Prezentace vysokých škol na IMT 2008

Cílem tohoto projektu je vzájemné propojení výzkumného a technologického potenciálu univerzitního prostředí s potřebami podnikové sféry a zejména pak popularizace technických oborů ve vztahu k mladé generaci. Výstavy nazvané Nové technologie strojírenské výroby – Obrábění a tváření se zúčastnilo šest strojních fakult různých vysokých škol, konkrétně ČVUT v Praze, TU v Liberci, UJEP Ústí nad Labem, VŠB v Ostravě, VUT v Brně a ZU v Plzni, a dále Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii při ČVUT. Každý subjekt prezentoval na posterech velikosti A0 své práce. Organizátory této výstavy byly Veletrhy Brno, a. s., Svaz strojírenské technologie a náš časopis, který se zároveň stal sponzorem ocenění vítězných prací, jejichž autoři byli slavnostně vyhlášeni druhý den veletrhu. Objektivně zhodnotit prezentované práce nebyl úkol lehký, neboť byly rozdílného rozsahu s rozdílným zázemím vzniku. Odborná komise hodnotila tyto práce zejména z pohledu „neotřelosti témat“, jejich potřebnosti pro praxi, obecných současných problémů (ekologie, energetická náročnost) a přístupu jednotlivých řešitelů.

Bližší seznámení s jednotlivými pracemi a představení jejich hlavních řešitelů vám přinášíme v následujících příspěvcích.

-dvo-

1. místo

Téma: 

Frézovací zařízení pro lamelový suport

Autor:

Petr Vavrišin, absolvent FS ZČU v Plzni

Frézovací zařízení pro soustruhy

Úkolem této diplomové práce bylo navrhnout konstrukční řešení frézovacího zařízení FS pro soustruhy řady SR2. Frézovací zařízení mělo být upnuto na výsuvných lamelách, které se posouvají v rybinovém vedení těla lamelového suportu. Vůči posunutí se lamely zajišťují dvojí aretací. Zařízení se montuje do příčných saní a je vybaveno většinou dvěma lamelami o různých tloušťkách. Lamely nikdy nepracují obě najednou. Nástroje se upínají do koncových částí lamel. Frézovací jednotka je řešena s řízeným posuvem ve svislém směru (osa Y) a navržena jako odnímatelné příslušenství k lamelovému suportu.

Díky tomuto suportu stroj dokáže obrobit nejen klasické plochy na obrobku, ale také složitá a těžko přístupná místa (např. hluboké radiální drážky). Důvodem zadání diplomové práce byl požadavek nového řešení. Současné řešení používá zastaralou frézovací hlavu, která se navíc nedá upnout na výsuvnou lamelu. Tato diplomová práce byla zadána firmou Škoda Machine Tool Plzeň, která je tradičním výrobcem obráběcích strojů v holdingu Škoda. Také je v současnosti spolu s firmou Waldrich Siegen jediným výrobcem lamelových suportů v Evropě. Tato firma však bohužel neposkytla žádné informace. Celé řešení této diplomové práce bylo proto kompletně nově navrhnuto a zpracováno (3D modely všech součástí, sestavy včetně výkresové dokumentace a analýzy MKP – metodou konečných prvků) v systému I-DEAS 10NX Series.Díky tomuto suportu stroj dokáže obrobit nejen klasické plochy na obrobku, ale také složitá a těžko přístupná místa (např. hluboké radiální drážky). Důvodem zadání diplomové práce byl požadavek nového řešení. Současné řešení používá zastaralou frézovací hlavu, která se navíc nedá upnout na výsuvnou lamelu. Tato diplomová práce byla zadána firmou Škoda Machine Tool Plzeň, která je tradičním výrobcem obráběcích strojů v holdingu Škoda. Také je v současnosti spolu s firmou Waldrich Siegen jediným výrobcem lamelových suportů v Evropě. Tato firma však bohužel neposkytla žádné informace. Celé řešení této diplomové práce bylo proto kompletně nově navrhnuto a zpracováno (3D modely všech součástí, sestavy včetně výkresové dokumentace a analýzy MKP – metodou konečných prvků) v systému I-DEAS 10NX Series.

