Témata
Zdroj: VUT v Brně

Využití simulačních nástrojů při návrhu plošin

V návaznosti na obnovení výroby automobilových montážních plošin ve Slováckých strojírnách byl při vývoji nové řady kladen vysoký důraz na spolehlivost, bezpečnost, rychlost, dostupnost, pracovní rozsah a cenu. Jedna z činností, které byla věnována pozornost, spadá do oblasti bezpečnosti a spolehlivosti provozu takového zařízení.

Doc. Michal Holub

Je absolventem Ústavu výrobních strojů, systémů a robotiky FSI VUT v Brně a Professur für Werkzeugmaschinenkonstruktion und Umformtechnik, Fakultät für Maschinenbau, Technische Universität Chemnitz. Ve výzkumné a pedagogické činnosti je zaměřen především na zvyšování přesnosti obráběcích strojů (geometrickou, volumetrickou, pracovní a výrobní) a dále na téma on-machine measurement. Je členem redakční rady vědeckého titulu MM Science Journal. 

Reklama

Stabilita automobilových plošin je velmi náročné a komplexní téma, které je ovlivňováno celou řadou faktorů. Mezi ně lze řadit předvídatelné a nepředvídatelné vlivy. Mezi jevy, které lze systematicky eliminovat, patří například vyrovnání plošiny, kontrola zatížení koše a povětrnostních podmínek, softwarové omezení kritických poloh pracovní plošiny, kontrola zatažení jednotlivých stabilizačních podpěr. Mezi těžko předpovídatelé (náhodné) vlivy můžeme naopak řadit náhlý náraz větru, přetížení pracovního koše nečekaným uvolněním těles v blízkosti manipulovatelného prostoru, propadnutí podloží pod stabilizační podpěrou například vlivem podmáčené země. Tyto jevy lze snížit dodržováním předepsaných postupů, zvýšenou pozorností a zkušenostmi obsluhy pracovní plošiny.

Validace numerických výsledků

Koncepční návrh pracovní plošiny byl revidován a podroben hluboké analýze od celého návrhu stroje až po koncepci jednotlivých kritických uzlů. V případě koncepčního návrhu byly vzaty v úvahu metody, jež vycházejí z analytického řešení základní funkčnosti pracovní plošiny. Realizace analýz a koncepčních návrhů jednotlivých kritických uzlů byly pojaty tak, aby při zohlednění všech požadavků na danou plošinu byla vytvořena optimální koncepční varianta splňující požadovaná kritéria. Pro vývoj pracovní plošiny byly využity sofistikované metody předvýrobní analýzy. Tyto metody jsou všeobecně uznávané a mají širokospektrální platnost. Jednou z jejich velkých nevýhod je však přesnost numerických výpočtů, a hlavně její interpretace, která je přímo závislá na numerické metodě, jež uživatel použije. V našem případě jsme tento problém eliminovali pomocí užití paralelních analytických výpočtů, jež sloužily k revizi a validaci platnosti numerických výsledků. Zvolenou alternativou pro počítačové simulace kinematiky plošiny byl upravený Cremonův obrazec, ze kterého vznikly koncepční návrhy mechaniky ramene.

Reklama
Reklama

Demonstračním příkladem použití upraveného Cremonova obrazce je možné vidět na následujícím obrázku, který představuje osovou sílu působící na lineární hydromotor výložníku pracovní plošiny. Jednotlivé barevné čáry znázorňují vektory sil, které jsou závislé na unikátní poloze pracovní plošiny a poloze podvozku vůči terénu. Pomocí tzv. metody obálky možných řešení byl vytvořen soubor předpokládaných zatížení, které nezávisle revidovaly numerické výpočty.

Obr. 1. Cremonův obrazec pro hydraulický mechanismus ramene, LH – lineární hydromotor, R – rameno táhla s číslem určující jeho konkrétní pozici na výložníku pracovní plošiny. (Zdroj: VUT v Brně)

Samozřejmostí každého výrobce je dosáhnout takového pracovního diagramu plošiny, který pokryje co největší možný prostor s dostatečným bezpečnostním součinitelem proti překlopení. Aby bylo možné popsat bezpečný pracovní diagram, a případně jej dále optimalizovat, je možné využít různých výpočtových nástrojů. Jedná se jak o analytické výpočty, tak i o různé simulační nástroje.

V případě výpočtu bezpečnosti pracovní plošiny proti překlopení se v prvním kroku vyšlo ze základního konstrukčního návrhu montážní plošiny. Zde byla provedena prvotní analýza stability jak na základně analytického výpočtu, tak pomocí simulačních nástrojů, které byly následně porovnány. Po sjednocení výpočtových modelů bylo možné realizovat v rámci simulací složitější výpočty, které by nebylo možné analyticky zpracovat, nebo by to bylo velmi obtížné.

