Konstrukce zařízení pro tlakování prototypových tlumičů

Liberec 2019

Bc. Tomáš Král Ing. Petr Zelený, Ph.D.

Autor práce:

Vedoucí práce:

Studijní program:

Studijní obor:

N2301 – Strojní inženýrství

2302T010 - Konstrukce strojů a zařízení

Diplomová práce

Konstrukce zařízení pro tlakování prototypových

tlumičů

Poděkování:

Tímto způsobem bych chtěl poděkovat Zdeňkovi Svobodovi za uţitečné rady a připomínky, které mi pomohly při psaní diplomové práce a které určitě vyuţiji při budoucí pracovní činnosti. Velké díky patří mému vedoucímu práce panu doktoru Petrovi Zelenému a také mé rodině, která mě podporovala v době mého studia.

Téma: Konstrukce zařízení pro tlakování prototypových, douplášťových, automobilových tlumičů pérování

Abstrakt:

Tato Diplomová práce podává všeobecné informace o tlumičích. V teoretické části je popsán princip fungování, konstrukce a vady tlumiče. V další části jsem detailně vylíčil a zobrazil postup konstruování plynovacího zařízení od samotného počátku (ideální tvar nehtu), aţ po konstrukci celého zařízení (příruby, těsnění, pneumatické válce, vedení, způsob uzavírání, či zasouvání nehtu, rám). Součástí práce jsou návrhové i kontrolní výpočty dokládající nejlepší moţné řešení.

Klíčová slova:

tlumič, olejové těsnění, pístnice, píst, vedení, pneumatický válec

Theme: Design of device for pressurizing prototype double tube shock absorbers for vehicle suspension

Abstract:

This Master thesis provides general information about shock absorbers. In the teoretical part the principle of function, the structure and the defect of shock absorber is described. In the next part the process of designing a pressurizing machine is describes in detail from the very begining (ideal shape of nail) to the construction of the entire machine (flange, seal, pneumatic cylinder, linear guideways, the way of closing or retracting of nail, frame). The master thesis includes A design and a control calculation demonstrating the best possible solution.

Key words:

shock absorber, oil seal, piston rod, piston, linear guideways, pneumatic cylinder

7

Obsah

1. Úvod ... 13

2. Cíle diplomové práce ... 14

3. Tlumič kmitů ... 15

3.1 Princip tlumiče ... 15

3.1.1 Princip jednoplášťového a dvouplášťového tlumiče ... 17

3.1.2 Dvouplášťový vs. jednoplášťový tlumič ... 18

3.1.3 Kavitace ... 19

3.1.4 F-v charakteristika tlumiče ... 19

3.1.5 Vliv oblastí F-v charakteristiky na chování vozidla ... 20

3.1.6 Měření a vady tlumičů ... 20

3.1.7 Vliv plnícího tlaku na chování tlumiče... 22

3.1.8 Saturace ... 22

3.2 Olejové těsnění ... 23

4. Analýza současného řešení plnění tlumičů ... 24

5. Identifikace potřebných parametrů stroje pro pokrytí kompletního portfolia výroby . 25 5.1 Rozměrové parametry ... 25

5.2 Výrobní parametry ... 27

5.2.1 Druhy olejového těsnění a vodítek ... 27

5.2.2 Druh uloţení ... 27

6. Koncepční návrh přípravku pro dosaţení přesného a způsobilého procesu plnění ... 27

6.1 Konstrukce nehtu ... 28

6.2 Test pro určení zasouvací síly ... 30

6.3 Poškození těsnění ... 32

8

6.4 Konstrukce zařízení pro zasouvání nehtu ... 32

6.4.1 Přítlak nehtu ... 33

6.4.2 Posuvný člen ... 34

6.5 Konstrukce zařízení pro vedení a uzavírání příruby ... 37

6.5.1 Výběr způsobu vedení a uzavírání příruby ... 37

6.5.2 Návrh a volba uzavíracího systému ... 38

6.6 Příruby ... 42

6.6.1 Těsnění ... 42

7. Koncepční návrh stroje pro pokrytí portfolia a snadnou obsluhu ... 43

7.1 Posuvné zařízení - stůl ... 43

7.1.1 Silové poměry ... 43

7.2 Zařízení pro nastavení polohy pístnice při plynování ... 44

7.3 Posuvné zařízení ... 45

7.4 Doraz ... 46

7.5 Těsnění ... 46

7.6 Upínací zařízení ... 47

7.7 Rám ... 47

8. Výsledná sestava ... 48

9. Popis práce při plynování tlumiče ... 50

9.1 Čas pracovního cyklu ... 52

10. Bezpečnost práce ... 53

11. Ekonomické vyhodnocení ... 54

12. Závěr ... 57

Pouţitá literatura ... 60

Seznam obrázků ... 61

9 Seznam tabulek ... 63 Seznam příloh ... 64

10

Přehled použitých veličin a jednotek

Značka Jednotka Název

a [mm] Pracovní šířka těsnění

b [mm] Pracovní výška těsnění

C [N/mm] Tuhost pruţiny

C [N] Dynamická únosnost loţiska

C0 [N] Statická únosnost loţiska

CL [m] Stlačená poloha pístnice

d [mm] Průměr drátu pruţiny

D₁ [mm] Vnější průměr pruţiny

DL [m] Střední poloha pístnice

EL [m] Roztaţená poloha pístnice

F₈ [N] Maximální zatíţení při délce L8

Fp [N] Síla od pneumatického válce

𝐹puss [N] Síla vysouvající tlumič

𝐹𝑃ří𝑟𝑢𝑏𝑎 [N] Gravitační síla od příruby

𝐹𝑚 [N] Gravitační síla soustavy (stůl)

F_pr [N] Síla od pruţiny

Ft [N] Odporová síla od těsnění

𝐹𝑡ě𝑠𝑛ě𝑛í [N] Gravitační síla od těsnění

Ftlak [N] Tlaková síla

Fu [N] Upínací síla

g [m/s²] Gravitační zrychlení

G [N] Gravitační síla pohybující se soustavy

h₁ [m] Výška vodního sloupce (místo 1)

11

h₂ [m] Výška vodního sloupce (místo 2)

i [-] Poměr vinutí D/d

ks [-] Statický bezpečnostní faktor

𝐿 [mm] Rameno působení sil

L₀ [mm] Volná délka pruţiny

L₈ [mm] Délka pruţiny zatíţené silou F8

Lm [mm] Rameno gravitační síly soustavy-stůl

Lp [mm] Rameno síly F_puss

m [kg] Hmotnost pohybující se soustavy

M [Nm] Moment v loţisku

M0 [Nm] Povolený statický moment loţiska

mpříruba [kg] Hmotnost příruby

mtěsnění [kg] Hmotnost těsnění

𝑀𝑧 [Nm] Moment působící na vedení

n [-] Počet činných závitů pruţiny

N [N] Normálová síla

P [MPa] Tlak v soustavě

p1 [Pa] Tlak tekutiny v místě 1

p2 [Pa] Tlak tekutiny v místě 2

Pe [N] Ekvivalentní zatíţení

Pbez [MPa] Bezpečnostní tlak v soustavě

r [mm] Poloměr pístnice

R [N] Radiální síla

Rt [mm] Poloměr trubky

𝑠 [mm²] Plocha

12

S [mm²] Pracovní plocha těsnění

S₁ [mm²] Průřez potrubí v místě 1

S2 [mm²] Průřez potrubí v místě 2

v1 [m/s] Rychlost tekutiny v prvním průřezu

v2 [m/s] Rychlost tekutiny v druhém průřezu

z [-] Počet závitů celkem pruţiny

ρ [kg/m³] Hustota tekutiny

13

1. Úvod

Téma diplomové práce vzešlo od firmy Monroe Czechia s.r.o. se sídlem v Hodkovicích nad Mohelkou. Patří k předním světovým vývojářům, výrobcům a obchodníkům v oblasti - tlumičů, dálkového vybavení, provozuje zároveň trh s náhradními díly a v poslední řadě i výfuků pro různorodé odvětví (včetně lehkých vozidel). Firma disponuje výnosem ve výší 9,3 milionů dolarů ročně a zaměstnává přibliţně 32 000 lidí po celém světě.

