DIAGNOSTIKA OBRÁBĚCÍHO CENTRA BLOKU VÁLCŮ Elias TOMEH, TU LIBEREC, FS 1 Anotace: Příspěvek se zabývá diagnostikou obráběcího centra bloku válců, a návrhem metod technické diagnostiky, z nichž je jedna použita k sledování technického stavu obráběcího centra. Naměřené hodnoty jsou porovnány s hodnotami dodanými výrobcem, a je určen součastný stav obráběcího centra. Dále jsou zde navrženy další vhodná opatření k sledování technického stavu obráběcího centra do budoucna. Úvod Díky ztíženému přístupu k některým částem moderních výrobních zařízení, nebo k jejich naprosté nepřístupnosti a vzhledem k možnosti vzniku poruch, jak degradačních, jejichž důsledkem jsou postupné změny parametrů sledovaného obráběcího centra a zhoršování jeho užitných vlastností, tak i havarijních, které vedou až k náhlé ztrátě provozuschopnosti obráběcího centra, bylo nutno vyvinout technologii, která by byla schopna nejen přesně určit vadnou součást, ale i vadám předcházet. Touto technologií se stala technická diagnostika. Na přelomu roku 2000 a 2001 bylo rozhodnuto na základě předpokladu snižování výroby motoru EA111R4 a jejich postupném výběhu ve slévárně o součastném náběhu výroby nových skříňových odlitků pro tříválcový motor EA111 1.2 2V/4V. Jedná se o odlitek bloku motoru se zalitými vložkami, jehož výroba započala v srpnu loňského roku a odlitek spodního dílu bloku motoru, který nabíhá v součastné době. Výrobní linka je vybavena automatickými transferovými stroji firmy GROB, pracími stroji Dürr, stroji tlakové zkoušky Bayer a dopravníky Bleichert. Jedná se o rozsáhlý výrobní komplex s velkým počtem strojů. V příspěvku dostala prioritu linka GM3915/02 (AF200,GROB M2) na opracování bloku válců. Jedná se o automatický transferový stroj s 12-ti výrobními centry skládající se z 1 nebo 2 obráběcích jednotek, na kterých se provádějí výrobní operace, operace prováděné na zbylých strojích. První úsek výrobní linky GROB se skládá z dvanácti výrobních center, které jsou poháněny následujícími způsoby: - přímý pohon: při přímém pohonu je vždy jednotka vřetene napevno spojena s motorem a tvoří tak kompaktní celek (obr.1), u tohoto způsobu pohonu se otáčky motoru rovnají otáčkám vřetene. 1 Dr. Ing. Elias TOMEH Technická univerzita v Liberci, Fakulta strojní katedra strojů průmyslové dopravy Hálkova 6, 461 17 Liberec 1 tel.: +420 48 535 3439; fax: +420 48 535 3139, e-mail: elias.tomeh@vslib.cz
motor n(min -1 ) vřeteno n1(min -1 ) Obr.1 přímý pohon - pohon vřeten pomocí převodovky: k přenosu momentu z motoru na několik vřeten součastně (více než dvou) se používá převodovka (obr.2), převod je uskutečněn ozubenými koly. 1 2 3 1- převodovka 2- průzor na olej 3- trojfázový motor s/bez brzdy mebo servomotor s/bez brzdy 4- ukazatel stavu oleje 5- magnetický vypouštěcí šroub 6- chlazení převodovky (chladící spirála) 7- čerpadlo mazacího oleje 7 6 5 4 Obr.2 pohon vřeten pomocí převodovky - řemenový pohon: na obráběcích centrech linky GROB se k pohonu jednoho a dvou vřeten využívá ozubeného řemenu, oba tyto převody jsou rychloběžné. Vzhledem k tomu, že obráběcí centrum linky GROB obsahuje rotující a periodicky pracující součásti, které jsou přirozeným zdrojem vibrací a navíc i únavové opotřebení, které používáním stroje automaticky vibrace budí, je pro posouzení stroje nejvhodnější využití vibrační diagnostiky. Nejběžnější metodou sledování vibrací je měření celkových vibrací stroje. Následnou analýzou těchto informací dostaneme přehled o konkrétním stavu stroje v daném (měřeném) čase. Tato metoda se kombinuje s vyhodnocováním trendu ve sledovaném časovém období, což by nám mělo poskytnout alespoň přibližnou představu o vývoji stavu měřeného obráběcího centra. Díky analýze těchto vibračních signálů můžeme určit i konkrétní vadnou součástku, kterou je nutno vyměnit. Valivá ložiska jsou jedním z nejvíce namáhaných součástí většiny rotačních strojů, jsou často limitujícím faktorem provozní schopnosti těchto strojů. Znalost jejich stavu je nezbytně nutná. V praxi pak dochází ke dvěma extrémům. Prvním je výměna ložiska příliš brzo. Tehdy sice nedochází k haváriím. Druhým extrémem je výměna ložiska velmi pozdě, respektive až po poruše. Zde dochází k prudkému nárůstu nákladů (po havárii ložiska dochází k následným škodám na dalších součástech stroje a k neplánovaně zameškané výrobě).
