TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

1

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Fakulta strojní

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Liberec 2012 Tomáš Marek

2

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Fakulta strojní

Studijní obor B2341 Strojírenství

Zaměření 2302R022 stroje a zařízení

dopravní stroje a zařízení

MOBILNÍ UPEVŇOVACÍ STOLICE PRO SPALOVACÍ MOTORY O ZDVIHOVÉM OBJEMU 11-14 dm

MOBILE FIXING FRAME FOR ENGINES WITH A TOTAL STROKE VOLUME OF 11-14 dm

Jméno a příjmení:

Tomáš M A R E K

Vedoucí práce: Prof. Ing. Scholz Celestýn, Ph.D.

Rozsah práce:

Počet stran textu: 36 Počet obrázků: 47 Počet tabulek: 2

3 Prohlášení

Byl jsem seznámen s tím, že na mou bakalářskou 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 bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL.

Užiji-li bakalářskou 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.

Bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím bakalářské práce a konzultantem.

V Liberci dne 25.5.2012

Podpis ...

4 ORIGINÁL ZADÁNÍ

5 ANOTACE

Předložená práce se zabývá problematikou mobilního upevňovacího rámu, tedy takzvaného paletového systému pro upevnění motoru ke zkušebnímu brzdovému stanovišti ve zkušebně motorů. Výsledkem mé práce je projektový a konstrukční návrh rámové palety pro motory o zdvihovém objemu 11-14dm³, zejména pak pro motory TEDOM (o zdvihovém objemu 12 dm³) s cílem snadného ustavení a urychlení výměny zkoušeného motoru na zkušební stolici. Systém je navrhován pro nově vybudovanou zkušební laboratoř Technické univerzity v Liberci, zprovozněnou v druhé polovině roku 2012. Dále jsou provedeny nezbytné pevnostní a kontrolní výpočty a předložena výkresová dokumentace.

Provedl jsem analýzu současného stavu již existujících paletových systémů pro různé typy a objemy spalovacích motorů. Poté jsem popsal a zhodnotil jednotlivé poznatky, rozhodl se pro využití některých z nich a následně jsem navrhl paletový systém pro novou laboratoř TUL.

KLÍČOVÁ SLOVA: mobilní, upevňovací, rám, paleta, motor

ANNOTATION

The submitted work is concerned with the problems of the mobile fixing frame, so called the pallet system for fixing the engine to the dynamometer. The work processes a structural design of the pallet system for engines with a total stroke volume of 11-14 litres, mainly than for engines TEDOM (12 litres). The goal is to reduce the changing time, which is needed for swapping the tested engine units on the dynamometer. The pallet system is designed for the new bulit up test-room in the Technical University in Liberec, opened during the year 2012. In this work, there are presented some necessary control and safety calculations of stability and in the end there is a drawing documentation as well.

I accomplished a complete analysis of the current state of designing the pallet systems for differend tipes of internal-combustion engines. Than I described and reviewed single findings, decided for using some of them and afterwards I designed the pallet system for the new test-room in Technical University.

KEY WORDS: mobile, fixing, frame, pallet, engine

6

OBSAH

POUŽITÉ ZNAČENÍ

ÚVOD

1 REŠERŠE SOUČASNÉHO STAVU

1.1 Firma Jaroš, Brno ... 11

1.2 TÜV SÜD, Praha ... 12

1.3 TEDOM, Jablonec nad Nisou ... 13

1.4 Laboratoř TUL, Liberec ... 14

1.5 AVL Moravia, Hranice na Moravě ... 16

1.6 ŠKODA AUTO a.s., Mladá Boleslav ... 17

2 ANALÝZA JEDNOTLIVÝCH ŘEŠENÍ FIRMY AVL

2.1 LD palety ... 18

2.2 HD palety ... 18

2.3 Ukotvení rámu manuálně ... 20

2.4 Ukotvení rámu automaticky ... 21

3 VLASTNÍ ŘEŠENÍ KONSTRUKCE MOBILNÍHO UPEVŇOVACÍHO RÁMU

3.1 První varianta ... 23

3.2 Druhá varianta ... 25

3.3 Finální řešení ... 27

3.3.1 Doprava palety k brzdovému stanovišti ... 34

4 KONTROLNÍ VÝPOČTY

4.1 Silový rozklad pro šestiválcové motory ... 36

4.2 Silový rozklad pro osmiválcové motory – grafické řešení... 39

4.3 Kontrolní výpočet v programu ProMechanica ... 43

5 ZÁVĚR

6 LITERATURA

7

POUŽITÉ ZNAČENÍ

Mt ... točivý moment ... [Nm]

R ... reakční síla ... [N]

x ... rameno síly ... [m]

FQi ... síla předpětí i-tého šroubového spoje ... [N]

i ... počet použitých šroubů ... [-]

p ... stoupání závitu ... [mm]

Mu ... utahovací moment ... [Nm]

FQ ... osová síla šroubu ... [N]

m ... hmotnost ... [kg]

G ... tíha ... [N]

n ... otáčky motoru ... [ot.min^-1] nmax ... maximální otáčky motoru ... [ot.min^-1] Fm1 ... silové účinky od setrvačných sil posuvných a rotačních hmot

prvního řádu ... [N]

Fm2 ... silové účinky od posuvných hmot 2. řádu ... [N]

M1 ... podélné momenty 1. řádu od posuvných a rotačních hmot .... [Nm]

M2 ... podélné momenty 2. řádu ... [Nm]

ω ... úhlová rychlost klikového hřídele ... [rad.s^-1] λ ... klikový poměr ... [-]

α ... úhel natočení klikového hřídele ... [°]

mp ... hmotnost posuvných hmot ... [kg]

mpístu ... hmotnost pístu ... [kg]

mp.čepu ... hmotnost pístního čepu ... [kg]

mp.kroužků ... hmotnost pístních kroužků ... [kg]

mojnice ... hmotnost ojnice ... [kg]

8

p ... tlak ... [Pa]

V ... objem ... [dm³] LD ... Light Duty paleta od AVL HD ... Heavy Duty paleta od AVL UUT ... Unit Under Test

9

ÚVOD

Motorové zkušebny představují významnou součást každého vývojového centra. Na motorech, které jsou ustaveny k dynamometrům, se zde provádějí různé testy, měření a simulace provozních stavů, které poskytují konstruktérům a vývojářům důležitou zpětnou vazbu.

Dynamometry se dělí na pasivní a aktivní. Na pasivních dynamometrech se nejčastěji měří vnější rychlostní charakteristiky motoru, tedy točivý moment a výkon v závislosti na otáčkách, dále testy životnosti, míjivé zatěžovací cykly, odolnost motoru vůči termošokům, testy paliv a maziv atd. Mezi pasivní dynamometry patří například dynamometry s vířivými proudy, nebo hydraulické dynamometry. Dynamometry s vířivými proudy se dají použít ke zkoušení motorů o výkonu od 20kW do 500kW, hydraulické dynamometry jsou použitelné pro výkony od 400kW do 14500kW.