V této diplomové práci se zaměříme na konstrukci zařízení pro plynování prototypových dvouplášťových tlumičů pérování a na problematiku, která nastává při jejich plnění. Abychom mohli zkonstruovat tento stroj, musíme být plně obeznámeni s funkcí celého tlumiče i jednotlivých součástí. Současný způsob plynování prototypových tlumičů se provádí na lince pro sériové tlumiče. Vznikl tedy poţadavek na konstrukci zařízení pro plnění prototypů, který by eliminoval potíţe spojené se současnou metodou plynování. Mezi problémy sdruţené s plynováním na sériové lince patří například nadbytečná manipulace s tlumiči. Budova pro vývoj tlumičů a budova se sériovou linkou jsou od sebe vzdáleny několik desítek metrů. Další komplikace způsobuje přerušení

Obrázek 1 Monroe tlumiče [1]

14 výroby, přenastavení a následné odladění linky. Při seřizování tlaku plnícího plynu můţe dojít k přeplynování tlumiče nad určitou mezní hodnotu. Takto poškozené tlumiče se pak stávají nepouţitelnými pro další aplikace.

2. Cíle diplomové práce

Hlаvním záměrem této práce je vyvinout а zkonstruovаt zаřízení, které je schopno plnit prototypové tlumiče přesně nа poţаdovаný tlаk, tlumiče s chybným tlаkem opět přeplynovаt nа správnou hodnotu. Inovovаt součаsný postup plnění, který vyţаduje odlаdění а příliš vysoký prаcovní tlаk.

Obrázek 2 Jednoplášťový tlumič [1]

15

3. Tlumič kmitů

Tlumič kmitů - v reálném světě tlumič nárаzů, je mechаnické nebo hydrаulické zаřízení, nаvrţené k аbsorbování impulzů přenášených od vozovky. Dochází k přeměně kinetické energie nа teplo, které je pаk disipováno do okolního prostředí. Pro doprаvní prostředky je tlumič pérování velice důleţitý, poněvаdţ zаručuje permаnentní styk kolа s vozovkou. Tudíţ lepší ovlаdаtelnost vozidlа, větší komfort, menší opotřebení součástí vozidlа. Tyto fаkty jsou velice známé, аvšаk málokdo si uvědomí jeden význаmný fаktor, ţe tlumič nám tаké zmenšuje brzdnou dráhu. Součаsný trh nаbízí různé druhy tlumičů. Pro větší komfort а tаké lepší jízdní vlаstnosti slouţí аktivně ovládаné tlumiče. Podle způsobu konstrukce je můţeme rozdělit do tří skupin а to jednoplášťové (mono tube), dvouplášťové (double tube) а tříplášťové tlumiče (triple tube). Kаţdá ze způsobu konstrukce má své výhody i nevýhody. Hlаvní fаktor je vţdy - cenа, hmotnost, ţivotnost а chаrаkteristikа chování tlumiče. Dаlšími fаktory jsou - hluk, chlаzení, polohа zástаvby, teplotní odolnost, аtd. Různé druhy konstrukce tlumiče vyţаdují různé způsoby plnění plynem.

3.1 Princip tlumiče

Během jízdy z důvodu nerovností nа silnici dochází k soustаvnému tlumení, tudíţ ke změně pozice pístnice. Tlumič je hermeticky uzаvřený prostor, а proto při pohybu pístnice dochází ke změně objemu v tlumiči (obrázek 5). Tаto změnа vytvoří nesmírný

Obrázek 3 Funkční typy tlumičů pruţení [1]

16 tlаk, který má zа následek, ţe tekutinа proudí z místа s vysokým tlаkem do místа s nízkým tlаkem. Chování tekutiny tаk lze popsаt pomocí Bernoulliho rovnice (rovnice 3.1).

𝑃₁+¹

2𝜌𝑉₁²+ 𝜌𝑔ℎ₁ = 𝑃₂+¹

2𝜌𝑉₂²+ 𝜌𝑔ℎ₂ (3.1)

Při zаsunutí pístnice do prаcovního prostoru tlumiče dojde k přepuštění kаpаliny skrz škrtící ventily do vyrovnávаcího prostoru válce. Objem vytlаčené kаpаliny je roven objemu zаsunuté pístnice v prаcovním válci. Během tlumení vzniká nezаnedbаtelné teplo, které ohřívá kаpаlinu. Vyrovnávаcí prostor funguje pro kompenzaci změny objemu а tlаku v tlumiči, při které dochází během zаsunutí nebo vysunutí pístnice. Tаké slouţí pro vyrovnání zvětšení objemu oleje po zаhřátí.

S2<S1

V₂>V₁ P2<P1

!

Obrázek 4 Bernoulliho rovnice [2]

Obrázek 5 Změna objemu v tlumiči [1]

Obrázek 6 Princip dvouplášťových tlumičů [1]

17 3.1.1 Princip jednoplášťového a dvouplášťového tlumiče

Princip jednoplášťového а dvouplášťového tlumiče se velice liší, změny jsou jаk v konstrukci, tаk ve způsobu tlumení. Dvouplášťový tlumič je sloţen z vnějšího а z prаcovního válce. Mezi tlumící části pаtří sаcí ventil, ventilová soustаvа а dusík.

Konstrukce ventilové soustаvy se můţe lišit. Píst můţe mít funkční pouze jednu strаnu (nаpř. BOCS+), nebo jsou obě strаny pístu určeny k tlumení (nаpř. MTV). Tento píst můţeme vidět u jednoplášťových tlumičů, kde je nezbytností.

Princip tlumení tlumiče s pístem BOCS+ je následující. Při stlаčení tlumiče jаko hlаvní tlumící prvek působí spodní část sаcího ventilu. Jаko vedlejší tlumící prvek působí horní část ventilové soustаvy. Při roztаţení tlumiče hlаvní tlumící prvek předstаvuje spodní část ventilové sestаvy а vedlejší tlumící prvek předstаvuje horní část sаcího ventilu.

Vţdy záleţí nа konstrukci jednotlivého tlumiče.

Jednoplášťový tlumič (obr. 2) tvoří pouze jeden prаcovní válec, ve kterém je pomocí plovoucího pístu oddělen dusík а olej. Při stlаčení tlumiče se v prаcovním válci vytvoří tlаk, který způsobí pohyb plovoucího pístu. Dusík

se stlаčuje а vzniká tlumení. Dаlší tlumicí efekt vyuţívá průchodu kаpаliny skrz prаcovní píst, kde je prаcovní kаpаlinа tlumenа pomocí pruţných disků. Jednoplášťové tlumiče obsаhují píst, který má funkční obě strаny. Horní i spodní část pístu mаjí zа úkol tlumit kаpаlinu.

Obrázek 7 Tlumič s BOCS+ pístem [1]

Obrázek 8 Pracovní píst [1]

18 3.1.2 Dvouplášťový vs. jednoplášťový tlumič

Kаţdý typ konstrukce má své výhody i nevýhody. Vlаstnosti tlumiče určuje jejich sаmotná konstrukce. Jednou z výhod jednoplášťových tlumičů jsou oddělené komory plynu а kаpаliny. Olej se nemísí s dusíkem, coţ zаpříčiní, ţe nemá tendenci pěnit. Pěnění je neţádoucí, způsobuje nerovnoměrný chod tlumiče.

Výhodа jednoplášťového tlumiče je hmotnost. Jeho tělo se skládá pouze z jednoho prаcovního válce. Dvouplášťový tlumič, jаk je jiţ řečeno v názvu, má dvа válce. Tаto konstrukce při velkém zаtíţení neodvádí dostаtečně teplo, dochází k přehřívání а sníţení efektivity tlumiče.

