Témata
Reklama

Konkurenci ve vývoji vítáme

16. 11. 2004

Současné elektrické pohony představují velmi kvalitní prvek pro řízení pohybu. V posledním desetiletí se staly téměř univerzálním prostředkem pro regulaci točivého momentu, síly, zrychlení, rychlosti a polohy a rozšířily se do všech myslitelných oborů. Objevila se také řada novinek, které někdy i zásadním způsobem mění konstrukci poháněných zařízení. Elektrické regulační pohony procházejí dalším, poměrně bouřlivým vývojem, který umožňují výkonné mikroprocesory, tvořící jádro regulačních obvodů. Zlepšují se dynamické vlastnosti, ve vývoji jsou nelineární regulátory, připravuje se integrace řídicí elektroniky do motoru atd.

Roman Dvořák

Je absolventem oboru Strojírenská technologie Fakulty strojní ČVUT v Praze, kde nakonec kombinovanou formu doktorského studia po dlouhých letech nedostudoval (...). V roce 1997 nastoupil do vydavatelství Vogel Publishing na post odborného redaktora vznikajícího strojírenského titulu MM Průmyslové spektrum. V roce 1999 přijal nabídku od německého vlastníka outsourcingovat titul do vlastního vydavatelství. 

Nejen o současné úrovni pohonné techniky, jejího základního výzkumu či trendů do budoucna jsme si povídali s prof. ing. Janem Skallou, CSc., z katedry výrobních strojů Fakulty strojní Technické univerzity v Liberci.
Reklama
Reklama
Reklama

MM: Na vaší katedře působí dislokované pracoviště Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii, v jehož rámci se zabýváte projektem výzkumu a aplikací vysoce dynamických pohonů. Jaký je cíl tohoto výzkumu? Můžete zde zmínit konkrétní výsledky a jejich aplikaci do praxe?

Prof. Skalla: Když dovolíte, začnu poněkud zeširoka. Současné řezné nástroje umožňují tzv. vysokorychlostní obrábění s řádově vyššími řeznými rychlostmi (přes 200 m.min-1 pro ocel a přes 800 m.min-1 pro lehké slitiny). Pro takové podmínky je často nutné zvětšit posuvové rychlosti přes 5 m.min-1 a pro dodržení rychlosti i v obloucích o malém poloměru je třeba zvýšit zrychlení na hodnoty větší než 5 m.s-2. Za těchto podmínek se ovšem při současném pohybu více souřadnic (interpolace) výrazně projeví dynamické odchylky od programované dráhy. Přesnost pohybu pak dále zhoršuje nižší tuhost pohonů. Posuvy navržené pro vysoké rychlosti totiž musí použít buď šrouby o velkém stoupání - např. 40 mm.ot-1 - nebo lineární motory, a to výrazně sníží tuhost servomechanismu. Obvyklé hodnoty tuhosti pak lze docílit jen "ostřejším" naladěním regulátorů, což ale vyžaduje výrazně dynamičtější pohony, které dokážou sledovat frekvence přes 200 Hz.
Při použití pohonů s vysokou dynamikou se začnou uplatňovat některé vlastnosti, které se u "klasických" pohonů neprojevovaly - většinou mechanické rezonanční frekvence. Například velmi tuhé připojení polohového snímače má rezonanční frekvenci 1000 až 2000 Hz a tato frekvence v podstatě rozhoduje o stabilitě vysoce dynamického pohonu. Tyto jevy jsou samozřejmě známé a přední světoví výrobci výrobních strojů je mají většinou spolehlivě zvládnuté. Pro české podniky to je ovšem nová věc.
V rámci Výzkumného centra probíhá výzkum vysoce dynamických pohonů na pražském a libereckém pracovišti. Zabýváme se přesností interpolace při vysokých rychlostech a zrychleních, optimalizací seřízení regulátorů a tzv. virtuálním prototypováním, což je zde spojení modelu regulace a modelu stroje vytvořeného metodou konečných prvků. Hlavním výsledkem práce centra v této oblasti je návrh a seřízení pohonů pro dva prototypy obráběcích center pro vysokorychlostní obrábění. Ostatní činnost se zatím odehrává v rovině konzultací, školení a několika návrhů servomechanismů (např. pro brusku na klikové hřídele). Méně viditelným, ale dle mého názoru důležitějším výsledkem je vznik kolektivu osmi mladých inženýrů se zkušenostmi v oblasti servomechanismů pro NC obráběcí stroje. Čtyři z nich nyní dokončují doktorské práce a - mohu-li to tak říci - alespoň dva z nich jsou nesporně geniální. Závěrem dobrá zpráva - Výzkumné centrum získalo podporu Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy na dalších pět let, takže bude možno pokračovat v práci bez redukce výzkumného programu.