Aktivní dynamometry mohou sloužit jako řízená zátěž pro testování spalovacích motorů, elektrických motorů turbín atd., neboť jsou schopny motorem i samy protáčet. Mezi aktivní dynamometry patří např. AC či DC dynamometry, nebo synchronní dynamometry s permanentním magnetem, které dokáží simulovat například prokluz kol.

Hlavně ve velkých průmyslových závodech a koncernech typu ŠKODA AUTO a.s. je zkušební laboratoř nezbytným, ale také pracovně a časově velmi vytíženým pracovištěm. Pro urychlení vývojových úkolů je třeba motory na brzdách často měnit. Výměna a následné ustavení nového motoru na brzdě je časově náročné a v minulosti tento proces trval několik hodin, nebo i dní. V dnešní době, kdy je cílem vyrobit co možná největší počet automobilů za co možná nejkratší dobu a urychlit vývoj, se klade logicky velký důraz na jednu proměnnou – čas. Počet motorů a prototypů, které je třeba odzkoušet na motorové brzdě je čím dál vyšší a čas strávený jeho ustavováním ve zkušebně je drahocenný. Výměna musí být jednoduchá a hlavně časově co možná nejkratší. Jednou z nejnáročnějších operací je vycentrování osy motoru s osou vřetene dynamometru. Musí být řešena problematika vibrací a zejména musí být motor dostatečně ukotven. Dnes již zastaralý způsob je založen na pevném uložení motoru na třech až čtyřech stavitelných nohách, které jsou pevně ukotveny ve vyfrézovaných drážkách v podlaze. Případné dostřeďování na desetiny milimetru a stupně se pak při samotném upínání motoru řešily například pomocí poklepávání kladiva. Dále pak je časově náročné připojení všech dalších příslušenství, jako chlazení vody, oleje, snímače měření, která

10

chceme provádět atd. Tento způsob je pro větší podnik, kde je třeba na všech pracovištích docílit maximální efektivity, velmi neproduktivní.

Takzvaný paletový systém je založen na tom, že se motor ustaví na mobilní rám (tzv.

paletu) mimo zkušebnu. Zde je dostatek času pro správné upnutí a ustředění motoru, ale také připojení hadic a trubek chlazení, v případně že to paleta umožňuje. Dále například i připojení potřebných snímačů měření. Do samotné zkušebny se pak připravená paleta dopraví pomocí vysokozdvižného vozíku, jeřábu, či je rám samostatně mobilní na kolečkách. Příslušenství motorové brzdy obvykle umožňuje rychlé napojení palety. Propojení provozních médií probíhá pomocí rychlospojek hydraulickým systémem. Spoje zajišťují bezúkapové propojení a rozpojení s paletou.

11

1 REŠERŠE SOUČASNÉHO STAVU

Cílem mé bakalářské práce je, na základě studia současného stavu problematiky navrhování paletových systémů ve zkušebnách spalovacích motorů, navrhnout mobilní upevňovací stolici pro motory o objemu 11-14 dm³. Ke zmapování současného stavu navrhování paletových systémů jsem navštívil řadu odborníků a firem za účelem nashromáždění potřebných informací.

1.1 Firma Jaroš, Brno

Firmu vede docent Jaroš, odborník mezinárodního významu, který byl v minulosti absolutní světovou špičkou v problematice proudění směsi uvnitř válce závodních dvoutaktních motocyklů. Navíc má bohaté zkušenosti se stavbou dynamometrů a jejich příslušenstvím. Při konzultaci mi pan docent poradil tři základní rozhraní, která jsou při ustavení motoru na dynamometr stěžejní.

Prvním samostatným problémem je hnací hřídel spojující setrvačník a samotný dynamometr. Jeho dimenzování určuje především vlastní frekvence harmonických kmitů, kdy kmitání je převážně torzní. Je-li dosaženo vlastní frekvence kmitů Ω, může se zvýšit točivý moment na spojovacím hřídeli až 10x. Hřídel je normalizovaný díl. Je třeba zajistit souosost klikového hřídele s osou dynamometru, aby bylo docíleno maximální účinnosti přenosu momentu. Zároveň je dobré hřídel nepřetěžovat možnou větší nesouosostí, protože se tím zkracuje jeho životnost a případná výměna je velmi drahá, neboť jeho cena se pohybuje v řádu desítek až stovek tisíc korun. Hřídele modernější konstrukce obsahují pryžové prvky, které umožňují menší nesouosost. Samostatnou kapitolu pak tvoří bezpečnostní kryt hřídele.

Bezpečnost práce je vždy na prvním místě a kryt chrání spojku nejen před namotáním cizího předmětu, ale zejména chrání okolí v případě přetržení hřídele v důsledku nadměrného namáhání např. torzními kmity. Takovýto kryt je třeba náležitě dimenzovat, protože poruchu hnacího hřídele lze přirovnat k menší explozi.

Druhým rozhraním jsou kapaliny a výfuk. Kapaliny by měly být samozřejmě chlazeny a velmi důležitá je bezpečnost spojek, protože horká voda a olej jsou nebezpečné. Dále je dobré mít přídavná chlazení dalších dílů, jako např. turbodmychadla za cílem přiblížit zkoušku co nejvíce reálným podmínkám za jízdy. Je dobré chladit elektroniku i palivové

12

potrubí kvůli případnému zabránění tvorby bublin. Délky výfukového potrubí by pak měly odpovídat reálu.

Třetí a poslední rozhraní jsou čidla. Je třeba přesně znát, co vše se bude chtít snímat.

Konektory jsou dosti nákladnou záležitostí a značně významnou položkou v zařízení laboratoře, ale ze zkušenosti pana docenta jsou levné často poruchové, a proto se investice do kvalitních konektorů vždy vyplatí.

Nakonec mi pan docent ukázal mobilní rám vlastní výroby pro malý motor.

Konstrukce se skládá ze dvou základních částí – spodního rámu s otočnými kolečky a horního rámu s úchyty pro motor a přírubou. Tyto dvě části jsou od sebe odizolovány proti chvění čtyřmi pryžovými členy umístěnými v rozích a současně spojují oba rámy.

Obr. 1 – Mobilní rám pro malý motor na pracovišti docenta Jaroše v Brně

1.2 TÜV SÜD, Praha

Firma TÜV SÜD v Praze je vlastníkem čtyř výkonových brzd – třech vířivých brzd a jedné elektrické. Měření se na nich neprovádí každý den a nejvíce času je zde vynaloženo na přípravu měření, kde je nutno uspořádat a napojit jednotlivé prvky, snímače a čidla, aby mohla zkouška proběhnout. Měří se zde i motory o velkých zdvihových objemech. Instalace takového motoru na brzdu trvá někdy až jeden týden. Laboratoř TÜV SÜD brzdí motory

13

různých firem na zakázku. K pořízení obrazové dokumentace by bylo zapotřebí svolení těchto firem. Proto se nyní omezím jen na popis.