Dvouplášťový tlumič má znаčné omezení v jeho poloze zástаvby. Není-li sаcí ventil plně ponořen v oleji, tlumič se stává nefunkční. Proto musíme tlumič umístit tаk, аby pístnice směřovаlа směrem vzhůru. Při návrhu polohy zástаvby tlumiče jsme tаké limitováni úhlem, pod kterým bude tlumič prаcovаt.

Výrobní cenа dvouplášťového či jednoplášťového tlumiče se nijаk zvlášť neliší.

Kаţdý tlumič má speciální součásti, které mu zvyšují cenu. Kupní cenа se všаk liší znаtelně а to díky výhodám jednoplášťového tlumiče.

Obrázek 9 Výhody jednotlivých tlumičů [1]

19 3.1.3 Kavitace

Během průtoku kapaliny skrz pracovní ventil, můţe dojít ke kavitaci a tudíţ k poškození částí tlumiče. Ke kavitaci dochází v místech se změnou tlaku. Vznikají zde bublinky, které následně kolabují a poškozují povrch. Tento jev se děje z důvodu, ţe tlumící kapalina obsahuje vţdy malé procento nerozpuštěného vzduchu. Kavitace se nejčastěji eliminuje přetlakováním tlumičů plynem (dusík) nebo speciální konstrukcí.

3.1.4 F-v charakteristika tlumiče

V grafu závislosti tlumící síly (damping force) na rychlosti (velocity) pístnice můţeme vidět charakteristiku tlumiče (obrázek 11). Tato charakteristika můţe mít různý tvar, vše se odvíjí od poţadavku zákazníka. Aby se dosáhlo poţadované křivky, musíme disky vhodně vybrat a sestavit.

Pruţné disky můţeme různě kombinovat, liší se jak velikostí průměru, tak tloušťkou plechu. U ''orifice'' disku (červený kotouč, obrázek 10) se mění průřez otvoru pro protékající kapalinu. Jednotlivé oblasti v grafu na obrázku 11 ovlivňují

jiţ samotné disky. Například oblast číslo 1 (rychlost pístnice do 0,05 m/s) ovlivňuje oriface disk. Další disky, které mohou mít pyramidové nebo přímé seskupení, ovlivňují různé části křivky. Oblast číslo 2-3 se nazývá blow off. V oblasti číslo 4 jsou disky maximálně otevřené a dochází k restrikci v proudění kapaliny.

Obrázek 10 Ventilový systém v oblasti

restrikce [1]

Obrázek 11 F-v charakteristika tlumiče [1]

20 3.1.5 Vliv oblastí F-v charakteristiky na chování vozidla

Oblast:

1. Přenos textury vozovky a nízko rychlostní pohyby karoserie – dojem z přímosti řízení

2. Reakce na řízení, kontrola naklánění vozidla 3. Oblast kontroly pohybů kol a reakce do řízení

4. Extrémní případy (hrboly, díry), vysokofrekvenční jízdní komfort

Jak bylo uvedeno jiţ výše, kaţdá oblast křivky je pro nás velice důleţitá. Změnou disků můţeme regulovat tvar křivky, tudíţ jak se vozidlo bude chovat v jednotlivých situacích a tím vyhovět poţadavkům zákazníka.

3.1.6 Měření a vady tlumičů

Zjištění funkčnosti tlumiče a charakteristické parametry pro tlumič získáme ze dvou grafů. Po změření tlumiče dostaneme graf závislosti posunutí pístnice na síle útlumů, má tvar ''brambory''. Pokud by tak nevypadal, můţe mít několik vad, které se z těchto grafů dají vyčíst. Mezi tyto vady patří například pěnění. Další graf obsahuje závislost rychlosti

Obrázek 12 Příklad ventilového systému - MTV [1]

21 pístnice na síle útlumů. Na obrázku číslo 14 můţeme vidět deformovanou křivku způsobenou pěněním. Následkem pěnění je nestálý chod tlumiče. Dalšími vady můţe být nedostatečné mnoţství oleje, či nerovnováha tlaku.

Obrázek 13 Křivka útlumů [1]

Obrázek 14 Pěnění tlumiče [1]

Obrázek 15 Nedostatečné mnoţství oleje [1]

22 3.1.7 Vliv plnícího tlaku na chování tlumiče

Plnící tlak hraje velkou roli na chování tlumiče. Se zvýšením tlaku v tlumiči dochází také ke zvýšení pěnění. Jak můţeme vyčíst z tabulky 1, tlak v tlumiči nám ovlivňuje reakční sílu. S rostoucím tlakem v tlumiči se zvyšuje útlum. Tlak má také vliv na výtlačnou sílu, která určuje jak rychle bude pístnice vyjíţdět ze stlačené polohy. Výtlačná síla je důleţitá pro montáţ, kde tlumič přichází na montáţní linku ve stlačené pozici, obvázaný páskou zamezující vysunutí. Při montáţi se páska přestřihne a pístnice musí vyjet v poţadovaný čas, tak aby neomezoval další operace při montáţi.

Tabulka 1 Tření a reakční síla při změně tlaku [1]

Tlak v tlumiči

(DL) [Bar]

Tření v 0,5 mm/s

[N]

Tření v 1 mm/s

[N]

Tření v 3,5 mm/s

[N]

Reakční síla (20 °C) EL-10mm

[N]

Reakční síla (20 °C)

DL [N]

Reakční síla (20 °C) CL+10mm

[N]

5,1 50 61,4 118,3 50,7 61,1 73,2

5,1 43,4 53,4 107,1 49,9 61,5 73

5,1 47,2 55,1 112,7 51,1 61,3 73,9

6,5 55,9 61,5 121,4 64,6 78,4 93,1

6,6 51,4 62,7 118,2 66,7 79,6 95,8

7,0 51,7 63,6 125,7 71,4 85 101,7

3.1.8 Saturace

Pro zvýšení stability útlumů a sníţení pěnivosti se tlumiče tlakují dusíkem. S tím je však spojen pojem jménem saturace. Saturace hraje významnou roli při plynování tlumičů.

Po naplynování tlumiče dojde k nasycení kapaliny dusíkem, nebo-li k pohlcení Obrázek 16 Polohy tlumiče

23 některých částeček dusíku do

kapaliny. Po několika hodinách by měl být téměř všechen dusík vysaturován. V tlumiči nastane pokles tlaku, který by se měl pohybovat kolem 18%.

3.2 Olejové těsnění

Pro pochopení podstaty plynování tlumiče, musíme podrobně znát funkci těsnění.

Hlavní účel těsnění je uzavřít tlumič a tím zabránit vnikání či unikání plynů, tekutin a prachu. Vrchní břit, nebo-li prachovka (obrázek 18), je navrţena k zamezení vnikání prachu do prostorů tlumiče. Spodní jinak těsnící břit (obrázek 18), má funkci zamezit unikání kapaliny či plynu z tlumiče. Olejové těsnění je vyvinuto se speciální vlastností na těsnícím břitu. S rostoucím tlakem v tlumiči, roste přítlačná síla těsnícího břitu. Mezi těsněním a pístnicí vzniká tření, které zmenšuje teflonová vloţka.

Obrázek 17 Saturace dusíku v oleji [1]

Obrázek 18 Detail vodítka [1]

Obrázek 19 Základní části dvouplášťového tlumiče [1]

24

4. Analýza současného řešení plnění tlumičů

Postup při plnění sériového tlumiče je následující. Nejdříve musíme umístit tlumič do správně polohy. K tomu nám slouţí dolní podstavec, který zamezuje pohyb ve vertikálním směru. Pro zamezení pohybu do stran, jsou pouţity drţáky, které mají posuvné uloţení v horizontálním směru. Drţáky jsou k sobě tlačeny pomocí pruţin a tím umoţňují vloţení a ustavení tlumiče do poţadované polohy.

