Témata
Reklama

Experiment a optimální dimenzování automobilů

Experimenty zaměřené na optimální dimenzování automobilů nabývají stále většího významu. Výsledky výzkumu a vývoje automobilů v posledním desetiletí prokazují, že dosud existují rezervy ve snižování hmotnosti automobilů ve výši 15 až 20 % a ve zvyšování spolehlivosti a bezpečnosti jízdy v době plánované životnosti dokonce až 20 %.

Dosavadní praxe jednoznačně potvrdila, že experiment prokazuje či popírá správnost počítačového modelování. V každém případě významně zkracuje fázi vývoje. Výpočtové modelování bez koincidence s experimentem světové firmy neriskují. Stojí za zmínku, že způsoby výpočtového modelování mechanických konstrukcí a experimenty ověřující pevnost a životnost výrobků jsou si v automobilovém a leteckém průmyslu podobné. Prováděné experimenty se týkají měření mechanických vlastností konstrukčních materiálů a součástek, provozní spolehlivosti a životnosti celých automobilů a jejich konstrukčních částí. Zvláštní význam mají velmi krátkodobé zkoušky automobilů na konci výrobní linky a tzv. crash testy.
Reklama
Reklama
Reklama

Měření mechanických vlastností konstrukčních materiálů a součástek

Převážná většina těchto zkoušek je prováděna v souladu s předpokládaným provozním zatěžováním. Ke stanovení vhodnosti konstrukčních materiálů často nestačí zkoušky v prostém tahu, tlaku, ohybu nebo krutu, nýbrž zkoušky kombinovaným dynamickým zatěžováním (tah, tlak-krut, tah, tlak-ohyb apod.), případně se superponovanou statickou složkou. Tak jsou experimentálně získávána data pro stanovení pevnostních charakteristik zkoumaných součástek. Problém měření mechanických vlastností konstrukčních materiálů je v automobilovém průmyslu nepřetržitě aktuální, protože ve světě dochází k lavinovému vývoji nových ocelí, dalších kovových materiálů, keramik, plastů a kompozitů. Podobně tomu je i v letectví.
Pro zkoušky mechanických vlastností konstrukčních materiálů a součástek přicházejí v úvahu elektrohydraulické zkušební stroje nabízené výrobcem v definitivním provedení (zpravidla s jedním nebo dvěma kanály) a elektrohydraulické systémy sestavované podle požadavku zákazníků ze stavebnice, kterou disponuje výrobce. Zmíněné experimenty jsou realizovány elektrohydraulickými motory fungujícími jako servomechanismy. Jsou dodávány pro buzení jmenovitých přímočarých sil v rozsahu např. 10 až 50 kN a pro jmenovité torzní momenty od 1 do 64 kNm. Zkoušky mohou probíhat v extrémních fyzikálních podmínkách např. v rozsahu teplot -70 až 1600 °C a v různých agresivních prostředích. Při realizaci běžných zkoušek lze zatěžovat ve frekvenčním rozsahu od 5.10-3 Hz do 60 až 100 Hz, výjimečně i do vyšších frekvencí.
Pro zkoušky přímočarých a torzních tlumičů jsou stavěny speciální elektrohydraulické zkušební stroje. Jde o velice tuhé zatěžovací systémy bez parazitních rezonancí v deklarovaném frekvenčním pásmu, např. do 400 Hz přímočarou silou až 25 kN a do 1 kHz zatěžovacím momentem až 1000 Nm.