Viděl jsem tedy, jakým způsobem zde mají v laboratoři motory uloženy. S tímto způsobem uložením jsem se poté během své rešeršní práce setkal v zásadě ještě několikrát.

Motor je nejčastěji uložen nastojato, vpředu připevněn k masívní přírubě a vzadu pak opřen o dvě nohy ve tvaru U profilu, na nichž jsou nahoře i dole přivařeny příruby. Nahoře je příruba připojena k motoru, spodní je pak přišroubována do drážek v zemi. Tento způsob upevnění tedy není nijak univerzální. V případě výměny motoru se výška dohání různým podkládáním podložkami, což může být zdlouhavé, a také určitým způsobem nepřesné.

1.3 TEDOM, Jablonec nad Nisou

Společnost se hlavně zabývá projekty, které povedou k úspoře energetických palivových zdrojů. Motory TEDOM mohou používat několik druhů paliv, a to jak kapalných (nafta, bionafta), tak plynných (zemní plyn, propan-butan, bioplyn). Jsou vyráběny ve stacionárním i vozidlovém provedení. Tyto motory společnost testuje na výkonových brzdách v motorovém oddělení v Jablonci nad Nisou. V Jablonci mají celkem pět motorových brzd.

Dostal jsem povolení vyfotit si způsob uložení motoru a k dispozici jsem dostal i zástavbový výkres, který zde bohužel nemohu publikovat. Ve své práci jsem ho však při konstrukci mobilního rámu použil a ještě o něm bude zmínka.

Z obrázků je patrné, že ve zkušebních laboratořích firmy TEDOM nevyužívají, stejně jako v předešlém případě firmy TÜV SÜD, mobilní rám pro urychlenou výměnu motoru.

Uložení je velmi podobné tomu, které jsem popisoval již v předchozím textu. Čelní strana motoru s přírubou pro převodovou skříň je našroubována na přesně ustavenou přírubu zkušebního zařízení a opačná strana je připevněna ke dvěma U profilům, které tvoří nohy.

Zhruba uprostřed nohou jsou umístěny pryžové členy, které částečně eliminují přenos vibrací do podlahy. Na rozdíl od ostatních motorů, které jsem doposud viděl, má motor TEDOM otvory pro upnutí z boku motoru. Proto jsou ještě nutné mezi opěrnou nohou a motorem propojovací konzoly. Ty jsou zde zkosené, vytvářejí dvě šikmé roviny, do kterých motor snadno zapadne.

14

Obr. 2, 3, 4 – Způsob upnutí motoru TEDOM k dynamometru

1.4 Laboratoř TUL, Liberec

Dále jsem navštívil pracoviště na Technické univerzitě v Liberci, abych zjistil, jakým způsobem je motor na stanovišti uložen ve stále ještě používané laboratoři, kterou jak bylo již prve uvedeno, by měla v průběhu roku nahradit laboratoř nová. Na následujících obrázcích je šestiválcový řadový motor LIAZ o objemu 12 dm³, umístěný naležato.

15

Obr. 5 – Řadový šestiválec LIAZ v laboratoři pohonných jednotek TUL, umístěný naležato

Vidíme, že vzadu je motor připevněn k masívní přírubě. Ta je ustavena tak, že osa vřetene brzdy je kolmá na její rovinu. Proto příruba zajišťuje, že je motor ve správné poloze nejen výškově, ale i v totožné ose s dynamometrem. Přední část motoru je opřena o dvě nohy, jež jsou tvořeny U profilem. Společně jsou navařeny na jiném U profilu, který je na ně kolmý.

V podlaze pak jsou dvě drážky, do kterých je tato konstrukce upevněna dvěma šrouby M20.

Na motor je poté připojen výfuk s turbodmychadlem a katalyzátorem, palivo, chladicí kapalina a další příslušenství.

V laboratoři TUL se tyto motory zkouší především na pohon zemním plynem a vodíkem. Zjišťují se vnější charakteristiky (Mt, n, P_e) i charakteristiky s částečným zatížením.

Při zkouškách se dále měří i provozní parametry, jako teplota motoru, teplota paliva, teplota chladicí kapaliny, teplota spalin, teploty a tlaky před turbodmychadlem a za turbodmychadlem, před katalyzátorem a za katalyzátorem. Kontrolují se také složky emisí, tedy oxid uhelnatý CO, nespálené uhlovodíky HC, oxidy dusíku NO_x a částice PM. K tomu slouží emisní testy podle předpisů EHK. Motor pracuje během testu v několika ustálených režimech. Jednotlivé režimy mají tzv. váhové faktory, které udávají důležitost, s jakou se jednotlivé režimy podílí na celkovém výsledku testu. Příkladem je 13-ti bodový test, simulující městský provoz.

16

Obr. 6, 7 – Způsob upnutí motoru LIAZ k dynamometru v laboratoři TUL

1.5 AVL Moravia, Hranice na Moravě

Firma je dceřiná společnost Rakouského koncernu AVL. Část výrobního programu AVL - vozidlové zkušebny a části motorových zkušeben včetně výroby elektrických a hydraulických dynamometrů se konstruuje a vyrábí ve výrobním závodě právě v Hranicích na Moravě [1]. Zde jsem se seznámil s různými provedeními paletových systémů pro mnoho různých velikostí motorů.

Všeobecné výhody paletového systému jsou:

 Rychlé a snadné zafixování palety na měřícím systému

 Snížení nákladů na jeden testovací cyklus

 Komfortní předmontáž a vystředění UUT (Unit Under Test – testovaná jednotka) a měřícího vybavení

 Jednoduchý transport UUT

Paletový systém AVL jde vstříc zákazníkovým potřebám zkrácení výměnných a montážních časů UUT, a tedy vede k redukci časů, kdy je měřící systém nečinný, kde velmi záleží na stupni automatizace a k úspoře nákladů na jedno měření. Paletový systém umožňuje pohodlnou předmontáž a ustředění UUT a měřícího vybavení na odděleném pracovišti.

Ve firemních prospektech firmy AVL jsou uvedeny jednotlivé varianty konstrukcí palet podle toho, pro jak těžké motory slouží. V zásadě firma uvádí dvě hlavní třídy rozdělení,

17

a to LD (Light Duty) pro lehké motory do 500 kg a HD (Heavy Duty) pro těžké nákladní motory kolem 1000 kg. Podle najetí a ukotvení palety s motorem k brzdovému stanovišti jsou pak varianty pro:

 Manuální ukotvení (manual docking)

 Automatické ukotvení (automatic docking)

1.6 ŠKODA AUTO a.s., Mladá Boleslav

Jako poslední jsem navštívil zkušebnu motorů firmy ŠKODA AUTO a.s., kde byla možnost vidět paletový systém použitý na prototypu motoru o objemu 1,6 litrů. Mechanismus fungoval na principu dopravy palety portálovým jeřábem a následného automatického ukotvení pomocí hydraulického háku a propojovacího boxu. Obrazová dokumentace v tomto případě nebyla povolena z důvodu utajení prototypů.