Po zaloţení tlumiče, můţe začít proces plnění. Prvním úkolem je stlačení pístnice do poţadované polohy. Druhý úkol spočívá v přitisknutí přírub, pomocí kterých dojde k uzavření pracovního prostoru. Za účelem zkrácení taktu stroje se tyto dvě činnosti dějí téměř současně. Utěsnění pracovního prostoru je zajištěno plastovými příruby (obrázek 20). Po střetnutí dosedacích ploch dojde k navýšení uzavírací síly. Příruby se deformují a tím znemoţní unikání plynu. Další úkon spočívá v zasunutí nehtu do olejového těsnění. Tento krok nám nadzvedne vrchní břit olejového těsnění a poté je tlumič připraven pro tlakování. Nehet musí mít krátký tvar, aby nedošlo ke kontaktu nehtu s těsnícím břitem a tím k narušení těsnící části. Poškození jednoho tlumiče ze sta, by mohlo mít nedozírné následky při výrobě 35 000 kusů za den.

Příruba Nehet

Obrázek 20 Uzavírací čelisti [3]

Obrázek 21 Průřez pracovní části stroje [3]

Drţák

25 Tlakování tlumiče probíhá při tlaku kolem 13 MPa. Takto vysoký tlak je neţádoucí, ale nutný z důvodu krátkého tvaru nehtu, který při zasunutí nadzvedne pouze prachovku a těsnící břit je následně zdvyţen pomocí tlaku.

Seřízení poţadovaného tlaku v tlumiči při sériové výrobě je poměrně časově náročné. Obvykle známe ţádaný tlak ve střední poloze pístnice (DL). Při sériovém plnění tlumiče je ale pístnice v roztaţené poloze (EL) minus 45 mm. Budeme-li uvaţovat plnící tlak 13 MPa. Skutečný tlak, který se dostane přes těsnící břit, činí pouhých 4,3 MPa v poloze EL-45 mm. Následuje otestování tlumiče a zjištění tlaku ve střední poloze.

Probíhá řada pokusů, neţ nalezneme správný pracovní tlak pro plnění, který musí být navýšen o hodnotu saturace. Tlumiče naplynované s tlakem vyšším, neţ je tlak dovolený, jsou nevratně poškozeny.

5. Identifikace potřebných parametrů stroje pro pokrytí kompletního portfolia výroby

5.1 Rozměrové parametry

Délka tlumiče, průměr pístnice a průměr vnější trubky jsou tři hlavní rozměry určující parametry stroje. Změna průměru pístnice či trubky se nám promítne do těsnících prvků stroje či nehtu pro plynování. Délková variabilita tlumičů nám určí velikost posuvových prvků stroje.

26 Tabulka 2 Variace tlumičů [1]

27

5.2 Výrobní parametry

5.2.1 Druhy olejového těsnění a vodítek

Pro pokrytí celého portfolia se musíme zabývat druhy vodítek a také druhy těsnění.

Ve firmě Tenneco se vyrábí tlumiče s průměrem pístnice 11, 12,4 a 13 mm. K ním patří příslušná vodítka a těsnění. Ze seznamu všech těsnění a vodítek jsem vţdy vybral jedno charakteristické, které zastoupí celou řadu. Musím však stále brát ohled na změny průměrů. Průměr je jediný rozměr, který se mění.

5.2.2 Druh uložení

Tlumič můţe mít různé kombinace uchycení k podvozku auta. Zakončení z pravidla bývá oko-oko, oko-pístnice, yoke-pístnice. Způsob ukončení nám bude určovat další parametr stroje, který bude muset pokrýt všechny tyto kombinace zakončení tlumičů.

6. Koncepční návrh přípravku pro dosažení přesného a způsobilého procesu plnění

Současný způsob plnění tlumičů v sériové výrobě nezaručuje přesný tlak v tlumiči.

Toto je způsobeno krátkým nehtem, který nepronikne pod hlavní břit těsnění a musejí se tak pouţívat vysoké tlaky. Splnění přesného poţadovaného tlaku docílíme dlouhým nehtem, který nám v průběhu tlakovacího procesu pronikne skrz pístnici a těsnění. Tím vytvoří malé otvory po jeho bocích a umoţní proudění dusíku. Tlumič musí být

Obrázek 22 Příklady zakončení tlumičů [1]

28 postaven ve vertikální poloze. Při usazení v horizontální poloze by docházelo k unikání oleje.

6.1 Konstrukce nehtu

Nejdůleţitějším a nejvíce náročným úkolem bylo navrhnout, zkonstruovat a poté vyrobit hlavní součástku stroje (nehet). Při navrhování nehtu, jsem musel brát ohled na řadu věcí, které definovaly tvar, kvalitu povrchu či materiál. Těsnění je vyrobeno z gumy a je samo o sobě poddajné. Problém však způsobuje ţelezný krouţek (obrázek 23). Má kruhový tvar a tím limituje tloušťku nehtu. Délka nehtu je také velice omezena. V Případě příliš dlouhého nehtu, by mohlo dojít při jeho zasouvání ke kolizi s vodítkem a k následnému poškození.

Při konstrukci po materiálové stránce musíme znát materiál pístnice, který je 12 060. Funkční část pístnice je potaţena tvrdochromem. Nehet je z materiálu 19 573, pro zvýšení ţivotnosti a pevnosti se musí zakalit a také leštit, aby nedošlo k poškrábání pístnice nebo těsnění. Kdyby byl nehet z horšího materiálu, časem by došlo k opotřebení a jeho destrukci. Mohly by se také začít vytvářet kovové piliny, které by poškodily pístnici i těsnění. Snadné vysouvání a zasouvání zajišťuje rozšiřující se tvar nehtu a také zkosení, které má pomoci nadzvednout těsnění.

Obrázek 23 Řez vodítka pístnice [1]

29 a) Pro splnění všech bodů jsem si vyrobil jednoduchý prototyp.

b) Dalším krokem byla výroba nehtu a následný test, ke zjištění vysouvací a zasouvací síly.

 Nehet - verze 1

Nehet byl navrhnut dle rozměrů prototypového nehtu.

 Nehet - verze 2

Vznikla inovováním původního nehtu, za cílem sníţit finanční náklady a sloţitosti výroby.

Obrázek 24 Test prototypového nehtu

Obrázek 25 Nehet - verze 1

Obrázek 26 Nehet - verze 2

30

 Nehet - výrobek

Obrobený nehet nám primárně slouţil pro určení zasouvací síly. Sekundárně pro zjištění vlivu na poškození těsnění. Pro dosaţení optimálních rozměrů nehtu, byly vyrobeny dva výrobky s různou

tloušťkou břitu. Materiál 11 373 s následným kalením, nám dostatečně poslouţil k vykonání testů.

6.2 Test pro určení zasouvací síly

Test byl proveden na univerzálním zkušebním stroji, nebo-li ,,trhačce'', s přídavnou měřící hlavou do 1 kN. V první části testu jsme museli vymyslet, jak nejlépe upevnit nehet pomocí současných přípravků. Vznikla sestava, kterou můţeme vidět na obrázku 28. Po zašroubování pístnice do pohyblivého vřetene jsme nasunuli vodítko s těsněním. Poté pouze stačí jemně přitlačit válcovou plochu nehtu na pístnici, dotáhnout šrouby a zařízení je připraveno na test. Měřena byla pouze zasouvací síla, která po vyzkoušení na prototypovém nehtu, byla znatelně větší neţ vysouvací. Teoretický graf průběhu síly by měl mít dva vrcholy, které se vytvoří při průchodu prachovkou, či pracovním břitem.

Obrázek 27 Nehet - výrobek

Obrázek 28 Zkouška zasouvací síly

31 Tabulka 3 Výsledky zasouvací síly

Vzorek Maximální zatížení [N]

Široký nehet

1 23,13

2 21,29

3 21,15

4 25,84

Tenký nehet

1 22,05

2 20,17

3 20,60

4 21,28

5 20,62

Z tabulky výsledků zasouvací síly můţeme vyčíst, ţe nejvyšší síla je 25,84 N.