MM: Můžete z pozice jak přednášejícího, tak i posluchače zhodnotit letošní úroveň mezinárodního kongresu Matar, zabývajícího se problematikou výroby, automatizace a robotizace, který se v Praze a v Brně konal na konci září t. r.?

Prof. Skalla: Kongres Matar měl stejně jako v minulých letech velmi dobrou odbornou úroveň. Účastnilo se ho 114 přednášejících, z toho 39 ze zahraničí. Problematický byl souběh termínu kongresu se strojírenským veletrhem v Brně. Termín byl zvolen se záměrem umožnit zahraničním účastníkům návštěvu veletrhu. Nezamýšleným výsledkem ale byla mizivá účast zástupců českého průmyslu, kteří zřejmě nemohli skloubit přítomnost na obou akcích. Určitý podíl na malé návštěvnosti má známá skutečnost, že tyto velké kongresy jsou relativně málo přínosné - za vysoké finanční a časové náklady posluchač získá řekněme tři až pět příspěvků, které ho opravdu zajímají. Vyšší účinnost mají menší, např. jednodenní semináře s tematicky užším programem.

MM: Jak vy osobně z pohledu výzkumného pracovníka vidíte roli státu coby finanční zdroj podpory vědy, výzkumu a vývoje a jak pociťujete realitu?

Prof. Skalla: Lze říci, že čím je předmět zkoumání pokročilejší, tím obtížněji se získávají finance z oblasti průmyslu. Důvod je zřejmý - u pokročilých studií průmysl většinou "nedohlédne" na možnosti využití. U nás je situace mnohonásobně svízelnější, protože průmyslové podniky mají často starosti s prostým přežitím, není dost prostředků na částečnou státní podporu projektů a obecně nejsou zkušenosti s investicemi do vědy a výzkumu. Financování vědy a výzkumu je asi nejdále v USA, kde někteří investoři programově vyhledávají rizikové projekty v naději, že na nich později vydělají. Jako příklad bych mohl uvést internetové aplikace, genetické inženýrství...
Naše současná skutečnost není vysloveně špatná - např. u strojních fakult představují dotace na vědu a výzkum 30 až 50 % celkového rozpočtu. Chybí však prostředky na zvýšení platů mladých vědců, a to alespoň na úroveň průmyslu. Nízké platy ve školství vedou k tomu, že skutečně schopní většinou odcházejí do průmyslu nebo do zahraničí. Úroveň tím trpí dvojnásobně - jednak odchodem schopných, jednak menší konkurencí pro méně schopné. Zvýšení podpory výzkumu nad 1% HDP je tedy vysoce žádoucí.

MM: Které z navštívených světových výzkumných center ve vás zanechalo dojem, že právě onen model je jak z pohledu způsobu financování, tak i z pohledu svojí provázanosti s praxí a úrovně aplikovatelnosti výsledků tím optimálním řešením?