Základní požadavky

Výkon na vřetenu: 20 kW

Moment na vřetenu: 600 Nm

Otáčky vřetena: 1 800 Nm

Posuv osy : ± 100 mm

Velikost posuvné síly: 20 kN

Aretace v obecné poloze, kompaktnost

Upevnění na obě lamely

Návrh variant a výběr té optimální

Nejdříve byly hodnoceny stavební prvky pro jednotlivé varianty (elektromotory, hydromotory, druhy vedení, způsoby přestavování, snímače polohy, způsob aretace aj.). Určením základních funkcí řešení frézovacího zařízení a jeho uspořádáním pak vznikla funkční struktura frézovacího zařízení. Z konstrukčních prvků pak byly dále sestaveny a hodnoceny jednotlivé konstrukční varianty.

Pomocí orgánové struktury byla nakonec vybrána ze všech možných variant ta řešení, která by bylo možno realizovat a brát je v úvahu. Ve výběru optimální varianty řešení jsem se zaobíral nejen kvalitou a přesností jednotlivých orgánů (nositelů funkčních principů), ale také jejich náklady na výrobu, nákup, spolehlivost a ostatními vlastnostmi. Tyto vlastnosti jsem uspořádal do tabulky a bodově ohodnotil. Dle nejvyššího počtu bodů, kvality a ceny byla vybrána optimální varianta.

Popis frézovacího zařízení

Frézovací hlava je poháněna elektromotorem 1PH7 133 přes dva páry ozubených kol. Jedná se o jeden pár přímých kol, která jsou z důvodu nedostatku místa přesazená, a jeden pár kuželových kol. Elektromotor je řízen pomocí frekvenčního měniče firmy Siemens Simodrive 611. Přestavování frézovacího zařízení je realizováno pomocí kuličkového šroubu přes řemenový převod 1: 1 a nakupovanou planetovou převodovku 1: 10 elektromotorem 1FT6 105. Lineární valivé vedení je provedeno do tvaru „L“, aby bylo dosaženo vysoké tuhosti zařízení. Jedná se o valivé vedení firmy Schneeberger. V tomto případě je použita kombinace čtyř valivých hnízd. Aretace v obecné poloze je řešena přes posuvné hydraulické moduly firmy Zimmer, vyráběné přímo pro toto vedení. Motor posuvu je umístěn vedle lamely a je spojen pomocí nakupované planetové převodovky a řemenového převodu s vodicím kuličkovým šroubem, který posouvá saněmi. Řemenový převod slouží pouze k přesunutí motoru do konstrukčně výhodnějších prostor. Výhodou tohoto zařízení je velmi vysoká kompaktnost. Frézovací hlava je umístěna velmi blízko u konce lamely a zároveň je dodržena možnost úplného zatažení a vysunutí lamely. Pro možnost upnutí i na druhou lamelu se frézovací zařízení převrací, neboť práce v převrácené poloze frézovací hlavě a ostatním prvkům nevadí. Je zde možnost i následného přetočení hlavy, díky modulově řešené koncepci zařízení.

Mezi výhody patří rychlé a přesné polohování pomocí elektromotoru a kuličkového šroubu, kuličkový šroub je nakupován již s vymezením vůle, valivé vedení taktéž, odpadá tak výroba a vymezování vůlí, nízké třecí síly ve vedení dávají nepravděpodobnost vzniku trhavých pohybů, vysoká tuhost umožňuje nastavení tuhosti pomocí variability předepnutí, jsou zaručeny parametry vedení a v systému je použit pouze jeden druh energie (elektrická energie).

Výpočet deformací

Pro výpočet deformací byl nejdříve model celé frézovací jednotky spočítán jako dokonale tuhé těleso a bylo zjištěno konkrétní posunutí pod valivými hnízdy jen vlivem jejich tuhosti (nahrazení tuhosti pružinami).

Výsledné posuny byly následně zadány jako vstupní podmínky pro další MKP model, který jsem již uvažoval, jako reálné těleso ze standardního materiálu. Tento postup byl nezbytně nutný z následujícího důvodu:

Při uchycování pružin na reálné těleso, které nahrazují tuhost valivých hnízd, jsou nódy (prvky, za které se pružiny chytají) nepřípustně vytahovány z materiálu a deformace, která tímto vznikne, je pro tento případ zhruba 2x větší než deformace od pružin. To samozřejmě vede k velkému zkreslení výsledných hodnot.