Při rozhodování o způsobu připevnění snímače na obráběcí centrum, musíme mít na zřeteli hned několik aspektů. Prvním, je možnost připevnění měřícího snímače dočasně či trvale. Dále jsou pro nás nezbytně důležité materiálové a konstrukční vlastnosti obráběcího centra a samozřejmě prostředí, ve kterém se nachází. Nejlepších výsledků měření je dosahováno trvalým připevněním snímače na určené místo pomocí specielního závrtného vrutu. Díky celkové tuhosti (kterou lze ještě zvýšit tenkou vrstvou mazadla, nanesenou na stykové plochy ještě před dotažením šroubového spoje) tohoto spoje, jsou získávány rezonanční kmitočty 31 khz, které leží velmi blízko ideálního rezonančního kmitočtu, který činí 32 khz. Při tomto způsobu upevnění, je snímač s měřeným obráběcím centrem spojen nepřímo. Jako spojovací článek je použit adaptér (obr.3). Výhoda adaptéru spočívá v tom, že jeho použitím vznikne Obr.3 Adaptér materiál 17 027 rozebíratelný spoj, který nám urychluje a zjednodušuje následnou manipulaci se snímačem. Při použití trvalého připojení snímačů, kdy je vývod umístěn na plášť stroje, je technologie měření mnohem jednodušší a zároveň i efektivnější. Po upevnění trvalého snímače na stanovené místo, následuje vyvedení kabelu ze snímače do diagnostické zásuvky. Samotné spojení snímače s kabelem musí být provedeno takovým způsobem, aby bylo zabráněno vniknutí řezné kapaliny. Na kabel je nasazena výztuha pro jeho zesílení u snímače, a následně je na něj nasunut kryt (přes zesilující výztuhu a snímač), který je stažen dvěmi stahovacími páskami. Po utěsnění spoje snímače s kabelem, je kabel připevněn úchytkami k tělesu stroje. (Viz obr.4). f e c a t j b g g d Obr.4 vyvedení kabelu od snímače do diagnostické zásuvky - a) vřeteno, b) snímač, c) kabel, d) úchytka, e) průchodka, f) stahovací páska, g) diagnostická zásuvka.
Údržba se provádí na základě periodického sledování provozního stavu obráběcího centra. Součástí přejímky obráběcích center je vypracování protokolů měření vibrací, které slouží k posouzení technického stavu obráběcích center, na základě jejich vibračního chování. Účelem je kontrola a dodržení mezních hodnot rychlosti vibrací po montáži obráběcího centra, které by neměly překročit hodnoty rychlostí vibrací dodaných výrobcem. Obr.5 Označení měřících míst obráběcího centra Výsledky měření Spektra dodaná výrobcem, měřena dne 19.1.2001 a měřena spektra vibrací z dne 13.5.2003 Obr.6 spektrum vibrací na jednotce GROB 16A blok válců v měřícím bodě MP1 (nalevo) a 16A blok válců v měřícím bodě MP2 (napravo). Obr.7 spektrum vibrací na jednotce GROB 17A blok válců v měřícím bodě MP1(nalevo) a 17A blok válců v měřícím bodě MP2 (napravo). Obr.8 spektrum vibrací na jednotce GROB 16A blok válců v měřícím bodě MP1 (nalevo) a16a blok válců v měřícím bodě MP2 (napravo).
