CZ2015200A3 - Validační systém tažných a tlačných nástrojů - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zjišťování vlivu vlastností sypkých (partikulárních) hmot na funkčnost dopravy. Řeší provádění kontrolních a simulačních experimentů, které mají vliv na procesy v oblasti shrabování, hrnutí, přesunu, odebírání a překládání materiálu. Řešení používá k návrhu nových tažných či tlačných nástrojů metodu DEM (discreet element method). Na základě naměřených hodnot fyzikálních a mechanických vlastností reálného materiálu se pomocí programování v software EDEM vytvoří reálná směs pro dynamickou simulaci. Potřebné optimalizační parametry se získají měřením na fyzickém prototypu, který je tvořen validačním zařízením (1), ke kterému je prostřednictvím řídící jednotky připojeno vyhodnocovací zařízení, dále je tvořen snímačem (29) otáček, vibračním čidlem (31), nejméně jednou vysokorychlostní kamerou (23) umístěnou vně validačního zařízení (1). Samotné validační zařízení (1) je pak tvořeno nosným rámem (2), ke kterému je rozebíratelným spojením připevněno lineární vedení (4), které je umístěno nad průhledným měřícím boxem (3) a je sestaveno z pohybového šroubu (10), vodících tyčí (11), ložiskových domků (12), pohonné jednotky (13), měřící stolice (14) a koncových spínačů (15). Pohonná jednotka (13) se skládá z pohonu (18), rozpěrných trubek (17) a pružné spojky (16). Průhledný měřící box (3) se skládá z průhledných bočnic (8) a přepážky (9), které jsou rozebíratelným spojením připevněny k nosnému rámu (2). Dovnitř měřícího boxu (3) je vloženo nastavitelné dno (5), které je k rámu (2) připevněno pomocí upevňovacích kolíků (7).

Description

VALIDAČNÍ SYSTÉM TAŽNÝCH A TLAČNÝCH NÁSTROJŮ

Oblast techniky

Vynález se týká zjišťování vlivu vlastností sypkých (partikulárních) hmot na funkčnost dopravy. Řeší provádění kontrolních a simulačních experimentů, zejména simulaci procesu dopravy, simulaci proudových a rychlostních polí, interakce mezi konstrukčními prvky a dopravovanými hmotami, majícími vliv na procesy v oblasti shrabování, hrnutí, přesunu, odebírání a překládání materiálu.

Dosavadní stav techniky Návrhy dopravních zařízení se v praxi realizují na základě znalostí vstupních parametrů. Nová zařízení by měla být konstruována s ohledem na vlastnosti dopravovaných hmot. Klíčovým parametrem vstupujícím do takového systému je znalost mechanicko-fyzikálních vlastností sypkých hmot, které se dopravují. Na základě měření a zjištění těchto vlastností lze dále provádět kalibrace a ověření chování modelů těchto hmot pomocí výpočetní techniky. Všechny aplikace konkrétních typů procesů v oblasti shrabování, hrnutí, přesunu, odebírání a překládání materiálu vyžadují své specifické přístupy. Ty s sebou přinášejí i nové nutné postupy v návrhu jak dopravních systémů, tak i způsobu jejich optimalizace a vývoje.

Je známo, že při vytváření nového typu zařízení pro dopravu sypkých (partikulárních) hmot, je zapotřebí provést reálné zkoušky funkčnosti zařízení. Pokud se jedná o nekonvenční typ zařízení, jsou většinou výstupní parametry v oblasti odhadů či rozsahů empirických hodnot. Na základě prvních reálných zkoušek na prototypu lze teprve optimalizovat proces dopravy úpravou konstrukčního řešení, či změnou hodnot vstupních parametrů pohonu, nebo úpravou vlastností dopravované sypké hmoty. Například změnou otáček pohonu hřídele pohybového šroubu, lze měnit rychlost pohybu zařízení pro shrabování, hrnutí, přesun, odebírání a překládání materiálů, avšak z hlediska ekonomického spotřebuje tento pohon více energie a zvyšuje se hlučnost a opotřebení funkčních částí zařízení. V současné době se vychází obecně z norem, avšak tyto normy nezahrnují všechny možné stavy, které v oblasti procesu dopravy sypkých hmot na nekonvenčních dopravnících mohou nastat. Úpravy již vytvořeného inženýrského díla v procesu užívání a při jeho požadované činnosti jsou nežádoucí z hlediska odstávky systému dopravy, kteréhož je zařízení součástí. V oblasti shrabování, hrnutí, přesunu, odebírání a překládání materiálů není zcela specifikovaný vliv tvaru částic dopravované hmoty na proces dopravy. Řešení tohoto problému zařízení v povýrobním procesu není z hlediska jeho existence optimální. Problém částečně řeší matematický model pohybu částic při plnění dopravního systému s tažnými a tlačnými nástroji, ale nezahrnuje všechny možné situace, které mohou nastat. Jedině globální pohled a jednotlivá vyřešená dílčí opatření spojená v celek mohou dát objektivní obraz k řešení konkrétního problému. Samotný princip urychlování částic u procesů v oblasti shrabování, hrnutí, přesunu, odebíraní a překládání materiálů je ovlivněn navazujícím konstrukčním řešením na vstupu a výstupu. Individuální nastavení zařízení, aby splnilo očekávané parametry, bez předešlé objektivní predikce a zjištění konkrétních ovlivňujících parametrů není z hlediska možného dalšího širšího užití zařízení vhodné.