18

2 ANALÝZA JEDNOTLIVÝCH ŘEŠENÍ FIRMY AVL

Na základě poznatků z provedené rešerše jsem se rozhodl vycházet při svém návrhu převážně z poznatků získaných u firmy AVL Moravia.

2.1 LD palety

Základem motorové LD palety pro lehké motory je rám, který je možné vyrobit z lehkých kovů. AVL používá svařené hliníkové profily s drážkami. Do těch jsou uloženy dva příčníky, které mají díky drážkám v základním rámu umožněný pohyb ve směru osy klikového hřídele motoru. Příčníky obsahují taktéž drážku, ve které jsou umístěny nohy. To umožňuje pohyb v rovině kolmé na osu klikového hřídele. Nohy jsou šroubovací a umožňují výškové nastavení. Variabilita rámu je tedy možná ve všech třech dimenzích. Základní rám zpravidla obsahuje ještě vanu pro případný únik kapalin. Vespod jsou čtyři kolečka, zezadu pak madlo pro tlačení celé palety.

Obr. 8 – LD paleta pro lehké motory od firmy AVL [2]

2.2 HD palety

Motorová paleta pro motory do nákladních aut - HD, se skládá ze základního rámu s podélnými drážkami, nádoby na případný kapající olej, umístěné vespod a systémem pro montáž motoru. Je vhodná pro přepravu pomocí paletového či vysokozdvižného vozíku, portálového jeřábu, nebo i na integrovaných kolečkách.

19

Sestavu netvoří jen rám s nohami pro upevnění motoru, ale je možné k paletě přidat ještě centrovací kalibr, stahovací spony, sady rychlospojek a propojovací box.

Obr. 9 – HD paleta pro těžké motory od firmy AVL [2]

Obr. 10 – Výkres sestavy HD palety od firmy AVL [2]

20 2.3 Ukotvení rámu manuálně

Některé palety, zvláště pak LD palety, jsou vybaveny rychlospojkami, které umožňují rychlé připojení paliva, chladící vody a oleje. Na obrázku jsou červeně vyznačeny přípojky, které jsou napojeny k motoru již na přípravné dílně. Mluvíme-li o variantě manuálního ukotvení, zbývá po příjezdu k brzdovému stanovišti a upevnění rámu ještě manuálně napojit zeleně vyznačené přípojky.

Obr. 11 – LD paleta s rychlospojkami pro manuální ukotvení [4]

Nedílnou součástí LD palety jsou členy, které jsou přišroubovány natrvalo v podlaze před dynamometrem. Člen umístěný vpředu se nazývá přijímač. Rám má na sobě vpředu zespodu čep, který zajede do drážky přijímače, čímž se zajistí správná poloha palety.

V okamžiku nasunutí na přijímač a na dvě příložky, je rám o pár milimetrů nadzvednut, aby nestál na kolečkách. Nakonec je zajištěn čtyřmi stahovacími sponami, jako je to vidět na obrázku 17.

Obr. 12 – Paleta nasunutá na přijímač a zajištěná stahovací sponou [4]

21

Obr. 13 – Způsob dopravy a zajištění LD palety s manuálním ukotvením k dynamometru[4]

2.4 Ukotvení rámu automaticky

U varianty s automatickým ukotvením je princip velmi podobný. Na přípravném pracovišti se do palety napojí všechny vývody kapalin. Ta se následně přepraví do laboratoře.

Motorová brzda pak musí obsahovat propojovací box a hydraulický hák. Ten si paletu přitáhne a kapaliny se propojí pomocí propojovacího boxu.

Obr. 14 – Paleta vybavená propojovacím boxem [5] Obr. 15 – Speciální paleta s integrovaným chladicím

systémem provozních kapalin [6]

22

Obr. 16 – Výkres sestavy paletového systému pro přepravu lehkých motorů s manuálním způsobem ukotvení od firmy AVL [5]

Obr. 17 – Výkres sestavy paletového systému pro přepravu lehkých motorů s automatickým způsobem ukotvení a integrovaným systémem pro měřící konektory od firmy AVL [4]

23

3 VLASTNÍ ŘEŠENÍ KONSTRUKCE MOBILNÍHO UPEVŇOVACÍHO RÁMU

Při návrhu jsem vycházel zejména ze svých poznatků ve firmě AVL Moravia v Hranicích na Moravě. Měl jsem zde k dispozici již ověřenou, dobře fungující konstrukci palety. Mým cílem bylo ji maximálně přizpůsobit požadavkům laboratoře pohonných jednotek CxI-TUL. V průběhu své práce jsem uvažoval o třech různých konstrukčních řešeních.

3.1 První varianta

Základem celé mobilní palety pro motor je základní rám. K jeho konstrukci jsem zvolil čtyři svařené trubkové obdélníkové profily. Vprostřed rámu je pro zvýšení tuhosti konstrukce příčná výztuha. Trojúhelníkové segmenty v rozích základního rámu jsem využil ke dvěma účelům. Jednak zvyšují tuhost rámu a jednak jsou k nim připevněna kolečka. První představa byla taková, že paleta bude sama o sobě mobilní, tedy na kolečkách. Celý rám s motorem by pak mohl být dopraven do laboratoře snadno pomocí madla v zadní části vozíku.

Obr. 18 – Základní rám Obr. 19 – Umístění koleček a madla pro dopravu

V dalším kroku byly na vrchní plochu podélných profilů základního rámu umístěny drážky. Ty budou zajišťovat již částečnou univerzalitu rámu. Mosty, které budou ukotveny

24

v drážkách pomocí šroubů se čtvercovou hlavou, bude možné snadno uvolnit a nastavit jejich polohu dle vzdáleností upínacích otvorů různých motorů.

Obr. 20 – Šrouby se čtvercovou hlavou umístěné v drážkách základního rámu

Obr. 21 – Mosty ukotvené v drážkách základního rámu

Samotné mosty jsou zhotoveny z profilu U 140/A. V profilu jsou vyfrézovány podélné drážky, které zajišťují univerzální pohyb opěrných nohou ve směru šířky motoru. Opěrné nohy jsou na mosty připevněny šrouby se čtvercovou hlavou pro snadné povolení. Zespodu profilu je proto ještě přivařena výztuha mostu, která má nejen funkci zpevnění mostu, jehož tuhost je částečně oslabena drážkami, ale také zajišťuje hlavy upevňovacích šroubů proti otáčení. Na mostech jsou upevněny výškově stavitelné nohy, které zajišťují možnost variability ve vertikálním směru.

Obr. 22 – Výztuha mostu Obr. 23 – Výškově stavitelné nohy

25

Po dopravení mobilní palety s motorem k měřícímu stanovišti a upevnění rámu tak, aby byl během zkoušky nehybný, by neměla kolečka zůstávat na zemi. Je to proto, že by byla zbytečně přetěžována vibracemi, silami od točivého momentu motoru atd. Zespodu základního rámu je navařen další obdélníkový profil, na kterém jsou na každé straně tři botky.