Prof. Skalla: Navštívil jsem několik univerzit ve střední Anglii, kde mě zaujala především velká flexibilita výzkumných zaměření a velmi těsné spojení s praxí. Některé výzkumy pro nás vyhlížely exoticky - například zvuková holografie pro kontrolu polystyrenových výlisků, kdy se na kontrolovaný kus "píská" z matice reproduktorů, odražené zvukové vlny snímá několik mikrofonů a výsledkem je vyhodnocení kvality výlisku. Dále lze např. uvést měření zralosti šunky, respektive řešení problematiky měřicího čidla a jeho vyhodnocení. Další zmínka by se týkala rozsáhlého segmentu výzkumu - sportovního inženýrství -, kde se zjišťovaly funkční a pevnostní zkoušky chráničů holení pro sportovce. Většina projektů byla zadána z průmyslu a jejich financování bylo kombinované - státní podpora jako určité procento z celkové ceny. Samozřejmě se zabývají také "klasickými úlohami" - třeba dynamickým chováním vrtulníku.
Anglické technické univerzity mají podobné těžkosti jako naše. Málo schopných studentů, nedostatek financí obecně (a na údržbáře v laboratořích obzvláště), což má za následek postupný funkční odpis celé řady zařízení. Je ale nutné uvědomit si, že tyto potíže mají jiné měřítko. Procentní podpora univerzit se odvozuje ze zhruba pětinásobného HDP na obyvatele. Německé univerzity znám spíše zprostředkovaně a řekl bych, že v porovnání s Anglií mají lepší finanční možnosti, lepší organizaci a tvrdší konkurenční prostředí.
Dobrá účinnost univerzitního výzkumu dle mého názoru spočívá hlavně v tom, že průmysl je zvyklý zadávat výzkumné úkoly univerzitám a univerzity je umí řešit. U nás byl - jak známo - výzkum odtržen od univerzit a soustředěn do výzkumných ústavů, které se po roce 1990 až na řídké výjimky rozpadly a kvalifikovaní odborníci, pokud existovali, se rozptýlili. Poslední dobou však lze pozorovat při našich univerzitách vznik dobrých výzkumných pracovišť financovaných většinou prostřednictvím grantů, ale také už zakázkami pro průmysl. Náš problém není v systému podpory, který celkem funguje, ale v množství peněz. Současných zhruba 0,8 % z relativně malého českého HDP je prostě málo.

MM: Na českém trhu působí celá řada předních světových výrobců a prodejců pohonné techniky. Jak se tento fakt odrazil na současné úrovni tuzemské konstrukce a vývoji této komodity?

Prof. Skalla: Zahraniční výrobky bylo možné dovézt i dříve, ale na špičková provedení bylo pro náš trh embargo. Tyto nepříjemnosti odpadly se vstupem do NATO a do Evropské unie. Založení českých poboček světových výrobců pak zásadním způsobem zjednodušilo získávání informací a sjednávání kontraktů. Výsledkem je, že český NC obráběcí stroj se v zásadě nemusí lišit např. od japonského a jeho schopnost konkurence závisí jen na úrovni výzkumu a vývoje. Vliv na úroveň tuzemské konstrukce je nesporně kladný.
MM: Jaké trendy nejen v konstrukci pohonů, ale v celých pohonových sestavách lze celosvětově v poslední době vysledovat? Byly některé z nich ke zhlédnutí i na letošním strojírenském veletrhu v Brně?
Prof. Skalla: Hlavní trendy jsou zhruba tři. Za prvé se jedná o zvyšování dynamiky pohonů, jejich důmyslnější regulace, často samočinné seřizování v závislosti na zatížení pohonu. Dále je zde výrazná tendence k používání přímých pohonů - lineární a prstencové motory. Třetí trend je poněkud ve stínu předchozích, ale je také výrazný - zmenšování hmotnosti a objemu elektrických pohonů. Vše bylo v Brně k vidění, ovšem někdy pouze v prospektech. Veletrhu se účastnili prakticky všichni významní výrobci pohonů.

MM: Před několika lety byl proklamován velký rozmach aplikací lineárních motorů u CNC vysokorychlostních obráběcích center. Naplnila se tato očekávání?