Validační systém tažných a tlačných nástrojů se v praxi často používá k manipulaci či dopravě sypkých (partikulárních) hmot. Jelikož jsou tyto hmoty různorodé a jejich konzistenci, tvar, vlhkost apod. není možno dopředu přesně odhadnout, jsou tyto produkty problematické jak pro dopravu, tak i uskladnění.

Nové partikulární hmoty v mnoha případech přináší problémy, protože již navržené dopravní linky nejsou uzpůsobeny na tento druh suroviny a při průchodu dopravním uzlem částice degradují, nebo způsobují jiné problémy, které mohou vést až k poruchám těchto zařízení, k odstávce zařízení a ztrátě nemalých financí. Naopak nově navrhovaná zařízení nelze uzpůsobit tak, aby vyhovovala celému spektru materiálů a dopravních podmínek.

Dnes již je v konstrukčních firmách poměrně dobře zaveden 3D návrh dopravních a skladovacích zařízení. Výstupem jsou 3D modely, ze kterých lze určit velké množství neznámých, jako jsou např. hmotnost, objem, design, pevnostní parametry, těžiště atd. 3D modely také napomáhají při tvorbě výkresové dokumentace a kontrole chyb a tím se samozřejmě zlevňuje a urychluje návrh zařízení. Ovšem to nej důležitější, zdali bude zařízení fungovat s danou partikulární hmotou, ověřit bez výroby prototypu a následného odzkoušení doposud nešlo. Jelikož nároky na nově navrhované zařízení jsou daleko vyšší než v minulosti a výrobci dopravních zařízení nemají s novými materiály zkušenosti, je třeba vytvořit pro vývoj a kontrolu dopravních zařízení nový způsob návrhu.

Konstrukční uspořádání systémů tažných a tlačných nástrojů (např. pluhy, radlice na shrabování a hrabání materiálu) jsou popsána např. ve Bezděkovský M, Nevoral J., Skubna J.: Stroje a zařízení v rostlinné výrobě, Praha 1990 nebo ve: Jobbágy J., Kováč J.: Stavebné stroje a lesná technika. Slovenská poFnohospodárska univerzita Nitra, 2014, ISBN 978-80-552-1233-3. V patentové literatuře jsou konstrukce tažných či tlačných zařízení popsány např. v GB 1563448, který řeší problematiku vibračního pluhu, v US 2548261, který řeší problematiku kopacího pluhu, v JP 200902800, který řeší problematiku konstrukce zařízení pro drážkování zemin, v US 4356644, který řwší problematiku zaizem pro vytahovaní kořenu, vCN 201928587, který popisuje pluh tvořící 3 příčné brázdy a v GB 1180741, který řeší problematiku dopravy materiálu pomocí unášecích křídel a pluhu upevněných na nekonečném řetězu. Validační systém použitý na pásovém dopravníku pracujícím na principu indukce je pak popsán v EP 0614848. Validační systém v aplikaci na tažná či tlačná zařízení však popsán není.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody dosavadního stavu techniky u procesu v oblasti shrabování, hrnutí, přesunu, odebírání a překládání materiálů, řeší způsob a zařízení pro validaci kinetiky pohybu částic sypké (partikulární) hmoty podle vynálezu.

