Katedra konstruování strojů

Fakulta strojní

KA 10 - VULKANIZAČNÍ LIS

VÝPOČTOVÁ ZPRÁVA: DYNAMICKÁ ANALÝZA

doc. Ing. Martin Hynek, PhD. a kolektiv

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

verze - 1.0

Hledáte kvalitní studium?

Nabízíme vám jej na Katedře konstruování strojů Katedra konstruování strojů je jednou ze šesti kateder Fakulty strojní na Západočeské univerzitě v

Plzni a patří na fakultě k největším. Fakulta strojní je moderní otevřenou vzdělávací institucí

uznávanou i v oblasti vědy a výzkumu uplatňovaného v praxi.

Katedra konstruování strojů disponuje moderně vybavenými laboratořemi s počítačovou technikou,

na které jsou např. studentům pro studijní účely neomezeně k dispozici nové verze předních CAD

(Pro/Engineer, Catia, NX ) a CAE (MSC Marc, Ansys) systémů. Laboratoře katedry jsou ve všední dny

studentům plně k dispozici např. pro práci na semestrálních, bakalářských či diplomových pracích, i

na dalších projektech v rámci univerzity apod.

Kvalita výuky na katedře je úzce propojena s celouniverzitním systémem hodnocení kvality výuky, na

kterém se průběžně, zejména po absolvování jednotlivých semestrů, podílejí všichni studenti.

V současné době probíhá na katedře konstruování strojů významná komplexní inovace výuky, v rámci

které mj. vznikají i nové kvalitní učební materiály, které budou v nadcházejících letech využívány pro

podporu výuky. Jeden z výsledků této snahy máte nyní ve svých rukou.

V rámci výuky i mimo ni mají studenti možnost zapojit se na katedře také do spolupráce s předními

strojírenskými podniky v plzeňském regionu i mimo něj. Řada studentů rovněž vyjíždí na studijní stáže

a praxe do zahraničí.

Nabídka studia na katedře konstruování strojů:

Bakalářské studium (3roky, titul Bc.)

Studijní program B2301: strojní inženýrství („zaměřený univerzitně“)

B2341: strojírenství (zaměřený „profesně“)

Zaměření Stavba výrobních strojů a zařízení Dopravní a manipulační technika

Design průmyslové techniky Diagnostika a servis silničních vozidel Servis zdravotnické techniky

Magisterské studium (2roky, titul Ing.)

Studijní program N2301: Strojní inženýrství

Zaměření Stavba výrobních strojů a zařízení Dopravní a manipulační technika

Více informací naleznete na webech www.kks.zcu.cz a www.fst.zcu.cz

Západočeská univerzita v Plzni, 2014

ISBN © doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D.

Ing. Jakub Jirásko Ing. Šimon Pušman Ing. Zdeněk Raab, Ph.D. Ing. Petr Votápek, Ph.D.

2

Obsah 1. Technické parametry ........................................................................................................................... 3

1.1 Okrajové podmínky ....................................................................................................................... 3

2. Definice pohybů mechanismu ............................................................................................................. 3

2.1 Definice pohybů komponent lisu .................................................................................................. 8

3. Výstupní hodnoty dynamické analýzy ................................................................................................. 9

4. Závěr .................................................................................................................................................. 12

3

Dynamická analýza vulkanizačního lisu VL75’’

1. Technické parametry Výstupem dynamické analýzy jsou reakční síly v jednotlivých komponentech vulkanizačního lisu VL75,

které jsou zatěžované v průběhu otevírání a zavírání lisu. Výsledky dynamické analýzy jsou nadále

použity jako vstupní hodnoty pro kontrolní a návrhové výpočty jednotlivých konstrukčních uzlů. Dále

jsou výstupy dynamické analýzy použity jako vstupní hodnoty pro výběr hydraulického válce sklápění

a elektromotor pohonu lisu. Označení jednotlivých komponent vulkanizačního lisu VL75’’ používané v

následujícím textu je na obr. 1.

Výpočet je proveden v softwaru Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 v modulu MECHANISM.