Zatěžování celých automobilů a jejich konstrukčních uzlů v laboratoři

Při těchto experimentech je podmínkou, že elektrohydraulický systém simuluje reálný provoz automobilu, tedy všech vnějších a vnitřních sil a momentů. Jen tak nelze zpochybnit smysl experimentu. To vyžaduje znalost procesů probíhajících za jízdy, které jsou rozhodující pro zjištění (změření) provozní spolehlivosti a životnosti (odolnosti proti poškození). Určujícími parametry provozní spolehlivosti automobilu jsou síly v dotykových bodech kol a síly buzené pohonnou jednotkou. V bodě dotyku pneumatiky působí svislá, boční a podélná síla. Dále působí tři momenty: hnací (brzdný), moment vyvolaný řízením a moment způsobený odklonem kola. Další namáhání jsou způsobena nerovnostmi vozovky a různými manévry řidiče při jízdě. Při provádění experimentů může být automobil umístěn na stendu různými způsoby. Pro větší přiblížení realitě se kola zkoušeného vozidla někdy valí po plochém pohybujícím se pásu, tzn. že pod stojícím vozidlem "ujíždí silnice".
Pro zkoušky automobilů při jejich výzkumu a vývoji se nejčastěji používají dvanácti- až čtrnáctikanálové elektrohydraulické systémy, pro některé účely však postačují jen čtyřkanálové. Při tomto tzv. zatěžování víceparametrickém zatěžuje více hydromotorů jeden zkoušený objekt, který vykazuje více vlastních frekvencí, často s nelineárním tlumením, a výrazné interakce mezi jednotlivými řídicími smyčkami akčních hydromotorů. Tyto i další vlivy jsou zohledněny vytvořením syntetických řídicích signálů odvozených ze zadaných parametrů provozního zatěžování zkoumaného vozidla, které se zjišťují provozním měřením deformací, sil a výchylek na určených místech jeho konstrukce. Funkce všech hydromotorů lze programovat nezávisle. Před zatěžováním celého automobilu se často provádí zatěžování jeho významných konstrukčních částí, např. podvozku, poloosy atd.

Příklady testů

Velmi užitečné je využití čtyřkanálového elektrohydraulického simulátoru vozovky na konci výrobní linky. Vzhledem k výrobnímu taktu např. 20 sekund je po tuto dobu simulováno působení vozovky na automobil. U vzniklého hluku - ekvivalentního hluku na vozovce - je měřeno frekvenční spektrum. Liší-li se od "běžného spektra", vzniká oprávněné podezření na skrytou vadu způsobenou např. chybou v montáži. Po delší době užívání tohoto elektrohydraulického simulátoru umožňují získané zkušenosti vzniklou chybu snadno určit.
Výkonné servohydraulické systémy při zkouškách nazývaných Crash Testy simulují náraz na tuhou překážku v laboratoři. Síly působící při skutečných nehodách jsou simulovány katapultovacím hydromotorem a urychlují nejčastěji skelet automobilu na saních klouzajících po kolejích. Tento hydromotor působí např. dynamickou silou 1600 kN s normovaným zdvihem pístnice 1000 až 1500 mm. K dosažení rychlosti 120 km.h-1 je hydromotor ovládán čtyřstupňovým servoventilem při provozním tlaku 280 barů a průtoku oleje 90 000 l.min-1. Crash test poskytuje pevnostní analýzu vybraných částí vozidla, umožňuje zkoumat působení nárazu na pasažéra a optimalizovat prvky systému pasivní bezpečnosti.

Elektronika pro řízení experimentů

Příkladem řídicího systému pro řízení experimentů může být elektronika Labtronic společnosti Instron Structural Testing Systems, umožňující provádět s vysokou přesností a spolehlivostí nejnáročnější dynamické zkoušky složitých mechanických konstrukcí. Představuje moderní číslicový měřicí a řídicí systém, vybavený rozsáhlým aplikačním softwarem pro elektrohydraulickou zkušební techniku, která se používá i pro tak komplikované mechanické konstrukce, jako jsou velká dopravní letadla. Labtronic 8800 je mnohokanálová elektronika umístěná v kompaktní věži s jedním až šesti regulačními kanály nebo ve 12" montážních jednotkách se 4 až 6 kanály v jedné skříni. Prostřednictvím těchto modulů lze regulovat nezávisle až 36 jednotlivých kanálů. Labtronic 8400 je jednokanálový kompaktní regulátor umožňující výstavbu vícekanálového systému. Oba typy elektroniky pokrývají celou aplikační oblast. Ovládány mohou být z jediného PC. Elektronika Labtronic 8800 pracuje s operačním systémem Windows a umožňuje s jednoduchými doplňky řídit zkušební hydrauliku různých výrobců. Naměřená data mohou pak být prostřednictvím počítačové sítě předávána dalším uživatelům, např. pro účely CAD v konstrukčních útvarech vývoje.
Reklama
Vydání #10
Kód článku: 31070
Datum: 08. 10. 2003
Rubrika: Trendy / Automobilový průmysl
Autor:
Firmy
Související články
Skutečný pomocník

