Technická univerzita v Liberci

Technická univerzita v Liberci

Fakulta strojní

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

2011 Zdeňka Půlpánová

Technická univerzita v Liberci

Fakulta strojní Katedra obrábění a montáţe

Bakalářský studijní program: Strojírenství Zaměření: Řízení výroby

PROBLEMATIKA ŢIVOTNOSTI VŘETEN STROJŮ GROB PRO OBRÁBĚNÍ HLAVY VÁLCŮ PRO TŘÍVÁLCOVÝ MOTOR

ŠKODA 1,2 LITRU VE FIRMĚ ŠKODA-AUTO, A.S.

SPINDLE LIFE PROBLEMS OF GROB MACHINES DESTINED FOR CYLINDER HEAD CUTTING OF THREE-CYLINDER ENGINE ŠKODA 1,2 LITRE IN ŠKODA-AUTO COMPANY

KOM - 974

Zdeňka Půlpánová

Vedoucí práce: Ing. Jan Frinta, CSc.

Konzultant: Ing. Zdeněk Patočka, Škoda Auto a.s.

Počet stran: 73 Počet příloh: 3 Počet tabulek: 15 Počet obrázků: 47 Počet modelů nebo jiných příloh: 0

Datum: 25.5.2011

ANOTACE

Označení BP: 974 Řešitel: Zdeňka Půlpánová

PROBLEMATIKA ŢIVOTNOSTI VŘETEN STROJŮ GROB PRO OBRÁBĚNÍ HLAVY VÁLCŮ PRO TŘÍVÁLCOVÝ MOTOR

ŠKODA 1,2 LITRU VE FIRMĚ ŠKODA-AUTO, A.S.

ANOTACE:

Tato práce se zabývá oblastí výroby hlavy válců pro tříválcový motor Škoda 1,2l ve firmě Škoda auto a.s. se zaměřením na diagnostiku a opravu vřeten u obráběcích center GROB.

SPINDLE LIFE PROBLEMS OF GROB MACHINES DESTINED FOR CYLINDER HEAD CUTTING OF THREE-CYLINDER ENGINE ŠKODA 1,2 LITRE IN ŠKODA-AUTO COMPANY

ANNOTATION:

This work is focused on cylinder head production of three-cylinder engine Škoda 1,2L in Škoda Auto company with a view to spindle diagnostics and spindle repairs of GROB machining centres.

Klíčová slova: STROJE GROB, VŘETENO, DEMONTÁŢ, MONTÁŢ, VYVAŢOVÁNÍ

Zpracovatel: TU v Liberci, KOM Dokončeno: 2011

Archivní označ. Zprávy:

Počet stran: 73 Počet příloh: 3 Počet obrázků: 47 Počet tabulek: 15 Počet diagramů: 3

MÍSTOPŘÍSEŢNÉ PROHLÁŠENÍ

,,Místopříseţně prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci vypracovala samostatně s pouţitím uvedené literatury pod vedením vedoucího a konzultanta."

V Liberci, 23.5.2011 …………..……….

PODĚKOVÁNÍ

Na tomto místě bych chtěla poděkovat vedoucímu mé bakalářské práce panu Ing. Janu Frintovi. Dále děkuji panu Ing. Zdeňkovi Patočkovi za cenné připomínky a rady při řešení

této bakalářské práce. Kanceláři technické diagnostiky za odborné konzultace a poskytnuté podklady. Své rodině děkuji za podporu během mého studia.

Zdeňka Půlpánová 6

Obsah

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ ... 7

1 ÚVOD ... 8

2 OBRÁBĚCÍ STROJE GROB - OPRACOVÁNÍ HLAV VÁLCŮ ... 10

2.1 Rozbor jednotlivých operací ... 14

2.2 Vřetena obráběcího stroje GROB - Weiss ... 18

3 ÚDRŢBA OBRÁBĚCÍCH STROJŮ GROB ... 18

3.1 Opatření v oblasti údrţby ... 19

3.2 Metody údrţby obráběcích strojů ... 20

3.2.1 Údrţba po poruše ... 20

3.2.2 Údrţba podle časového plánu ... 20

3.2.3 Údrţba strojů podle jejich skutečného stavu ... 21

3.3 Centrální údrţba ve Škoda auto a.s. ... 22

3.4 Hospodárnost a náklady na údrţbu ... 23

4 ÚDRŢBA OBRÁBĚCÍCH STROJŮ METODOU VIBRAČNÍ DIAGNOSTIKY ... 24

4.1 Základní terminologie ... 25

4.2 Technologický a ekonomický přínos technické diagnostiky ... 27

4.3 Měření a vyhodnocení vibrací ... 28

4.3.1 Metody vibrační diagnostiky ... 29

5 ROZBOR PORUCH A JEJICH SPECIFIKACE... 30

5.1 Příčiny poškození ... 30

5.2 Závady zjištěné na základě diagnostiky ... 32

5.2.1 Výměny vřeten Weiss u strojů GROB ... 32

5.2.2 Opravárenská činnost ... 39

6 NÁVRH A ŘEŠENÍ OPATŘENÍ ... 59

7 ZÁVĚR ... 64

8 SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY ... 66

9 SEZNAM PŘÍLOH ... 67

Zdeňka Půlpánová 7

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ

kW – jednotka výkonu kilowatt 4V – čtyř-ventilová hlava NS – nákladové středisko VAM – výroba motorů op. – operace

Inv.č. – inventární číslo TD – technická diagnostika

TPM - produktivní údrţba strojů a zařízení VAT – centrální údrţba

VA – výroba agregátu

Hz – jednotka frekvence Herz

vef

 ^{mm . s}



  ^t

v  ^{mm . s}



  ^s

Zdeňka Půlpánová 8

1 ÚVOD

Strojírenský průmysl patří mezi nejnáročnější průmyslová odvětví. Velký důraz je zde především kladen na jakost, přesnost, spolehlivost a kvalitu výrobků. Významné postavení má zejména výroba dopravních prostředků – automobilů. Výrobní podniky jsou nuceny uspokojit stále rostoucí poptávku po stále novějších a dokonalejších výrobcích a zároveň musí odolávat konkurenci, která je v této oblasti velmi vysoká. To je nutí zavádět nepřetrţité výrobní procesy, při kterých jsou kladeny vysoké nároky na výrobní zařízení a jejich údrţbu. Aby výrobní závody byly schopny obstát v konkurenčním boji, musí zajistit plynulost výroby, kterou je moţno dodrţet jen za podmínky provozní spolehlivosti a dlouhé ţivotnosti výrobních zařízení. Z obav ze ztráty produkce jsou závody nuceny opravy výrobních zařízení drţet na minimu. Velice důleţitou roli při sniţování doby a počtu oprav hraje údrţba. Mezi opatření vedoucí k zachování poţadovaného stavu výrobních zařízení patří ošetřovací činnosti jako čištění, konzervování, mazání, výměna provozních náplní a seřizování strojů. Aby bylo sníţeno riziko náhlé ztráty provozuschopnosti výrobních zařízení, začaly podniky operovat v oblasti předcházení závadám.

Bylo zapotřebí zavést speciální technologii, která by umoţňovala předcházet závadám a zároveň byla schopná přesně určit vadnou část ve výrobním zařízení. Touto technologií je technická diagnostika.

Technická diagnostika se začala rozvíjet přibliţně před 40-ti lety. První metodou ke stanovení diagnózy aktuálního stavu výrobního zařízení bylo subjektivní posuzování, zejména pomocí hmatu, sluchu a zraku. To samozřejmě v dnešní vyspělé době nestačí, a tak se od roku 1960 začala pouţívat metoda měření vibrací, které se porovnávají s mezními hodnotami vibrací stroje. Následně tato metoda byla roku 1985 překonána diagnostickým sledováním stavu, které umoţňuje včasné rozpoznání vad a tím lze zamezit vzniku větších následných závad a zároveň chránit personál i s okolním prostředím.

Momentálně mezi nejmodernější metody v oblasti technické diagnostiky patří vibrační diagnostika. Díky ní lze provádět tzv. inspekce, které umoţňují posoudit skutečný stav výrobních zařízení pomocí měření a analýzy vibrací a tím zajistit co moţná nejdelší ţivotnost výrobních zařízení.

