mm 63,8mm
Levé zadní kolo 66mm 66mm 65,9mm
Pravé přední kolo 63,8mm 64,5mm 66mm
Pravé zadní kolo 66mm 65,7mm 63,9mm
Z měření v tabulce vyplývá, že opotřebení kol po třech měsících provozu je poměrně značné až 3,3mm levém a pravém předním kole. Proto je nutné provést hlubší analýzu a najít jinou variantu řešení problému.
3.4 Popis navrhované úpravy zařízení
Po provedení analýzy a na základě poznatků z výše uvedené dočasné úpravy bylo zjištěno vysoké tření na dosedacích plochách pojezdových kladek s kolejnicí způsobené především většími zátěžemi, než byly požadované hodnoty. Tím docházelo k velkému opotřebení styčných ploch a následně haváriím zařízení. Navrhované řešení zahrnuje konstrukční úpravu pojezdových trolejí s použitím třetího páru kol na předním a středním trolejovém vozíku. Předpoklad počítá se snížením smykového tření a lepšímu rozložení hmotnosti při jízdě po kolejnici.
~ 28 ~
4. Technické řešení
4.1 Podrobný popis úpravy zařízení
Specifikace problémové oblasti
Hlavní problémovou oblastí jsou úseky, kde dochází k změnám trajektorií jednotlivých vagónů z rovných částí na zatáčkovité. V těchto úsecích vznikají velké odstředivé síly a momenty vzniklé při průjezdu zatáčkou. Zároveň jsou jednotlivé závěsy přetíženy těžkými nastrojenými dveřmi, kde hmotnost jednoho kusu je až cca 32kg. Z toho vyplývá, že hmotnost 4 kusů dveří na jednom závěsu je 116kg. Proto také dochází k velkému smykovému tření mezi kolečkem troleje a kolejnicí. Dále zde jsou kmity, které se projevují při rozjezdech a zastavováních jednotlivých vozíků do sebe. Především tyto síly a momenty mají největší podíl na velkém opotřebovávání kolejnic odbrušováním materiálu z povrchu a tím zmenšení tloušťky materiálu ve žlábku. Při určitém mezním opotřebení dochází k částečnému otevření profilu kolejnice a následné zapříčení se vozíku v kolejnici. Potom musí následovat nutná oprava a vyztužení kritického úseku.
~ 29 ~
4.2 Silové poměry plně zatíženého vagónu
4.2.1 Rozklad zatížení jednoho vagónu
Obr. 18 níže ukazuje zjednodušený statický rozklad zátěže působící na jeden plně zatížený vagón. Z důvodu nezatíženého třetího trolejového vozíku a zároveň jednoduššího výpočtu těžiště celé soustavy těles volím umístění celkové gravitační síly GC v jedné polovině délky závěsu cc = (2000) tedy mezi prvním a druhým trolejovým vozíkem.
Obr. 18 Rozklad sil závěsu
N
g m m m m g G G G G GC
3694 95
, 3693
) 1 , 268 9 , 26 55 , 31 50 .(
)
.( 1 2 3 4
4 3 2 1
=
=
= +
+ +
= + + +
= + + +
=
N R
N R
L R L G
G R R
B A
B C
C B A
7 , 2462
3 , 1231
0 3 .
.2
0
=
=
=
−
=
− +
~ 30 ~
S touto výslednici R budeme dále počítat v následujících výpočtech. Protože je vozík umístěn v těžišti celého závěsu a je velice dobře vyvážený, tak součet momentů vzniklých při působení tíhových sil se rovnají nule.
4.2.2 Rozklad sil jednoho závěsu 4.2.2.1 Průjezd rovným úsekem
Obr. 19 Přední vozík
Těžiště tělesa vychází pomocí výpočtu momentů a ploch přibližně v 1/2H.
Obr. 20 Uvolnění tělesa 2
2 2 2
4 3
3 4
2
4 3
2 4 3
.
2 0 2 .
.
. 2 . 2
. 2 :
0 2 / :
0 :
a m D
L b R L b
R
h H H R
h H R
C F S
G R R Y
D R R F X
y y
x x
c y y
x x
=
=
−
−
− +
+
− +
− +
−
=
− +
=
− + +
~ 31 ~
Obr. 21 Uvolnění tělesa 3
3 3 3
3 3
3 3 3
2 3 2
3 3
3 3 3
3 3 3
3 3
3
3 3 3
3 3 3
. . .
. . .
0 .
. :
0 :
0 :
a m D
g m G
J M
R R f r M
f N T
M M
e N R T S
G R N Y
R D T X
D
y x č č č
D č y
x
=
=
=
+
=
=
=
−
−
−
=
−
−
=
−
−
−
α
Obr. 22 Uvolnění tělesa 4
4 4 4
4 4
4 4 4
2 4 2
4 4
4 4 4
4 4 4
4 4
4
4 4 4
4 4 4
. . .