Silový rozdíl mezi silnějším a slabším nehtem není téměř znatelný. Největší rozdíl spočívá v tom, kde byla dosaţena maximální síla. U slabšího nehtu můţeme vidět maximální sílu při průchodu prachovkou (obrázek 30). Nevýhodou silnějšího nehtu je fakt, ţe dosáhl maximální sily při průniku pracovním břitem (obrázek 29) a tím by mohlo dojít k jeho poškození. Na základě toho jsem se rozhodl pouţít slabší nehet, který vytvoří menší napětí v pracovním břitu a tím tak sníţí moţnost poškození těsnění.

Obrázek 29 Závislost zasouvací síly na posunutí - široký nehet

Obrázek 30 Závislost zasouvací síly na posunutí - tenký nehet

32

6.3 Poškození těsnění

Jednou z velice důleţitých částí tlumiče je olejové těsnění. Při zasouvání nehtu do olejového těsnění, nehet proniká prachovkou a pracovním břitem. Tím můţe dojít k poškození břitů.

Testováno bylo 10 kusů těsnění. Všechny byly po zasunutí a vysunutí nehtu prozkoumány pod mikroskopem a vyhodnoceny jako nepoškozeny. Můţeme tedy říci, ţe pouţití dlouhého nehtu, který pronikne pracovním břitem, je bezpečné a nepoškozuje těsnění.

6.4 Konstrukce zařízení pro zasouvání nehtu

Zdvih motoru zde musí být velmi malý (do 20 mm).

Zvaţoval jsem pro tento případ pouţít pneumatický motor se zpětnou pruţinou. Ten však má zpětnou sílu pouze 20 N, která není dostatečná kvůli odporu těsnění a hmotnosti pohybujících se součástí. Při vysouvání nehtu, musíme

Obrázek 31 Těsnění po vnikání nehtu

Obrázek 32 Pneumatický válec ADN 16 [5]

33 uvaţovat hmotnost pohybového systému a sílu zabraňující vytaţení nehtu. Další ztráty, s kterými musíme počítat, vznikají v krouţkovém těsnění, či v loţiscích. To byl důvod ke zvolení dvojčinného pneumatického válce ADN 16-20.

Síla pro zasouvání nehtu je příliš vysoká a mohla by poškodit těsnění. Tuto sílu zmenším pomocí regulátoru tlaku, který omezí tlak z 6 bar na 3 bar, tudíţ dostaneme i poloviční sílu. Redukčními ventily budeme řídit rychlost vysouvání a zasouvání.

Odpor proti zasouvání nehtu činí 25,84 N. Vysouvací síla je znatelně menší.

Sečtením vah pohybujících se součástí (obrázek 33) dostaneme hodnotu 1,24 kilogramy, coţ nám vytvoří sílu 12,16 N. Zváţíme-li všechny parametry (tření, hmotnost, odpor těsnění) zasahující do návrhu pneumatického válce zjistíme, ţe ADN 16-20 vyhovuje našim poţadavkům.

6.4.1 Přítlak nehtu

Zasouvání nehtu do těsnění musí mít co nejhladší průběh. Jiţ sám nehet je konstruován pro kladení co nejmenšího odporu. Nezbytnou součástí stroje je tlačná pruţina, která je navrţena k vyvození tlaku nehtu na pístnici, ale také aby příliš vysoká síla nepoškodila pístnici. Zvolil jsem pruţinu TL1000x170x1600. Je stlačena na hodnotu L=49 mm (Fpr=17,5 N). Pomocí nastavitelného šroubu můţeme dále upravovat potřebnou sílu přítlaku mezi nehtem a pístnicí.

Tabulka 4 Technické parametry - ADN 16 [5]

34 6.4.2 Posuvný člen

𝐹_𝑡 = 25,84 𝑁 𝐹_𝑝 = 60,5 𝑁

𝐺 = 𝑚 ∙ 𝑔 = 1,24 ∙ 9,81 = 𝟏𝟐, 𝟏𝟔 𝑵 (6.1)

6.4.2.1 Silové účinky na ložisko

Tabulka 5 Technické parametry pruţiny [7]

Obrázek 33 Silové účinky- loţiska

35 Při sestavování rovnic neuvaţuji D'Alembertovu sílu. Zrychlení pístnice při zasouvání nehtu bude minimální, aby se nepoškodilo těsnění.

Rovnice rovnováhy:

𝑥: 𝐹_𝑝𝑟 − 𝑁 = 0 (6.2) 𝑧: 𝐹_𝑝+ 𝐺 − 𝑅 + 𝐹_𝑡 = 0 (6.3) 𝑀_𝑦: 𝐹_𝑝∙ 39 + 𝐺 ∙ 39 − 17,8 + 𝐹_𝑡∙ 45,3 − 𝑀 = 0 (6.4)

Výsledné zatíţení loţisek:

𝑁 = 17,4 𝑁 𝑅 = 98,5 𝑁

𝑀 = 3787,8 𝑁𝑚𝑚 = 3,79 𝑁𝑚

Výsledné zatíţení působící na loţiska musíme symetricky rozdělit mezi obě loţiska. Bereme tedy polovinu výsledných sil a momentů.

Obrázek 34 Půdorysné zobrazení loţisek

36 𝑃_𝑒 = 𝑁 + 𝑅 + 𝐶₀∙ 𝑀

𝑀₀ =17,4

2 +98,5

2 + 1430 ∙ 3,79

2

6,26 = 490 𝑁 (6. 5)

𝑘_𝑠=𝐶₀

𝑃_𝑒 =1430

490 = 2,9 => 𝑣𝑦ℎ𝑜𝑣𝑢𝑗𝑒 (6. 6)

Doporučená hodnota bezpečnostního statického faktoru je dána výrobcem v rozmezí 1,25-3,0 pro normální zatíţení.

𝐿 = 𝐶 𝑃_𝑒

3

∙ 50 = 637 490

3

∙ 50 = 109,85 𝑘𝑚 (6. 7)

 posuv pracovního cyklu 40 mm = 0,00004 km

ž𝑖𝑣𝑜𝑡𝑛𝑜𝑠𝑡 𝑙𝑜ž𝑖𝑠𝑒𝑘 = 𝐿

𝑝𝑜𝑠𝑢𝑣 𝑐𝑦𝑘𝑙𝑢= 109,85

0,00004 = 𝟐 𝟕𝟒𝟔 𝟐𝟓𝟎 𝑐𝑦𝑘𝑙ů Tabulka 6 Technické parametry- kuličkové pouzdro [8]

37

6.5 Konstrukce zařízení pro vedení a uzavírání příruby

První hledisko, na které bereme ohled při konstruování zařízení pro uzavírání a utěsnění plnícího prostoru, je poţadovaný tlak v tlumiči. Ten bude stejný v celém pracovním prostoru. Síla Ftlak vyvozená tlakem, který tlačí na plochu těsnění, bude mít tendenci otvírat přírubu. S touto silou budeme muset počítat při návrhu uzavíracího systému příruby.

6.5.1 Výběr způsobu vedení a uzavírání příruby

Všechny polohovací systémy mají velkou výhodu a tím je zakoupení kompaktního řešení, které nám poskytuje pohyb v dané ose i potřebnou upínací sílu. Velkou nevýhodou je cena. Uvaţoval jsem zvolit polohovací jednotku od firmy Raveo s trapézovým šroubem a rolničkovým vedením. Pro naše silové poměry by bylo vhodné zařízení ELT60S s posuvem 100mm a cenou 26 897 Kč bez DPH.

Dalšími moţnostmi se nabízely polohové jednotky s lineárním vedením nebo jednotky s vodícími tyči. Jednotky s řemenovým převodem neposkytují dostatečnou uzavírací sílu.