Obr.9 spektrum vibrací na jednotce GROB 17A blok válců v měřícím bodě MP1 (nalevo) a 17A blok válců v měřícím bodě MP2 (napravo). Tab.1 Porovnání efektivních hodnot rychlostí vibrací na jednotkách 16A17,16B17 obráběcího centra Celková úroveň vibrací RMS (mm.s -1 ) datum měření Měřicí jednotka 19.1.2001 24.4.2002 13.5.2003 stav místo MP1 16A 0,485 0,12 0,230 dobrý 16B 0,421 0,12 0,160 dobrý MP2 16A 0,662 0,20 0,318 dobrý 16B 0,596 0,14 0,236 dobrý MP1 17A 0,606 0,20 0,694 dobrý 17B 0,606 0,13 0,234 dobrý MP2 17A 0,558 0,17 0,431 dobrý 17B 0,506 0,17 0,354 dobrý V tabulce 1 jsou vzájemně porovnány výsledky posledních naměřených hodnot celkových úrovní vibrací RMS (mm.s -1 ) ze dne 24.4.2002 a 13.5.2003 na obráběcích jednotkách 16A17 a 16B17, námi změřené v bodech MP1 a MP2 (tab.1) s hodnotami naměřenými dříve, a to jak výrobcem dne 19.1.2001. Z těchto naměřených hodnot je dále stanoven trend celkových hodnot vibrací (obr.10 a 11), který je nejvhodnější a nejspolehlivější metodou pro zhodnocení mohutnosti vibrací. Tento trend nám umožní sledovat, jak se hodnoty vibrací vyvíjejí v průběhu určitého časového období. Jelikož jsme nezískali potřebné údaje ke strojům. 0,7 0,6 0,5 v ef(mm/s) 0,4 0,3 0,2 0,1 0 1.10.2000 9.1.2001 19.4.2001 28.7.2001 5.11.2001 13.2.2002 24.5.2002 1.9.2002 datum mereni 16A-MP1 16B-MP1 16A-MP2 16B-MP2 Obr.10 trend celkových hodnot vibrací obráběcích jednotek 16A a 16B
0,8 0,7 0,6 0,5 vef(mm/s) 0,4 0,3 0,2 0,1 0 1.10.2000 9.1.2001 19.4.2001 28.7.2001 5.11.2001 13.2.2002 24.5.2002 1.9.2002 datum mereni 17A-MP1 17B-MP1 17A-MP2 17B-MP2 Obr.11 trend celkových hodnot vibrací obráběcích jednotek 17A a 17B Naměřené hodnoty rychlostí vibrací po montáži byly vysoké, ale dle normy ISO 10816 byl stav montáže jednotek vřeten obráběcího centra dobrý. Tyto hodnoty po záběhu vřeten obráběcího centra klesly (jak znázorňuje graf na obr.10 a 11). Další měření cca po roce ukazuje zvýšení hodnot rychlostí vibrací, a to v některých případech (jednotka 17A-MP1, RMS =0,694 mm.s -1 ), až na mez přípustných vibrací. Závěr V příspěvku jsem se pokusili o zajištění co nejlepšího provozního stavu obráběcího centra bloku válců na lince GROB v Škoda Auto. Bylo navrženo vhodný sledovací systém, který by vyhovoval nejen stávajícím podmínkám a možnostem Škoda Auto, ale který by i podával co nejpřesnější informace o sledovaném obráběcím centru. Tímto zvoleným systémem bylo měření prováděné OF-LINE pomocí diagnostické zásuvky umístěné na plášť stroje. S tím vším samozřejmě souvisely i další důležité úkoly, jako například vybrání co nejvhodnějších měřících míst na jednotlivých obráběcích jednotkách, určených pro instalaci trvalých snímačů, a v neposlední řadě i volba a technologie upevnění vhodného snímače, volba vhodného přenosového kabelu a návrh způsobu jeho vyvedení k diagnostické zásuvce. Literatura [1] Průvodce vibrační diagnostikou. SKF 1995. [2] Brűel & Kjaer firemní literatura. [3] TOMEH, E.: Zavadění vibrodiagnostiky v závodě ŠKODA Auto MB. Liberec 2000. Publikace byla vytvořena v rámci projektu výzkumu a vývoje LN 00B073, podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy ČR.