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

Zástupce vedoucího pro rozvoj spolupráce Ústavu výrobních strojů a zařízení a Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT) na ČVUT v Praze, fakultě strojní. Vedoucí skupiny Modelování a simulace a odborný garant výzkumného tématu Digitální dvojčata strojů a procesů. Od svého nástupu do RCMT v roce 2005 se zaměřuje zejména na výpočetní modelování a optimalizaci stavby obráběcích strojů, dynamické chování strojů, simulace CNC obrábění a interakci stroj – proces. Je úspěšným řešitelem mnoha projektů spolupráce s průmyslem. Je také 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
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
Související články
Reflexe EMO Milano 2015

Italské výstaviště Fieramilano se první říjnový týden stalo středem pozornosti strojařů především evropské provenience. Po šesti letech, kdy vrcholila hospodářská krize, se prestižní veletrh EMO vrátil do italského průmyslového regionu s „budovatelským“ mottem: Let’s build the future. Na ploše 120 000 m2 ve dvanácti výstavních halách se prezentovalo přes 1 600 vystavovatelů, z toho na 500 tuzemských. Podle závěrečné zprávy navštívilo akci přes 155 tisíc návštěvníků (145 tis. EMO Hannover 2013), polovina ze zahraničí. (Pozn. V neděli před zahájením EMO navštívilo vedlejší Expo přes 260 tisíc návštěvníků. Z České republiky do Milána vycestovalo 2 160 strojařů (2 300 na EMO Hannover 2013). Každý z návštěvníků si domů patrně odvezl svůj osobní rekord v nachozených kilometrech po výstavišti.

Ekodesign & čeští výrobci obráběcích strojů

O pohled na současný stav ekodesignu v komoditě obráběcích strojů jsme požádali zástupce vybraných tuzemských výrobců, kteří se touto problematikou aktuálně zabývají. Oslovili jsme společnosti Kovosvit, Toshulin, TOS Kuřim-OS a TOS Varnsdorf, konkrétně Jiřího Mindla, Vojtěcha Frkala, Dušana Maláška a Tomáše Kozloka.

Výrobní stroje a komponenty na VŠ

V nynějším vydání jsme o strukturovanou prezentaci požádali ústavy zaměřené na výrobní stroje a komponenty. Naši nabídku vyslyšela pracoviště na strojních fakultách v Praze a Ostravě.

Související články
Ecodesign - cesta k efektivní výrobě a technologiím

Energetická efektivita výrobních strojů představuje stále se rozvíjející téma, které nabývá zejména v Evropě na významu. Tlak ze strany uživatelů strojů a legislativy Evropské unie nutí výrobce neustále inovovat své výrobky v oblasti hospodaření s energií s cílem snížit jejich spotřebu nebo zvýšit efektivitu.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Jednokomorové dvoupotrubní dávkovače do CMS

Na rozdíl od stávajících dvoukomorových dávkovačů se šoupátkovými rozváděči, např. zn. Lincoln, jsou nové jednokomorové dávkovače řady 2D a 2DD nesrovnatelně jednodušší. Nový princip plnění dávkovacích komor prostřednictvím dvojice jednosměrných ventilů V1-V2 v sobě skrývá potenciál uspokojit poptávku po levném mazání tukem i pro běžné stroje a strojní zařízení. S tím byla odborná veřejnost seznámena v článku MM Průmyslové spektrum 11/2018, nazvaném Nová koncepce dvoupotrubních CMS.

MSV představí svět budoucnosti

Mezinárodní strojírenský veletrh vstupuje do svého již 61. ročníku. Během let se z něj stal nejrenomovanější oborový veletrh. Je tedy jasné, že řídit jej tak, aby renomé neztratil, není nic snadného a vyžaduje to člověka nejen schopného, ale i zkušeného. Současný ředitel, Ing. Michalis Busios, bezesporu splňuje obojí. Dokladem je skutečnost, že pro veletrh úspěšně pracuje již od roku 2008.

Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Aplikace moderních postupů a technologií v obrábění

Společnost Hofmeister pravidelně svým zákazníkům představuje novinky a inovace nejen vlastní, ale také svých obchodních partnerů. Účast na listopadových zákaznických dnech svědčí o velkém zájmu.

Češi v říši středu a snů

Česká expozice společné účasti na veletrhu CIMT je stejně jako v předchozích ročnících realizovaná specializovaným úsekem a. s. Veletrhy Brno a organizovaná pod patronací Ministerstva průmyslu a obchodu ČR. Nutno podotknout, že letošní expozice, i když po dlouhé době beze strojů, byla po designové stránce s ohledem na její kompaktnost velmi povedená. Možná právě proto, že ji netříštily volné otevřené plochy kolem stroje.

Nanovlákenná membrána v oknech ochrání stroje i pracovníky

Zatímco o smogu v ulicích se vedou časté debaty, znečištěný vzduch v interiéru patří k opomíjeným tématům. A to i přesto, že podle Světové zdravotnické organizace stojí život 4,3 milionu lidí ročně a v průmyslových objektech ohrožuje jak zdraví pracovníků, tak samotný provoz. Díky rozvoji moderních technologií nyní interiér účinně ochrání nanovlákenná okenní membrána.

Fórum strategického manažera v deseti zastaveních, Luboš Malý, Brück AM

V novém seriálu chceme oslovovat naše top manažery a hledat u nich tajemství jejich úspěchu, jež by mohlo být inspirací pro ostatní, kteří se na podobnou dráhu vydávají či již po ní jdou. Strategie prvního kroku často bývá přelomová – iniciuje další, následující kroky, rozhoduje a ovlivňuje činy budoucí a v žádném případě ji nelze podcenit.

Možnosti využití vizualizace v ekodesignu

Stále rostoucí požadavky na snižování emisí skleníkových plynů, zejména emisí oxidu uhličitého (CO2), vyvolávají potřebu integrace principu udržitelného rozvoje i do již pevně zaběhnutých vývojových postupů u různých typů produktů. Z pohledu chystaných legislativních požadavků může být u nových výrobků významné prokázat, že při jejich vývoji byla zvolena strategie, která v rámci jejich celého životního cyklu nejméně zatěžuje životní prostředí.

Ohřevné skříně Amarc - skladujte své sudy v teple a bezpečí

Připravili jsme pro Vás přehledný web s ohřevnými prvky společnosti Amarc. www.ohrevneprvky.cz. Naleznete zde kompletní nabídku topných plášťů pro sudy a průmyslové (IBC) kontejnery i podlahové topné desky v klasickém a EX provedení pro výbušné prostředí.

Jak přispívají opakovaně použitelné čisticí utěrky k ochraně životního prostředí

Dne 5. června 1972, v den zahájení první světové konference o ochraně životního prostředí ve Stockholmu, inicioval program ochrany životního prostředí Spojených národů (United Nations Environment Programme, UNEP) oficiální světový den životního prostředí. Od té doby se každo-ročně 5. červen slaví jako mezinárodní den životního prostředí. Opakovaně použitelný systém čisticích utěrek MEWA k tomu každý den v dílnách a výrobních halách přispívá: Čistí stroje a zařízení a podporuje ochranu zdrojů.

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