Ekonomické zhodnocení

V úseku technicko-ekonomického zhodnocení byl proveden průzkum trhu a na základě hrubého zjištění cenových hladin jednotlivých konstrukčních prvků byly stanoveny ceny nakupovaných částí. Náklady na nenormalizované části (prvky převodové jednotky hlavního pohonu, řemenové převodovky, upínací deska, posuvná konzola, domečky ložisek kuličkového šroubu aj.) byly stanoveny odhadem či z obecně užívaných postupů. Celkové náklady na výrobu frézovací jednotky vyšly kolem 2 000 000 Kč. Vzhledem k rozsáhlosti celého projektu je tato cena poměrně nízká. Jistou nevýhodou je i fakt, že se tato cena dá jen těžko srovnat s konkurenčními výrobky, neboť jde o ojedinělou konstrukci. Pro hrubé srovnání nám může posloužit pouze frézovací věž, která má dvojnásobný výkon, ale je zhruba trojnásobně dražší.

Ing. Petr Vavrišin

Ing. Petr Vavrišin se narodil 28. 1. 1979 v Lounech. V letech 1986–1994 byl žákem ZŠ v Panenském Týnci a od roku 1994 studoval obor strojírenství na Střední odborné škole technické v Lounech. Po absolvování maturity s vyznamenáním začal v roce 1998 studovat na Fakultě strojní ZČU v Plzni obor stavba výrobních strojů a zařízení. Během studia několikrát brigádně pracoval ve firmě Panasonic v Plzni a Lounských strojírnách – Lostru – v Lounech. V závěru studia a během vypracovávání diplomové práce požádal katedru o přihlášení do soutěže o Cenu Emila Škody a vyhrál třetí místo.

V roce 2004 studium úspěšně absolvoval a ke konci roku nastoupil na pozici „Team Leader“ ve firmě Aisan Bitron Czech Louny. Na jaře roku 2005 pak rozvázal pracovní poměr dohodou a nastoupil do firmy LOSTR Louny na pozici konstruktér vývoje nákladních vagónů, kde působí doposud.

Jak hodnotíte odbornou úroveň pedagogů na vaší katedře/ústavu, jejich přístup ke studentům?

Studoval jsem na katedře konstruování strojů a odborná úroveň pedagogů byla za celého mého studia velmi vysoká. Ocenil jsem zejména neustálé studium pedagogů a zájem o nové technologie, programové vybavení a pevnostní analýzy v oblasti konstruování strojů. Nejvíce se měnící směr na této katedře byl a stále je právě v oblasti navrhování, modelování a následné kontrole metodou konečných prvků (MKP) strojů a strojních součástí. A právě v tomto směru bylo jasně vidět, jak se předměty a s nimi i odborná znalost pedagogů s prudkým rozvojem výpočtových programů mění. Myslím si, že to je velkým přínosem a rozdílem mezi minulou a současnou výukou.

Přístup pedagogů ke studentům byl na naší katedře vždy vstřícný. A to nejen při vypracovávání závěrečných diplomových prací, ale i v průběhu celého studia. Samozřejmě byli i na naší škole vyučující, kteří s námi odmítali diskutovat a zarytě přednášeli již zastaralou a pro budoucnost stále méně potřebnou látku. Ale pokud bych měl hodnotit celkovou úroveň pedagogů na ZČU a zejména na katedře konstruování strojů, tak kladně.

Byly exkurze po výrobních firmách běžnou záležitostí, či spíše věcí výjimečnou? Který navštívený provoz či firma ve vás zanechaly největší dojem a proč?

Na takovouto otázku bych odpověděl slovním obratem: Bylo jich jako šafránu. Snad za to mohlo velké množství předmětů a zbytečná kvanta teorie, kterou nám museli pedagogové odpřednášet, protože jim to stanovují osnovy. A potom logicky zbývalo jen velmi málo času na ostatní aktivity, jako jsou právě exkurze či praxe a živé „osahání si“ výrobních strojů. Toto je v zahraničí zcela běžné a doufám, že i v ČR se přístup a náplň studia časem změní a studenti se dočkají daleko větší spolupráce a propojení s firmami.