Tato práce bude zejména zaměřena na problematiku ţivotnosti vřeten. Díky metodě vibrační diagnostiky, se pokusím detekovat vznikající poruchu u vřetene firmy Weiss, jeţ se nachází v oblasti výroby hlavy válců pro tříválcový motor Škoda 1,2litru ve firmě Škoda auto a.s. Dále zmapuji opravárenskou činnost spojenou s odstraněním závady na vřeteni a následně se pokusím navrhnout kroky vedoucí k optimalizaci prodlouţení ţivotnosti výše zmiňovaných vřeten. [1]

Zdeňka Půlpánová 9 ŠKODA AUTO, a.s.

Společnost Škoda Auto a.s. byla zaloţena roku 1895 pány Václavem Laurinem a Václavem Klementem za účelem výroby kol a motocyklů. Automobilová výroba byla v závodu zavedena roku 1905. V roce 2011 firma oslaví přesně 20 let od vstupu do koncernu Volkswagen Group, jehoţ součástí jsou další světoznámé automobilové značky jako Volkswagen, Beantley, Buggati, Audi, Seat, Lamborghini a VW uţitkové vozy.

V České republice se nacházejí tři závody, a to Mladá Boleslav, Kvasiny a Vrchlabí.

Minulý rok uzavřela firma s vynikajícím výsledkem. Její trţby vzrostly na 8,6 miliard Euro. Firma také prolomila magickou hranici tři čtvrtě milionu prodaných vozů a její vizí do budoucna je do roku 2018 zdvojnásobit prodej na 1,5 milionu prodaných vozů. [2]

Obr.1: Hala M6 [2]

Obráběné díly v hale M6

Stavba haly byla dokončena v červnu roku 2001 a jiţ prosinci téhoţ roku zde byl vyroben první 3-válcový motor EA111 - 1,2l / 40kW. „Nová motorárna” (obr.1), jak je často nazývána, se rozléhá přibliţně na 40 000 m², probíhá zde výroba s montáţí motorů a převodovky. Ve výrobní hale M6 jsou instalována obráběcí centra Grob, z toho 12 je na lince hlavy válců tříválcového motoru 1,2litru.

Tříválcový motor (obr.2a) se skládá z vačkového čtyřventilového (4V) hřídele (obr.2b), klikového hřídele (obr.2c), bloku motoru (obr.2d) a hlavy válců (obr.2e).

Vačkový hřídel se nyní nakupuje jako polotovar od firmy Presta a dále se opracovává v nákladovém středisku (NS) 2161. V dalším NS 2162 se obrábí klikový hřídel, jeţ je také nakupovaný jako hotový odlitek od firmy Hasenclever. Horní i spodní díl bloku motoru je odléván přímo ve firmě Škoda a dále je zpracováván v hale M6 v NS 2163. Hlava válců je nakupována jako odlitek od WV Poznaň a dále se opracovává v NS 2164. Dále následuje konečná montáţ finálního motoru.

Tato práce je zaměřena na výrobu (opracování) 4V hlavy válců. V následující kapitole čtenáři přiblíţím sled operací nutný k dosaţení finálního výrobku – 4V hlavy válců.

Zdeňka Půlpánová 10 Obr.2: Znázornění obráběných dílů ve VAM [2]

a – tříválcový motor, b – vačkový hřídel, c – klikový hřídel, d – blok motoru (horní a spodní díl), e – hlava válců

2 OBRÁBĚCÍ STROJE GROB - OPRACOVÁNÍ HLAV VÁLCŮ

Obráběcí stroje firmy GROB jsou automatizovaná CNC centra, jeţ slouţí k opracování čtyřventilových hlav válců. Současně se na obráběcích strojích firmy GROB obrábí hlava válců pro čtyřválcový motor TSI , která se nachází v sousedním výrobním NS 2165 (příloha č.1). V mé práci jsem se zaměřila na výrobu – obrábění hlavy pro tříválcový motor ŠKODA 1,2litru, ta se nachází v NS 2164 (příloha č.1).

Automatizovaná CNC centra GROB se nacházejí na lince ve dvou provedeních.

Jednovřetenová centra se označují BZ 505 a dvouvřetenová centra BZ 530 se synchronním pohybem (obr.3). Horizontální vřetena (obr.4) vykonávají pracovní pohyb ve třech osách X,Y,Z. Zásobníky s nástroji se nacházejí u jednovřetenových strojů vţdy na boku a u dvouvřetenových strojů nahoře. Dle náročnosti dané operace jsou na lince instalovány dva či tři stroje z důvodu kapacity.

d

b c

e

a

Zdeňka Půlpánová 11

Obr.3: Obráběcí stroj GROB BZ 530

Výhodou automatizovaných center je schopnost uloţit více nástrojů v jednom zásobníku, a tak mohou vykonávat více obráběcích úkonů v jedné operaci. Dále jsou zde vyuţívány kombinované nástroje s cílem minimalizovat ztrátové časy při výměnách nástrojů.

S ohledem na to, ţe obráběcí centra GROB se skládají z rotujících a periodicky pracujících součástí, které budí vibrace, lze u těchto strojů pouţít metod vibrační diagnostiky. Vyuţitím vibrační diagnostiky lze údrţbu obráběcích vřeten posunout na vyšší úroveň a provádět periodické sledování technického stavu rotačních částí vřeten.

Při přejímkách obráběcích center firmy GROB jsou přikládány výsledky měření vibrací jiţ od výrobce s doporučením mezních hodnot vibrací. Následně lze tyto měření od výrobce pouţít pro ověření ustavení obráběcího stroje ve výrobní dílně. [3]

Obr.4: Umístění vřetene ve stroji GROB

Výrobní linka se skládá z jiţ výše zmiňovaných automatizovaných center firmy GROB, pracích strojů Dűrr a strojů tlakové zkoušky Bayer. Dále je na konci kaţdé operace zařazena mezioperační kontrola obrobku, kde probíhá kontrola dílčích rozměrů a drsnosti obráběných dílů dle předepsané návodky. Rozmístění zařízení je znázorněno na schématu NS 2164 (Příloha č.2).

Na této lince je zaveden třísměnný provoz. V prvním úseku linky se nachází 7 výrobních center GROB, kde obrobek (hlava válců) má označení 03E 103 373E.

Zdeňka Půlpánová 12 Od druhé části úseku, který začíná od operace 10K, probíhá změna číslování dílu na 03E 103 353A,D. Nalisováním sedel a vodítek ventilů do hlavy válců se pojmenování obrobku změní na komplet, proto v značení operací přibude písmenko K jako komplet.

Ke snadné orientaci ve výrobním procesu, je nutné znát některé důleţité pojmy:

- Výrobní proces: je činnost, jejímţ účelem je zpracovat výchozí materiál na hotový výrobek,

- Operace: je to část výrobního postupu, nepřetrţitě prováděná a ukončená část výrobního procesu vykonávaná na jednom pracovišti nejčastěji jedním popřípadě více pracovníky,

- Úsek: je částí operace, kde se vykonává práce za přibliţně stejných technologických podmínek. [4]

Zdeňka Půlpánová 13 Návaznost jednotlivých operací je znázorněna v tabulce 1, v té si lze snadno dohledat, typ a počet strojů s jejich inventárními čísly a činnosti nacházející se v jednotlivých operacích. Jak se výrobní zařízení nacházejí v NS 2164 za sebou, je zobrazeno v příloze č.2.

Tab.1: Sled operací při opracování hlavy válců ve středisku 2164

Číslo

op. Stroj Inv. č. Popis op.