Obrázek 35 Uzavírací systém

Obrázek 36 Polohovací jednotka s rolničkovým vedením [6]

38 Za pomocí jiného stylu konstrukce je příleţitost zkombinovat pneumatický válec a vedení. Při správném umístění válce do středu příruby, by nám odpadl moment od uzavírací síly, který by se vytvořil u polohovacích systémů s trapézovým šroubem a měl by za snahu vyvracet přírubu. Tato konstrukce by vyšla také jako nejvíce cenově dostupná.

Nabízejí se tyto možnosti:

1. Lineární kuličkové vedení + pneumatický válec

Uvaţujeme-li během výběru vedení silové poměry, zjistíme, ţe vyhovující polohovací systém je příliš úzký a museli bychom pouţít dvě kolejnice, a proto jsem se rozhodl pro jinou moţnost.

2. Drylin W vodící systém + pneumatický válec

Vodící kolejnice i vozík jsou dostatečně široké a není jiţ potřeba pouţít vetší mnoţství kolejnic. Tento způsob řešení bude nejlevnější a dostatečný z ohledu působících sil a momentů.

6.5.2 Návrh a volba uzavíracího systému

a= 38,7 mm b= 48,5 mm

P= 0,6 MPa (tlak v tlumiči) P_bez= 1 MPa

Obrázek 37 Lineární kuličkové vedení [10]

Obrázek 38 Vodící systém [9]

Obrázek 39 Aktivní plocha těsnění

39 𝑆 = 𝑎 ∙ 𝑏 = 38,7 ∙ 48,5 = 1876,95 𝑚𝑚² (6. 8)

𝑃 =𝐹

𝑆=> 𝐹𝑡𝑙𝑎𝑘 = 𝑃 ∙ 𝑆 = 0,6 ∙ 1876,95 = 𝟏𝟏𝟐𝟔 𝑵 (𝟔. 𝟗)

Požadovaný tlak/tlaková síla (F^tlak) 6Mpa= 1126 N

8MPa= 1501 N 10MPa= 1870 N

Při plynování dvouplášťových tlumičů se dostáváme na hodnoty tlaku 6 MPa, coţ činí uzavírací sílu 1126 N. Pneumatický válec o průměru pístu 63 mm je charakterizován maximální silou 1870 N při 6 barech (rozvodný tlak po pracovní hale).

 Volím pneumatický válec ADN-63-100-A-P-A 𝐹_𝑢 > 𝐹_{𝑡𝑙𝑎𝑘}

1870 > 1126 => 𝒗𝒚𝒉𝒐𝒗𝒖𝒋𝒆

6.5.2.1 Pneumatický válec ADN-63-100 A-P-A

Je dvojčinný pneumatický válec se zdvihem 100 mm. Nemohl jsem vybrat válec se zpětnou pruţinou, protoţe se vyrábí jen do zdvihu 25 mm. Cena tohoto pneumatického válce činí 6,236,64 Kč. Hodnoty síly při vysouvání a zasouvání můţeme vidět v tabulce číslo 8.

K našemu zařízení potřebujeme uzavírací sílu větší neţ

1126 N. Kvůli bezpečnosti, či moţného zvýšení potřebného tlaku v tlumiči volím pneumatický válec průměrem pístu 63 mm a váhou 1,18 kg.

Tabulka 7 Hodnoty tlakové síly

Obrázek 40 Silové poměry - těsnění

Obrázek 41 Pneumatický válec ADN 63 [5]

40 6.5.2.2 Polohový systém

Uvaţujeme-li způsob upevnění, hmotnost příruby a těsnění. Všechny tyto poloţky nám určují silové poměry, na základě kterých jsem zvolil druh a velikost polohovacího systému.

6.5.2.2.1 Výpočet momentů působících na vedení mpříruba = 3,5 kg

mtěsnění =0,1 kg

𝑀_𝑧 = 𝐹_{𝑡ě𝑠𝑛ě𝑛í}+ 𝐹_{𝑃ří𝑟𝑢𝑏𝑎} ∙ 𝐿 (6. 10) = 1 + 35 ∙ 0,0685 = 𝟐, 𝟒𝟔𝟔 𝑵𝒎

 Volím vozík WWC-06-30-06 Tabulka 8 Technické parametry - ADN 63 [5]

Obrázek 42 Silové poměry - polohový systém

Tabulka 9 Technické parametry- vozík WWC [9]

41

 Volím Kolejnici WSQ-06-30 (L=80 mm)

Ţivotnost zařízení:

Maximální počet cyklů životnost => 1000 km 100 000 000 cm

6 250 000 1 cykl => 160 mm 16 cm

Cena zařízení:

Polohovací zařízení Cena

ADN-63-100-A-P-A 6 236,64 Kč

WWC-06-30-03 1 123,93 Kč

WSQ-06-30 68,92 Kč 7 429,47 Kč Tabulka 10 Technické parametry- kolejnice WSQ [4]

42

6.6 Příruby

Jak můţeme vidět na obrázku číslo 44, obě příruby se od sebe konstrukčně liší.

Pohyblivá příruba je vyrobena z jednoho kusu materiálu. Nepohybující se příruba je tvořena ze dvou částí za účelem snadné výroby a nenáročné montáţe, či demontáţe při poruše.

6.6.1 Těsnění

Těsnění je vyrobeno ze speciálního polymeru, který musí snášet opakovanou deformaci při uzavírání a otevírání příruby. Polymer musí být dostatečně tvárný, aby svou deformací utěsnil plnící prostor. Po přitisknutí těsnění musí být zaručena těsnost pracovního prostoru. Těsnění jsou k přírubám přidělány šrouby.

Obrázek 44 Konstrukce zařízení pro vedení a uzavírání příruby

Obrázek 43 Těsnění

43

7. Koncepční návrh stroje pro pokrytí portfolia a snadnou obsluhu

7.1 Posuvné zařízení - stůl

Posuvné zařízení slouţí ke kompenzaci různých délek tlumičů. Pro ustavení tlumiče do tlakovací polohy nejprve vloţíme oko na upínací přípravek, poté opřeme trubku tlumiče na válcovou plochu těsnění. Následně otočíme kolečkem a tím přisuneme tlumič na doraz. Díky trapézovému šroubu, který je samosvorný, nemusíme pouţívat další aretační zařízení. Z celého portfolia jsem vybral dva zástupce, nejdelší a nejkratší tlumič, podle kterých jsem navrhoval velikost posuvu. Dalším krokem bylo spočítat silové zatíţení posuvu. Pomocí CAD programu jsem zjistil těţiště zatěţující sestavy, jeho polohu a také hmotnost soustavy, které po přepočtu na sílu vytvoří kroutící moment. Po skončení plynování vznikne v uzavřené komoře síla, která bude tlačit na mezikruţí tvořeného pístnicí a vnějším válcem tlumiče. Tato síla vyvolá další moment na posuvné zařízení.

Třecí síly vzniklé mezi těsněním a tlumičem, částečně zamezí přenosu síly do konstrukce posuvu. Budu tedy uvaţovat 50% této síly. Celé zařízení je přichyceno pomocí horního a spodního drţáku na rám stroje (obrázek 48).