Největší vzpomínku ve mně zanechala exkurze ve firmě Škoda Holding, a. s., tehdy v provozu Steel. Při návštěvě tohoto provozu jsme byli zavedeni před ohromný kovací hydraulický lis s označením CKV. Na tomto stroji se kovají ty nejtěžší hřídele do lodního průmyslu, větrných elektráren aj. Stroj má kovací sílu kolem 10 000 tun. Pracovní pohyby tohoto stroje jsou ovládány z centrálního stanoviště pomocí šoupátek a kruhovitost výkovku je kovaná pouze ručně za pomocí měřítek, a to až s neskutečnou přesností. V současné době se stroj využívá i pro kování hliníkových ingotů.

2. místo

Téma:

Návrh technologie a zařízení pro kontinuální broušení drátu brusnými kotoučiTéma: Návrh technologie a zařízení pro kontinuální broušení drátu brusnými kotouči

Autor:

Michal Holub, absolvent FSI VUT v Brně

Téma diplomové práce „Návrh technologie a zařízení pro kontinuální broušení drátu brusnými kotouči“ bylo vypracováno v připravovaném studijním programu „Výrobní systémy“ s dvojitým diplomem mezi strojními fakultami VUT v Brně a TU-Chemnitz (Německo). Zadavatelem diplomové práce byla chemnitzská firma Kieselstein GmbH, kde byla práce přímo zpracována.

Proč broušení?

Trend zvyšování životnosti jednotlivých dílů nebo celých konstrukčních celků vede k požadavkům inovace a vývoji nových technologií a zařízení. Firma Kieselstein GmbH, jako jeden z výrobců strojních zařízení na zpracování drátů technologií protahováním, je též nucena neustále inovovat technologie a zařízení pro zvyšující se poptávky po kvalitě obrobeného drátu. Jednou z alternativních možností obrábění drátu protahováním je broušení. V dnešní době, kdy vlastní know-how hraje významnou roli v konkurenčním boji, je zapotřebí stále častěji realizovat inovace stávajících zařízení. V této souvislosti byla již dříve navázána spolupráce mezi TU-Chemnitz a Kieselstein GmbH, kde již byla řada úkolů zpracována a realizována. V prezentované diplomové práci se jednalo o první návrh (studii) technologie a brousicího zařízení pro broušení drátu brousicími kotouči. Takový způsob obrábění drátu by měl mít výhodu oproti konkurenčním řešením (nasazení brousicích pásů) ve zvýšení životnosti, a tím snížením vedlejších časů pro častou výměnu těchto pásů a dále zvýšení rychlosti obrábění, při zachování či zvýšení přesnosti obrobené plochy. Chyby, které vznikají protahováním drátu buď vlivem opotřebení nástroje (viz obr. 1), nerovnoměrným pohybem od navíjení nebo vibracemi v nástroji, by měly být broušením eliminovány. Trend zvyšování životnosti jednotlivých dílů nebo celých konstrukčních celků vede k požadavkům inovace a vývoji nových technologií a zařízení. Firma Kieselstein GmbH, jako jeden z výrobců strojních zařízení na zpracování drátů technologií protahováním, je též nucena neustále inovovat technologie a zařízení pro zvyšující se poptávky po kvalitě obrobeného drátu. Jednou z alternativních možností obrábění drátu protahováním je broušení. V dnešní době, kdy vlastní know-how hraje významnou roli v konkurenčním boji, je zapotřebí stále častěji realizovat inovace stávajících zařízení. V této souvislosti byla již dříve navázána spolupráce mezi TU-Chemnitz a Kieselstein GmbH, kde již byla řada úkolů zpracována a realizována. V prezentované diplomové práci se jednalo o první návrh (studii) technologie a brousicího zařízení pro broušení drátu brousicími kotouči. Takový způsob obrábění drátu by měl mít výhodu oproti konkurenčním řešením (nasazení brousicích pásů) ve zvýšení životnosti, a tím snížením vedlejších časů pro častou výměnu těchto pásů a dále zvýšení rychlosti obrábění, při zachování či zvýšení přesnosti obrobené plochy. Chyby, které vznikají protahováním drátu buď vlivem opotřebení nástroje (viz obr. 1), nerovnoměrným pohybem od navíjení nebo vibracemi v nástroji, by měly být broušením eliminovány.