Má první idea byla taková, že po příjezdu k brzdovému stanovišti by se celá paleta nasunula na příložky (obr. 25) připravené v drážkách a připevnila se svěracími sponami. Tím by došlo k mírnému nadzvednutí celého vozíku a odlehčení koleček.

Obr. 24 – Obdélníkové profily s botkami Obr. 25 – Příložky se svěracími sponami umístěné v drážkách

Po zvážení všech okolností jsem od tohoto řešení nakonec ustoupil. Tento způsob by byl vhodný pro lehké motory o nižším objemu. Uvažme, že celý paletový vozík bude i s motorem vážit 1300-1500kg. Bylo by tedy zřejmě nevhodné, nasouvat zařízení o takové hmotnosti na příložky. Také by bylo ještě třeba zvážit bezpečnost upevnění rámu svěracími sponami, které by bylo zřejmě nedostatečné.

3.2 Druhá varianta

Při dalším návrhu byla zachována myšlenka, že rám bude sám o sobě mobilní na kolečkách. Bylo třeba navrhnout řešení, které by bylo konstrukčně jednoduché, levné a zaručovalo, že v momentě upevnění rámu na základovou desku budou kolečka uvolněná.

Původní koncept základního rám s mosty a nohami pro upevnění motoru bylo zachováno a byly prováděny jen další úpravy. Nejprve bylo třeba soustředit pozornost na způsob, jakým se vozík dostane po příjezdu do laboratoře do vhodné polohy pro upevnění.

Toho se docílí pomocí centrovacích kolejnic umístěných vespod rámu a centrovacích čepů

26

s vodícími rolnami, které jsou připevněny šroubovým spojem k základové desce před měřícím zařízením. Kolejnice jsou vpředu rozevřené. Vozíkem se najede na základovou desku tak, aby čepy s vodícími rolnami vnikly do kolejnic. Ty navedou vozík do správné polohy vůči dynamometru.

Obr. 26 – Centrovací kolejnice

U firmy AVL jsem zjistil, že kolečka použitá na jejich mobilní rámy jsou od firmy Blickle [7]. Proto jsem se rozhodl použít produkty od této ověřené firmy. Na jejich webových stránkách nabízejí mnoho druhů manipulačních koleček a kladek pro nejrůznější váhové kategorie. Počítáme-li, že celková hmotnost palety s motorem bude 1500 kg, znamená to, že jedno kolečko je zatíženo hmotností přibližně 375 kg. Pro zajištění dostatečné životnosti a bezpečnosti, byla vybrána kolečka typu LOD-SPO100K s nosností 800 kg. Jsou dvojitá, takže mají i lepší stabilitu. Při použití centrovacích kolejnic a naváděcích čepů s vodícími rolnami je nutné použít všechna kolečka otočná. Důležitý je i materiál koleček, který je nutné volit s ohledem na prostředí, ve kterém se budou pohybovat. Proto byl volen materiál polyamid, který má zvýšenou odolnost proti opotřebení. Také je odolný pro případ styku s olejem či palivem. Po registraci na webových stránkách firmy mi byl poskytnut model koleček v CAD.

Princip řešení byl v tom, že kolečka budou připevněna na hydraulické „panenkové“

zvedáky, které budou vloženy s minimální vůlí do trubky. Trubka je přivařena z vnější strany základního rámu a spojení je zpevněno žebry. Pro přepravu se celá paleta zvedne pomocí hydraulických zvedáků. Firma UNIVER [8], sídlící v Turnově, zajišťuje vybavení pro autoservis, mimo jiné i různé druhy zvedáků. Vybral jsem hydraulický přenosný zvedák

27

typu D90403 o nejmenší možné nosnosti 4t. Jeho hmotnost je pouhých 3,3kg, průměr je 60mm a cena 360Kč.

Obr. 27 – Hydraulický

„panenkový“ zvedák od firmy UNIVER

Obr. 28 – Model druhé varianty návrhu mobilní palety s hydraulickými zvedáky

V okamžiku příjezdu k brzdovému stanovišti paleta nejprve najede kolejnicemi umístěnými vespod základního rámu na centrovací čepy s vodícími rolnami. Tím se dostane do správné polohy pro spuštění na přípravek, upevněný šrouby natrvalo v drážkách základové desky. Přípravek může mít např. podobu U profilu, na který bude paleta připevněna šrouby.

Dokonalá poloha palety je docílena vsunutím dvou čepů, umístěných na předních botkách základního rámu, do přesné díry v přípravku.

Nevýhody tohoto řešení hlavně v tom, že hydraulické zvedáky by bylo nutné zvedat po jednom. Při tom by docházelo ke kroucení základního rámu a celé palety. Proto bylo nutné od toho řešení ustoupit!

3.3 Finální řešení

Na základě závěrů, které jsem učinil během předchozího postupu navrhování mobilní palety, jsem usoudil, že varianta samostatně mobilního rámu na kolečkách je pro takto velký motor problematická. Jak již bylo výše řečeno, po příjezdu na zkušební pracoviště musí být kolečka před připevněním rámu do podlahy uvolněna. V předchozích postupech byla snaha

28

o to, že by se rám i s kolečky přizvedl mírně nad zem, poté tím, že by se rám spustil pomocí hydraulických zvedáků. V prvním případě by toto řešení bylo možné použít, avšak ne na systém pro motory o objemu 11-14dm³. Firma AVL, z jejíchž konstrukčních řešení jsem z velké části vycházel, používá tento způsob ustavení motoru k motorové brzdě hlavně pro motory o malých objemech do osobních automobilů. Ve druhém případě jsem se stále držel myšlenky rámu na kolečkách. Toto řešení mělo také značné nedostatky, a proto jsem od něj nakonec ustoupil. Jsem přesvědčen, že idea hydraulických zvedáků není špatná, ale konstrukce palety by musela být značně odlišná. Zřejmě by to v důsledku znamenalo, že by byla i těžší a celková výroba i dražší. Proto bylo nutné uvažovat o jiné variantě, která by v principu zachovala dosavadní postupy, ale byla výhodnější z hlediska dopravy palety i ustavení před dynamometr. Proto bylo upuštěno od myšlenky samostatně mobilního rámu s kolečky. Použití portálového jeřábu pro dopravu není možné, neboť to nová laboratoř neumožňuje. Paletu i s motorem by mohl dopravovat paletový vozík. Paletový vozík, který vlastní stará laboratoř, má nosnost pouze 1500kg. To je zřejmě nedostačující, vezmeme-li v potaz hmotnost motoru a mobilního rámu dohromady. V krajních případech by mohl systém tuto dovolenou hmotnost i překročit. Na základě konzultace s vedoucím práce byla zvažována varianta nového paletového vozíku s vyšší nosností. Z řady vozíků od firmy EULift [9] bych doporučil paletový vozík BF2000 s nosností 2000kg a prodlouženou délkou vidlic 2000mm.