10 Grob BZ 505 44 840 - 031 frézování základních upínacích ploch, vrtání otvoru a olejových kanálů, struţení

44 840 - 032

15 Dűrr 46 361 - 252 ofuk Nakladač 382 30 - 036

20 Grob BZ 530 44 840 - 033 předfrézování horní a dolní plochy, 44 840 - 034 vrtání a zahlubování otv.pro sedla a vodítka, struţení

44 840 - 035

25 Dűrr 46 361 - 253 ofuk

30 Grob BZ 530 44 840 - 036 frézování ploch sání a výfuku na čisto, vrtání,

44 840 - 037 struţení

35 Dűrr 46 361 - 254 ofuk 40 Dűrr 46 361 - 251 praní

50 Bayer 48 556 - 046 tlaková zkouška

10K Bayer 45 999 - 040 lisování sedel a vodítek ventilů 20K Vogtland 45 996 - 412 frézování horní a dolní plochy

načisto

30K Grob BZ 530 44 840 - 038 vrtání hydrost., opracování vodítek a sedel na čisto, kartáčování, 44 840 - 039 závitování

44 840 - 040

35K Dűrr 46 361 - 255 ofuk

40K Grob BZ 530 44 840 - 041 frézování bočních ploch na čisto, vrtání 44 840 - 042 otvoru zátky, závitování, kartáčování

45K Dűrr 46 361 - 256 ofuk 50K Dűrr 46 361 - 250 praní

60K Bayer 45 999 - 042 lisování kuliček, kolíků, zátky, tlaková zkouška

70K Konečná kontrola finálního výrobku

Zdeňka Půlpánová 14

2.1 Rozbor jednotlivých operací

Jednotlivé úseky v postupu jsou označovány čtyřčíslím. První dvě čísla zastupují číslo dané operace a poslední dvě čísla jsou pořadová. Od operace číslo 10K se mění číslování jednotlivých úseků. Z důvodu přehlednosti a snadné orientace označuje se horní plocha 1F1, spodní 6F1, uţší boční 2F1, 3F1, delší boční 4F1. Pokud v označené rovině vznikne obráběním další plocha, přidá se do označení číslo plochy (např. 41F1). Značení jednotlivých ploch na hlavě válců je zobrazeno v příloze č.3.

Jelikoţ se tato práce věnuje strojům GROB, jsou dále uvedeny jen operace prováděné těmito výrobními zařízeními.

Operace č.10 (tab.2)

Operace č.10 je prováděna dvěma jednovřetenovými centry GROB. Probíhá zde frézování základních upínacích ploch, vrtání pomocných otvorů a olejových kanálů.

Tab.2: Operace č.10

Číslo úseku Popis úseku

1001 frézování dosedací plochy 4F1 1002 vystružení aretační díry 1003 vystružení unášecí díry 1004 předvrtání otvoru pro závity 1005 navrtání olejového kanálu 1006 vrtání olejového kanálu 1007 předvrtání závitu øM6

měřící stanice kontroly

Zdeňka Půlpánová 15 Operace č.20 (tab.3)

Operace č.20 je prováděna třemi dvouvřetenovými centry GROB (kapacitní důvody). Zahrnuje předfrézování horní a dolní plochy, vrtání a zahlubování otvorů pro sedla a vodítka.

Tab.3: Operace č.20

Číslo úseku Popis úseku

2001 frézování plochy 1F1 a 6F1 2002 vrtání díry pro svíčky

2004 předvrtání otvorů pro uchycení hlavy do bloku 2005 vrtání otvoru pro uchycení hlavy do bloku

2006 zarovnání dosedacích ploch pro šrouby na držení hlavy 2007 vrtání olejového kanálu

2008 navrtání otvoru olejového kanálu pro mazání vačkového hřídele 2009 hrubování pro vedení ventilů (sání + výfuk)

2010 vratně dosedací plochy pro pružiny ventilů (sání + výfuk) 2011 hrubování pro sedla ventilů (sání)

2012 hrubování pro sedla ventilů (výfuk)

2013 obrábění načisto dosedací plochy pro sedla vystružení vedení ventilu (kombinovaný nástroj) 2014 obrábění načisto dosedací plochy pro sedla

vystružení vedení ventilu - výfuk (kombinovaný nástroj) 2015 vyvrtání díry pro budoucí závit øM6 (plocha 1F1) 2016 vrtání děr pro středící kolíčky pro víko hlavy válců

vrtání aretačních otvorů (kombinovaný nástroj) 2017 vrtání díry pro budoucí závit øM6

značení obráběcího centra měřící stanice kontroly

Zdeňka Půlpánová 16 Operace č.30 (tab.4)

Zde jsou výrobními zařízeními taktéţ dvouvřetenové centry GROB, tentokrát v páru. V této operaci probíhá frézování ploch sání a výfuku načisto, dále vrtání šikmého olejového kanálu.

Tab.4: Operace č.30

Číslo úseku Popis úseku

3001 mělké předvrtání šikmého olejového kanálu 3002 předvrtání olejového kanálu

3003 vrtání olejového kanálu

3004 zkušební provoz (náhrada 3001,3003 kombinovaným nástrojem) 3005 předvrtání vedení pro únik přebytečného oleje

3006 sražení náběhové hrany u sacího otvoru

3007 vrtání otvoru na straně sání pro budoucí sací potrubí 3010 tváření závrtníkem (3007)

3012 frézování plochy saní 41F1 a výfuku 5F1 3013 vrtání díry pro olejový tvaroskop

3014 vrtání závitu až do olejového kanálu (3013) 3015 závitník øM10 x 1

3016 kartáčování plochy 4F1

3017 stupňovitý vrták pro budoucí závit pro výfukové potrubí 3018 závitník øM8

měřící stanice kontroly

Zdeňka Půlpánová 17 Operace č.30K (tab.5)

U této operace probíhá změna jiţ zmíněného číslování dílů. Je opět prováděna třemi dvouvřetenovými centry GROB. Je zde vrtán hydroštos, jinými slovy hydraulické zdvihátko pro ventil, a také zde probíhá opracování vodítek a sedel načisto.

Tab.5: Operace č.30K

Číslo úseku Popis úseku

5001 předvrtání hydroštosu

5002 vrtání otvorů hydroštosu načisto

5003 kartáčování hydroštosů (obrábění sedla)

5008 opravování nahrubo sacích kroužků (dosedací plocha pro ventil) 5009 opravování nahrubo výfukových kroužků (dosedací plocha pro ventil) 2010 výfuk načisto (obrábění sedla + ø6H7)

5011 sání načisto (obrábění sedla + ø6H7) 5013 vrtání svíčkového závitu (2002) 5015 vrtání závitu øM6 na ploše 1F1

Operace č.40K (tab.6)

Dvěma dvouvřetenovými centry GROB jsou zde frézovány boční plochy načisto, dále vrtán otvor zátky a výroba závitů. Úsek 6013 je prováděn jen u výroby náhradních dílů do starého motoru. U nových motorů se tento úsek zrušil.

Tab.6: Operace č.40K

Číslo úseku Popis úseku

6001 předvrtání závitu øM8 6002 vrtání pro závit øM6 6003 vrtání pro závit øM10 6004 vrtání díry ø24H9 pro zátku 6005 vrtání pro ø24mm a ø26mm 6006 závitník øM10 (6003) 6008 závitník øM6 (6001) 6009 závitník øM8 (6001)

6010 frézování ploch 2F1, 2F2, 3F1 6012 kartáčování ploch 2F1, 2F2, 3F1 6013 vrtání ø13mm

Zdeňka Půlpánová 18

2.2 Vřetena obráběcího stroje GROB - Weiss

Vřetena firmy Weiss patří mezi vysokootáčkové komponenty obráběcích strojů.

Pracují se otáčkami aţ 15 000min^-1. Hřídel horizontálního vřetena je uloţen ve třech bodech. Přední část hřídele je uloţena pomocí loţisek B 7014 E, střední část loţisky B 7010 E a zadní část hřídele, kde se nachází vinutí elektromotoru pohánějící vřeteno (bez převodů a spojek), loţisky B 7005 E. Všechna tato loţiska jsou kuličková s keramickými tělísky. Při obrábění jsou nejvíce dynamicky namáhanou součástí loţiska, a proto často dochází k jejich opotřebení. Při poškození vřeten je nutná oprava u výrobce, coţ způsobuje finanční a časové ztráty, proto je nezbytné znát technický stav mechanických částí vřeten (příloha 4) a v případě poškození sledovat vývoj poruchy, aby bylo moţno eliminovat náklady na opravy. Mezi nástroje zjišťování technického stavu mechanických částí obráběcích strojů patří měření řady veličin (teplota, vibrace loţisek, provozní tlaky a status upnutí nástroje, atd.).