Návrh technologie a zařízení

Základními vstupy pro zpracování diplomové práce byla výsledná přesnost drátu (DIN EN 10270 a Ra 0,2 µm), materiál obrobku (pružinová ocel), rozsah průměrů drátů (5,3–20 mm) a rychlost posuvu drátu (do 3 m.sZákladními vstupy pro zpracování diplomové práce byla výsledná přesnost drátu (DIN EN 10270 a Ra 0,2 µm), materiál obrobku (pružinová ocel), rozsah průměrů drátů (5,3–20 mm) a rychlost posuvu drátu (do 3 m.s^-1). Na základě těchto vstupních veličin byla postupně sestavena technologie broušení (dle obr. 2), ke které bylo souběžně navrhováno zařízení k broušení drátu.

K dosažení zadaných požadavků, mezi něž patří i velikost úběru, bylo nutné dodržet poměr q [1] mezi řeznou rychlostí nástroje a posuvovou rychlostí obrobku. Zachováním všech výše uvedených vstupních faktorů byly získány výsledné otáčky obrobku, které navrženou technologií dále přebírá nástroj. Aby byla konstrukce realizovatelná, musela být provedena optimalizace ke snížení otáček a stanovení nových vstupních veličin. Dalším faktorem ovlivňujícím nejen technologii, ale i konstrukci brousicí jednotky byly vysoké přídavky polotovaru stanovené normou DIN EN 10270-1. Síly vznikající od obrábění, rychlost drátu a šířka brusných kotoučů vedly k nasazení dvou brousicích jednotek za sebou, kde první je hrubovací a druhá dokončovací. S odlišnými technologickými veličinami pro hrubování a dokončování, mezi něž patří hloubka záběru, rychlost posuvu drátu a dodržení správného poměru q, vznikl problém s integrací brousicích jednotek do jednoho celku. Tak vzniklo řešení složené ze dvou navzájem oddělených jednotek. Každá zvlášť vybavena navíjecím a odvíjecím zařízením drátu. Působením vysoké závislosti mezi časem, průměry a nepřímo s poměrem q (obr. 3) musela být redukována další vstupní veličina, a to rozsah průměrů drátu z 5,3 až 20 mm na 5,3 až 13 mm.

Konstrukční řešení celé jednotky je patrné z obr. 4. Mezi hlavní řešené uzly patří vřeteno, posuvová jednotka brousicích kotoučů, rotor, jednotlivé pohony atd. Jednou z podmínek správného broušení vycházející z technologie je dodržení tzv. stupně překrytí Ü [1], jehož velikost je odlišná pro hrubování (1,3–1,7) a pro dokončování (4–8). Z toho vycházející minimální potřebná šířka brousicího kotouče, což dává jeden ze vstupních údajů pro konstrukci, a to stanovení minimální délky vřetena.

Vřeteno je uloženo oboustranně ve valivých ložiskách. Přísuv a tím i nastavení polohy záběru a orovnání kotouče jsou realizovány kuličkovým šroubem s přímým odměřováním a brzdou. Valivé vedení upevněné na rotorech, které zajišťují rotaci nástroje kolem obrobku, je uloženo ve valivých ložiskách navržených firmou Schaffler Gruppe (INA/FAG) tak, aby byly splněny požadavky kladené na přesnost. Dosažení požadovaných otáček a krouticího momentu rotoru zajišťuje hlavní pohon a převod s ozubeným soukolím. Stojan jednoho z rotorů je z důvodu výměny nástroje přestavitelný (obr. 2 – levý stojan).

Výsledkem diplomové práce bylo vypracování prvotního konstrukčního řešení a návrh technologie pro broušení drátu brousicími kotouči. Pro další postup zpracování byl sestaven výčet kroků, které je nutné provést, jako např. detailnější rozpracování jednotlivých částí jednotky, nasazení FEM analýzy, snížení především rotující hmoty vhodnou optimalizací atd. Poté lze přistoupit k odzkoušení stroje a optimalizaci technologických veličin. Z technologie vycházející minimální počet dvou brousicích jednotek vypovídá o náročnosti na technické zařízení. Jednou z možností byl i návrh využít technologie protahování pro hrubovací část a brousicí jednotku jako dokončovací, čímž by se využilo i stávajícího zařízení.