Na českém trhu je od září letošního roku k dostání nová generace vozů Opel Vivaro a to ve třech variantách: Van, Crew Van a Combi. První dvě verze jsou určeny především pro převoz nákladu a osob, Combi pak pro převoz větších skupin lidí či sportovních týmů. Všechny vozy pohání turbodieselové motory.

Kolaborativní roboty - potenciál automatizace v automobilovém průmyslu

Kolaborativní roboty, neboli koboty, vytvářejí další příležitosti pro automatizaci automobilového průmyslu. Jsou charakteristické svou schopností pracovat ve specifické výrobní oblasti, po boku pracovníků. Dále pak rychlou implementací a snadným přesunem na nové úkoly. V neposlední řadě i intuitivním programováním a obsluhou. Mohou pomoci v procesech jako je vstřikování, při obsluze strojů nebo při balení a paletizaci ve velkých i malých podnicích.

Strojírenské podniky v době pandemie

Pandemie koronaviru uzavřela hranice naší republiky a zahraniční pracovníci se nedostanou do zaměstnání. Řada domácích zaměstnanců musela nastoupit do karantény. Mnoho českých strojírenských podniků se tak dostalo do nemalých problémů. Firma Grumant hledala recept, jak se takovým problémům vyhnout nebo alespoň minimalizovat jejich následky.

Související články
Dokonale přilnavý povrch v kontinuálním provozu

Polský výrobce brzdového obložení Lumag se obrátil na firmu Rösler s požadavkem na vytvoření povrchu, který zajistí optimální přilnavost pro navazující proces lepení. Výsledkem je komplexní řešení pro odmašťování a omílání nosičů brzdového obložení propojené s vysekávacím lisem.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Zásadní pokrok ve vyvrtávání válců motorů

Vyvrtávání válců je v automobilovém průmyslu všeobecně považováno za jednu z nejdůležitějších obráběcích úloh. Tradiční způsob výroby válců bloku motoru zahrnoval celou řadu hrubovacích, polodokončovacích a dokončovacích operací. Díky využití nejnovějších technologií obráběcích nástrojů však lze nyní hrubovací a polodokončovací nástroje zkombinovat do jediného řešení, kterým je vyvrtávací tyč určená pro obrábění na jediný průchod, což umožňuje úsporu drahocenného času cyklu bez jakýchkoli kompromisů z hlediska kvality. Dokonce i nepatrná úspora délky času cyklu může při výrobě válců znamenat významné snížení nákladů, protože objem výroby je velmi vysoký, takže dojde-li k zásadnímu pokroku z hlediska tohoto celkového objemu, lze s jistotou tvrdit, že u této kritické obráběcí operace bylo dosaženo skokové změny.

Nové technologie osvětlení vozidel

Získat zkušenosti s novými zdroji světla bylo cílem jednoletého projektu Ideag, do něhož se na konci roku 2017 pustila mladoboleslavská společnost EDAG Engineering CZ. Výsledný prototyp zadní lampy navržené pro model Škoda Superb ukazuje možnosti využití tří moderních technologií: elektroluminiscenční fólie, OLED panelu a COB LED destiček.

Moderní způsoby ochrany vysokopevných ocelí

V posledních letech je v automobilovém průmyslu kladen stále větší důraz na snižování hmotnosti vozu, potažmo spotřeby a z ní plynoucích emisí, za současného zvýšení bezpečnosti posádky. Jednou z možností, jak splnit tyto požadavky, je nahrazení starých materiálů používaných pro výrobu určitých komponentů za nové, pevnější. Díl z pevnějšího materiálu může být tenčí a potažmo i lehčí oproti dílu původnímu, ale současně je schopen vydržet stejné, nebo i větší namáhání.

Jsou smíšené konstrukce dočasně za svým zenitem?