Tyto stavy lze sledovat pomocí moderních metod a prostředků technické diagnostiky (TD), která je nedestruktivním nástrojem řízení kvality strojů a zařízení.

TD umoţňuje provádět měření během provozu obráběcích strojů. [5]

3 ÚDRŢBA OBRÁBĚCÍCH STROJŮ GROB

Údrţba hraje v průmyslu významnou ekonomickou úlohu. Cílem techniků údrţby je udrţovat stroje při minimálních investičních nákladech a také provozovat tyto stroje po co moţná nejdelší dobu při maximální hospodárnosti, jakosti a spolehlivosti.

Těchto poţadavků lze dosáhnout pomocí systematické údrţby.

Pod pojmem údrţba se rozumí:

všechna opatření k zachování a opětnému vytvoření poţadovaného stavu jakoţ i k zjištění a posouzení skutečného stavu technických prostředků daného systému.

Cíle údrţby strojů zahrnují:

 zachování základních prostředků,

 zabránění neplánovaných prostojů,

 zlepšení bezpečnosti práce,

 udrţení poţadované jakosti výroby,

 ochrana ţivotního prostředí.

Zdeňka Půlpánová 19 Mezi prostředky péče o hmotný majetek spadají:

a) TPM – zvyšování efektivity zařízení za účastí všech zaměstnanců. Podporuje účelné vyuţití strojů a zařízení s cílem maximálně výkonnosti a kvality,

b) autonomní údržba – je denní provádění činností údrţby (čištění, mazání, drobné údrţbářské aktivity) výrobními týmy, podle zpracovaných návodek,

c) údržba strojů a zařízení – kombinace všech technických a administrativních opatření k udrţení funkčního stavu nebo zpětného uvedení do tohoto stavu.

Pro pohyb v dané problematice – strojní zařízení, je nutné znát následující definice:

- strojem se rozumí zařízení, které je sestaveno ze součástí nebo částí, z nichţ je alespoň jedna pohyblivá,

- obráběcí linka je skupina strojů funkčně propojená v jeden celek,

- montážní linky jsou logicky navazující operace, končící hotovým výrobkem (motor, převodovka, náprava…).[1]

3.1 Opatření v oblasti údrţby

Údrţba strojních zařízení, jak je vidět na diagramu 1, se skládá z následujících kroků:

 udrţování,

 inspekce,

 opravy.

Diagram 1: Opatření v oblasti údrţby [6]

- Udrţování:

Pojem udrţování znamená opatření k zachování poţadovaného stavu, především různé ošetřovací činnosti, konzervování, mazání, doplňování a výměna provozních hmot a dodatečné seřizování.

ÚDRŢBA

UDRŢOVÁNÍ Čištění Ošetřování

INSPEKCE Měření Kontrola Zjišťování

OPRAVY Vlastní opravy

Renovace

Zdeňka Půlpánová 20 - Inspekce (revize):

Pojem inspekce (revize, prohlídka) znamená opatření k zjištění a posouzení skutečného stavu strojů, zařízení, konstrukčních skupin nebo konstrukčních prvků.

Inspekce je čistě informační opatření, při němţ se provádějí např. činnosti měření, zkoušení, zjišťování a kontrola.

- Opravy:

Pojem oprava znamená opatření k opětovnému vytvoření poţadovaného stavu, patří sem činnosti jako vlastní opravy, renovace (částečná obnova), modernizace a nové nastavení. [1], [6]

3.2 Metody údrţby obráběcích strojů

3.2.1 Údrţba po poruše

V tomto případě se stroje provozují bez jakýchkoli významnějších nákladů na udrţování a inspekce aţ do té doby, kdy dojde k poruše. Tato metoda je v moderním průmyslovém podniku účelná jen ve výjimečných případech, například pokud se jedná o stroje ve výrobním podniku v nadbytečném mnoţství a nebo mají jen malý význam pro výrobní proces.

Pokud se praktikuje údrţba strojů aţ po poruše, nemůţe údrţba ovlivňovat jejich výpadky, tím vznikají odstávky neplánovaně a operativní plán údrţby je zcela nemoţné naplánovat.

Dá se říci, ţe opravy po poruše se vyskytují pouze v soukromé sféře (domácnosti).

3.2.2 Údrţba podle časového plánu

Údrţba podle časového plánu neboli preventivní údrţba je dnes nejčastěji prováděnou metodou údrţby. Po uplynutí určité doby provozu, stanovené na podkladě zkušeností a v souladu s výrobním plánem, se stroje odstaví, prohlédnou, rozeberou a vymění se jejich části nebo celé agregáty. Tato metoda je nákladná a není nikterak optimální, protoţe se často vyměňují části, které by byly ještě upotřebené, jindy se zas dílce nahrazují příliš pozdě.

Jako typický příklad zde mohou poslouţit valivá loţiska. Pokud se vyměňují příliš brzy, vznikají zbytečně vysoké náklady. Kdyţ se vymění příliš pozdě, mohou nastat

Zdeňka Půlpánová 21 deformace hřídelů, havárie spojek a poškození vinutí elektromotorů jako následky zadřeného loţiska.

Nástroje údrţby podle časového plánu:

a) Diagnostika strojů,

která v průběhu provozu umoţňuje posoudit stav stroje a rozpoznat závady a poškození.

Takováto diagnostika se provádí v pravidelných nebo nepravidelných intervalech, v odůvodněných případech i jen ojediněle.

b) Provozní sledování strojů,

které průběţně zjišťuje stav stroje, porovnává nasnímané hodnoty s předem určenými mezními hodnotami a hlásí poruchy na stroji. [6]

3.2.3 Údrţba strojů podle jejich skutečného stavu

Tato metoda je závislá na neustálé znalosti skutečného stavu stroje. Důleţité provozní parametry je nutné neustále průběţně měřit a vyhodnocovat. Při posuzování aktuálního stavu se nebere ohled jen na současný stav stroje, ale také se přihlíţí do trendů naměřených hodnot, podle kterých se dají odvodit i prognózy. Díky těmto znalostem lze vypočítávat termíny údrţby, jeţ se následně dají zahrnout do operativního plánování údrţby.

Systém údrţby strojů podle jejich skutečného stavu představuje nejpokrokovější metodu údrţby a přináší největší úsporu nákladů.

Údrţbu s cílem sníţení nákladů, lze realizovat pouze v závislosti na znalosti skutečného technického stavu, při zachování koncepce:

 stroje se odstavují, jen pokud je to nezbytně nutné

 díly se vyměňují při dosaţení kritického stupně opotřebení

 vyvaţování rotorů se provádí jen při překročení přípustných tolerancích

 osy agregátů se vyrovnávají jen při vysoké nesouososti [6]

Zdeňka Půlpánová 22

3.3 Centrální údrţba ve Škoda auto a.s.

Veškerá údrţba obráběcích strojů ve Škoda auto MB se provádí na základě zjišťování jejich skutečného technického stavu. TD je zvláštním útvarem centrální údrţby, která se zabývá zjišťováním okamţitého technického stavu hmotného majetku (strojů a zařízení) pomocí speciálních diagnostických metod (analyzátoru, analýzy, vyhodnocování v softwaru).