Jeho cena bez DPH je 8500Kč. Prodloužená délka vidlic byla volena proto, že standardní délka vidlic je pouhých 1150mm. Celková délka palety je 1800mm. Jak je vyobrazeno níže na modelu, v praxi by to znamenalo, že při použití standardní délky vidlic by byla při přepravě téměř celá hmotnost motoru soustředěna hlavně na prostřední výztuhu základního rámu palety, což by bylo nevhodné.

Obr. 29, 30 – Porovnání přepravy mobilního rámu pomocí paletového vozíku se standardní délkou vidlic a prodlouženou délkou vidlic

29

Toto řešení převozu mobilního rámu pomocí paletového vozíku se jeví tedy nejen konstrukčně jednodušší, ale i ekonomicky výhodnější, vezmeme-li v potaz, že cena hydraulických zvedáků od firmy UNIVER je 360 Kč/kus a cena otočných koleček od firmy Blickle je 3431 Kč/kus, celková cena varianty s kolečky by byla 15 164 Kč, což je řádově téměř dvakrát dražší řešení, než v případě varianty přepravy rámu pomocí paletového vozíku.

Nohy, které bylo nutné přidat pod rám, mají dostatečnou výšku, aby pod něj mohly najet vidlice paletového vozíku. Protože je rám poměrně dlouhý, byl volen počet nohou šest, aby nedošlo ke zbytečnému namáhání podélných profilů. Na nohy přijdou zespodu botky.

Přední a zadní botky v sobě mají přesný otvor a drážku pro nasunutí šroubu. Botky uprostřed mohou být buď jednoduše bez drážek, nebo (jak je uvedeno na obrázku) taktéž s drážkou.

Dále jsou upraveny výstupkem pro zarážku naváděcího přípravku, o němž bude zmínka později. Pro zajištění rovinnosti rámu budou při výrobě všechny botky naráz ofrézovány, poté se rám otočí a budou ofrézovány i vrchní drážky pro mosty.

Obr. 31 – Na nohou základního rámu jsou zespodu umístěny botky. Vpředu bude rám nasazen na ustavovací čepy.

Ve vyfrézovaných drážkách základové desky před dynamometrem budou umístěny dva ustavovací čepy. Ty mají v sobě závit a jeho povrch tvoří kuželová plocha. Čep je z vrchu ofrézován do tvaru šestihranu, aby bylo možné jej utáhnout klíčem. Pomocí šroubů M16 budou přišroubovány do drážek. Čepy bude možné při první montáži povolit či utáhnout i skrz otvory v rozích základního rámu. Poloha čepů vůči motorové brzdě musí být správně nastavena. Přepravovaná paleta s motorem bude spuštěna na čepy, které se zasunou do přesných děr v botkách. Tím bude zajištěna jednak správná vzdálenost palety (resp. zkoušené

30

pohonné jednotky) od dynamometru a jednak bude zajištěno, že podélná osa palety bude rovnoběžná s osou dynamometru.

Obr. 32 – Otvory v rozích rámu pro možnost utažení ustavovacích čepů při první montáži

Obr. 33 – Ustavovací čep s šestihranem pro utažení

Po spuštění palety na ustavovací čepy, stačí jen nasunout šrouby s matkami připravené v drážkách základové desky do drážek v botkách palety a utáhnout příslušným momentem.

Rám je možné připevnit až osmi šrouby.

Obr. 34 – Po spuštění na základovou desku je možné paletu připevnit do drážek šrouby nasunutými do drážek z vyznačených směrů

31

Toto řešení je velmi rychlé, avšak vyžaduje přítomnost ustavovacích čepů v drážkách základové desky. Pro zjednodušení byla navržena ještě jedna náhradní varianta. Mobilní rám bude taktéž přepravován paletovým vozíkem. Na botkách je zespodu vyfrézovaná drážka, ve které je umístěn stavěcí kámen. Ten je při spuštění palety zasunut do drážek základové desky.

Řešení je jednodušší, ale není zde zajištěna správná vzdálenost motoru od dynamometru, která byla prve dána polohou čepů v drážkách. Návrh vyžaduje, aby byl hřídel spojující dynamometr s motorem teleskopický.

Obr. 35 - Na botkách jsou zespodu vyfrézovány drážky, ve kterých jsou umístěny stavěcí kameny, které budou spuštěny do drážek základové desky

Funkce mobilního upevňovacího rámu k motorové brzdě nespočívá jen v jeho mobilitě. Základním cílem použití paletového systému je zkrácení doby výměny motorů na brzdovém stanovišti. Pro docílení co nejkratšího času potřebného na výměnu motoru je stěžejní, aby byl motor již předem ustaven ve správné výšce a vycentrován do osy vřetene dynamometru, neboť tento proces patří mezi časově nejnáročnější. K účelu ustavení motoru na mobilní rám slouží tzv. středící přípravek. Tento díl bude užit na přípravném pracovišti, kde se bude motor ustavovat na paletu. Skládá se ze základní příruby se dvěma čepy a stojanu s posuvným vedením. To toho je zasunuta špička, zajištěná shora šroubem. Celý středící přípravek bude postaven na ofrézované plochy základního rámu a čepy vsunuty do přesných otvorů, příruba pak bude přišroubována dvěma šrouby. Na paletu s motorem se takto připevní dva středící přípravky, jeden zepředu motoru a jeden zezadu.

32

Obr. 36 – Středicí přípravek Obr. 37 – Ofrézované plochy, na které se ustaví středící přípravek

Na přípravném pracovišti může být paleta postavena na podlaze. Výška středícího přípravku je navržena tak, aby odpovídala výšce vřetene dynamometru. Špička středícího přípravku bude tedy přiložena z každé strany k ose klikového hřídele motoru. Tím se docílí, že motor bude nejen ve správné výšce, ale jeho osa bude nyní totožná s osou motorové brzdy.

Otvory, sloužící k upnutí pohonné jednotky, jsou u motoru TEDOM z boku. Pro jeho uložení na mobilní rám pomocí výškově stavitelných nohou, bylo třeba navrhnout propojovací konzoly. Ty jsou motor od motoru různé. Ve většině případů se používají originální konzoly se silentbloky dodané s motorem. Jejich řešení není předmětem této bakalářské práce.

Výškově stavitelné nohy s mosty zakoupila Technická univerzita v Liberci od firmy AVL. Nebyly tedy předmětem návrhu, a proto se jejich řešení neobjevuje v přiložené výkresové dokumentaci. Pro dokreslení situace je však zhotoven jejich model v CAD.

Propojovací konzoly jsou konstruovány tak, aby šly připevnit na zakoupené výškově stavitelné nohy od AVL.

Dále byl zhotoven naváděcí systém, který by umožnil snadnější ustavení palety k brzdovému stanovišti. Jedná se o přípravek, který by byl natrvalo upevněn v drážkách základové desky. Při najíždění palety k dynamometru bude celý systém nasměrován pomocí naváděcích kolejnic. Zarážky botek zastaví paletu ve správné poloze pro spuštění na stavěcí čepy.