Obr. 2. Dva typy podvozků pro nadstavbu montážní plošiny, které byly pro navrženou nadstavbu zamýšleny. Při změně podvozku je samozřejmě nutné uvažovat nad konstrukčními změnami spojenými s uchycením nadstavby ke zvolenému podvozku. (Zdroj: Slovácké strojírny)

Při řešení úlohy stability se vychází z pracovního diagramu plošiny. V rámci analýz pracovního diagramu bylo stanoveno sedm možných kritických stavů vzhledem ke stabilitě montážní plošiny. Pro tyto stavy byly dále realizovány detailní kontrolní výpočty založené na analytických postupech, simulacích a následné validaci na prototypu montážní plošiny.

Obr. 3. Schéma kontrolovaných stavů 1–7 pro podvozek 1 a podvozek 2. (Zdroj: Slovácké strojírny)

Zatížení montážní plošiny

V rámci tvorby modelu bylo nezbytné definovat silové zatížení na modelu, a to jak od statického zatížení, tak od zatížení dynamického. Zde se vycházelo z normy ČSN EN 280 i z dlouhodobých zkušeností konstruktérů ze Slováckých strojíren. Mezi tato zatížení patří samozřejmě síly způsobené pracovní činností obsluhy v pracovním koši montážní plošiny.

Obr. 4. Detail zatížení montážní plošiny na podvozku 2 v transportním stavu. (Zdroj: Slovácké strojírny)
Obr. 5. Zatížení montážní plošiny v pracovním stavu odpovídajícímu stavu 3 dle pracovního diagramu a kontrole vůči klopné hraně I podvozku 2. (Zdroj: Slovácké strojírny)

Dynamické a statické simulace

Cílem výše popsaného přístupu je v první řadě ověřit možnosti dosahu ramene plošiny z hlediska stability. Výhodou je možnost definice různých provozních stavů plošiny a následné kontroly stability. Další možností využití tohoto simulačního modelu je i kontrola zatížení jednotlivých podpěr, vyšetření konfigurace ramen a točny plošiny, kdy dochází k největšímu zatěžování právě jedné z podpěr. Díky definici simulačního modelu je možné vyšetřit různé stavy konfigurace ramen a točny plošiny například k částečně vysunutým podpěrám atd.

Reklama

Vstupními daty simulace jsou CAD modely, polohy těžišť jednotlivých kinematických celků a velikosti tíhových sil, které působí v těžišti. Návrh simulačního modelu Multi body simulation (MBS) byl vytvořen v programu ADAMS.

Obr. 6. Ukázka z realizované simulace v programu ADAMS, kdy byla plošina vysouvána do kontrolovaných poloh pracovního koše montážní plošiny. (Zdroj: VUT v Brně)

Prototypové zkoušky a validace výsledků

V rámci prvního kola prototypových zkoušek byla realizována validace provedených simulací. Jedním z cílů prvního kola prototypových zkoušek bylo provést měření zatížení podpěr v kontrolovaných pozicích pracovního koše (obr. 7). Mezi hodnocené parametry patří rovněž pokles pracovního koše vlivem průhybu ramen při zatížení 500 kg. Zkoušky probíhaly při nezatíženém pracovním koši a dále při zatížení 50 kg a 100 kg.

Obr. 7 (a+b) Prototypové zkoušky montážní plošiny, včetně měření zatížení na podpěrách plošiny. Vlevo prototyp montážní plošiny, vpravo kalibrovaná sada tenzometrických vah. (Zdroj: Slovácké strojírny)

V rámci validace bylo provedeno srovnání výsledků získaných v rámci simulací v programu ADAMS a výsledků získaných při prototypových zkouškách. Rozdíl simulace oproti měření je přibližně 12 % při odečtení počáteční chyby. Počáteční chyba je způsobena pohybem osob po plošině během prototypových zkoušek, ustavením rámu plošiny a nepřesností souřadnice těžiště, které nebylo u prototypu přesně určeno.

Obr. 8. Srovnání výsledků simulačního modelu a prototypové zkoušky zatížení na levé přední podpěře na podvozku 2. (Zdroj: VUT v Brně)

Určení součinitele bezpečnosti proti překlopení

V tabulce je uvedena bezpečnost vůči stabilitě montážní plošiny v poměru stabilita podvozek 2 / stabilita podvozek 1. Součinitel bezpečnosti proti překlopení pro podvozek 1 vyšla jako vyhovující pro všechny kontrolované stavy a všechny kontrolované klopné hrany.

Poměr bezpečnosti proti překlopení podvozku 2 / podvozku 1 (Zdroj: VUT v Brně)

Jak je patrné z tabulky, lépe na kontrolovaný součinitel bezpečnosti proti překlopení vychází podvozek 2, a to z důvodu vyšší hmotnosti podvozku a větší vzdálenosti mezi podpěrami.

Využití simulačních nástrojů patří mezi velmi efektivní způsob ověření konstrukčního řešení v různých provozních podmínkách, které mohou během používání nastat. Díky tomu mohou konstruktéři odhalit nebezpečné situace a mohou výrazně ovlivnit bezpečnost provozu plošiny například omezením pracovního diagramu pomocí moderních prvků řízení nebo dalším zásahem do konstrukce.


Na projekt byla poskytována finanční podpora od EU. Montážní automobilová plošina byla vyvinuta za podpory dotačního projektu „Aplikace výsledků výzkumu montážních plošin v přímé spolupráci s MSP“ operačního programu OP PIK Aplikace VI, CZ.01.1.02/0.0/0.0/17_176/0014554.
Vydání #4
Kód článku: 220407
Datum: 06. 04. 2022
Rubrika: Produktový článek / CAD/CAM/CAE
Firmy
VUT v Brně, FSI

Fakulta strojního inženýrství je druhou nejstarší a druhou největší fakultou Vysokého učení technického v Brně. K otevření prvních strojírenských oborů došlo na vysoké škole v roce 1900. V minulosti byl na fakultě strojní vyučován také obor energetický, ze kterého později vznikla samostatná fakulta elektrotechniky. Sídlo fakulty je umístěno ve třetí nejvyšší budově v Brně v areálu kampusu Pod Palackého vrchem. V současné době na fakultě studuje více než 4 500 studentů.

Číst dál
Slovácké strojírny

Jedna z nejvýznamnějších průmyslových společností Zlínského kraje s více než šedesátiletou tradicí vyspělé strojírenské výroby. Do nového tisíciletí společnost vstoupila jako moderní firma plně adaptovaná na konkurenční prostředí tržního hospodářství. Po roce 2000 se rozvoj společnosti zaměřil i na proniknutí do jiných oblastí podnikání, a tak společnost vstoupila kapitálově do společnosti MEP Postřelmov a následně proběhla fúze obou společností.Výrazným impulzem pro další rozvoj společnosti byl rok 2006, kdy došlo nejprve ke 100% ovládnutí akcií společnosti NH Zábřeh s následnou fúzí v  listopadu 2006. Výrazně se tak rozšířily výrobní kapacity společnosti a  její výrobně-technologické možnosti. V roce 2011 společnost koupila vlastnická práva k zadluženému podniku v konkurzu TOS se sídlem v  Čelákovicích, a rozšířila tak výrobkové portfolio o výrobu a dodávky CNC soustruhů, brusek a ozubárenských strojů. V roce 2012 pokračovala expanze společnosti koupí 100 % akcií společnosti Krušnohorské strojírny Komořany se sídlem v Mostě a následně proběhla i fúze obou společností. 

Číst dál
Související články
Tradice výroby pracovních plošin pokračuje

V roce 2021 byl úspěšně dokončen projekt vývoje automobilové montážní plošiny nové generace s pracovní výškou přesahující 31 metrů a vybavené nejmodernější technologií. Tato modernizace a následné obnovení výroby navazuje na dlouhodobou tradici výroby montážních a požárních plošin ve společnosti Slovácké strojírny. Záměr znovu začít vyrábět automobilové plošiny byl podpořen z dotačního programu OP PIK Aplikace VI Ministerstva průmyslu a obchodu ČR.

Platforma pro kolaborativní návrh i výrobu

Každoroční uživatelské setkání společnosti Dessault Systèmes dostalo nové jméno 3DExperience World. Jde o pokračování pravidelné konference Solidworks World pro uživatele softwarových nástrojů Solidworks. Nové jméno odráží nový ekosystém tvořený celou řadou inovativních řešení od společnosti Dassault Systèmes. Akce 3DExperience World 2020 se konala začátkem února v americkém Nashvillu ve státě Tennessee a účastnilo se jí na 6 000 konstruktérů, inženýrů a prodejců z celého světa.

Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Související články
Praktický výzkum nám dělá svět lepším

Prof. Ing. Milan Gregor, PhD. se narodil v Prievidzi a dětství prožil v Necpaloch. Zde u příležitosti oslav 600. výročí první písemné zmínky byl v roce 2015 oceněn Cenou primátorky Prievidzy za mimořádné zásluhy v rozvoji hospodářství, vědy a techniky a šíření dobrého jména Slovenské republiky v zahraničí.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Digitalizujeme svět obrábění

Digitalizace v oblasti obráběcích strojů je poměrně nový fenomén. Svět digitalizace se stává svébytným ekosystémem a Siemens jako jediný má pro jeho vytvoření a fungování potřebnou škálu nástrojů – od simulačních programů pro plánování a virtuální zprovoznění strojů, výrobků i procesů přes řídicí systémy a další prvky průmyslové automatizace po monitoring a sběr dat, cloudová úložiště i manažerské nadřazené systémy. Jaké výhody digitalizace přináší, ukázal Siemens na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně mimo jiné také na prototypu multifunkčního obráběcího centra MCU450 společnosti Kovosvit MAS.

Sázejme olivovníky, ať mají naši potomci co sklízet

Profesor Stanislav Hosnedl se celý svůj odborný život věnuje oboru konstruování výrobních strojů a zařízení. Značným podílem přispěl k rozvoji konstrukční vědní disciplíny Engineering Design Science and Methodology, ve které se stal uznávaným odborníkem nejen u nás, ale i v zahraničí. K jeho pedagogické a vědecké činnosti jej přivedly kroky z výrobní praxe. Tak by tomu mělo být. Stanislav Hosnedl je Plzeňák tělem i duší s aktivními kontakty po celém světě. Bylo nám ctí, že jsme mu mohli na letošním MSV v Brně předat Zlatou medaili za celoživotní tvůrčí technickou práci a dosažené inovační činy.

Chytré stroje přivádějí továrny k životu

Bezpečné balicí stroje připojené k Ethernetu zvyšují produktivitu, zlepšují flexibilitu, snižují komplexnost konstrukce a řeší problémy pracovníků v provozu.

Diskutovaný Průmysl 4.0

Fenomén Průmysl 4.0, nastínění možných směrů vývoje a příprava společnosti na změny způsobené novými technologiemi – to jsou diskutovaná témata konferencí a seminářů současnosti. Podpora výzkumu a vývoje se musí soustřeďovat na technologicky významné oblasti vycházející z potřeb české průmyslové praxe. Odborníci zdůrazňují potřebu vzdělávání a zvyšování kvalifikace zaměstnanců.

Příprava pracovníků pro výrobu technologií vstřikování plastů

Následující příspěvek představuje jeden ze způsobů přípravy pracovníků ve firmách, jejichž hlavní pracovní náplní je technologie vstřikování plastů

Příklady táhnou aneb Mladí nechť jsou inspirací

Před dvěma lety jsme na stránkách MM Průmyslového spektra přinášeli rozhovory s úspěšnými absolventy technických škol, kteří našli uplatnění v zahraničí na zajímavých postech. Nyní se k této koncepci v rámci kampaně podpory technického vzdělávání vracíme a zaměříme se na tuzemské pozice.

Příklady táhnou aneb Mladí nechť jsou inspirací

Před dvěma lety jsme na stránkách MM Průmyslového spektra přinášeli rozhovory s úspěšnými absolventy technických škol, kteří našli uplatnění v zahraničí na zajímavých postech. Nyní se k této koncepci vracíme.

Autodesk University 2014

Na konci loňského roku se ve městě Las Vegas uskutečnil již dvacátý druhý ročník konference Autodek University. Co říci na úvod? Snad jen, že během konference firma Autodesk představila řadu nových produktů a služeb a to i v oblastech, ve kterých softwarové firmy běžně nepůsobí. Zastavíme se pouze u dvou přednášek, které korelují s obsahem časopisu MM Průmyslové spektrum. Zbylých více než 600 hodin ponechme bez zájmu.

Efektivní systém výuky CNC programování

Je zjevné, že strojírenství je a bude tradičně základnou pro výkon našeho hospodářství. Žádné jiné odvětví mu v tomto nemůže zatím konkurovat. Ale ani toto odvětví, ačkoliv nabízí poměrně stabilní pracovní možnosti i dobré platy, nemá právě přebytek odborníků a kvalifikovaných pracovníků. Proto by kvalitní strojírenské školství mělo být prioritou a mělo by být středem pozornosti nejen státu, ale i podniků. Vzhledem k dlouhodobým zkušenostem s absolventy těchto škol je však zřejmé, že optimální stav ještě zdaleka nenastal.

Inovace. Co to vlastně je?

Vděčné sexy téma, o kterém rádi všichni mluví, ale nikdo pořádně neví, jak je skutečně realizovat. Celá řada hvězdiček, jimž se podařilo inovovat sebevětší pitominu a s ní nějak uspět na našem malém hladovém lokálním trhu se cítí být vyvoleni rozdávat moudra. Zasvěcený člověk se pak nestačí divit.

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