Úkoly TD:

- provádí operativní měření dle poţadavku (uţivatel + údrţba) - sleduje technický stav hmotného majetku – periodická měření - sestavuje a sleduje trendy stavu opotřebení hmotného majetku - určuje cyklus oprav vřeten – dílna oprav vřeten

- stanovuje hranice mezních pásem opotřebení - dle vlastních zkušeností - hodnotí objektivně technický stav a montáţ nového hmotného majetku

Centrální údrţba a údrţba strojů a zařízení ve VAT odpovídají za:

- provádění preventivní péče o stroje a zařízení

- vypracování analýzy poruch dle doporučení od výrobce stroje - sledování a plnění plánů údrţby a oprav

- provádění inspekčních činností

- zajištění náhradních dílů pro opravy od externích dodavatelů či z vlastní výroby - evidenci a řádnou archivaci technické dokumentace strojů a zařízení

- efektivní hospodaření s náhradními díly skladovanými pro opravy strojů a zařízení ve skladu VA

Pojmy:

Prostoj – čas kdy se nevyrábí (např. čekání na opraváře, zastavení výroby,…)

Centrální údrţba VAT zajišťuje:

- opravy strojní, elektro

- výrobu náhradních dílů pro stroje a zařízení nebo jejich objednání u výrobce - údrţbu a opravy rozvodů energií

- prevence a plánování opravy dle aktuálního stavu stroje (TD) - údrţbu a opravy budov

- opravy strojů a zařízení prostřednictvím externích firem mimo velké opravy a středních oprav

Zdeňka Půlpánová 23 Preventivní prohlídky a plánované opravy:

Preventivní prohlídka se realizuje na základě souboru kontrolních prací dle zápisu o provedení preventivních prohlídek strojů a zařízení za účelem zjištění skutečného stavu stroje, naplánování nutných oprav a potřebných náhradních dílů. [1], [7]

3.4 Hospodárnost a náklady na údrţbu

Správný čas opravy je velice důleţitý jednak z hlediska výše nákladů na opravu výrobního zařízení, ale také míra poškození ovlivňuje přesnost stroje, coţ se následně projeví na jakosti a kvalitě obrobků.

Jak je vidět v grafu 1, náklady na údrţbu se mění s časem provozování stroje.

Jestliţe se budou provádět nápravná opatření příliš brzy, kdy stroj pracuje při normálním provozu, budou se vyměňovat nepoškozené díly, coţ z ekonomického hlediska je bezúčelné. Je velice důleţité zjistit prvotní fázi poškození, v této fázi poškozený díl nachází v uspokojivém stavu, a tak je moţné naplánovat termín opravy mimo výrobní cyklus a tím zabránit prostoji. Včasným objednáním náhradních dílů se docílí sníţení skladových zásob. V této fázi se zabrání haváriím, čili neplánovaným opravám a prostojům. Pokud dojde k havárii, vznikají zde další náklady (nářadí, neshodné díly, ohroţení bezpečnosti práce a stroje, sníţení produktivity…)

Údrţba má tedy k dispozici řadu moţností jak dosáhnout úspor. Jednak zabráněním výpadkům ve výrobě, sníţením nákladů na opravy, sníţením pracovních hodin údrţbářů, atd. [6]

Graf 1: Náklady na údrţbu během provozu stroje [6]

Zdeňka Půlpánová 24

4 ÚDRŢBA OBRÁBĚCÍCH STROJŮ METODOU VIBRAČNÍ DIAGNOSTIKY

Jedním z nejdůleţitějších nástrojů preventivní údrţby je TD – vibrodiagnostika, díky ní lze provádět inspekce a revize strojů (zjišťování technického stavu a opotřebení strojů). Na základě jejích zjištění se určí priorita a rozsah opravy, aby byl zachován bezporuchový provoz, bezpečnost a kvalita výrobního zařízení.

Cíle vibrační diagnostiky zahrnují:

- aplikování nástrojů TPM,

- eliminaci neplánovaných odstávek strojů (zvýšení jejich spolehlivosti), - prodlouţení intervalů pro plánované odstávky,

- získání co nejvíce informací o stroji, - sledování stavu stroje v čase, - eliminaci nákladů na údrţbu,

- eliminaci mnoţství skladovaných náhradních dílů, - posunutí systému údrţby na vyšší úroveň.

Výhody preventivní údrţby prováděné pomocí vibrodiagnostiky:

- eliminace prostojů ve výrobě, - eliminace spotřeby náhradních dílů, - eliminace neplánovaných oprav, - zvýšení ţivotnosti strojů,

- zvýšení výrobní kapacity a kvality výroby, - zvýšení bezpečnosti pracovníků. [1]

Zdeňka Půlpánová 25

4.1 Základní terminologie

Před uvedením do problému technické vibrodiagnostiky, je zapotřebí znát některé důleţité pojmy:

Prostředkem analýzy okamţitého technického stavu technického zařízení je diagnóza. Jejími základními kroky jsou:

- detekce – zjištění poruchy v počáteční fázi,

- lokalizace – odhalení místa či vadné součásti vznikající poruchy,

- specifikace – vyhodnocení diagnostického signálu a zjištění příčiny poruchy, - predikace – stanovení prognózy zbytkového času do vzniku poruchy.

Mezi další důleţité pojmy patří:

- technický stav – definován odpovídající velikostí a vývojem diagnostické veličiny,

- diagnostická veličina – podává informace o technickém stavu zařízení,

- provozuschopnost – zařízení je schopno vykonávat svou funkci za předepsaných podmínek,

- porucha – přerušení provozuschopnosti zařízení.

Analýza technického stavu výrobního zařízení se vykonává pomocí diagnostického systému, jehoţ princip je znázorněn na obr.5. Ten se skládá z diagnostických prostředků (metody pro analyzování a vyhodnocení technického stavu) a diagnostického objektu s obsluhou. V následujícím textu bude přiblíţen princip měření pomocí vibrodiagnostiky.

Snímač vibrací se připevní pomocí magnetu na měřící místo dle níţe uvedených pravidel na diagnostikované zařízení - ve vypnutém stavu. Po uzavření obráběcího prostoru a spuštění stroje do měřících otáček se propojí kabel od snímače s přenosným analyzátorem. Následně se spustí měřící úlohy analyzátoru vytvořené ve vyhodnocovacím softwaru. Do analyzátoru je moţno nahrát desítky měřících úloh v daném pořadí sběru dat – tzv. obchůzky. Tento způsob sběru dat – obchůzkový se nazývá off line měření (obr.5).

Druhým způsobem sběru dat je on line měření. Při tomto způsobu je snímač s měřícím zařízením trvale instalován ve stroji a měření se provádí dle nahraných obchůzek v časovém sledu. A data se přenáší bezdrátově do vyhodnocovacího softwaru.

Pracovníci TD vyhodnocují naměřená data ve vyhodnocovacím softwaru.

Při zjištění nedostatku doporučují a plánují opravy výrobních zařízení.

Zdeňka Půlpánová 26 Obr.5: Princip měření [1]

Před zahájením měření je důleţité zvolit umístění snímače. Při měření obráběcích strojů je výběr typu snímače velmi důleţitý. Vţdy musíme mít na zřeteli vlastnosti obráběcích strojů, protoţe ty hrají při výběru snímače hlavní roli. Pokud by snímač nevyhovoval, mohl by přenášet zkreslené informace.

Mezi rozhodující parametry při volbě snímačů patří jejich velikost, hmotnost, citlivost a dynamický rozsah. Samozřejmě nejvýhodnější volbou jsou snímače s vysokou citlivostí. Existuje řada snímačů vibrací (snímač rychlosti, bezdotyková sonda,…), ve firmě Škoda auto a.s. se nejvíce vyuţívá akcelerometr. Pro měření na obráběcích strojích byl zvolen jako nejvhodnější snímač akcelerometr VIB 6.122 (obr.6).

Obr.6: Akcelerometr VIB 6.122 [1]

Při volbě měřícího místa se postupuje podle následujících pravidel:

- mezi cestou signálu smí být jen jedno přerušení materiálu mezi loţiskem a loţiskovým tělesem,

- směr dráhy signálu mezi loţiskem a měřícím místem musí být přímý a průchozí, - měřící místo musí leţet v oblasti zatíţení loţiska,

- hlavní osa snímače musí směrovat přímo na osu zatíţení loţiska a nesmí se odchýlit od tohoto směru o více jak 5°.

Zdeňka Půlpánová 27 Podle předchozích pravidel, bylo na obráběcích strojích GROB zvoleno umístění snímače u předního loţiska v radiálním směru na osu vřetena. Jelikoţ je vřeteno upevněno ve stroji pomocí tubusu, který eliminuje přístup k vřetenu, byl měřící bod zvolen v přední části mimo tubus. [1],[8],[9]

4.2 Technologický a ekonomický přínos technické diagnostiky

Technický vývoj lidstva postupuje rychlým krokem vpřed, a tak nutí výrobní podniky ke stálé modernizaci výrobních zařízení. Jelikoţ zůstává jedním z hlavních cílů podniků udrţení hospodárnosti a kvality, zařadila se údrţba (jejímţ hlavním cílem udrţování stálé provozuschopnosti výrobních zařízení) trvale do výrobního procesu a je neustále nucena nacházet nové technologie, metody a přístupy k zajištění těchto poţadavků.