33

Obr. 38 – Naváděcí systém se zarážkou (v této poloze je rám již spuštěn na základovou desku)

Pro zřetelnější představu byl zhotoven model základové desky s ustavenými přípravky – stavěcími čepy a naváděcím zařízením.

Obr. 39 – model základové desky s ustavenými přípravky

Po dokončení návrhu propojovacích konzol byl zhotoven virtuální model celého mobilního rámu s ustaveným motorem, aby bylo vidět, jak by mohla vypadat situace na přípravném pracovišti ve skutečnosti. Pro schematický model motoru TEDOM byl opět použit zástavbový výkres, ze kterého byly získány základní rozměry včetně polohy upínacích otvorů motoru.

34

Obr. 40 – Virtuální model navrženého mobilního rámu s ustaveným motorem TEDOM

3.3.1 Doprava palety k brzdovému stanovišti

Pro reálnější představu o dopravování takto ustaveného motoru s paletou do zkušební laboratoře, byl zhotoven schematický model doporučeného paletového vozíku BF2000 podle základních rozměrů uvedených na webových stránkách [8]. Paletový vozík lze pro přepravu rámu umístit podélně, pro drobnou manipulaci pak i příčně. Středící přípravky jsou z palety při přepravě již odejmuty.

Vzdálenost, kterou bude nutné překonat k dopravení palety s ustaveným motorem do laboratorní kobky k dynamometru je zhruba 30 metrů a po celé délce trasy bude dostatečný prostor k projetí. Povrch bude betonový a hladký, takže odpor valení koleček paletového vozíku bude minimální.

Obr. 41 – Základní rozměry paletového vozíku EULift BF2000 s prodlouženými vidlicemi [9]

35

Obr. 42 – Model přepravované testované jednotky

36

4 KONTROLNÍ VÝPOČTY

Pro zajištění dostatečné tuhosti rámu a jeho připevnění k podlaze bylo nutné provést některé základní výpočty. Navržený mobilní upevňovací rám pro motory o objemu 11-14dm³ je zkonstruován tak, aby byl univerzální a vyhovoval co možná nejširšímu výběru těchto motorů. Motory s takovýmto objemem, které připadají v úvahu pro zkoušení v nové laboratoři CxI TUL, mohou být osmiválcové, v drtivé většině však šestiválce. V laboratoři TUL se jedná především o motory TEDOM. V úvahu můžeme vzít i některé jiné výrobce, například MAN, DAF či TATRA. Jejich základní parametry jsou uvedeny v následující tabulce. Na základě hodnot z tabulky bude zhotoven kontrolní výpočet.

Motor

Zákl. parametry MAN DAF TEDOM TATRA

Objem [dm³] 12 12,9 12 12,7

Maximální točivý moment

[Nm] 3000 3000 1 600 2200

Tab. 1 – Přehled základních parametrů motorů, nutných pro kontrolní výpočty palety

4.1 Silový rozklad pro šestiválcové motory

Šestiválcový motor je přirozeně vyvážený. Jediné reakce, které je zde nutno vzít v úvahu, jsou od točivých momentů od motoru a jeho hmotnosti. Při postupu v kontrolním výpočtu je použit největší točivý moment z tabulky 1.

37

Obr. 43 – Silový rozklad

Momentová rovnice rovnováhy:

– (1)

.

kde:

… točivý moment motoru R … reakce

x … rameno síly

V dalším postupu vydělíme výslednou reakci počtem šroubů, použitých pro uchycení palety do drážek základové desky.

= = = (3)

= = = (4)

38

= = = (5)

kde:

… požadovaná síla předpětí jednoho šroubového spoje při použití i šroubů i … počet použitých šroubů k upevnění rámu do základové desky

Pro upevnění motorové palety do drážek základové desky jsou na základě zkušeností výrobce voleny šrouby M16. Ve strojnických tabulkách [10] jsou poté uvedeny doporučené hodnoty utahovacích momentů pro jednotlivé pevnostní třídy šroubů M16, viz tabulka 2.

p … stoupání [mm]

… utahovací moment [Nm]

… osová síla ve šroubu [N]

Pevnostní třída 5.8 8.8 10.9 12.9

p

M16 2 137 43 939 209 66 955 307 98 340 359 115 079

Tab. 2 – Doporučené utahovací momenty jednotlivých pevnostních tříd šroubů M16

Uvažujeme-li ve výpočtu i vlastní tíhu:

Obr. 44 – Vliv vlastní tíhy

39

G/2 se na jedné straně přičte k R a na druhé straně odečte. Budeme-li počítat, že G ≈15000[N]

pak

= 7500 [N] (6)

na jedné straně rámu vyjde

+ R = 7500 + 2857,14 = 10 357,14 [N] (7)

na druhé straně rámu vyjde

– R = 7500 – 2857,14 = 4 642,48 [N] (8)

Z toho vyplývá, že výsledná reakce bude i při působení točivého momentu šestiválcového motoru směřovat vždy směrem do podlahy. Hlavní funkce šroubových spojů bude tedy v tomto případě zajistit stálou polohu palety před dynamometrem, která by se mohla dát do pohybu působením dynamických sil.

4.2 Silový rozklad pro osmiválcové motory – grafické řešení

Schematické grafické řešení vyvažování je provedeno pro osmiválcový vidlicový motor TATRA, jenž může být taktéž zkoušen v laboratoři pohonných jednotek TUL.

Parametry:

Točivý moment Mt = 2200 [Nm] při otáčkách n_max = 2000 [ot/min]

Rozevření řad válců 90°

Rozestup zapalování 90°, 1 – 8 – 2 – 7 – 4 – 5 – 3 – 6

40 I. Řád

II. Řád

41

Z grafického řešení vyvažování můžeme vyčíst, že osmiválcový motor je v prvním řádu zcela vyvážen, ve druhém řádu je vyvážen momentově. Nevyváženost je od setrvačných sil posuvných částí druhého řádu .

= 5, 657 cos 2α (9)

=

=

= 209,44 [rad/s] (10)

kde:

… klikový poměr

… hmotnost posuvných hmot

pozn. = _í + _.č + _{. ž ů} + (11)

í … hmotnost pístu

.č … hmotnost pístního čepu

. ž ů … hmotnost pístních kroužků

… hmotnost ojnice … poloměr klikového hřídele … úhlová rychlost

α … úhel natočení klikového hřídele

pozn. α є [0; 360], potom cos 2α = 1 (12)

… otáčky motoru

po dosazení

= 5, 657. 0,3. 5 [kg]. 0,07[m]. 209,44²[rad/s]. 1 = 26 055[N] (13)

Z výsledku je patrné, že kromě vlastní tíhy a točivého momentu, jehož silové účinky byly uvedeny již výše v případě šestiválcového motoru, je zde přítomna ještě nevyváženost, která bude způsobovat vibrace motoru. S ohledem na předchozí výpočty lze konstatovat, že osmiválcový motor bude mít díky nevyváženosti tendenci kmitat ve vertikálním směru, neboť

mění polaritu.