. . .
0 .
. :
0 :
0 :
a m D
g m G
J M
R R f r M
f N T
M M
e N R T S
G R N Y
R D T X
D
y x c č č
D č y
x
=
=
=
+
=
=
=
−
−
−
=
−
−
=
−
−
−
α
Vztahy pro výpočet třecích sil předního vozíku:
Výsledky nutné k výpočtu: Rx3 = -10330,25N, Rx4 = 0N, Ry3 = Ry4 = 307,8N, m3 = m4 = 47,1kg, R = 0,033m, rc = 0,01m, e = 0,0005, rC = 0,08
R N
R R f R r
e m g m R T
R N
R R f R r
e m g m R T
y x c y č
y x c y č
7 , 19 .
2 . . ). .
. (
263 .
2 . . ). .
. (
2 4 2
4 2
4 4
4 4
2 3 2
3 2
3 3
3 3
+ = +
+
= +
+ = +
+
= +
α α
~ 32 ~
Obr. 23 Střední vozík
Těžiště tělesa volím v 1/2H z důvodu složitého tvaru tělesa na výpočet.
Obr. 24 Uvolnění tělesa 2
2 2 2
4 4
3 3
2
4 3
2 4 3
.
2 0 2 .
.
. 2 . 2
:
0 2 / :
0 :
a m D
h H R L b
R
h H R L b
R S
G R R Y
D R R X
x y
x y
C y y
x x
=
=
− +
−
−
−
− +
−
=
− +
=
− +
~ 33 ~
Obr. 25 Uvolnění tělesa 3
3 3 3
3 3
3 3 3
2 3 2
3 3
3 3 3
3 3 3
3 3
3
3 3 3
3 3 3
. . .
. . .
0 .
. :
0 :
0 :
a m D
g m G
J M
R R f r M
f N T
M M
e N R T S
G R N Y
R D T X
D
y x č č č
D č y
x
=
=
=
+
=
=
=
−
−
−
=
−
−
=
−
−
−
α
Obr. 26 Uvolnění tělesa 4
4 4 4
4 4
4 4 4
2 4 2
4 4
4 4 4
4 4 4
4 4
4
4 4 4
4 4 4
. . .
. . .
0 .
. :
0 :
0 :
a m D
g m G
J M
R R f r M
f N T
M M
e N R T S
G R N Y
R D T X
D
y x c č č
D č y
x
=
=
=
+
=
=
=
−
−
−
=
−
−
=
−
−
−
α
Vztahy pro výpočet třecích sil středního vozíku:
Výsledky nutné k výpočtu: Rx3 = -246,64N, Rx4 = 0N, Ry3 = Ry4 = 615,7N, m3 = m4 = 47,1kg, R = 0,033m, rc = 0,01m, , e = 0,0005, rC = 0,08
R N
R R f R r
e m g m R T
R N
R R f R r
e m g m R T
y x c y č
y x c y č
32 .
2 . . ). .
. (
2 , 33 .
2 . . ). .
. (
2 4 2
4 2
4 4
4 4
2 3 2
3 2
3 3
3 3
+ = +
+
= +
+ = +
+
= +
∗
α α
~ 34 ~
Obecné vztahy a důležité předpoklady k výpočtu :
2 .
0 , .
9 , 10576 .
2 .
2 2
2
R J m
R a v a a
a a a
a a R a
R v v
v N F P v F P
profilu kr
n t
n t
t n
=
=
=
= ⇒ + ⇒
=
+
=
≈
=
= ⇒
=
=
= ⇒
→
α →
ω ω
4.2.2.2 Průjezd zatáčkovitým úsekem
Při průjezdu zatáčkou dochází vlivem zalamování kolejnice do tvaru rádiusu a bočních sil a rázů k výkyvům každého závěsu a proto na tento pohyb aplikuji zjednodušený pohyb matematického kyvadla(viz obr.27.). Jinak jsou síly působící na vozík obdobné jako při průjezdu rovným úsekem, proto není nutné další podrobné uvolňování.
Obr. 27 Výkyv vozíku
N l x
m g x m F
G F l x
c
273 .
. .
. sin
2 =− =−
−
=
=
= ω α
~ 35 ~ 4.3 Změna konstrukce vozíku
Popis možných změn
Zásadní podíl na velkém opotřebení mají podle nejčastěji vzniknutých závad při průjezdech zatáčkou pulzující síly vzniklé při výkyvech pohybujícího se vagónu. Na základě tohoto předpokladu jsou možné dvě varianty řešení.
První možností je snížení kmitání plně zatížených vozíku při průjezdu zatáčkou. Tato varianta je však technicky náročnější z důvodu možnosti uvolnění až spadnutí dveří vlivem malého nebo vůbec žádného výkyvu, proto tuto variantu nebudeme dále zkoumat.
