Témata
Reklama

Hydrostatická vedení obráběcích strojů

Hydrostatická vedení jsou jedním ze základních typů kluzných vedení, jejichž rozmach použití v oblasti výrobních strojů nastal především v sedmdesátých letech minulého století. Výrobci obráběcích strojů tato vedení nasazují tam, kde je potřeba konat pohyby s minimálním polohovacím krokem, s vysokou přesností, únosností, tuhostí a tlumením.

Matěj Sulitka

Vedoucí Ústavu výrobních strojů a zařízení a Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii Fakulty strojní ČVUT v Praze. Specializuje se na výpočty, simulace CNC obrábění, krytování strojů a dále je vyhledávaným designérem tuzemských výrobců obráběcích strojů.

Charakteristických vlastností hydrostatických vedení je dosaženo díky zaručenému kapalinnému tření s téměř nulovým klidovým součinitelem tření, stoupajícím s rychlostí. V současnosti jsou hydrostatická vedení aplikována kromě těžkých obráběcích strojů také na stroje velmi přesné a na stroje pro tvrdé obrábění.

Na tuhosti vedení se podílí kromě přesnosti výroby také regulace hydrostatické buňky. Cílem regulace je zajištění distribuce hydraulického média mezi jednotlivé hydrostatické buňky celého systému v požadovaném poměru. Využívány jsou systémy regulace konstantním průtokem, konstantním hydraulickým odporem nebo progresivní s požadavkem konstantní výšky škrticí mezery.

Reklama
Reklama
Charakteristika průtoku a tlaku znázorňující vlastnosti regulace konstantním průtokem, konstantním hydraulickým odporem (kapilára) a progresivním regulátorem (PMR)

Výzkum a vývoj

Na půdě Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (VCSVTT) při Fakultě strojní ČVUT v Praze se výzkum hydrostatických vedení zaměřuje jak na chování kvazistatických hydrostatických vedení, jejich regulace a řízení výšky škrticí mezery, tak na chování hydrostatických vedení s relativně vysokými posuvovými rychlostmi. Toto téma je zvlášť aktuální s ohledem na řadu aplikací, typicky představovaných otočnými stoly s velkými průměry pro svislé soustružení. V této oblasti je pozornost věnována především výzkumu proudění v hydrostatických buňkách, pasivním odporům a produkci tepla. Ve VCVSTT bylo vyvinuto a postaveno zkušební zařízení pro vysokorychlostní testy, jehož koncepce je založena na principu rotujícího kotouče obepnutého z obou stran hydrostatickými buňkami. Kotouč umožňuje dosáhnout středních obvodových rychlostí až 3 000 m.min-1. Snadno lze měnit jak regulátory, tak i samotné hydrostatické buňky, což je významné pro realizaci řady experimentů.

Originálním řešením, vyvinutým ve VCSVTT a patentově chráněným, je hydrostaticky uložená lineární pohybová osa s pohonem kombinujícím hydrostatické uložení a lineární přímý motor. Charakteristikou tohoto uspořádání je integrace sekundárního dílu lineárního motoru do lišty hydrostatických vedení a rozmístění hydrostatických buněk na primárním vinutí motoru. Významným přínosem navrženého řešení je především snížení setrvačných hmot a redukce ohybového namáhání připojené pohybové skupiny. Funkčnost zmíněného uspořádání byla experimentálně ověřena na zkušebním zařízení.

Kombinace hydrostatického uložení pohybové osy a lineárního přímého motoru je originálním, patentově chráněným řešením VCSVTT.

Návrh a analýza

Provozní stavy v hydrostatických kapsách jsou výsledkem interakce hydrostatických buněk a poddajné stavby nosné struktury pohybových skupin stroje. Běžné přístupy k navrhování parametrů hydrostatického uložení uvažují nosnou strukturu jako absolutně tuhou a možný rozsah reakčních sil v hydrostatických buňkách odhadují jen z omezeného počtu zátěžných stavů. Pro optimalizovaný návrh parametrů hydrostatického uložení byl ve VCSVTT vyvinut robustní iterační postup, využívající metodu konečných prvků (MKP) a víceparametrickou multikriteriální optimalizaci. Uvažovány jsou v návrhovém procesu kombinace všech možných zátěžných stavů, které mohou během provozu nastat. Výstupem iteračního procesu je souhrn informací pro návrh hydrostatického uložení. Z tuhého modelu jsou stanovena silová spektra na základě generování různých kinematických konfigurací stroje, zatížení a zrychlení. Pomocí genetických algoritmů jsou následně určeny silovědeformační charakteristiky hydrostatických buněk při zvoleném typu regulace a optimální rozměry buněk, které vyhovují všem předepsaným hranicím, konvergenčním kritériím a bezpečnosti.

V další fázi návrhového procesu probíhá kontrola silových reakcí a celkových deformací s využitím detailního propojeného MKP modelu celého stroje s náhradou hydrostatických buněk pomocí nelineární silově deformační charakteristiky. Cílovým kritériem optimalizace je běžně požadavek velikosti minimální výšky škrticí mezery hydrostatických buněk.