Prof. Skalla: Lineární motory mají několik problémů. Především je to vývin velkého množství tepla, dále poněkud nižší posuvové síly, poněkud nižší tuhost a vysoká cena. Výhodou je samozřejmě nepřítomnost mechanických převodů. Lze konstatovat, že se nekonal velký rozmach ale jen rozmach a patrně i nadále budou vedle sebe existovat aplikace s lineárními a rotačními pohony.

MM: Pohony se stávají čím dál více dynamičtějšími. Na jaké hodnoty zrychlení se časem dostaneme? Vše je přece omezeno konstrukcí sestavy, ale zejména fyzikálními zákony....

Prof. Skalla: Máte pravdu, že nyní už je zvětšování zrychlení omezeno fyzikálními zákony, protože pohony jsou na technicky rozumném maximu. Pro další zvýšení zrychlení lze očekávat pokračování výzkumu v oblasti lehkých konstrukcí strojů. To však s sebou nese problémy tuhosti a mechanických rezonancí - v žádném případě nejde o snadnou záležitost. Také je třeba si uvědomit, že při pohybu na malou vzdálenost (20 mm) je čas pojezdu ovlivněn prakticky pouze zrychlením. Zvětšování zrychlení nad 20 m.s-2 pak přináší jen nevýraznou úsporu času. Čas pojezdu na velké vzdálenosti (1500 mm) zase závisí hlavně na rychlosti pohybu. Při vyšších rychlostech, nad 120 m.min-1, jsou časové úspory opět nevýrazné a hlavně neúměrné ceně řešení. Tuto úvahu lze překvapivě jednoduše odvodit ze vzorců pro rovnoměrně zrychlený pohyb, což ale učinili to až mladí pracovníci výzkumného centra. Je možno uzavřít, že 60 m.min-1 a 10 m.s-2 dnes představuje rozumné maximum a nelze očekávat, že by parametry posuvů výrazně překročily 120 m.min-1 a 20 m.s-2.

MM: Děkuji vám za rozhovor.

Roman Dvořák
Reklama
Související články
Lineární vedení NSK s vylepšeným těsněním

Společnost NSK představila na veletrhu EMO 2019 optimalizovanou řadu válečkového vedení RA s vylepšeným těsněním. Lineární vedení RA jsou vybavena novými těsněními V1 a vylepšeným krytem, které pomáhají prodloužit životnost a spolehlivost obráběcích strojů.

Místo převodovky řemenové pohony

Synchronní řemeny se v mnoha průmyslových odvětvích prosazují jako nejlepší volba.

Kompaktní pohony s dutou hřídelí

Kompaktní, robustní, cenově výhodné… Jsou-li stanoveny požadavky na stroje, musí zareagovat i poskytovatelé řídicí a pohonné techniky. Jejich inovace jsou důležité pro vývoj konstrukcí strojů.

Související články
Nová koncepce dvoupotrubních centrálních mazacích systémů

Oproti jiným typům ztrátových centrálních mazacích systémů, dále jen CMS, mají dvoupotrubní mazací systémy zásadní přednost v tom, že dávkovače jsou plněny novým mazivem přetlakově. To je předpoklad pro spolehlivé mazání strojů a strojních zařízení.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Řemenové převody přinášejí dynamiku do intralogistiky

Na hannoverském veletrhu se mohli návštěvníci seznámit s inovativními řešeními pro skladovou logistiku, jež vyvinula společnost Continental. Jedná se například o ozubené řemeny Conti Synchrodrive, které nacházejí uplatnění u sloupových zakladačů vysokoregálových skladů, ploché pásy Conti Polyflat pro zdvihací a závěsné systémy či drážkové řemeny Conti Multirib, které se používají v pohonu válečkových tratí.