Musíme vědět, ţe zajištění provozní spolehlivosti zařízení vychází z mnoha aspektů, které tvoří uzavřený a velmi rozsáhlý systém, který je znázorněn na diagramu 2. Údrţba se snaţí zajistit pomocí technické diagnostiky bezporuchovost, co nejdelší ţivotnost a opravitelnost výrobních zařízení, aby byla zachována provozní spolehlivost, výkonnost a bezpečnost. Těmito opatřeními se snaţí docílit maximálního sníţení prostojů, coţ umoţňuje zvýšení objemu výroby. [8]

Diagram 2: Vliv technické diagnostiky na objekt [8]

TECHNICKÁ DIAGNOSTIKA

Bezporuchovost Ţivotnost Udrţovatelnost Opravitelnost

Provozní spolehlivost Funkčnost Výkonnost Ovladatelnost Bezpečnost Ekologičnost

Provozní náklady Údrţbářské náklady

Zvýšení objemu výroby Vstupní

veličina

Základní ukazatelé

Technické aspekty

Ekonomické aspekty

Výstupní veličina

Zdeňka Půlpánová 28

4.3 Měření a vyhodnocení vibrací

Veškerý rotační pohyb probíhající u strojů vyvolává mechanický kmitočet – vibrace. Ty bývají vyvolávány dynamickým namáháním stroje, loţisky, hřídelemi, nevývahou rotujících částí, nesouosostí atd. V technické diagnostice jsou vibrace sledovány jako výchozí parametr k určení technického stavu strojů. Při včasném analyzování závady lze strategicky plánovat nápravná opatření.

Většina lidí podle sluchu pozná, ţe stroj vibruje a ţe brzy dojde k poruše, ale jelikoţ kaţdý má jiné vnímání, touto metodou nelze určit přesnou intenzitu vibrací.

Pokud se k měření vibrací pouţije přístroj, změříme určitou mez (rozmezí) vibrací.

Při přejímkách strojních zařízení zákazníkem jsou potřebné číselné hodnoty mohutností vibrací. Tyto hodnoty (mohutnost vibrací, ekvivalentní hladina hluku) musí být součástí technické dokumentace provádějící zařízení, tato povinnost je definována ve směrnici EU pro strojírenství.

Celková úroveň vibrací strojního zařízení se stanovuje podle efektivní hodnoty rychlosti vibrací (1).

 



 



 _T



v

T

ef

0

. 2

1

 ^{mm . s}



Pokud se měřením vibrací zjistí, ţe daný stav stroje nevyhovuje, vznikne otázka, co zapříčinilo tento stav. Celková úroveň vibrací, tedy součet všech vibrací na daném stroji, neposkytuje dostatek informací, ke zjištění příčin. Proto je nutné pouţít přístroj - analyzátor, který odliší jednotlivé frekvence z celkového signálu a na němţ lze vidět jednotlivá spektra neboli intenzitu vibrací. Intenzitou vibrací je myšlena výška amplitudy, která určuje míru poškození dané rotační součásti.

Ve firmě Škoda auto je vibrodiagnostika prováděna pomocí off line měření za pomocí analyzátoru VibXpert od firmy Prüftechnik AG. Vyhodnocování naměřených spekter se provádí v softwaru Omnitrend, ve kterém se dá pomocí spekter porovnávat celková úroveň vibrací na daném stroji, a nebo vývoj vibrací na určité frekvenci. Lze tak vidět nepříznivý vývoj a tím je moţné naplánovat údrţbu příslušné části stroje. Kaţdá mechanická závada, která vyvolává vibrace, má svou frekvenci, a tak je moţné na spektru určit, jaká část stroje je poškozena.

U off line diagnostiky se měření realizuje periodicky jednou za měsíc, pokud se objeví nestandardní odchylky od předepsaných rozměrů nebo hluk stroje, provádí se měření v kratších intervalech jednou za čtrnáct dní.

Zdeňka Půlpánová 29 Mezi základní diagnostické veličiny pouţívané pro měření mechanického

kmitání patří:

- Dráha kmitů s [μm] – výchylka měřeného bodu od klidové polohy,

- Rychlost kmitání v [mm/s] – rychlost měřeného bodu kolem jeho klidové polohy, - Zrychlení kmitání a [m/s²] – zrychlení měřeného bodu kolem jeho klidové

polohy.[1]

4.3.1 Metody vibrační diagnostiky

Zatím nejběţnější metodou sledování vibrací je měření celkových vibrací stroje.

Efektivní hodnotu vibrací lze poměrně snadno měřit dostupnými jednoduchými prostředky. Z hlediska základního úkolu (zvyšování spolehlivosti) je měření celkových vibrací stroje silně omezené, protoţe ve skutečnosti znamená pouze konstatování stavu stroje bez náznaku příčin a moţného vývoje. Proto jsou celkové hodnoty vibrací sledovány a vyhodnocovány pomocí trendu. Pro odhad doby, po kterou lze ještě provozovat strojní zařízení slouţí tzv. trendová analýza (graf 2). Ta se opírá o předpoklad, ţe sledovaná veličina charakterizující poruchu se bude vyvíjet v čase podle určité křivky (nejčastěji přímky, nebo paraboly). Havarijní mez je opět velmi diskutovaná a existuje více názorů na způsob jejího nalezení, vše se řídí především uţitou diagnostickou metodou, typem strojního zařízení, jeho určením a konstrukcí uzlů.

Odhadnutou dobu mezi indikací vzniku poruchy a předpokládaným termínem havárie je pak vhodné vyuţít pro plánování, organizaci a provedení opravy vadné součásti. Velmi významným přínosem diagnostiky je tedy moţnost předcházet poruchám.

Graf 2: Základní metoda hodnocení diagnostického signálu – trend

Zdeňka Půlpánová 30 Základní metoda vibrační diagnostiky je zaloţena na analýze vibračního signálu.

Její výhodou je, ţe můţe být uplatněna při stacionárním nebo nestacionárním reţimu chodu stroje, a to v časovém nebo frekvenčním oboru.

Vibrační signál můţe být měřen na skříni resp. loţiskových stojanech stroje nebo můţe být snímán z rotoru. Tato metoda dovoluje mnohem důkladněji ohodnotit stav jednotlivých částí soustrojí a jejich podíl na dynamickém chování stroje.

Nejdůleţitější metodou vibrační diagnostiky aplikovanou při monitorování strojů, zaměřenou na spolehlivost provozu, je metoda detekce změny vibračního signálu při jinak stejných podmínkách chodu stroje. Např. u obráběcích strojů se aplikuje na bázi periodického sledování stavu. Detekce vznikajících závad obráběcích strojů je zaloţena na pouţití softwaru a databáze firmy Prüftechnik AG, které umoţňují porovnávání dvou spekter a zjišťování odchylek mezi nimi. Pro získání lepšího přehledu je moţné, provést i porovnání více spekter za delší časové údobí. [1],[5],[6],[9]

5 ROZBOR PORUCH A JEJICH SPECIFIKACE

5.1 Příčiny poškození

Stroje podléhají škodlivým vlivům jak při pouţívání, ale také pokud jsou mimo provoz. Působením těchto vlivů vznikají poškození strojů, která vedou ke sníţení nebo dokonce ke ztrátě provozuschopnosti zařízení.

Poškození můţe vzniknout jednak opotřebením nebo také přetíţením stroje, je důleţité závady co nejrychleji odstranit, jelikoţ většina z nich způsobuje změny v uţitných vlastnostech stroje. Veškerá poškození vyvolávající poškození součástí strojů jsou znázorněna v diagramu 3.