Druhou možností je změna konstrukce samotného trolejového vozíku. Tím by mělo dojít k lepšímu rozložení hmotnosti a snížení smykového tření. Touto variantou jsem se podrobněji zaobíral.
Třetí varianta se objevila při analýze druhé možnosti a vychází ze vztahu pro výpočet třecí síly působící na jednotlivá kola trolejového vozíku.
Popis druhé varianty
Řešení této varianty spočívá v konstrukční úpravě předního a středního trolejového vozíku. Konkrétně se jedná o změnu hlavní boční příruby nesoucí celý vozík. Na každém vozíku se vyskytují dvě tyto příruby.
Zásadní změna spočívá v použití třetího páru pojezdových kol na prvním a středním trolejovém vozíku, které budou mít menší rozteč mezi sebou s uložením na valivých kuličkových ložiskách s označením 6204. Tím se dosáhne lepší stability vozíku v zatáčkách díky větší styčné ploše s kolejnicí a zároveň lepšímu rozložení hmotnosti celé soupravy.
S touto úpravou také dojde mírnému navýšení hmotnosti cca o 1/5 váhy celého vozíku to je však eliminováno 1/3 navýšením styčné plochy. Celá tato konstrukce bude také méně tuhá, proto je nutné také vytvořit rozpěry zvyšující torzní tuhost a odolnost při horším zacházení.
Těžiště tělesa se tím pádem přesune více k otočným elementům a tím také dojde ke snížení sil a momentů působících na vozík při pohybu. Tato varianta se však při výpočtech projevila
~ 36 ~
jako částečně nevhodná z důvodu malého snížení třecí síly na prostředním kole každého trolejového vozíku a také díky možnému vzpříčení se vozíku při průjezdu malým obloukem.
Přesto tuto variantu bereme jako nejvíce vhodnou k dalšímu zpracování.
Popis třetí varianty
Řešení této varianty zahrnuje velice jednoduchou úpravu vozíku díky použití většího průměru kol, který hraje významnou roli pro výpočet třecích sil (viz vztah pro výpočet třecích sil T3-5) na jednotlivých trolejových vozících. Zvětšení průměru kolečka z 66,1mm na 80mm by došlo k ponížení třecí síly téměř o jednu třetinu. Vzhledem k tomu, že vnitřní profil kolejnice má rozměr 70mm tak tato varianta také není možná k dalšímu zkoumání.
5. Rozklad výsledků dle navrženého řešení 5.1 Zjednodušený návrh řešení
Obr. 28 Přední vozík
~ 37 ~
Obr. 29 Uvolnění tělesa 2
0 . 2 .
.
. 2 . 2
. 2 :
0 6 2 / :
0 :
5 4
3 2
5 4 3
2 5
4 3
=
− +
− +
+
− +
− +
−
=
= ⇒
− + +
=
− + + +
∗
∗
∗
∗
∗
∗ ∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
a R a H R
c F
h H H R
h H R
h R S
R G G
R R R Y
D F R R R X
y y
x x
x
C y C
y y y
x x x
Obr. 30 Uvolnění tělesa 3
4 4 4
3 3
3 3 3
2 3 2
3 3
3 3 3
3 3
3 3 3
3
3 3 3
3 3 3
. . .
. . .
0 .
. :
0 :
0 :
a m D
g m G
J M
R R f r M
f N T
M M
e N R T S
G R N Y
R D T X
D
y x č č č
D č y
x
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
=
=
=
+
=
=
=
−
−
−
=
−
−
=
−
−
−
α
Rozklad sil těles 4 a 5 nebude nutný z důvodu stejně působících sil jako u tělesa 3.
Předpoklad:
∗
∗
∗
∗ = y = y = y
y R R R
R 3 4 5
Vztahy pro výpočet reakčních sil:
G N R
N F
a m F D R
R R
c y x
x x
4 , 6 207
2 /
75 , 10330 .
0
2 2
4 5 3
=
=
−
=
−
=
−
=
=
=
∗ ∗
∗
∗
∗
∗
∗
Vztahy pro výpočet hmotností:
~ 38 ~
Vztahy pro výpočet třecích sil předního vozíku:
Výsledky nutné k výpočtu: Rx3*x5* = 0N, Rx4* = -10330,75N, Ry3* = Ry4* = 207,4N m3* = m4*=
=31,7kg, R = 0,033m, rc = 0,01m, e = 0,0005, rC = 0,08
R N
R R f R r
e m g m R
T
R N
R R
f R r
e m g m R
T T
y x c y č
y x
c y č
259 .
2 . . ). .
. (
7 , 13 .
2 . . ). .