Ready made lineární osy s ozubeným řemenem

Pomocí lineární osy je realizován pohyb v přímém směru a jedná se tak o výborný výchozí konstrukční prvek pro stavbu strojů, automatizačních linek a polohovacích zařízení s potřebou přesného lineárního pohybu ve více osách (typicky například CNC stroje). V posledních letech došlo navíc k výraznému snížení cen a lineární osy se tak stávají dostupné i pro dosud zapovězené oblasti. V neposlední řadě je podstatnou výhodou u tzv. ready made produktů dodávka již smontovaného dílu připraveného k okamžitému použití v zákaznické aplikaci.

Inteligentní motor střižený na míru

Mechatronická pohonná jednotka g350 představuje nový kompaktní mechatronický pohonný balíček, který firma Lenze uvádí na trh ve třech výkonnostních provedeních. Zařízení je koncipováno speciálně pro horizontální přepravní techniku.

Bezúdržbové klínové řemeny

U klínových řemenů uživatelé oceňují tichý chod, jednoduchou instalaci a funkci bezpečnostní spojky při přetížení, kterou klínové řemeny plní díky možnosti krátkodobého prokluzu. Nicméně klínové řemeny vyžadují ne vždy levnou a snadnou údržbu. Obzvláště v nepřetržitých provozech či těžko dostupných pohonech se obecné doporučení kontrolovat a dopínat klínové řemeny každých 2 000 provozních hodin obtížně splňuje. Výsledkem bývají ztráty účinnosti, energie a krátká životnost pohonu. Klínové řemeny, jak je známo, bez dopnutí prokluzují. Co ale bývá zanedbáváno, je vliv zvýšených vibrací při nízkém napnutí klínových řemenů. Tyto vibrace mají velmi negativní vliv na životnost ložisek a jiných součástí zařízení. Zde se zaměříme na správnou údržbu a na novinku na trhu – bezúdržbové klínové řemeny.

Výpočet zbývající doby běhu valivých ložisek

Na veletrhu Hannover Messe 2016 představila společnost Schaeffler novou digitální službu – výpočet nominální zbývající doby běhu valivých ložisek v provozu na základě reálného souboru zatížení.

Univerzální kyvný pohon

Modulární, odolný, univerzální – to jsou hlavní vlastnosti nového čtvrtotáčkového pohonu DFPD společnosti Festo. Tento pohon s ozubeným hřebenem a pastorkem je určen pro splnění nejrůznějších požadavků ve zpracovatelském průmyslu.

Ložiska pro lineární pohyb

Během posledních let se neustále zvyšují nároky na moderní lineární technologii, zejména pokud jde o únosnost, tuhost a životnost. Souběžně však rostou rovněž požadavky uživatelů na jednoduchost montáže a snižování nákladů na údržbu. Aby firma SKF dokázala uspokojit všechny tyto požadavky zákazníků, přichází na trh s novou řadou D lineárních kuličkových ložisek LBC.

Certifikace testovacího postupu pro výpočty životnosti valivých ložisek

Certifikátor Germanischer Lloyd (GL) udělil společnosti Schaeffler osvědčení „Assessment of the method to investigate rolling bearing rating life“ (Posouzení metody zjišťování jmenovité životnosti valivých ložisek). Poprvé tak byl certifikován samotný postup, a ne každý jednotlivý faktor ovlivňující životnost, jak bylo dosud vyžadováno.

Novinky v oblasti řemenových pohonů z hannoverského veletrhu

Firma Continental Contitech představila na letošním mezinárodním strojírenském veletrhu v Hannoveru, který se konal od 13. do 17. dubna 2015, řadu novinek a inovací.

EtherCAT pro centrální řízení pohybů

Při centrálním řízení pohybů se musí v každém cyklu po sběrnici přenášet požadovaná hodnota na připojené pohony. Vlastnosti použitého sběrnicového systému jsou proto rozhodující pro dosažitelnou přesnost a dynamiku koordinovaných pohybů. EtherCAT zde proti konvenčním datovým sběrnicím nebo jiným sběrnicím Ethernet pro průmyslové využití nabízí jasné výhody.

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