Diagram 3: Škodlivé vlivy vyvolávající změnu stavu [6]

Poškození vyvolávající změnu stavu

Opotřebení

Mech.

opotřebení

Koroze Únava Stárnutí

Opotřebení Přetíţení Ostatní

(Poţár, škůdci)

Zdeňka Půlpánová 31 Úkolem TD je právě tyto poškození v raném stádiu najít, rozpoznat poškozené části a opravit je. Tím se předejde zdlouhavému rozebírání stroje a zjišťování, která část byla poškozena. Včasným identifikováním závady se předejde škodám nebo dokonce výpadku celého stroje.

Škodlivé vlivy vyvolávající změny stavu členíme dle diagramu 3 na:

a) Mechanické opotřebení

Mechanická opotřebení představují nejběţnější příčinu poškození na strojních zařízeních a vyvolává neţádoucí mechanické pochody. Pod mechanickým opotřebením si lze představit změny způsobené ztrátami materiálu z povrchové vrstvy pevného tělesa vyvolané třecím kontaktem těles. Příklad takového poškození je znázorněn na obr.7, kde se rázem rozlomila klec loţiska, která byla dále rozdrcena tělísky, čímţ se znehodnotilo mazivo. To se stalo brusným prachem a vydřelo tělíska s vnějším i vnitřním krouţkem.

Příčiny mechanického opotřebení:

- ztráta viskozity maziva

- smíchání maziva s vnějšími kapalnými látkami (voda, olej) - smíchání maziva s mechanickými nečistotami

Obr.7: Příklad mechanického opotřebení u loţisek [2]

b) Korozi

Koroze bývá vyvolávána chemickými a nebo elektrochemickými reakcemi strojních součástí s okolím. Na obr.8 je ukázána koroze vzniklá na domečku zadních loţisek u vřeten Weiss.

Zdeňka Půlpánová 32 Obr.8: Příklad poškození korozí [2]

c) Únavu

Únavu vyvolává dynamické zatíţení, které vzniká selháním materiálu zapříčiněné narušením struktury, jeţ trhlinkami vede aţ do úplného rozpadu součásti.

d) Stárnutí

Tento typ poškození nepatří mezi běţné příčiny. Patří sem stárnutí kovových materiálů, které se projevuje vytvářením trhlinek, které následně rostou aţ do úplné destrukce součásti. [6]

5.2 Závady zjištěné na základě diagnostiky

5.2.1 Výměny vřeten Weiss u strojů GROB

Po zjištění poruchy technickou diagnostikou, je poškozené vřeteno pracovníky údrţby demontováno ze stroje a převezeno na opravu do dílny oprav vřeten. Pro sníţení ztrát ve výrobě se provádí oprava výměnným způsobem, tedy poškozené vřeteno za nové či repasované vřeteno.

Pořizovací cena nového vřetene u firmy Weiss činí cca 1 200 000 Kč. V hale M6 je celkem instalováno 61 vřeten z toho 22 vřeten se pouţívá na nákladovém středisku hlavy válců tříválcového motoru 1,2 litru.

Náklady na údrţbu vřeten závisí na míře poškození. Cenu totiţ ovlivňuje časová náročnost opravy, jelikoţ je třeba zaplatit opraváře, dále míra poškození – díly které musí být vyměněny. Například pokud je zapotřebí kompletní oprava vřetena, jsou na výběr dvě moţnosti. Jednak je moţno poslat poškozené vřeteno přímo k výrobci, kde výše opravy dosahuje statisíců korun.

Další moţností je oprava přímo v závodu Škoda specializovanými opraváři. Tato oprava vychází zásadně levněji oproti opravě výrobcem (cca. 30%). Při této opravě

Zdeňka Půlpánová 33 nehrozí dlouhá absence vřetene z důvodu přepravy a s ní spojené náklady na dopravu.

Nevýhodou tohoto způsobu opravy můţe být riziko spojené s dostupností náhradních dílů.

Během opravy se vyměňované díly sepisují do knihy oprav, kde si také lze dohledat, co nahlásila obsluha stroje jako prvotní syndrom k opravě a na jaký stroj bylo opravené vřeteno umístěno. Tato kniha se píše od roku 1995 ručně, coţ brání snadné orientaci a způsobuje nesnadnou následnou analýzu. Při posuzování četnosti oprav, nelze objektivně přihlíţet k roku 1995 a 1996, jelikoţ centra GROB byla nová a tak četnost oprav minimální.

Kaţdému vřetenu byla také zřízena papírová karta poruch vřeten. Na ní si lze dohledat, jaké typy oprav jiţ na vřetenu proběhly. V databázi TD jsou archivovány zprávy o měření při poškození a následně po opravě a také po uvedení do provozu (čísla zpráv jsou zaznamenána v papírové kartě vřetena v dílně oprav vřeten). Současně jsou v softwaru TD archivovány všechna měření v podobě TRENDŮ, spekter,…

Stabilně se na vřetenech WEISS pomocí TD sleduje:

- správnost uloţení vřetene,

- nevývaha opotřebením, třením, od nánosů nečistot, termická, - tepelný růst součástí vřetena,

- poškození okolních částí stroje, - elektrický defekt na motoru, - přemazání,

- nedostatečné mazání,

- opotřebení a poškození valivého loţiska. [1]

Zdeňka Půlpánová 34

Analýza poruchy vřetene Weiss

1. Popis trendu celkové hodnoty rychlosti vibrací

Pouţité přístroje a software:

Pouţitý analyzátor vibrací: VIBXPERT Pouţitý snímač vibrací: VIB 6.142 Vyhodnocovací software: OMNITREND

Za účelem zjištění technického stavu rotačních částí probíhalo měření vibrací dle periodického plánu. Při zvýšení hodnoty efektivní rychlosti vibrací z 0,35 na 0,52mm/s byla zvýšena četnost měření z periody 21dní na 14dní (graf 3) s ohledem na bezpečnost provozu. Na základě tohoto stavu bylo doporučeno zaplánování výměny nového obráběcího vřetena. Dosaţení hodnoty efektivní rychlosti vibrací 1,03mm/s mělo uţ vliv na kvalitu obráběného dílu (drsnost povrchu, nestabilita rozměrů). TD doporučila urychlenou výměnu vřetena. Trend naměřených hodnot efektivní rychlosti vibrací je znázorněn v grafu 3.

Graf 3: Trend celkové hodnoty rychlosti vibrací (vef) jednovřetenového stroje GROB

Zdeňka Půlpánová 35 2. Analýza spekter vibrací

Alarmová pásma (graf1) „DOBRÝ" do 0,2mm/s, „USPOKOJIVÝ" do 0,5mm/s,

„NEUSPOKOJIVÝ" do 1,2mm/s, „PRIORITA OPRAVY 1" nad 1,2mm/s byla stanovena na základě normy ČSN ISO 10816-3 a dle vlastních zkušeností TD upravena dle nároků na kvalitu obráběných dílů.

Spektra vibrací byla měřena za ustálených podmínek při nezatíţeném stavu a otáčkách 8 000min^-1. V průběhu sledovaného období do 10.12.2010 technický stav rotačních částí vřetena řazen do pásma „USPOKOJIVÝ" (graf 4).

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

25 HLAVA VALCU\ op20_A\ H1\ 1009 VXP_Ac c eleration spec trum 10.12.2010 9:21:30

f [Hz]

a op [m/ s2]

RPM : 8000 (133,33Hz)

Graf 4: Spektrum zrychlení vibrací ze dne 10.12. 2010

Zdeňka Půlpánová 36 Velikost vibrací v_ef ze dne 11.1.2011 dosáhla hodnoty 0,66mm/s, kdy současně došlo ke zhoršení kvality obráběného dílu. Technický stav rotačních částí vřetena byl zařazen do stavu „NEUSPOKOJIVÝ" (graf 5) a byla doporučena oprava vřetena.

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

HLAVA VALCU\ op20_A\ H1\ 1009 VXP_Ac c eleration spec trum 11.1.2011 12:18:45

f [Hz]

a op [m/ s2]

RPM : 8000 (133,33Hz)

Graf 5: Spektrum zrychlení vibrací ze dne 11.1. 2011

Zdeňka Půlpánová 37 V grafu 6 je patrná frekvence 1005Hz, která odpovídá poruchové frekvenci valivých těles loţiska B 7010 E spolu s modelací +/- 58Hz (poruchová frekvence klece loţiska - tab.7) okolo této frekvence a dále pak harmonické sloţky od základní frekvence 1005Hz. Tato podrobnější analýza je zobrazena na detailu v grafu 7.