Konstrukčně je toto zařízení řešeno tak, že měřící box, kde probíhá měření, umožňuje úpravu velikosti, a to ve všech směrech. Dno měřícího boxu lze nezávisle na měřícím boxu výškově nastavit, zatímco šířku a délku měřícího boxu lze měnit vložením přepážek, což umožňuje měření pohybu materiálu v různých stavech daného zařízení. Validační zařízení zahrnuje vyztužený nosný rám, pohon a šroubové vedení. Toto vedení zahenuje pohybový šroub umístěný mezi dvěma ložiskovými domky, který převádí rotační pohyb na pohyb přímočarý, dále pojezd pohybující se přímočaře axiálním směrem po pohybovém šroubu a dvojici vodících tyčí vymezujících přímočarý pohyb pojezdu. Na pojezd jsou pomocí mezikusů připojeny dále uvedené tažné či tlačné nástroje. Další součástí jsou již zmiňované pohyblivé dno a průhledné i neprůhledné bočnice, které mohou být odnímatelné z nosného rámu. Pro sledování pohybu materiálu, je kolem tohoto systému tažných a tlačných zařízení rozmístěna jedna nebo více vysokorychlostních kamer.

Validační systém tažných a tlačných zařízení je dále opatřen nejméně jednou vysokorychlostní kamerou a/nebo minimálně jedním váhovým čidlem a/nebo minimálně jedním tenzometrickým čidlem a/nebo minimálně jedním vlhkostním čidlem a/nebo minimálně jedním průmyslovým tomografem a/nebo minimálně jedním snímačem otáček a/nebo minimálně jedním teplotním čidlem a/nebo minimálně jedním vibračním čidlem a/nebo minimálně jedním snímačem polohy, jejichž výstupy jsou spojeny s vyhodnocovacím zařízením, přičemž snímač otáček je také připojen na pohybový šroub se zpětnou vazbou do řídící jednotky.

Vysokorychlostní kamerou se sejme z několika poloh několik po sobě jdoucích snímku v krátkém časovém intervalu, které po vyhodnocení ve vyhodnocovací jednotce pomocí PIV metody vytvoří vektorové pole rychlosti pohybu cástic. Za účelem vytvoření 3D mapy vektorových polije nutno snímat obraz 2 nebo výhodněji více kamerami.

Validačním systémem tažných a tlačných zařízení podle vynálezu je myšlen typ dopravního systému pro zařízení tvořící procesy v oblasti shrabování, hrnutí, přesunu, odebírání a překládání materiálů.

Vyhodnocovacím zařízením podle vynálezu je myšleno zařízení, které vyhodnocuje údaje ze snímačů a čidel, ukládá je do paměti, vysílá povely do řídící jednotky, zpracovává povely z řídící jednotky a validuje je s pomocí metody DEM. Vyhodnocovacím zařízením může být PC, tablet apod. Řídící jednotkou podle vynálezu je myšleno zařízení, které reguluje otáčky a výkon pohonu, otevírá a zavírá vstupy a výstupy energií a látek, zapíná a vypíná pohyby a natáčení specifických zařízení, nastavení pohyblivého dna. Do řídící jednotky vstupují údaje ze snímače otáček a pohonu. Z řídící jednotky vystupují povely pro pohon, pohyb a natáčení tažných a tlačných nástrojů, povely pro vstupy a výstupy energií a látek a povely pro vyhodnocovací jednotku.

Pohonem podle vynálezu je myšlen jakýkoli typ motoru, např. elektro-převodovka.

Pojmem snímač hluku podle tohoto vynálezu je myšlen mikrofon.

Pojmem tažné a tlačné nástroje podle tohoto vynálezu je myšleny nástroje pro procesy v oblasti shrabování, hrnutí, přesunu, odebírání a překládání materiálů, např. pluhy, hrabice, radlice, hrábě, rýče, lopaty, stírací a shrabovacích lišty a zařízení pro úpravu zemin.

Validační zařízení umožňuje více způsobu dávkování a odběru materiálů. Měřící box může být naplněn materiálem a umožňuje dané množství materiálů měnit. Dále umožňuje před začátkem dopravního cyklu přivést dané množství materiálů a pomocí jednoho či více výpustných otvorů materiál odvádět. Také umožňuje měřící box na začátku dopravního cyklu ponechat prázdný a v průběhu času materiál přidávat. Dále lze výše uvedené způsoby dávkování kombinovat. Během dopravního cykluje možno také průběžně zjištovat, jakým způsobem se materiál mění (zda degraduje apod.). U validačního systému tažných a tlačných nástrojů je možno za účelem dosažení optimálního způsobu shrabování, hrnutí, přesunu, odebírání a překládání materiálů, tyto nástroje měnit. Díky změně jednotlivých nástrojů lze pozorovat procesy, které jsou určeny daným konkrétním nástrojům.