42

Obr. 45 – Vliv nevyvážení

Při působení kladné bude na jedné straně rámu

+ R + = 7500 + 2857,14 + = 23 384,64 [N] (14)

a na druhé straně rámu

– R + = 7500 – 2857,14 + = 17 670,36 [N] (15) Při porovnání s tabulkou 2 zjistíme, že tyto síly nepřevyšují hodnoty osových sil předepjatých šroubů M16. Spoj zůstane předepjatý.

Při působení záporné bude na jedné straně rámu

+ R – = 7500 + 2857,14 – = – 2 670 [N] (16)

a na druhé straně rámu

– R – = 7500 – 2857,14 – = – 8 384 [N] (17) Tyto tahové síly budou zachyceny předepjatými šroubovými spoji v základové desce.

43

Nutno poznamenat, že kontrolní výpočet je pouze statický a nezahrnuje možnosti dynamického namáhání. V praxi je nutno počítat s tím, že soustava bude buzena frekvencemi různých charakterů, což může způsobovat daleko větší namáhání jednotlivých prvků rámu.

Proto bylo třeba návrh značně předimenzovat, aby se hodnoty vlastní frekvence posunuly do vyšších hodnot a byla tak menší pravděpodobnost vzniku rezonance. Také je třeba vzít na vědomí, že rozběhové momenty a silové špičky jsou zpravidla několikanásobně vyšší, než obvyklé hodnoty.

4.3 Kontrolní výpočet v programu ProMechanica

Po konzultaci byl proveden kontrolní výpočet tuhosti navrženého rámu v programu ProMechanica. Postup výpočtu je následující. Nejprve byl vybrán podle tabulky 1 nejvyšší točivý moment motoru, který nadále figuroval ve výpočtu a hmotnost motoru. Tuhosti mostů a noh od firmy AVL nebyly brány v úvahu. Pro stanovení tlaku, který na rám působí, je třeba mít nejen sílu, ale také plochu, na které síla působí. Veškerý tlak se na základní rám přenáší přes příčně umístěné mosty upevněné na každé straně přírubou se šrouby. Síla tedy působí na regionu stykových ploch mostů s rámem. Ten je v místě nohou vetknut do podlahy.

Výpočet byl proveden pod zatížením vlastní tíhy rámu, tíhy motoru a točivého momentu a byly zjištěny hodnoty průhybu (posuvu).

V prvním výpočtu byly zjištěny průhyby jednotlivých částí rámu při zatížení vlastní tíhou rámu a tíhou motoru. Nejvyšší hodnota posuvu je přibližně 0,1 mm. Její velikost je tedy prakticky zanedbatelná.

Obr. 46 – Průhyb rámu po analýze v programu ProMechanica při statickém zatížení vlastní tíhou a tíhou motoru.

44

Porovnáme-li obrázek 46 s obrázkem 47, na němž je zobrazen průhyb rámu za působení vlastní tíhy, tíhy motoru a při konstantním působení točivého momentu, můžeme taktéž vidět, že točivý moment způsobí zvětšení průhybu na jedné straně rámu a logicky současně zmenšení průhybu na straně druhé. Nejvyšší hodnoty průhybu jsou však přesto malé a nepřekračují hodnotu 0,3 mm. Z toho lze vyvodit závěr, že tuhost navržené mobilní palety je velká a rám je bezpečně dimenzován pro motory o objemu 11-14 dm³.

Obr. 47 – Průhyb rámu po analýze v programu ProMechanica za působení vlastní tíhy, tíhy motoru a při konstantním působení točivého momentu

45

5 ZÁVĚR

V zadání mé bakalářské práce bylo úkolem zkonstruovat mobilní upevňovací stolici pro motory o zdvihovém objemu 11-14 dm³, který zajistí urychlení výměny měřené pohonné jednotky před dynamometrem. Nejprve byla provedena důkladná rešerše současného stavu navrhování tzv. paletových systémů. Na jejím základě bylo později k vlastnímu návrhu řešení.

Během řešení bylo provedeno několik návrhů mobilního rámu, lišících se v zásadě způsobem dopravy palety k brzdovému stanovišti.

Při konstrukčních pracích bylo bráno v potaz, že se bude jednat o systém využívaný v nové laboratoři pohonných jednotek CxI-TUL. Proto jsem ve své práci zohlednil právě dopravu palety i přístupovou trasu z montážní dílny do zkušební kobky, prostorové uspořádání zkušebny a rozměry základové desky. Na základě těchto požadavků bylo nutné přizpůsobit některé základní parametry palety.

Finální řešení spočívá v tom, že motor se na paletu ustaví na výškově stavitelné nohy již na přípravném pracovišti. Aby byla osa klikového hřídele motoru odpovídající ose vřetene dynamometru, byl navržen pro tento účel středící přípravek. Ten se před dopravou palety k brzdovému stanovišti odejme. Systém bude přepravován doporučeným paletovým vozíkem s prodlouženou délkou vidlic a dostatečnou nosností. Do základové desky s drážkami budou umístěny natrvalo další dva pomocné přípravky – naváděcí kolejnice a ustavovací čepy, zajišťující snadné a rychlé ustavení palety před dynamometr.

Následně bylo cílem vytvořit výrobní dokumentaci rámu s ohledem na vyrobitelnost za přiměřenou cenu a dostatečnou tuhost. Za účelem dodržení těchto požadavků bylo snahou ve velké míře využít normalizovaných polotovarů uvedených ve strojních tabulkách. Při návrhu byl brán ohled také na technologii procesu výroby, což bylo vyznačeno ve výkresové dokumentaci. V neposlední řadě byl proveden rozklad sil působících na rám palety a kontrolní výpočet tuhosti rámu pomocí programu Pro/Mechanica. Virtuální model návrhu a následně i výkresová dokumentace byla zhotovena v programu Pro/Engineer.

46

6 LITERATURA

[1] http://www.avlcechy.cz

[2] Singer G.: Test Systems. Product Overview. Prezentace Product information, 2002 [3] Product Prezentation - Pallet System HD, 2004

[4] Vetter J.: AVL Instrumentation & Test Systems Prezentace Product information, 2004 [5] Product Prezentation - Pallet System LD, 2004

[6] Product Prezentation – Engine Pallets, 2003 [7] http://www.blickle.cz

[8] http://www.univer.cz [9] http://www.eulift.cz

[10] Leinveber J., Řasa J., Vávra P.: Strojnické tabulky Upravené a doplněné vydání, Scientia, Praha 1999

[11] Pešík, L.: Části strojů, 1. díl, Technická univerzita v Liberci, Liberec 2010

[12] Scholz, C.: Konstrukční projekt pístového spalovacího motoru, Technická univerzita v Liberci, Liberec 2003

[13] Plíva Z., Drábková J.: Metodika zpracování diplomových, bakalářských a vědeckých prací na FM TUL, Technická univerzita v Liberci, Liberec 2007