Pro analýzu zátěžných stavů otočných stolů na hydrostatickém uložení byl vyvinut výpočetní postup, jehož pomocí je možné na základě propojeného MKP modelu nosné struktury a hydrostatických buněk stanovovat přípustné kombinace hmotnosti obrobku, průměru upnutí, excentricity těžiště a otáček s ohledem na celkové deformace a výšky škrticích mezer hydrostatických buněk.


Pro efektivní návrh parametrů hydrostatického uložení je vyvinut iterační postup využívající metodu konečných prvků a víceparametrickou multikriteriální optimalizaci. Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Diagnostika

V rámci diagnostiky je VCSVTT schopno měřit a vyhodnocovat průběh všech důležitých veličin napříč celým hydrostatickým systémem.

Měření na čerpadle vyžaduje vysoké nároky zvlášť na použitý měřič průtoku, jehož rozsah se zpravidla liší jak stroj od stroje, tak v rámci jednotlivé aplikace. Často není totiž výjimkou ani přítomnost více hydrostatických os s různými čerpadly na jednom stroji.

Pro analýzu chování regulace jsou významné záznamy tlaku, průtoku a teploty hydraulického oleje na vstupu do hydrostatické buňky. Průtoky touto měřicí větví, tedy mezi regulátorem a hydrostatickou buňkou, jsou v závislosti na způsobu regulace obvykle mnohem menší než 1 l.min-1. To klade opět vysoké požadavky na průtokoměr, který musí zaznamenat i plíživá množství tlakového média. Použitá měřicí aparatura musí být navržena rovněž tak, aby nenarušila přesně nastavené poměry mezi regulátorem a hydrostatickou buňkou s ohledem na používané senzory s minimální tlakovou ztrátou.

K rekonstrukci komplexních závislostí v hydrostatickém systému zbývá informace na úrovni hydrostatické buňky, kterou charakterizuje výška škrticí mezery a teplota oleje na výtoku z buňky. Kromě měření statických jsou prováděna i měření za pohybu pomocí bezkontaktních senzorů délky, které jsou minimálně náchylné na změnu teploty a umožňují práci v prostředí vyplněném tlakovým médiem.

Měření průtoku mezi regulátorem a HS buňkou speciálním průtokoměrem od firmy Bopp&Reuther Messtechnik

Komplexní nabídka

Výzkum vlastností a chování hydrostatických uložení je jedním z témat, která jsou ve VCVSTT dlouhodobě rozvíjena. Metody pro návrh, analýzu a diagnostiku hydrostatických uložení jsou průběžně vyvíjeny a byly dosud úspěšně aplikovány v řadě projektů spolupráce s výrobci obráběcích strojů. Aktuálním cílem výzkumu je především zaměření na chování hydrostatických uložení při vysokých pohybových rychlostech a rozvoj možností aktivního sledování a řízení stavu hydrostatických buněk.

Ing. Eduard Stach
Ing. Matěj Sulitka, Ph.D.
Ing. Martin Mareš

Ústav výrobních strojů a zařízení, VCSVTT, FS ČVUT v Praze

M.Sulitka @rcmt.cvut.cz

Reklama
Vydání #7,8
Kód článku: 130752
Datum: 25. 06. 2013
Rubrika: Komerční příloha / Fluidní technika
Související články
Čtrnáctý ročník soutěže Ocenění českých podnikatelek úspěšně odstartován

Ve čtvrtek 3. června 2021 byl zahájen další ročník prestižní soutěže Ocenění českých podnikatelek, který odstartovala online konference Women in Business s podtitulem Nová realita roku 2021 a společný (re)start, most k jednotě a spolupráci. Tuto soutěž již tradičně vyhlašuje podnikatelská platforma Helas – Budujeme hrdé Česko. Patronkou letošního ročníku je Kateřina Kadlecová, generální ředitelka společnosti USSPA. 

Třpytivý svět krystalů

Turnovská společnost Crytur patří svým pojetím ke světovému unikátu. V přesně definovaných podmínkách pěstuje umělé krystaly z vlastního výzkumu a vývoje, které následně po opracování dodává buď jako specifické optické díly pro další celky, nebo přímo kompletní výrobky.

Implantáty z Čech až na konec světa

V 70. letech minulého století stál u zrodu prvních ortopedických implantátů v Čechách. V roce 1992 pak v rámci privatizace založil vlastní firmu téhož zaměření, jejíž výrobky dodnes pomáhají lidem znovu se hýbat. Ano, hovoříme o Stanislavu Beznoskovi a české firmě téhož jména, kterou dnes úspěšně řídí členové rodiny zakladatele.

Související články
MM Podcast: Glosa - Když se země otřásají v základech

Krize vyvolaná pandemií koronaviru v řadě oborů působí jako urychlovač trendů patrných před jejím vypuknutím. Mnoho odvětví si prochází zásadní strukturální transformací, ale část z nich – které se stát snaží podpůrnými prostředky za každou cenu stále držet nad vodou, zanikne. 