Podstatou vynálezu je optimalizace a validace vlastností komponentů systému tažných a tlačných nástrojů a vlastností dopravovaných materiálů. Optimalizuje se a validuje se tvar daných tažných a tlačných nástrojů v závislosti na průchodu nástrojů materiálem, urychlování částic v závislosti na rychlosti a hmotnosti dopravovaných částic, mechanicko-fyzikálních vlastnostech hmoty a na rychlosti či odporu nástrojů vůči dopravovanému materiálu v jednotlivých konstrukčních úsecích. Cílem je zvýšení efektivity optimalizace dopravy za účelem úspory energie a celkových nákladů na výrobu a to i z hlediska časového v rámci vývoje nového prototypu či modifikovaného typu zařízení.

Jedna z možností, jak provést validaci celého principu a procesu provozu je založena na optickém měření a snímání dopravníku a dopravovaného materiálu vysokorychlostními kamerami v jednotlivých konstrukčně funkčních a procesně dopravních úsecích zařízení, kde dochází k rozdílnému urychlování částic dopravovaného materiálu. Výhodou je možnost identifikace a validace kritických konstrukčních a principiálních dopravně procesních přechodových míst, či kritických nastavovacích optimalizačních parametrů v oblasti efektivní dopravy a urychlování částic materiálu nebo možnost mapování vlivu mechanicko-fyzikálních vlastností a konkrétního množství materiálu pro různé zátěže v měřícím boxu validačního zařízení. Další výhodou je zejména zjištění a dosažení efektivní bezztrátové dopravy a úpravy materiálu pomocí nástrojů v případech, kdy dochází ke shlukům a hromadění částic. Výhodou je též možnost identifikace vzniku blokování, nebo brzdění nástrojů částicemi dopravovaného materiálu i s ohledem na degradaci těchto částic a možnost mapování frekvence vzniku tohoto nežádoucího procesu u konkrétního konstrukčního a tvarového řešení nástrojů pro různá nastavení optimalizačních vstupních parametrů na řídící jednotce. Výše obecně popsané optimalizační a validační metody využívají k simulaci nejčastěji metody MKP (Metoda konečných prvků), DEM (Discrete element method) nebo CFD (Computational fluid dynamics) a jako vyhodnocovací software nejčastěji programy ANSYS, EDEM nebo FLUENT. V řešení podle vynálezu je užita simulační metoda DEM v kombinaci s vyhodnocovacím programem EDEM. Kombinací těchto metod lze značně zvýšit efektivnost jak dopravování a hrnutí materiálu v systému, tak i snížit finanční náročnost systému, a to jak na vývoj, tak na provoz. DEM simulace je moderní způsob 4D virtuálního návrhu, u kterého je možno na 3D zmodelovaném zařízení nebo situaci nasimulovat dynamický tok materiálu. Vstupní zadávané hodnoty pro použití této metody jsou mechanicko-fyzikální vlastnosti materiálu, jako je zrnitost (granulometrie), vlhkost, sypná hmotnost, sypný úhel, počáteční soudržné napětí, úhel vnitřního a vnějšího tření, valivý odpor, koeficient restituce atd.

Aby bylo možno vytvořit simulaci dynamického procesu, je třeba nadefinovat a vymodelovat dopravovaný materiál. U částic materiálu se nastaví rozměr a mechanicko-fyzikální vlastnosti. Ty jsou pak v programu EDEM programovány v procesech podle naměřené granulometrie a dalšího souboru vstupních naměřených hodnot a vytvoří se tak reálná směs pro dynamickou simulaci.

