Téma práce: Konstrukce a výroba pneumatického montážního lisu s automatickým pracovním cyklem SVOČ FST 2015 Jakub Ježdík, Jaroslav Šroubek Střední průmyslová škola, Tachov, Světce 1 Česká republika Anotace: V této práci jde o aplikaci znalostí z předmětu Automatizace. Jde o návrh pneumatických automatických obvodů lisu tak, aby lis po spuštění provedl automaticky pracovní cyklus. Klíčová slova: Pneumatické obvody, pneumatické ventily, automatizace. Úvod: Naše práce též vychází ze školní didaktické pomůcky od firmy Festo umožňující modelovat pneumatické obvody a z praktických poznatků z prázdninové brigády a odborné praxe ve firmě Rotarex. Tato firma se zabývá výrobou plynových ventilů a její program má tak k pneumatice blízko, a kromě toho při výrobě používá mnoho pneumatických pomůcek. Pracovníci této firmy nám poskytli cenné odborné rady a firma nám pomohla i bezplatným poskytnutím komponentů potřebných k realizaci naší práce. Máme i ústní příslib, že pokud by náš výrobek vykázal profesionální úroveň, použila by ho firma do výroby. Naší práci jsme si rozdělili na dvě části : 1. Návrh a zhotovení mechanické části lisu. 2. Návrh pneumatických obvodů včetně specifikace použitých pneumatických prvků Záhy se ukázalo, že bod 1. bude možné řešit až po bodu 2. A že bod 2. nás bude stát mnoho času a nutnosti rozšíření školních znalostí. Námi konstruovaný lis je určen pro montáž konkrétního výrobku a to pro zalisování gumového těsnícího prvku do těla protipožární (protitlakové) pojistky uzavíracího ventilu PB láhve. Od firmy Rotarex nám byla poskytnuta dokumentace ventilu (viz příloha č.3 ) včetně lisovacího přípravku, ve kterém se montáž provádí. Dále jsme získali informaci o velikosti lisovací síly. Tato informace nám následně sloužila při návrhu pneumatického válce (lineárního motoru).
Také nám bylo umožněno si odpozorovat z výroby (montáže) obdobných dílů jednotlivé kroky při montáži, abychom na jejich základě mohli lis navrhnout: 1. Vložení dílů do přípravku 2. Spuštění lisu dvěma tlačítky z důvodů bezpečnosti každé tlačítko jinou rukou 3. Pracovní zdvih válce (lineárního motoru) 4. Po zalisování návrat pístnice do výchozí polohy 5. Během návratu do výchozí polohy vyfouknutí zalisované součásti z přípravku. Řešení jsme zahájili návrhy pneumatických obvodů dle školní učebnice a jejich modelováním na didaktické stavebnici. Postupně jsme navrhli více pneumatických schémat s pneumatickými lineárními motory s přímým řízením vyvozujícími lisovací sílu. Zatím jsme neřešili její potřebnou velikost, to jsme si nechávali na později, až budeme mít dořešeno automatické propojení všech úkonů. Prvními jednoduchými návrhy pneumatických obvodů jsme vlastně řešili pouze mechanizaci montážních prací. Teprve řešení od pořadového čísla 6 začnou splňovat požadavek automatického pracovního cyklu. 1. přímé řízení jednočinného válce ventilem 3/2
2. přímé řízení dvojčinného válce ventilem 3/2 Obě řešení jsou z hlediska vyvození potřebné lisovací síly použitelná, ale jsou spíše demonstrativní než použitelná do profesionálního zařízení. Nelze u nich zcela realizovat požadovaný automatický cyklus. Další návrhy byly s použitím nepřímého řízení s pneumaticky řízenými pneumatickými ventily. 3. nepřímé řízení (pulsní) jednočinného válce ventilem 3/2
4. nepřímé řízením dvojčinného válce ventilem 4/2 a koncovým ventilem 5. nepřímé řízení dvojčinného válce dvěma tlačítky (bezpečnostní prvek při ovládání lisů).
6. nepřímé řízení dvojčinného válce dvěma tlačítky s logickým členem AND Tento pneumatický obvod již vykazuje prvek automatizace. 7. nepřímé řízení dvojčinného válce s použitím časovacího ventilu při spouštění zpětného chodu.