Ing. Michal Holub

Literatura:

[1] E. PAUCKSCH: Zerspantechnik. Braunschweig; Wiesbaden: Vieweg, 1996.

Ing. Michal Holub, se narodil 31. 7. 1982 ve Vyškově. Po ukončení studia oboru všeobecné strojírenství na Střední průmyslové škole, Sokolská 1, v Brně začal v roce 2004 na Fakultě strojního inženýrství v Brně studovat obor stavba výrobních strojů a zařízení. V roce 2005 se účastnil půlroční stáže na TU-Chemnitz (SRN), kde po absolvování prvního semestru začal studovat řádné studium s možností získání českého i německého diplomu. V roce 2007 obhájil svou diplomovou práci před společnou komisí VUT v Brně a TU-Chemnitz a v témže roce započal doktorský studijní program na VUT v Brně. V roce 2008 se stal asistentem v Ústavu výrobních strojů, systémů a robotiky odboru výrobních strojů, kde vykonává výuku v bakalářském i magisterském studijním programu. K jeho zájmům patří cestování, stolní tenis, futsal, jogging, technika. Je svobodný.

Jak hodnotíte odbornou úroveň pedagogů na vaší katedře/ústavu, jejich přístup ke studentům?

Řekl bych, že jsem se setkal s pedagogy, o kterých mohu říci, že jsou znalci ve svém oboru. Dnes již také jako jeden ze zaměstnanců vysoké školy vím, že příprava a výuka je pouze jedna část z povinností pedagoga. Dále právě konzultace, vedení bakalářských a diplomových prací, vědecká činnost a publikování výsledků zaberou nemálo času.

Při zpracování svojí diplomové práce jsem se sám setkal s přístupem, kdy jsem musel v zadavatelské firmě průběžně prezentovat výsledky minimálně dvakrát do měsíce a na škole kdykoliv po domluvě. Domnívám se, že takový přístup je pro studenta ideálním řešením, jak úspěšně obhájit svoji práci.

Byly exkurze po výrobních firmách běžnou záležitostí, či spíše věci výjimečnou? Který navštívený provoz či firma ve vás zanechaly největší dojem a proč?

Během mého studia na VUT v Brně a TU Chemnitz jsem absolvoval nemalý počet exkurzí. Řekl bych, že exkurze byly záležitostí pravidelnou, a to nejen do firem zabývajících se přímo výrobou obráběcích a tvářecích strojů, ale i do podniků, kde jsme viděli výrobní stroje v běžném provozu. Mě osobně nejvíce zaujala exkurze do firmy Deckel Maho Seebach GmbH, kde nám byla firma představena formou profesionálně zpracované prezentace a následně prohlídkou moderní výrobní haly. Zde jsme měli možnost seznámit se s pětiosými univerzálními frézovacími stroji řady DMU. Jejich netradiční konstrukční řešení páté osy v naklápěcím stole, které jsem do té doby nikde neviděl, spolu s vynikajícím designem ve mně zanechaly hluboký dojem.

3. místo

Téma: 

Konstrukce manipulátorů

Autor:

Pavel Jurda a kolektiv Ústavu výrobních strojů a zařízení FS ČVUT v Praze

Ústav výrobních strojů a zařízení Českého vysokého učení technického v Praze, Fakulty strojní, je zaměřen na konstrukci výrobních strojů, manipulátorů, robotů a výrobních zařízení. Za posledních šest let zde byla zkonstruována, vyrobena a prezentována celá řada manipulátorů. Vybraná část manipulátorů je stručně uvedena a popsána v tomto článku.