. (
2 4 2
4 2
4 4
5 , 3 4
2 5 , 3 2
5 , 3 2
5 , 3 5
, 3 5 , 3 5
3
+ = +
+
= +
+ = +
+
= +
=
∗
∗ ∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗ ∗
∗ ∗
∗
∗
∗
∗
∗
α
α
Obr. 31 Střední vozík
Obr. 32 Uvolnění tělesa 2
0 . 2 .
.
. 2 . 2
:
0 6 2 / :
0 :
5
4 3
2
5 4 3
2 5 4 3
=
− +
− +
+
− +
−
=
= ⇒
− + +
=
− + +
∗
∗
∗
∗
∗
∗ ∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
a R a H R
h R
h H H R
h R S
R G G
R R R Y
D R R R X
y y
x
x x
C y C
y y y
x x x
m kg
m c d 190,275 2
Re
2∗ = = m m m mc d 31,7kg
12
Re
5 4
3∗ = ∗ = ∗ = =
~ 39 ~
Obr. 33 Uvolnění tělesa 3
4 4 4
3 3
3 3 3
2 3 2
3 3
3 3 3
3 3
3 3 3
3
3 3 3
3 3 3
. . .
. . .
0 .
. :
0 :
0 :
a m D
g m G
J M
R R f r M
f N T
M M
e N R T S
G R N Y
R D T X
D
y x č č č
D č y
x
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
=
=
=
+
=
=
=
−
−
−
=
−
−
=
−
−
−
α
Rozklad sil těles 4 a 5 nebude nutný z důvodu stejně působících sil jako u tělesa 3.
Předpoklady jsou stejné a vztahy pro řešení středního vozíku jsou stejné jako u předního proto uvedu pouze zjednodušenou verzi.
Předpoklad:
∗
∗
∗
∗ = y = y = y
y R R R
R 3 4 5
Vztahy pro výpočet reakčních sil:
G N R
N a
m R R D R
R R
c y
x x x
x x
8 , 6 414
2 /
26 , 249 .
0
2 5 3 2 4
5 3
=
=
=
=
−
−
=
=
=
∗ ∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
Vztahy pro výpočet třecích sil středního vozíku:
Výsledky nutné k výpočtu: Rx3*x5* = 0N, Rx4* = 249,26N, Ry3* = Ry4* = 414,8N, m3* = m4*=
=31,7kg, R = 0,033m, rc = 0,01m, e = 0,0005, rC = 0,08
R N
R R f R r
e m g m R T
R N
R R
f R r
e m g m R
T T
y x c y č
y x
c y č
3 , 23 .
2 . . ). .
. (
5 , 21 .
2 . . ). .
. (
2 4 2
4 2
4 4
4 4
2 5 , 3 2
5 , 3 2
5 , 3 5
, 3 5 , 3 5
3
+ = +
+
= +
+ = +
+
= +
=
∗
∗ ∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
∗
α
α
~ 40 ~
5.2 Rozklad výsledků navrženého řešení
Tab. 4. výsledné hodnoty před a po řešení problému:
Tabulka vypočtených hodnot
Vozík přední Vozík střední
Třecí síla styčných ploch vozíku a kolejnice
T3 [N] T4 [N] T5 [N] T3 [N] T4 [N] T5 [N]
Před úpravou 263 19,7 0 33,2 32 0
Po úpravě 13,7 259 13,7 21,5 23,3 21,5
6. Celkové vyhodnocení
Dle tabulky vypočtených hodnot můžeme říci, že konstrukční úprava navrhovaného řešení přinese snížení třecích sil působících na vozík téměř na polovinu, ale bude namontován třetí pár pojezdových kol. Tím můj předpoklad prodloužení životnosti odhaduji na 1/3 zlepšení životnosti oproti původnímu stavu.
7. Závěr
Tato práce se zabývala řešením dopravníkového systému sloužícího pro přepravu panelový dílů (dveří) na montážní lince. Řešila se zde změna pojezdového prvku vozíku závěsu systému P+F. Návrhů bylo několik, ale pouze jedno řešení se ukázalo jako nejvíce vhodné pro danou situaci. Přesto po výpočtu všech potřebných hodnot výsledek nepřinesl výrazný rozdíl v opotřebení při náročném provozu znázorňující třecí síla. Proto navrhuji pro důkladnější analýzu použití nových moderních softwarů. Částečným řešením je také optimalizace rozložení těžiště tíhových sil.
~ 41 ~ 8. Seznam použité literatury
[1] Technická dokumentace zařízení PF 380, výrobce CALDAN CONVEYOR A/S [2] Výkresová dokumentace zařízení BMS403 – firmy Promus Katowice [3] Dokumentace pohonů okruhů, SEW-EURODRIVE CZ
[4] Odkazy ze stránek internetu, knihoven, apod.
[5] Technické příručky, strojnické tabulky