8. nepřímé řízení dvojčinného válce s použitím rychloodvzdušňovacího ventilu 9. nepřímé řízení dvojčinného válce ovládaný tlačítky,,set,,,reset, uplatněn log. člen OR
Po dostudování chování pneumatických mechanizmů, včetně jejich demonstrace na Festo stavebnici, jsme přikročili k návrhu pneumatického obvodu montážního lisu. Při návrhu použitých pneumatických komponentů jsme vycházeli ze součástí běžně používaných ve firmě Rotarex. Tato firma běžně používá pneumatická zařízení od firmy Festo v průmyslovém provedení. Při návrhu velikosti pneumatického dvojčinného válce jsme vycházeli ze získaných informací, které vycházejí z bohatých empirických znalostí od firmy Rotarex z výroby ventilů a potřebných sil na slisování těsnění. Sílu vyvozenou válcem jsme vypočítali následně pro kontrolu mechanické konstrukce lisu. U válce je strana nad pístem doplněna rychloodvzdušňovacím ventilem. Válec je ovládán pneumaticky řízeným ventilem 5/2. Ovládání hlavního pneumatického ventilu je řešeno z bezpečnostních důvodů dvěma tlačítky zapojenými v sérii (log. funkce AND). Zpětný chod pístnice je vyvolán impulsem z koncového ventilu. Impuls před vstupem do hlavního pneumatického ventilu jde přes časovací ventil VZ-3-PK, do hlavního ventilu pak vstupuje přes člen OR, který tvoří bezpečnostní obvod se,,stop tlačítkem. Z koncového ventilu jde rovněž impuls do počitadla. Vzduch vpouštěný na spodní stranu válce je převáděný do časových ventilů a odtud do vyfukovače zalisovaných součástí, zbylý vzduch může uniknout do ovzduší.
Mechanická část lisu: Pro konstrukci lisu jsou použity hliníkové profily podélně drážkované umožňující snadné upevňování jednotlivých pneumatických prvků s bohatou variabilitou řešení. Svislá část, na které je upevněn pneumatický válec, je se základovou vodorovnou částí spojena sešroubováním. Tento spoj je doplněn dvěma vzpěrami. Byla provedena kontrola tohoto spojení: 1. Síla F O F 100 = F O 180 F O = 1040 110 180 F vzp = F O = F ST Výpočet tlakové síly F o pro dvojčinný válec při 1040N a 6 barech = 640N F O = 640 = 900N cos 45 cos 45 4 šrouby M8: F přítlačná = F ST f = 640 0,1 = 6400N 1 šroub M8 F přítlačná = 1600N 2. Potřebný utahovací moment šroubů zachycujících F ST M U = F O tg (γ+φ) d2 2 = 1600 tg(3,17 +5,71 ) 7,188 2 = 900Nmm=>0,9Nm 3. Kontrola šroubů na tah a otlačení závitu (šroub M8) σ t = F přítlačná S 1 = 1600 36,6 = 43,7MPa< σ Dt σ Dt = σ kt 2 = 640 2 =320MPa p= F S 2 = 1600 61,1 = 26,2MPa<p D p D =0,25σ kt =0,25 640=160MPa S 2 =z π d 2 H 1 =4 π 7,188 0,6765= 61,1mm 2 H 1 = d D 1 2 =8 6,647 2 =0,6765mm
Příloha č.1 1. Stojan (Al profil) 2. Lisovací přípravek 3. Pneumatický válec 4. Regulační ventil manometr 5. Pneumatický ventil 6. Spouštěcí tlačítko 7. STOP tlačítko 8. Koncový ventil 9. Časovací ventil 10. Počítadlo
Příloha č.2
Příloha č.3
Závěr: Z prvního letmého pohledu se nám při zvolení práce zdálo, že ovládání pneumatického válce ( lineárního motoru) lisu nemůže být problém. Realizace nás přesvědčila o opaku. Nejdříve jsme si museli podstatně rozšířit standardní školní znalosti v oblasti pneumatických mechanizmů a to tak, že jsme si na stavebnici Festo modelovali různé pneumatické obvody a důkladně se seznamovali s jejich funkcemi. Několikrát jsme i navštívili firmu Rotarex a s jejími odborníky konzultovali pneumatická zapojení. Zejména zapojení časovacích prvků nás potrápilo. Pracovníci firmy nám též pomohli při volbě pneumatických komponentů. V konečném pneumatickém zapojení jsme respektovali i některé firemní zvyklosti. Bezpečnost práce na lisu jsme neřešili členem AND ale tím, že jsme ovládací tlačítka zapojili sériově. Oznámení o spolufinancování povinné neměnné sdělení. Investice do rozvoje vzdělávání. Tento příspěvek je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu č. CZ.1.07/2.3.00/35.0048 Popularizace výzkumu a vývoje ve strojním inženýrství a jeho výsledků (POPULÁR) Investment to the education development. The presented work has been undertaken within framework of the Project No. CZ.1.07/2.3.00/35.0048 Popularization of research and development in mechanical engineering and its results (Popular) and co-financed by European Social Fund and a state budget of the Czech Republic. Literatura : Knižní publikace: [1] Schmid a kol.- Řízení a regulace pro strojírenství a mechatroniku, Sobotáles 2005 [2] Dillinger a kol. Moderní strojírenství pro školu a praxi, Sobotáles 2007 [3] Festo, s.r.o., - PN111 Úvod do pneumatiky Základní úlohy a praktická cvičení [4] Mičkal K. Technická mechanika I, Informatorium 1995 [5] Zelený J. Stavba strojů strojní součásti, Computer Press 2007