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Vývoj UHT nástrojů
v plném proudu krizi navzdory

Hlavním motivem založení VaV centra Rotana byla připravenost na nové trendy v automobilovém a leteckém průmyslu a výroba vlastních produktů s vysokou přidanou hodnotou – konkrétně ultratvrdých (UHT) nástrojů pro speciální aplikace. Centrum je vybaveno nejmodernějšími technologiemi a stále se rozrůstá. Na kontě má několik úspěšně zakončených projektů v podobě prototypových nástrojů a užitných vzorů. O tom, na jakých projektech v centru pracují nyní a jaké mají plány do budoucna, jsme si povídali se třemi hlavními osobnostmi celého projektu vývoje a výroby UHT nástrojů.

Odměřovací pravítka, lanovka a Ferrari

Odměřovací pravítko je jednou z klíčových komponent obráběcího stroje. Zpravidla je ukryto hluboko uvnitř stroje a většina uživatelů obráběcích strojů jej nikdy na vlastní oči neviděla. Přesto jsou na ně kladeny velmi vysoké nároky. Musejí pracovat spolehlivě po dobu mnoha let, zaručovat očekávanou přesnost a rozlišení, a musejí být odolná proti znečištění, pronikání kapalin, prachu i třískám a proti spoustě dalších faktorů. A kdyby se náhodou něco pokazilo, musejí být snadno vyměnitelná.

Názorové fórum odborníků

V tomto vydání MM Průmyslového spektra se věnujeme mimo jiné tématu obráběcích strojů. Proto jsme s anketní otázkou oslovili zástupce výrobců a dovozců v této komoditě.
Čas jsou peníze. Každá minuta prostoje výrobního zařízení je nežádoucí, proto se dnes vedle vysoké produktivity u strojů očekává také jejich vysoká spolehlivost.

Stroje v pohybu – Sledování zásilek na dálku

Takzvaný internet věcí (IoT) nabízí mnoho možností. Základem této technologie je bezdrátová komunikace velkého počtu autonomních zařízení prostřednictvím datových sítí, jež jsou navrženy tak, aby datový přenos spotřeboval co nejméně energie. Toho využívají i moderní sledovací jednotky (lokátory), které mohou díky energetické úspornosti pracovat i několik let bez dobíjení baterií.

Fórum výrobních průmyslníků

Jakým způsobem se po 15 měsících od vypuknutí pandemie koronaviru tento stav projevuje ve vaší společnosti – jak z pohledu objemu zakázek, jejich realizace a ekonomiky jako takové (např. vlivem navýšení cen vstupních materiálů, nedostatku některých komponent)? Dokážete predikovat, jak se bude situace ve vaší komoditě vyvíjet ve druhé polovině roku, na čem bude záviset?

Fórum děkanů strojních fakult

Jak současná doba ovlivňuje realizaci smluvního výzkumu na již hotových projektech, resp. při akvizici nových? Zaznamenáváte aktuálně pokles zájmu firem o spolupráci?

Semináře nově s high-tech technologiemi

Školicí a tréninkové centrum společnosti Ceratizit ve Velkém Meziříčí prošlo v loňském roce rozsáhlou modernizací. Nové Technické centrum i technologie v něm bohužel kvůli pandemii covid-19 nemělo možnost navštívit mnoho zákazníků. Všichni pevně věříme, že se to brzy změní. Než se tomu tak stane, požádali jsme Jana Gryče, technického ředitele společnosti Ceratizit, aby nám představil, co je v centru nového a na co se mohou zákazníci těšit. Při té příležitosti jsme oslovili také Pavla Němečka, obchodně-technického zástupce společnosti Hermle, aby pohovořil o pětiosém stroji C 32 U, které je v centru nové.

Švédové jsou féroví a přímí obchodníci

Celosvětová pandemie covid-19 mění světa vytváří nové příležitosti a výzvy pro exportně orientované firmy. Zahraniční kanceláře CzechTrade registrují příležitosti v daných destinacích a vytvářejí partnerství českým výrobním společnostem a jsou jim nápomocni při vstupu na trh a upevnění jejich pozice.

Digitalizace: klíč k úspěchu

Již od roku 1919 zkoumá, vyvíjí a vyrábí zabezpečovací techniku společnost EVVA - rodinná firma se sídlem ve Vídni. To, že se nyní, přibližně o 100 let později, stala průkopníkem propojené výroby, je zásluhou její jasné strategie s důrazem na digitalizaci. Důležitým milníkem nové výrobní filozofie společnosti EVVA je soustružnické a frézovací centrum Hyperturn 65 Powermill v kombinaci se síťovým řídicím rozhraním Emconnect. S flexibilním výrobním systémem od společnosti Emco lze nyní kompletně automatizovat obrábění mosazných dílů v kusové výrobě i výrobě středních sérií.

MSV ve znamení obrábění

Všichni, kdo máme něco společného se strojírenstvím, pevně věříme, že se v letošním roce opět otevřou brány brněnského výstaviště pro meku strojařů z celého světa – Mezinárodní strojírenský veletrh. Na MSV se letos, kromě lidí z dalších oborů, setkají i výrobci vynikajících obráběcích strojů. Proto jsme se na postřehy a názory tentokrát zeptali Petra Odehnala z obchodního oddělení společnosti Pilart stroje.

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