Zjišťované hodnoty:

Moment na hřídeli pohonu lisu bez uvažování předepínání lisu [N.m]

Moment na hřídeli pohonu lisu s uvažováním předepínání lisu [N.m]

Složka síly normálová vůči vedení horního a spodního čepu kladky příčníku [N]

Síla v pístnici hydraulického válce sestavy sklápění komory [N]

Radiální síla v čepu příčníku (bez uvažování předepínání lisu) [N]

Radiální síla v čepu excentrického kola (bez uvažování předepínání lisu) [N]

Radiální síla v čepu sklápění ramene [N]

1.1 Okrajové podmínky

Dle požadované rychlosti otáčení excentrického kola a rychlosti výsuvu pístnice hydraulického válce

je definovaný celkový čas otevření a zavření lisu následujícími schématy viz obr. 7, 8. Rychlost otáčení

excentrického kola je korigována dle použitého elektromotoru s převodovkou, aby byla zajištěna

přesnost výpočtu pro daný převodový poměr převodovky. To odpovídá 190[s] na otevření a zavření

s uvažování zvolené prodlevy 10[s] v otevřené poloze lisu. Tím je splněn požadavek na max. dobu

otevření a zavření.

Požadavek maximálního celkového času na otevření a zavření lisu: 200[s]

2. Definice pohybů mechanismu Otevírání lisu je zahájeno rozběhem hřídele pohonu s pastorkem, který pohání ozubené kolo

s excentrickým čepem (dále jen excentrické kolo). Když excentrické kolo vykoná otočení o 180° je

příčník lisu v nejvyšší možné poloze. V okamžiku natočení excentrického kola o 180° je zahájen pohyb

pístnice a příčník s komorou se začne sklápět. V poloze 210° excentrického kola je zastaven pohyb

excentrického kola a kolo spočívá na mechanickém dorazu. Po zasunutí pístnice a dosednutí plochy

nosníku sklápění komory na dřevěný doraz je nastavena prodleva a setrvání v otevřené pozici po

dobu 10[s] (zvoleno). Poté je zahájeno vysouvání pístnice. Cyklus otevírání a zavírání je symetrický,

tudíž excentrické kolo je uvedeno do pohybu tak, aby v jeho poloze 180° byl dokončen zdvih pístnice.

4

Rozdělení otevírání lisu na jednotlivé fáze:

1. fáze – lis je uzavřený, viz obr. 2

2. fáze – excentrické kolo pootočeno o 180° (nejvyšší poloha otevření), počátek zasouvání

pístnice, viz obr. 4

3. fáze - excentrické kolo pootočeno o 210°, excentrické kolo je v této poloze zastaveno,

zasouvání pístnice pokračuje, viz obr. 5

4. fáze – otevřený lis, viz obr. 6

Obr. 1 - Isometrický pohled na 3D model lisu VL75’’ zezadu s označením jednotlivých komponent

n9kPříčník

n9kPístnice n9k Táhlo

n9k Ex. kolo

n9k Horní čep kladky

n9 Spodní čep kladky

n9kHřídel pohonu

Čep příčníku

n9kVulkanizační komora

n9k Stůl lisu

n9k Čep ex. kola

n9k Pastorek

n9KČep skl. ramene

5

Obr. 2 – Isometrický pohled na 3D model lisu VL75’’ – úplně uzavřený

Obr. 3 – Isometrický pohled na 3D model lisu VL75’’ – úplně uzavřený v řezu osou komory

6

Obr. 4 – Isometrický pohled na 3D model lisu VL75’’ – excentrické kolo pootočeno o 180°

Obr. 5 – Isometrický pohled na 3D model lisu VL75’’ – excentrické kolo pootočeno o 210°

7

Obr. 6 – Isometrický pohled na 3D model lisu VL75’’ – otevřený lis

8

2.1 Definice pohybů komponent lisu

Obr. 7 - Definice zdvihu pístnice v závislosti na čase

(Počátek zasouvání pístnice v čase 47s (ex. kolo 180°), konec zasouvání v čase 90s. Počátek vysouvání

pístnice v čase 100s konec vysouvání v čase 143s (ex. kolo 180°))