Nikdo nenamítá proti oprávněné potřebě lehkých konstrukcí v dopravě, aeronautice, obalové technice a u pohyblivých částí strojů, systémů a zařízení. Avšak jsou smíšené konstrukce s plasty vyztuženými vlákny v současnosti opravdu za svým zenitem?

Automatizované pracoviště elektroerozivního obrábění

Společnost Mesit foundry má za sebou šedesátiletou zkušenost z výroby odlitků metodou vytavitelného voskového modelu a více jak padesátiletou historii výroby vstřikovacích forem. V současnosti je dodavatelem kvalitních vstřikovacích forem pro plasty a forem pro přesné lití kovů, které využívají zákazníci, například při dodávkách největším světovým automobilkám.

Stroj na středění klikových hřídelí

Je všeobecně známo, že kliková hřídel je jednou z nejkritičtějších součástek motoru s vnitřním spalováním a jedním z nejsložitějších a nejkomplexnějších dílů z hlediska obrábění. Potřeba přesného vyvážení klikové hřídele, která je rozhodujícím faktorem pro celkovou účinnost motoru, se stala ještě důležitější, jelikož výrobci automobilů usilují o snižování emisí CO2 prostřednictvím lepšího výkonu motoru a strategií spočívajících v odlehčování. Díky různým vylepšením, kterých se v průběhu let dosáhlo v procesech kování a odlévání, už mají neopracované komponenty klikové hřídele téměř požadovaný tvar s mnohem menším množstvím přebývajícího materiálu. To znamená, že na konečné klikové hřídeli je třeba obrábět méně částí. Přináší to s sebou také zvýšenou potřebu přesného vyvážení se zmenšenou velikostí protizávaží, které se při vytváření těžiště často provádí.

Zajímavosti letošního MSV v Brně

Zájem firem je opět velmi vysoký, ve srovnání s rokem 2015, kdy měl veletrh stejnou skladbu, se očekává o sto firem více. Evidováno je 1 630 vystavujících firem z 28 zemí. Přibližně polovina vystavovatelů opět přijede ze zahraničí, nejvíce jako tradičně z Německa. Zajímavé je, že téměř pětina německých firem bude na MSV vystavovat poprvé.

Výzvy při lisování hliníku

Vzhledem k neustále se zvyšujícím požadavkům na snižování spotřeby paliv automobilovém průmyslu, musí výrobci hledat cesty ke snižování hmotnosti automobilů všech produktových řad. Vedle používání ocelí AHSS a UHSS jsou hliníkové slitiny velmi atraktivní a životaschopnou možností pro výrobce. Novější typy oceli mohou být zpracovány podobným způsobem původně používaným po generace. Hliníkové materiály mají mnoho výhod i nevýhod oproti oceli, které musí být pečlivě zváženy.

Lehké konstrukce automobilů - Specifické povlaky hlubokotažných ocelí

Na konstrukční materiály používané při stavbě automobilové karoserie jsou kladeny mimořádné požadavky. Specifické podmínky musejí splnit zejména vnější povrchové díly karoserie, které jsou nositeli designu vozu a které tím i do značné míry rozhodují o prodejnosti a úspěšnosti daného modelu. Kromě základních mechanických podmínek musejí povrchové díly splnit perfektní lakovatelnost, mimořádnou korozní odolnost, ale také musejí mít schopnost bezproblémového zpracování – ať už lisováním, nebo rozmanitými technologiemi spojování, jako je laserové pájení a lepení.

Zvyšování výkonů motoru tvorbou povlaku žárovým nástřikem

Snížení hmotnosti vozidla a ztrát třením v pohonném agregátu může pomoci při zlepšování celkové účinnosti vozidla, což je jeden z důvodů, proč mnoho výrobců přešlo na bloky motoru z hliníkové slitiny namísto tradiční litiny. Primární výhodou hliníku je nižší hmotnost. Typické hliníkové slitiny nemají sice obdobné vlastnosti z hlediska opotřebení jako litina, přesto mnoho automobilek věnovalo spoustu času hledání konstrukčních řešení pro odstranění tribologických nedostatků, které se dostavily s hliníkovými bloky válců.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit