ODLUČOVAČ CHLADICÍ KAPALINY SVOČ FST 2018

Transkript

1 ODLUČOVAČ CHLADICÍ KAPALINY SVOČ FST 2018 Karel Hřídel Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika ABSTRAKT Diplomová práce se zabývá návrhem konstrukce odlučovače chladicí kapaliny od třískového odpadu. To zahrnuje navržení jednotlivých variant, jejich porovnání a následný výběr optimální varianty. Dále pak obsahuje stanovení všech zátěžných stavů, z nichž je vybrán kritický zátěžný stav. Součástí práce je podrobný návrh celkové konstrukce přípravku. Součástí této konstrukce jsou i bezpečnostní a ovládací prvky. KLÍČOVÁ SLOVA Kontejnery, třískový odpad, odloučená kapalina, centrální nádrž, otočný rám ÚVOD Tento příspěvek je zaměřen na hlavní části diplomové práce, její cíle a výsledky. Tento projekt zadala společnost HP KOVO TOOLS s.r.o. a je zaměřena na odlučovač chladicí kapaliny. Toto zařízení slouží k úplnému vyprázdnění chladicí kapaliny z kontejnerů, které obsahují třískový odpad a chladicí kapalinu. Práce je zaměřena na návrh rámu a pohonu pro vykonání hlavní funkce tohoto přípravku. Pro správný návrh je projekt rozdělen na teoretickou a praktickou část. Teoretická část práce je zaměřena na odpadové hospodářství v průmyslových podnicích a na druhy pohonů. Dále jsou zde uvedeny informace o zadavateli této zakázky. Praktická část je zaměřena na konkrétní návrh rámu, volbu vhodného druhu motoru a výběr nutných bezpečnostních prvků. 1. TEORETICKÁ ČÁSTI I. ÚVOD DO PROBLEMATIKY V každém podniku je jasná snaha co nejvíce ušetřit náklady vynaložené při výrobě produktů. Proto se nyní zaměříme na typy práce, které nemají za úkol přímý podíl na zhotovení produktu, ale jsou nutné v životním cyklu všech produktů. Jeden z hlavních aspektů je přeprava a nakládání s odpady, která se dá rozdělit na interní a externí. Do interní dopravy patří: doprava polotovarů do výrobní haly, přeprava jednotlivých dílců mezi výrobními stanovišti, doprava dílců do skladu. Jako externí dopravu lze brát přepravu produktu do prodejny nebo přímo k zákazníkovi. Ukazuje se, že přeprava dílce je jedním z největších nevýrobních zátěží kladených na podnik. Obráběcí procesy produkují celou řadu potencionálně cenných odpadů: kovové špony a třísky nebo zbytky plechů po dělení a vysekávání. Proto, aby byl odpad co nejdokonaleji zužitkován a přinesl zpět maximální množství peněz, je třeba jej efektivně zpracovat. Jednou ze společností, která se touto problematikou zabývá, je společnost Nederman 1. Jejich prioritou je maximalizovat profit z kovového odpadu a snížit cenu za nakládání s ním. Hlavním způsobem, jak zvýšit hodnotu kovového odpadu je zejména zbavit ho příměsí jiných kovů, chladicích kapalin a emulzí, samozřejmě také minimalizovat jeho objem tak, aby se co nejvíce snížily náklady na jeho dopravu. II. HLAVNÍ PRVKY PRO NAKLÁDÁNÍ S ODPADY Tato sekce je zaměřena na prvky, které se dají využít při nakládání s odpadovým třískovým odpadem. Jako základní prvek pro toto oddělení slouží skladovací nádoby. Mezi tyto nádoby patří plechové sudy, přepravky či mobilní kontejnery osazené koly. 1 Jedná se o společnost, která se zabývá zpracováním a recyklaci toků výrobních odpadů. Jejich produkty pro nakládání s odpady budou dále zobrazeny.

2 Obrázek 1: Výklopný kontejner[1] Dále jsou tu prvky, které se užívají pro profitabilní řešení recyklace. Za pomoci těchto prostředků lze dojít k nižším ztrátám kapalných médií, menším skladovacím prostorům a úspoře ekonomických prostředků. Mezi tyto prvky patří drtiče třískového odpadu, odstředivky, briketovací lisy a dopravníky. Obrázek 2: Drtič, odstředivka a briketovací lis pro třískový odpad[2], [3], [4] Jednotlivé prvky lze použít v kombinaci, čímž lze dosáhnout efektivního nakládání s třískovým odpadem v určitém podniku. 2. PRAKTICKÁ ČAST I. ÚVOD PRAKTICKÉ ČÁSTI V praktické části práce je vyhrazen prostor k seznámení s navrženými variantami konstrukce přípravku, které budou splňovat kladené požadavky. Jednotlivé varianty budou ohodnoceny pomocí porovnávacích parametrů a na základě porovnání jednotlivých parametrů bude vybrána optimální varianta pro zadané parametry. Takto vybraná varianta bude dále zpracována podrobným návrhem. Tento návrh bude zahrnovat návrh jednotlivých dílů, seznam použitých součástí a v neposlední řadě zhodnocení dosažených výsledků oproti původnímu řešení. II. ZAŘAZENÍ KONTEJNERU V ODPADOVÉM HOSPODÁŘSTVÍ Obrázek 3: Diagram začlenění kontejneru v pracovním procesu[5] Výše uvedené schéma znázorňuje začlenění kontejneru do pracovního prostředí podniku. Názorně je zobrazeno jeho využití pro přepravu, či ke krátkodobému skladování odpadu. Před přepravou a následným vyprázdněním obsahu kontejneru je nutné odstranit zbytkové chladící kapalné médium.

3 III. ORGÁNOVÉ STRUKTURY JEDNOTLIVÝCH VARIANT Pro přehlednost jsou v této kapitole zobrazeny jednotlivé varianty řešení. Jsou zde uvedeny výhody a nevýhody jednotlivých variant. Přehlednost jednotlivých orgánových struktur spočívá v kvalitním vizuálním zpracování. Obrázek 4: Varianta A a varianta B Velká výhoda varianty A spočívá ve velké úspoře místa. Také není nutné provádět úpravu základů. Není nutné užití čerpadla pro svod odloučené kapaliny do centrální nádrže, jelikož je kapalina sváděna pomocí gravitačního principu. Nevýhodou této varianty je užití vysokozdvižného vozidla pro umístění nádrží na přípravek. Výhoda varianty B spočívá v provedení umístění kontejnerů na přípravek a to sice pomocí navíjecího zařízení a odpadá tedy užití vysokozdvižného vozidla pro umístění kontejnerů na přípravek. Nevýhodou, je však užití čerpadla pro svod odloučené kapaliny do centrální nádrže. Obrázek 5: Varianta C[6] Velkou výhodou varianty C je komplexní přístup pro nakládání s třískovým odpadem. Nevýhodou z toho vyplývající je i značná cena celého zařízení. Dále je nevýhodou užití čerpadla pro svod odloučené kapaliny do centrální nádrže. Obrázek 6: Varianta D[7]

4 Výhodou varianty D je přeprava třískového odpadu přímo do centrálního kontejneru. Nevýhodou je nutnost dostatečné délky dopravníku a užití čerpadla pro přepravu odloučené kapaliny. Tabulka 1: Hodnoty vah porovnávacích kritérií variant Jednotlivá kritéria Váha daného kritéria (od 1 do 5) Oddělení kapaliny od pevného odpadu 5 Zastavěný prostor 4 Přeprava kapaliny do nádrže 2 Umístění nádrže 4 Ekologické hledisko 3 Výrobní náklady 4 K jednotlivým hodnotícím kritériím je přirazena jejich váha. Hodnota váhy kritéria symbolizuje důležitost daného kritéria. Jako hlavní kritérium všech variant je zastoupeno funkčností dané varianty. Váhy jednotlivých kritérií jsou voleny na základě odborné rozpravy se zadavatelem projektu. Tabulka 2: Hodnocení jednotlivých variant Jednotlivé varianty Varianta A Varianta B Varianta C Varianta D IDEÁL Kritéria kvality Q Bodový zisk Bodový zisk Bodový zisk Bodový zisk Oddělení kapaliny od třísek Zastavěný prostor Kritéria nákladů C Přeprava kapaliny do nádrže Umístění nádrže Ekologické hledisko Celk. hodnocení Celk. norma hodn. 0,528 0,328 0,432 0,456 1 Výrobní náklady Celk. hodnocení Celk. norma hodn. 0,64 0,48 0,16 0,32 1 Výsledné pořadí Na základě takto zjištěných hodnot je stanoven graf závislostí těchto kritérií.

5 Obrázek 7: Výběr optimální varianty Výběr optimální varianty je proveden za pomoci výše uvedeného grafu. Šikmá čára znázorňuje hranici optimální varianty. Hodnoty nacházející se nad touto čarou jsou lepé hodnocené. Bod s názvem ideál odpovídá variantě, která má všechna kritéria ohodnocena plným počtem bodů. Body nacházející se blíže k tomuto bodu jsou lepší variantou. Z výše uvedeného grafu je patrné, že nejblíže k ideální variantě má varianta A. IV. STANOVENÍ ZÁTĚŽNÝCH STAVŮ Pro návrh konstrukce rámu je nutné znát všechny zátěžné stavy, kterými bude tato konstrukce namáhána. Je tedy nutné vytvořit všechny kombinace, které vzniknou umístěním tří různých typů kontejnerů na přípravek. Pro přehlednost jsou tyto kombinace rozdělený na symetrická umístění, která jsou reprezentována písmeny A až E a na nesymetrická umístění kontejnerů F až H. Jako kritický zátěžný stav nastává u varianty rozložení kontejnerů E, je tedy užita pro další návrh. A B C D E F G H Obrázek 8: Zátěžné stavy jednotlivých rozložení kontejnerů Pracovní postup pro obsluhu tohoto stroje je vysvětlen pomocí schématu, které znázorňuje manipulaci s kontejnerem. První fáze pracovního cyklu je zobrazena žlutými šipkami. V první fázi je kontejner nutné usadit na horní rám stroje pomocí vysokozdvižného vozu. Po usazení všech kontejnerů je pomocí ovládání nakloněn otočný rám konstrukce. Druhá fáze pracovního cyklu je zobrazena oranžovými šipkami. Druhá fáze nastává po uplynutí doby nutné pro odloučení kapaliny z kontejnerů, je otočný rám pomocí ovládání, spuštěn do horizontální polohy. Poté je možné pomocí vysokozdvižného vozu vyložit kontejnery, které obsahují pouze pevný odpad.

6 Obrázek 9: Pracovní postup pro obsluhu stroje Reakční účinky bočnice jsou stanoveny za pomocí hodnot reakcí zjištěných v krajních místech nosných příček P a Q. Pro tyto výpočty je nutné znát vzdálenosti poloh jednotlivých silových účinků od místa E. Obrázek 10: Boční pohled na přípravek Tyto reakční účinky se dále uplatnily pro výpočet hlavních zátěžných částí konstrukce. Pro výpočet průměru čepu se uvažovalo s vypočteným reakčním účinkem Rfy. Pro výpočet svarových spojů, kterými jsou přichycené příčky otočného rámu, jsou využity hodnoty sil vyvozených od hmotností jednotlivých kontejnerů. Obrázek 11: Svarové spojení příčky s otočným rámem Pomocí redukovaného napětí jsou hodnoty napětí od ohybové a smykové síly spojeny do jednotného napětí. [ ] V. VÝPOČET RÁMU Výpočet rámu byl proveden pomocí programu NX 11: Siemens PLM Software 2. Díky symetričnosti konstrukce přípravku je možné počítat pouze s polovičním modelem. Výpočtový model byl proveden pro 3 různé stavy konstrukce přípravku. 2 Jedná se o software, který se užívá pro tvorbu 3D modelů součástí, jejich optimalizaci a následnou kontrolu.