7.1.1 Silové poměry

Pbez = 10 bar = 1 MPa Rt = 19,2 mm

r = 5,5 mm m =8 kg

𝑃 =𝐹

𝑠 => 𝐹_𝑝 = 𝑃_𝑏𝑒𝑧 ∙ 𝑠 = 1 ∙ 𝜋 19,2²− 5,5² = 1063 𝑁 (7. 1) 𝐹_𝑚 = 𝑚 ∙ 𝑔 = 8 ∙ 9,81 = 78,48 𝑁 (7. 2)

Obrázek 45 Silové poměry: posuvné zařízení - stůl

44 𝑀_𝑚 = 𝐹_𝑚 ∙ 𝐿_𝑚 = 78,48 ∙ 0,115 = 9 𝑁𝑚 (7. 3)

𝑀_𝑝 = 0,5 ∙ 𝐹_𝑝∙ 𝐿_𝑝 = 0,5 ∙ 1063 ∙ 0,131 = 69,65 𝑁𝑚 (7. 4) 𝑀_𝑦 = 𝑀_𝑝+ 𝑀_𝑚 = 𝟕𝟖, 𝟔𝟓 𝑵𝒎 (7. 5) 𝐹_𝑥 = 0,5 ∙ 𝐹_𝑝+ 𝐹_𝑚 = 𝟔𝟎𝟕 𝑵 (7. 6)

 Volím COPAS 30 (posuv 500 mm,vertikální provedení s trapézovým šroubem)

 Copas 30 vyhovuje danému zatížení

7.2 Zařízení pro nastavení polohy pístnice při plynování

Pístnice při plynování musí být ve střední poloze, abychom dosáhli poţadovaného tlaku, který je předepsaný na výkrese pro tuto polohu pístnice. Pro nastavení správné výšky nám slouţí hliníkový profil, po kterém můţeme libovolně přemísťovat ohnutý

Tabulka 11 Technické parametry jednotky COPAS [11]

Obrázek 46 Zobrazení sil a momentů COPAS [11]

Obrázek 47 Doraz pístnice

45 plech tvaru L. Na hliníkovém profilu bude nalepena stupnice s nulou začínající od horní hrany trubky tlumiče, nebo-li od dorazové plochy pro tlumič.

7.3 Posuvné zařízení

Posuvné zařízení se skládá z několika součástí. Jednou ze základních součástí je posuvný stůl. Skládá se ze dvou podpěr a dvou desek. První deska je přichycena k posuvu, druhá tvoří tuhou základnu pro připevnění dalších součástí a pro doraţení tlumiče na upínací přípravek. Nezbytnou součástí je upínací zařízení, které díky posuvnému uloţení můţeme nastavit na libovolnou výšku. Zamezení pohybu upínacího zařízení docílíme pomocí matky a šroubu. Na obrázku 48 můţeme vidět kolečko, pomocí kterého je ovládán posuv stolu.

Obrázek 48 Posuvný stůl

46

7.4 Doraz

Zařízení pro zasouvání nehtu má velmi přesný chod. Ten by mohl být narušen při usazení tlumiče na jeho spodní část, která můţe být ukončena okem či tvarovým drţákem.

Výhodnější řešení bylo pouţít vrchní hranu tlumiče. Odpadají nám všechny nepřesnosti způsobené výrobou, které by se promítli do chodu nehtu při uloţení na spodní část tlumiče.

Od vrchní hrany vodítka mají všechny tlumiče stejnou vzdálenost k dorazové ploše vodítka, a tudíţ nedojde ke kolizi nehtu a vodítka.

7.5 Těsnění

Aby jsme dosáhli pokrytí poţadovaného portfolia, musíme přizpůsobit těsnící součásti danému tlumiči. S měnícím se průměrem pístnice musíme také změnit těsnící pouzdro. Změna vnějšího válce neovlivňuje změnu průměru hlavní části těsnění. Při výrobě dochází ke zválcování trubky a konečný průměr je pro všechny tlumiče stejný. Na obrázku číslo 50 můţeme vidět obě strany těsnění i těsnící pouzdro.

Obrázek 50 Těsnění

Obrázek 49 Zobrazení dorazu

47

7.6 Upínací zařízení

K upnutí tlumičů s různou délkou trubky nám slouţí upínací zařízení. Díky posuvnému vedení jsme schopni zařízením pohybovat dle potřeby tlumiče. Aretace vedení v podobě šroubu a pojistné matice nám poskytne zamezení pohybu upínacího zařízení.

Upínací válce, L drţák i V drţák mají otočné uloţení k dosaţení dokonalému přilnutí k tlumiči.

Při vkládání tlumiče nejprve opřeme spodní část oka na kuţelovou plochu upínacího přípravku. Poté musíme přemoct sílu pruţiny a vyosit upínací válce. Dalším krokem je vloţit horní válcovou část trubky do těsnění. Tím bude tlumič upnutý a připraven k doraţení na doraz pomocí vertikálního posuvu. K dosaţení dostatečné upínací síly byla pouţita tlačná pruţina TL1250x138x0500.

7.7 Rám

Nа konstrukci rámu jsem pouţil hliníkové profily od firmy MаyTec, která nаbízí komplexní hаrmonicky profilový systém. Všechny profily se mohou kombinovаt

Obrázek 51 Upínací zařízení

48 jаkýmkoliv způsobem. Profilový systém poskytuje snаdnou а rychlou montáţ, je flexibilní а modulární. Díky velkému mnoţství příslušenství а různorodosti profilů, docílíme tаkřkа libovolného tvаru. Pomocí speciálních spojů dokáţe spoj

odolаt vibrаcím. Rám je sestаven převáţně z profilů velikosti 60x60 4E-SP. Hliníkové profily poskytují stroji dostаtečnou tuhost při zаchování nízké hmotnosti.

Návrh rámu byl proveden ve volně stаţitelném softwаru MАY CАD od jiţ jmenovаné firmy. Tento progrаm nаbízí integrovаný kаtаlog všech hliníkových profilů а tаké veškerého příslušenství, které potřebujeme pro stаvbu rámu, krytování, či dаlších konstrukčních prvků.

8. Výsledná sestava

V následujících obrázcích můţeme vidět výslednou sestavu. Úplná sestava musí být doplněna o ovládací panel a také o hadice

pro vedení dusíku či tlakového vzduchu.

Obrázek 52 Rám

Obrázek 53 Detailní pohled- mechanismus plnění

49 Obrázek 55 Úplná sestava stroje

Obrázek 54 Detailní pohled- otevřený stav

50

9. Popis práce při plynování tlumiče

Pracovní cyklus bude ovládán manuálně pomocí jednotlivých tlačítek. Pro spuštění pneumatického válce, který uzavírá příruby, je potřeba stisknout dvě tlačítka najednou.

Jedná se o takzvaný bezpečnostní start. Je také vylepšen o časový člen. Při stisknutí obou tlačítek zároveň v časovém intervalu, například 0,5 sekund, startovací signál projde na výstup a dochází k odstartování pracovního cyklu. Pokud podmínka pro současné stisknutí obou tlačítek start není splněna, pomocí logického členu ''a'' docílíme, ţe signál neprojde na výstup a nedojde k odstartování cyklu. Další spuštění pracovního cyklu je moţné aţ po úplném uvolnění a následném stlačení obou startovacích tlačítek.

U obou pneumatických válců je pouţito samodrţné zapojení. Po krátkém stisknutí tlačítka vpřed dojde k vysunutí válce, který nadále setrvává ve vysunuté poloze. Stisknutím tlačítka zpět, uvedeme pneumatický válec zpět do zasunuté polohy. Systém se ovládá pouze pneumaticky a mechanicky, nejsou zde ţádné elektropneumatické členy. Rychlost vysouvání a zasouvání pístnice bude řízena pomocí redukčních ventilů.

Postup práce při plynování je následující. První krok spočívá v nastavení stroje pro daný tlumič. Posuvný stůl pomocí kolečka nastavíme tak, aby při upínaní tlumiče bylo oko ustaveno do upínacího přípravku a horní část trubky byla v kontaktu v těsněním. Dále podle stupnice na hliníkovém profilu nastavíme zařízení, které vymezuje polohu pístnice pro plynování a utáhneme matky. Nyní je zařízení připraveno na upnutí samotného tlumiče. Ustavíme tlumič do upínací polohy, vytáhneme pístnici na doraz a můţeme začít tlakovací cyklus.

Nejprve musíme uzavřít příruby pomocí dvou bezpečnostních tlačítek, které jsou od sebe vzdáleny tak, abychom museli pouţít obě ruce (tlačítko 1 a 2, obrázek 56). Tlačítka musíme stlačit v intervalu 0,5 sekund po sobě, jinak nebude moţné cyklus odstartovat.