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

25 HLAVA VALCU\ op20_A\ H1\ 1009 VXP_Ac c eleration spec trum 26.1.2011 11:39:45

f [Hz]

a op [m/ s2]

RPM : 8000 (133,33Hz)

Graf 6: Spektrum zrychlení vibrací ze dne 26.1. 2011

Graf 7: Spektrum zrychlení vibrací ze dne 26.1. 2011

Zdeňka Půlpánová 38 V následující tab.7 jsou vypsána loţiska vřeten a jejich poruchové frekvence vztaţené k otáčkám 8 000min^-1:

Tab.7: Poruchové frekvence loţisek

LOŢISKO B 7014E B 7010E B 7005E

Frekvence vnitřního krouţku 1 419Hz 1 416Hz 1 083Hz Frekvence vnějšího krouţku 1 113Hz 1 116Hz 783Hz Frekvence valivých tělísek 985Hz 1 005Hz 779Hz

Frekvence klece 58Hz 58Hz 56Hz

Graf 8: Spektrum zrychlení vibrací v místě H1 – Přítomnost frekvence valivých těles a jejich harmonické složky. Kolem druhé harmonické složky vznik postranních pásem s frekvencí klece valivého ložiska (58Hz).

Zdeňka Půlpánová 39 3. Závěr

V grafu 9 po výměně vřetena (po plánované opravě) bylo dne 9.2.2011 provedeno kontrolní měření, kde nebyly prokázány zvýšené poruchové frekvence loţisek. Stroj byl uvolněn do výrobního provozu a stav kvality splňoval poţadovaná kritéria.

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

HLAVA VALCU\ op20_A\ H1\ 1009 VXP_Ac c eleration spec trum 9.2.2011 8:46:45

f [Hz]

a op [m/ s2]

RPM : 8000 (133,33Hz)

Graf 9: Spektrum zrychlení vibrací ze dne 9.2. 2011

5.2.2 Opravárenská činnost

Opravárenská činnost se skládá z několika částí a to z demontáţe (obr.9), montáţe, záběhu vřetena a vyvaţování vřetena. Veškeré opravy vřeten probíhají v dílně oprav vřeten, kde je provádí dva specializovaní pracovníci údrţby. Demontáţ dílů se provádí individuálně na základě detekovaného poškození, montáţ jiţ probíhá podle předepsaného postupu.

Vyváţení provádí technik technické diagnostiky za účelem prodlouţení ţivotnosti vřetena. V dílně mají údrţbáři k dispozici čtyři pracovní stoly, lis, pračka, jeřáb, jelikoţ manipulace se vřetenem je díky jeho váze obtíţná. Mezi nejčastěji jimi pouţívané nářadí patří šroubováky a klíče různých velikostí, kladívka, kleště a speciální přípravky vyrobené v místní nářaďovně. Standardní oprava vřetene, kdy poškození není rozsáhlé (např. upínání), trvá průměrně méně neţ 2 hodiny.

Pokud probíhá oprava běţného poškození, jako je například poškození loţisek, pruţin atd. provádí se demontáţ pokaţdé ve stejných krocích a montáţ opravených dílů se probíhá vţdy v opačném postupu jako demontáţ.

Zdeňka Půlpánová 40 V následující kapitole popíši opravu vřetene 175 0003B-131, jelikoţ u této opravy musel být zvolen nestandardní postup demontáţe, a tak se neshoduje s montáţí.

TD detekovala poškození upínací tyče, coţ není častá porucha a rozebrání je náročnější.

Dle trendu se také detekovalo poškození loţisek do stavu neuspokojivý. Toto vřeteno je v provozu jiţ od roku 2004 a dosud nebylo opravováno, tedy má prázdnou kartu oprav.

Časovou náročnost opravy jsem zjišťovala formou přímého měření na výše zmíněném pracovišti pomocí stopek. V tabulkách jsem hodnoty zaznamenávala v zaokrouhlených minutách směrem nahoru, jelikoţ v následující kapitole při výpočtu ceny práce se s nimi bude počítat v hodinách.

Obr.9: Vřeteno před demontáţí

Časová náročnost opravy vřetena Weiss 175 0003B-131:

Nahlášená závada: prasklá upínací tyč

A. DEMONTÁŢ VŘETENA

Před samou demontáţí vřetena museli pracovníci údrţby demontovat hadice, které přivádí vzduch a vodu, potom mohli vřeteno postavit svisle na podloţku umístěnou zemi a odmontovat upínací válec (obr.10). Po tomto kroku vřeteno opět vrátili na stolici nacházející se na pracovním stole. Před vysunutím miskových pruţin bylo nutné opatrně odstranit šrouby připevněnou přední přírubu, aby se pomalu odlehčily nalisované přední miskové pruţiny. Toto upnutí pruţin je nutné z důvodu bezpečnosti. Pokud by totiţ došlo k poškození nezajištěných pruţin, vylétly by ven. Pomocí speciálního přípravku, který je vidět na obr.11, se vysunula první část prasklé upínací tyče. Poté se mohlo přistoupit k demontáţi ozubeného krouţku snímání otáček (obr.13a) a snímače otáček (obr.13b).

V zadní části vřetene se začínalo vyjmutím HSK kuţele (obr.14) a zadní příruby pomocí šroubováku (obr.15). Tím se zpřístupnil vyvaţovací krouţek (obr.16), který se pouţívá

Zdeňka Půlpánová 41 při poslední fázi opravy – vyvaţování. Při klasické demontáţi lze táhlo z tubusu jednoduše vytáhnout, v tomto případě se posledních 10mm závitu táhla zapříčilo. Proto se musela venkovní část uříznout pomocí elektrické pily a zbytek závitu odstranit pomocí kladívka (obr.17). Jelikoţ druhá část upínací tyče se zapříčila uvnitř těla vřetena, nelze ji vysunout. Proto se první část upínací tyče potřela silně lepícím lepidlem a zasunula se zpět do těla vřetena z druhé strany, aby se spojila s druhou částí. Tento postup byl zvolen, jelikoţ je nejjednodušší. Jeho nevýhodou je časová náročnost spojená s čekáním na zaschnutí lepidla. Během čekání mohli pracovníci údrţby demontovat a vyčistit od nečistot jednotlivé části upínacího válce (např. domeček loţisek obr.19). Po vyjmutí obou částí upínací tyče rozdělili tubus s vinutím od vnitřní části – rotoru (obr.20).

Následně jeden pracovník údrţby vyčistil tyčí malého průměru kanálky v tubusu (obr.21b), které zarostly nečistotami. Druhý pracovník údrţby současně rozebíral a čistil stator vřetena, detail toho kroku je znázorněn na obr.21a.

Všechny kroky potřebné k demontáţi vřetena jsem shrnula do tab.8.

Po následném sečtení časů jednotlivých kroků, jsem zjistila, ţe nestandardní demontáţ vřetena trvá 156minut, coţ je 2hodiny a 36minut.

Tab.8: Demontáţ

KROK ČINNOST ČAS

1 demontáţ hadic přivádějících vzduch a vodu (uvolnění šroubů) 4min

2 demontáţ upínacího válce (obr.10) 10min

Obr.10: Demontáţ upínacího válce

Zdeňka Půlpánová 42 3 demontáţ první části upínací tyče a vyjmutí tyče

oddělení příruby z důvodu odlehčení miskových pruţin (obr.11)

7min

Obr.11: Vyjmutí upínací tyče pomocí přípravku

4 vyjmutí miskových pruţin (obr.12) 4min

Obr.12: Miskové pruţiny před vyjmutím/ detail poškozených miskových pruţin

5 vyjmutí zubů snímání (obr.18a) a snímače otáček (obr.13b) 5min

Obr.13: Demontáţ snímače otáček

a – ozubený kroužek snímače otáček, b - snímač otáček

a b