Pohon teleskopického ramene nekonvenčním řetězem

Pohon používá nekonvenční válečkový řetěz k přenosu axiálních sil k zasouvání a vysouvání teleskopického ramene. Řetěz je veden teleskopickou podpůrnou konstrukcí, která umožňuje jeho namáhání tlakovou silou. Hlavní výhodou je zjednodušení konstrukce teleskopického ramene, zmenšení rozměrů a technologické náročnosti a také kompaktní provedení pohonu. Navrženou pohonnou jednotku teleskopického ramene je možno užít ve většině existujících konstrukcí.

Práce této jednotky je možná ve velmi obtížných pracovních podmínkách, ve velkém rozsahu teplot, vibrací atd., s požadavky na dlouhou životnost a spolehlivost s nízkými náklady na provoz a údržbu.

Tento manipulátor byl přihlášen jako vynález pod č. PV2004-35 ze dne 8. 1. 2004.

Teleskopický manipulátor pro jaderný výzkum

Princip spočívá ve vytvoření dutého kuličkového šroubu majícího oběžné dráhy pro kuličky vně i uvnitř. Tímto způsobem je možné docílit teleskopického efektu takto navrženého šroubu. Mechanismus zaručuje velmi přesné nastavení žádané polohy a plynulý chod. Je tu však technologický problém s výrobou delších šroubů při zachování požadovaných geometrických přesností výroby. Navržený mechanismus je používán v jaderném průmyslu (Ústav jaderného výzkumu Řež, a. s.) a s tím je úzce spojena i problematika životnosti a spolehlivosti takto navrženého zařízení pracujícího v extrémních podmínkách.

Teleskopická jednotka - řemenové provedení

Výsledná teleskopická jednotka vzniká skladbou těl jednotlivých lineárních jednotek, kdy první je poháněna samostatným pohonem a ostatní, pevně spojené se sousedními, si odvozují pohon svým translačním pohybem, kdy se odvaluje valivý prvek po stacionární části lineární jednotky předchozí. Takto se přenáší posuvný pohyb na příslušný počet propojených jednotek, kdy vzniká teleskopické rameno s kontrolovaným vysouváním a zasouváním, které umožňuje jediný pohon pouhou změnou smyslu otáček.

Přihlášeno jako vynález PV2006-437 dne 3. 7. 2006.

Teleskopická jednotka - šroubové provedení valivé

Uvedená teleskopická jednotka vzniká skladbou těl lineárních jednotek, kdy rotace pohybového šroubu uděluje posuv jednotlivým jednotkám. Tento posuv je pak převáděn na rotaci matice pevně spojené s ozubeným kolem přes nepohyblivý šroub. Hnané ozubené kolo dále převádí rotaci na spoluzabírající ozubené kolo, pevně spojené s dalším pohybovým šroubem, který uděluje posuv další lineární jednotce. Takto se přenáší posuvný pohyb na příslušný počet sériově propojených jednotek, kdy vzniká teleskopické rameno s kontrolovaným vysouváním a zasouváním, které umožňuje jediný pohon změnou otáček hnacího šroubu. Tyto sériově propojené lineární jednotky mohou být vzájemně propojeny paralelně za vzniku teleskopické plošiny s kontrolovaným vysouváním a zasouváním, opět pouze s jediným pohonem.

Přihláška tohoto vynálezu je evidována pod ozn. PV2006-438 ze dne 3. 7. 2006.

Paralelní manipulátor s přímým hydraulickým pohonem

Práce se zabývá návrhem a realizací vzpěry manipulátoru s paralelní kinematickou strukturou s důrazem na integraci hydraulického pohonu s vlastní vzpěrou. Dále je řešen návrh manipulátoru s paralelní kinematickou strukturou s hydraulickým pohonem se třemi stupni volnosti. Práce obsahuje výsledky porovnání dynamických vlastností hydraulického a elektrického pohonu.

Synchronizovaná teleskopická jednotka pro oboustranný výsuv

Základní myšlenka tohoto vynálezu spočívá ve vytvoření mechanické kinematické vazby využívající ozubené řemeny s hnacími řemenicemi a napínacími kladičkami k dosažení synchronizace vysouvajících se částí. Teleskopická jednotka se skládá z nosného profilu s hnacími řemenicemi primárního řemenového pohonu s možností adaptace elektropohonu, vysouvajících se jezdců a tří mechanických kinematických subsystémů pro vlastní synchronizaci výsuvu.