Obr. 8 - Definice úhlu natočení pastorku a excentrického kola v závislosti na čase

(Úhel natočení excentrického kola 210° v čase 55s – 135s)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Zdvi

h p

ístn

ice

[mm

]

Čas [s]

Pístnice

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Úh

el[°

]

Čas [s]

Úhel natočení pastorku a ozubeného kola

Pastorek Oz. kolo

9

3. Výstupní hodnoty dynamické analýzy

Obr. 9 – Průběh reakčního momentu na hřídeli pohonu lisu v závislosti na čase, maximální hodnota

13818 N.m

Obr. 10 – Průběh reakčního momentu na hřídeli pohonu lisu v závislosti na čase, maximální hodnota

13818 N.m

Výpočet průběhu předepínání lisu viz výpočtová zpráva: Pohon lisu VL75“

-15000

-10000

-5000

0

5000

10000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Mo

men

t [N

.m]

Čas [s]

Moment na hřídeli

-15000

-10000

-5000

0

5000

10000

15000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Mo

men

t [N

.m]

Čas [s]

Moment na hřídeli s uvažováním předepínání lisu

10

Obr. 11 – Axiální síla v pístnici (Maximální hodnota v kladném směru osy: 8818N, Maximální hodnota

v záporném směru osy: 188564N)

Obr. 12 - Složka síly normálová vůči vedení horního a spodního čepu kladky příčníku

(Spodní kladka: Min.: 23632N, Max.: 7030N, Horní kladka: Min.: 40837, Max.: 5021)

-200000

-150000

-100000

-50000

0

50000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

síla

[N

]

Čas [s]

Síla v pístnici

-50000

-40000

-30000

-20000

-10000

0

10000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Síla

[N

]

Čas [s]

Spodní a horní kladka

Spodní kladka Horní kladka

11

Obr. 13 – Radiální síla v čepu příčníku a čepu excentrického kola

(Čep ex. kola: Max: 72249 N, Min: 11005 N, Čep příčníku: Max: 51302 N, Min: 9077 N)

Obr. 14 – Radiální síla v čepu sklápění ramene (Maximální hodnota 30946,3 N)

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Síla

[N

]

Čas [s]

Čep excentrického kola a příčníku

Čep ex. kola Čep příčníku

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Síla

[N

]

Čas [s]

Čep sklápění

12

4. Závěr Výsledky dynamické analýzy vulkanizačního lisu VL75’’ popisují jednotlivé grafy v kapitole 3. Zde jsou

shrnuty maximální hodnoty zatížení jednotlivých komponent. Maximální moment na hřídeli pohonu

lisu je stejný pro případ s uvažováním předepínání lisu tak i pro případ bez uvažování předepínání lisu

jelikož předepínací moment je nižší než zatěžovací moment při otevírání lisu.

Maximální hodnoty zatížení jednotlivých komponent:

Moment na hřídeli pohonu lisu bez uvažování předepínání lisu 13818 [N.m]

Moment na hřídeli pohonu lisu s uvažováním předepínání lisu 13818 [N.m]

Složka síly normálová vůči vedení horního čepu kladky příčníku 40837 [N]

Složka síly normálová vůči vedení spodního čepu kladky příčníku 23632 [N]

Síla v pístnici hydraulického válce sestavy sklápění komory 188564 [N]

Radiální síla v čepu příčníku (bez uvažování předepínání lisu) 51302 [N]

Radiální síla v čepu excentrického kola (bez uvažování předepínání lisu) 72249 [N]

Radiální síla v čepu sklápění ramene 30946,3 [N]

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu

č. CZ.1.07/2.2.00/28.0056 „Ukázkové vývojové projekty z praxe pro posílení praktických znalostí budoucích strojních inženýrů“.

doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D.,

Ing. Petr Votápek Ph.D., Ing. Šimon Pušman

Ing. Jakub Jirásko Ing. Zdeněk Raab Ph.D.