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.