7 Obrázek 12: Napětí působící na konstrukci v klidovém stavu První poloha klidová, při které je otočný rám uložen na předním čepu a je opřen v zadní části o spodní rám. V této poloze je dosaženo kritické napětí v místě přichycení přední příčky (75 MPa). Druhá poloha Hydromotor nastává při zvednutí otočného rámu pomocí hydromotoru. V přední časti je otočný rám spojen se spodním opět pomocí čepu. Kritické napětí dosahuje nižších hodnot, vzhledem k opření kol jednotlivých kontejnerů o zadní příčku (65 MPa). Třetí poloha Vzpěra nastává při zajištění otočného rámu pomocí dvou vzpěr v krajních polohách rámu. Hodnoty napětí v kritickém místě se shodují s hodnotami zjištěnými v předchozím výpočtu (65 MPa). VI. BEZPEČNOSTNÍ PRVKY Jako hlavní bezpečnostní prvek je zde užito ochranných klecí, které brání přístupu osob do vnitřního prostoru stroje a především fungují jako kryt pro pohyblivá místa přípravku. Dále jako bezpečnostní prvek lze považovat umístění ovládacího panelu přípravku z boku. VII. POROVNÁVACÍ HLEDISKO Výhoda tohoto přípravku, oproti původnímu provedení, je v rychlejším vyprazdňování kontejnerů, čehož je dosaženo větším počtem umístěných a nakloněných kontejnerů při procesu vyprazdňování. Také došlo ke zlepšení ekologického hlediska. Vzhledem k tomu, že nedochází o odkapávání kapaliny mimo přípravek, lze tedy tvrdit, že tento výrobek je ekologicky nezávadný pro vnější okolí. Velkou výhodou této varianty je především nezatěžování vysokozdvižného vozu při procesu vyprazdňování neboli odlučování zbytkové chladicí kapaliny z kontejnerů. Tím vzniká ekonomická úspora při tomto principu odlučování kapaliny. ZÁVĚR Cílem diplomové práce bylo navrhnout konstrukční návrh pro zadanou problematiku. V praktické části byla tedy provedena podrobná analýza, pomocí které byla zvolena konkrétní varianta řešení. Pro tuto variantu byl následně vytvořen konstrukční návrh. Všechny stanovené požadavky byly splněny v plném rozsahu. Konstrukční návrh se opírá o výsledky výše uvedených výpočtů a postupů, které ověřily, že zatížení, které působí na konstrukci dosahuje hodnot nižších něž jsou hodnoty dovoleného napětí.

8 LITERATURA Internetové zdroje 1. Broxtec. Výklopné kontejnery na odpad a třísky. [Online] [Cited: ] 2. Nederman. Vertikální drtič kovů, typ KB, pro třísky a špony. [Online] [Cited: ] 3. Nederman. Kompaktní separátor třísek (centrifuga). [Online] [Cited: ] 4. Nederman. Briketovací lis na kovové třísky. [Online] [Cited: ] 5. Kovovynabytek. Výklopné kontejnery o objemu 1700 l. [Online] [Cited: ] /p4008/?gclid=cjwkcajwnljvbradeiwaksgpiyw9- ztpdoibrsupupagesg2srqtvbmxgiwsrdj1xx2znyr481gomhochpmqavd_bwe. 6. Belmet. Odstředivky a drtiče na kovové třísky. [Online] [Cited: ] 7. Broxtec. Pásové dopravníky třísek, kovového odpadu a výlisků. [Online] [Cited: ] Knižní publikace 8. Krátký, Stanislav Hosnedl a Jaroslav.Příručka strojního inženýra: obecné strojní části. Praha : Computer Press, Čechura, Milan and Staněk, Jiří.Tvářecí stroje. Plzeň : Vydavatelství Západočeské univerzity, SHIGLEY, Joseph Edward, Charles R. Mischke a Richard G. BUDYNAS, VLK, Miloš, ed.konstruování strojních součástí. Přeložil Martin HARTL. V Brně: VUTIUM : Překlady vysokoškolských učebnic,