Synchronizace oboustranného plného výsuvu je realizována pomocí trojité mechanické kinematické vazby. Tato trojitá vazba tvoří tři totožné subsystémy, jejichž popis provedeme na prvním z nich. Tento subsystém se skládá z hnací řemenice, napínacích kladiček, ozubeného řemene a spoluzabírajícího ozubeného řemene. Tyto vazby tak tvoří sekundární mechanický pohon pro vysouvající se jezdce.

Tato teleskopická jednotka byla dne 6. 6. 2005 přihlášena jako užitný vzor PUV 2005-16701. Jedná se o kooperaci Ústavu výrobních strojů a zařízení s Ing. Vladimírem Trhoněm.

Technické parametry všech výše popsaných manipulátorů lze získat u autora článku na adrese: pavel.jurda@fs.cvut.cz.

Ing. Pavel Jurda, Ph.D.

Ing. Pavel Jurda, Ph.D., se narodil 8. listopadu 1979 v Prostějově. V roce 1998 absolvoval Gymnázium Jiřího Wolkera v Prostějově. Následně byl přijat na magisterské studium při ČVUT Praha, Fakulta strojní, obor výrobní stroje a zařízení, které v roce 2004 úspěšně ukončil. Poté se následující čtyři roky na stejném pracovišti věnoval doktorandskému studiu. V letošním roce v červenci vykonal obhajobu dizertační práce. Chce se i nadále věnovat akademické práci, o čemž svědčí fakt, že na Ústavu částí a mechanismů strojů nadále setrvává na postu odborného asistenta a podílí se na výuce předmětů v základním i oborovém studiu. Je spoluautorem několika přihlášek vynálezů, spoluředitelem výzkumného záměru a dalších vědeckých záležitostí. Mluví aktivně anglicky, pasivně německy.

Jak hodnotíte odbornou úroveň pedagogů na vaší katedře/ústavu, jejich přístup ke studentům?

V Ústavu výrobních strojů a zařízení pracuje skupina lidí v poměrně širokém věkovém spektru. Mnozí starší kolegové většinou za sebou mají delší dobu práce v průmyslové praxi, což považuji za velké plus. Trendem v současné době je však omlazování kolektivu a získávání mladých perspektivních pedagogů a zejména jejich udržení na škole, což není příliš lehká záležitost. Vše probíhá za současného předávání zkušeností od starších kolegů. Většina mladých pedagogů je z řad doktorandů nebo absolventů tohoto studia. Mladým pedagogům chybí mnohdy motivace zůstat na škole, protože pouze výuka studentů není moc lákavou představou o každodenní náplni pracovní doby. Na našem ústavu se snažíme o rozvoj úzké spolupráce s průmyslem a praxí, což tvoří další, a myslím velmi atraktivní část práce pedagogů, vedoucí k jejich dalšímu profesnímu rozvoji. Na nejrůznějších projektech se mohou účastnit nejen pracovníci ústavu, ale i studenti, ať už formou bakalářských, diplomových či jiných prací. Dle mého názoru je úroveň zaměstnanců Ústavu výrobních strojů a zařízení na velmi dobrém stupni a možností studentské spolupráce na praktických projektech se tak zatraktivňuje a zkvalitňuje výuka samotná, jejímž produktem jsou pak špičkoví mladí inženýři.

Byla exkurze po výrobních firmách běžnou záležitostí, či spíše věcí výjimečnou? Který navštívený provoz či firma ve vás zanechaly největší vzpomínky a proč?

Běžnou praxí na našem ústavu je návštěva výrobních podniků a firem v rámci výuky oborových předmětů. Několikrát ročně organizujeme návštěvy firem tuzemských, ale výjimkou nejsou ani hodně oblíbené exkurze do firem zahraničních. Příkladem mohu uvést firmy jako ABB, Festo, TPCA, SMC, Trumpf, TRCZ, Narex či Sp-Tech. Každý podnik má svá specifika a osloví každého návštěvníka jinak. Mě osobně zaujala návštěva firmy TPCA, kde jsme měli možnost velmi podrobně zhlédnout celý výrobní proces výroby automobilu od stříhání plechů, svařování karoserií, lakování a montáže až po konečné výstupní kontroly.