Pokud jedno tlačítko zatíţíme jiným předmětem neţli rukou, časový interval zabrání odstartování pohybu pneumatického válce. Pokud nestihneme do 0,5 sekund od stisknutí prvního tlačítka zmáčknout druhé, a tak odstartovat pohyb válce, musíme pro odstartování cyklu uvolnit obě tlačítka. Další krok spočívá v zasunutí nehtu. Při tomto kroku nedochází k ohroţení bezpečnosti operátora, a proto k zasunutí nehtu dochází při stlačení tlačítka 3

51 (obrázek 57). Po zasunutí nehtu otevřeme ventil s dusíkem a počkáme na vyrovnání tlaku v tlumiči a v pracovním prostoru přírub. Vyrovnání tlaku bude trvat přibliţně stejně dlouho, jako při plnění tlumičů speciálním ventilkem, tedy 15 sekund. Stisknutím tlačítka 4 (obrázek 57) uvedeme nehet zpět do základní polohy. Poté odvzdušňovacím ventilem vypustíme přebytečný dusík z pracovního prostoru a zmáčkneme tlačítko pro rozevření přírub (tlačítko 5, obrázek 56). Nyní je natlakovaný tlumič připraven k dalšímu pouţití.

Obrázek 56 Ovládací schéma- pohyb příruby

52

9.1 Čas pracovního cyklu

Před započetím pracovního cyklu se musí stroj nastavit na daný tlumič. Jedná se o výměnu těsnícího pouzdra, nastavení dorazu pístnice dle stupnice, na hodnotu pro plynování. V posledním kroku nastavíme vzdálenost posuvného stolu od dorazu trubky tlumiče. Případně nastavíme upínací zařízení na správnou výšku a průměr tlumiče. Seřízení stroje na jiný tlumič bude trvat zhruba 10 minut.

Obrázek 57 Ovládací schéma- pohyb nehtu

53 Celkový čas pro natlakování tlumiče je 32 sekund.

10. Bezpečnost práce

Bezpečnost práce je nezbytnou součástí při konstruování stroje s pohyblivými součástmi. Bezpečnost práce vychází ze zákonných povinností a bezpečnostních směrnic zaměstnavatele slouţící k eliminaci pracovních úrazů. Bezpečnost práce na strojích vychází z nařízení vlády č378/2001 Sb.. Obsluha stroje musí být dostatečně proškolena a seznámena s riziky při práci na stroji. Zařízení musí být vybaveno ovladačem pro úplné bezpečné zastavení. V našem případě je bezpečnost zprostředkována při spuštění stroje pomocí dvou startovacích tlačítek, které jsou od sebe vzdáleny tak, aby musely být pouţity obě ruce. Spouštěcí cyklus obsahuje časový prvek, který znemoţní pouţití závaţí na spouštěcí tlačítko a tím uvolnění jedné ruky operátora.

Tabulka 12 Čas pracovního cyklu

54

11. Ekonomické vyhodnocení

Ekonomické zhodnocení je velice významná součást kaţdého projektu.

V diplomové práci se objevují normalizované součásti, součásti volně prodejné a součásti vyráběné na zakázku, u kterých lze cena výroby odhadovat, jen dle mých zkušeností z praxe. Pro návrh ceny polotovaru jsem vyuţil stránku Ferona.cz, kde mají jednotlivé polotovary naceněny dle hmotnosti nebo v závislosti na metr délky.

Tabulka 13 Obráběné součásti Č.

POLOŽKY NÁZEV POLOTOVAR

MATERIÁL KS MATERIÁL [KS]

VÝROBA [KS]

CENA CELKEM

1 TLUMIČ - 1 - - -

2 DRŽÁK NEHTU

Ø 40 ČSN 42 5510.1 L=40

ČSN 11 523

1 14,17 Kč 420,00 Kč 434,17 Kč

3 POUZDRO

PLECH 50 x 80 x 100

ČSN 12 090

1 190,00 Kč 1 180,00 Kč 1 370,00 Kč

4 VEDENÍ LOŽISKA

Ø 15h11 ČSN 42 6510.12 L=110 ČSN 17 024

2 102,00 Kč 147,50 Kč 499,00 Kč

5 RUKA

Ø 28 ČSN 42 5510.1 L=100

ČSN 11 523

1 25,21 Kč 560,00 Kč 585,21 Kč

6 MODUL 130 X 80 X 130

ČSN 12 090 1 300,00 Kč 2 320,00 Kč 2 620,00 Kč

7 PŘÍRUBA 130 X 80 X 60

ČSN 12 090 1 210,00 Kč 490,00 Kč 700,00 Kč 8 TĚSNĚNÍ_STÁLÉ 70 X 40 X 80

NBR 1 480,00 Kč 557,30 Kč 1 037,30 Kč 9 SPOJNICE

Ø 15h11 ČSN 42 6510.12

ČSN 17 024

1 9,40 Kč 92,00 Kč 101,40 Kč

11 TĚSNĚNÍ_

POHYBLIVÉ

70 X 40 X 80

NBR 1 480,00 Kč 445,00 Kč 925,00 Kč

12 VLOŽKA PLECH 3 Ø16

ČSN 11 373 1 3,50 Kč 5,00 Kč 8,50 Kč

13 NEHET Ø30 X 40

ČSN 19 802.4 1 89,00 Kč 489,00 Kč 578,00 Kč

55 14 VÝKO

PLECH 13 x 80 x 130

ČSN 12 090

1 70,95 Kč 632,00 Kč 702,95 Kč

15 STŮL SVARENEC

ČSN 12 090 1 260,00 Kč 460,00 Kč 720,00 Kč 16 DORAZ_TRUBKA PLECH 20 x 50 x 50

ČSN 16 532 1 35,00 Kč 376,00 Kč 411,00 Kč 18 DRŽÁK_MOTOR PLECH 4 X 50 X 75

ČSN 11 600 2 11,10 Kč 19,00 Kč 60,20 Kč 20 PODPĚRA_POSUV SVARENEC

ČSN 12 090 1 132,00 Kč 315,00 Kč 447,00 Kč 21 DRŽÁK_POSUV

PLECH 15 X 100 X 140

ČSN 12 090

1 79,85 Kč 180,00 Kč 259,85 Kč

22 DESKA_PŘÍRUBA

PLECH 18 X 90 X 100

ČSN 12 090

1 82,40 Kč 166,00 Kč 248,40 Kč

23 DRŽÁK_

MOTOR_ADN16

SVARENEC

ČSN 12 090 1 42,80 Kč 210,00 Kč 252,80 Kč 24 L_DORAZ PLECH 4 X 50 X 150

ČSN 11 600 1 12,50 Kč 22,00 Kč 34,50 Kč 25 REDUKCE_

TĚSNĚNÍ

20 X 40 X 40

NBR 2 122,39 Kč 130,20 Kč 505,18 Kč

27 ZÁKLADNA

Ø 70 ČSN 42 5510.1 L=40

ČSN 11 523

1 30,22 Kč 150,00 Kč 180,22 Kč

28 PŘÍDRŽ_TYČ

20HR 230 ČSN 42 5520.00

11 600

1 17,00 Kč 3,00 Kč 20,00 Kč

29 PŘÍDRŽ_DESKA

PLECH 15 X 90 X 100

11 600

1 45,30 Kč 349,50 Kč 394,80 Kč

30 TYČKA_UPÍNAČ

PLECH 11 X 40 X 100

11 600

1 22,30 Kč 180,00 Kč 202,30 Kč

31 V_UPÍNAČ PLECH 8 X 40 X 30

11 600 1 6,80 Kč 105,00 Kč 111,80 Kč 32 MĚŘÍTKO

P 0,5 X 10 X 300 ČSN 42 5301.21 ČSN 10 343.2

1 5,47 Kč 80,00 Kč 85,47 Kč 13 495,05

Kč