Další podmínkou k uskutečnění simulace je tvorba pracovního prostředí. Zde se nabízejí dvě možnosti. První je modelování situace nebo zařízení v externích 3D modelovacích programech jako jsou Autodesk Inventor, Solidworks, Catia, ProEngineer a jiné. Takto vytvořené modely je nutné převést na příslušný formát, který se pak importuje do aplikace pro simulace DEM. Další možnost je modelace zařízení přímo v programu EDEM, což je ovšem z hlediska složitosti ovládání při tvorbě modelu náročnější. Řešení podle vynálezu využívá obou těchto možností. Z praxe je známo, že i ten sebelepší software prozatím nedokáže uplne nahradit skutečnost. I tyto simulace je třeba validovat a kalibrovat v jednoduchých procesech, aby při použití ve složitějších procesech na dopravních, úpravních a skladovacích zařízeních byly stejné, nebo s co nejmenší odchylkou se blížily reálné situaci. Každé dopravní a skladovací zařízení je něčím specifické a dynamické procesy chování materiálu na těchto zařízeních také. Je třeba tyto simulace validovat a kalibrovat přímo na příslušném zařízení, které s touto problematikou souvisí. Metoda podle tohoto vynálezu využívá zařízení, které je určené přímo ke kalibraci a validaci těchto dynamických procesů na systému tažných a tlačných zařízení. Tato kalibrace se provádí tak, že na vytipovaných místech zkušebních zařízení, na kterých se výrazně mění dynamický tok materiálu, se měří mechanicko-fyzikální vlastnosti metodou přímou i nepřímou. Těmi jsou pak validovány a korigovány výpočetní modely v metodě DEM.

Pokud jsou základní dynamické procesy pro daný materiál validovány a kalibrovány všemi nutnými zkouškami, je možno začít s vyhodnocením dynamiky simulace při procesu dopravy. V 3D modelu zařízení se naprogramují příslušné rychlosti nástrojů, dále se nastaví množství materiálu vstupujícího do systému a čas trvání simulace. Po ukončení výpočtu se nastaví barevné spektrum rychlostí, momentů, energií a je možno přímo na animaci sledovat změny vlastností partikulární hmoty v daném okamžiku. Všechny tyto hodnoty je možno v závislosti na čase uložit do grafů, animací obrázků a následně je možno je využít k optimalizaci celého dopravního systému. Výstupními hodnotami jsou tedy tabulky, grafy, a diagramy které blíže popisují problémy a negativní účinky na systém.

Pomocí DEM lze ověřit správnost postupů v návrhu jak zařízení tak i procesu samotné dopravy. Nelze však tak učinit bez znalostí chování dopravovaného materiálu.

Hlavními vstupními parametry do metody DEM jsou třecí koeficienty, měrná hmotnost materiálu částic, koeficient restituce, velikost a tvar částic a pro měření sil hodnoty modulu pružnosti ve smyku a Poissonova konstanta. Většinu těchto parametrů je zapotřebí reálně naměřit a provést ověřovací modelové a simulační zkoušky v DEM. V dalším krokuje nutné mít srovnání s reálným procesem dopravy, kde se zkoušky provádějí nej častěji snímáním pomocí vysokorychlostních kamer a vyhodnocením snímků pomocí PIV vyhodnocovací metody. Podstatou kalibrace hmoty v DEM je dosáhnout stavu chování jak je tomu u skutečné hmoty.

Hodnoty třecích koeficientů (třecích úhlů) lze získat obecně nejlépe za pomocí smykových strojů. Správnost měření byla porovnána s přímočarým a rotačním smykovým zařízením. V obou případech byl naměřen stejný úhel vnějšího tření a lze tyto metodiky považovat z hlediska měření za správné. Avšak z úhlu pohledu vstupního parametru pro metodu DEM jsou tyto hodnoty diskutabilní. Je zapotřebí znát také hodnoty statického tření, jelikož výpočetní jádro programu EDEM je postaveno na užití této hodnoty. Z hlediska chování částic materiálu, je však smyková zkouška pro porovnání s hodnotami statického tření důležitá. Jedině tak lze přisoudit vlastnosti a schopnosti vnitřnímu pohybu částic, který je dán tvarem jednotlivých částic. Smykové zkoušky jsou omezeny velikostí částice. Výhodnější jsou zkoušky rotační, zejména pro určování vnitřního tření. V aplikaci dopravy pomocí tažných a tlačných nástrojů má i vnitřní tření tak velikou důležitost jako tření vnější, a z hlediska pohybu jednotlivých částic je zapotřebí znát obě tyto hodnoty, které by mohly mít přímou či nepřímou souvislost s hodnotou statického tření mezi jednotlivými částicemi dopravované hmoty. Není vyloučeno, že při kalibraci DEM se simulační model nebude chovat reálněji při užití hodnot vnitřního tření jakožto parametru interakce tření mezi jednotlivými částicemi.

Další parametr ovlivňující simulaci je tření valivé, které lze naměřit na nakloněné rovině. Z hlediska přesného měření se tato metoda komplikuje s užitím částic, které podléhají deformaci, či degradaci při procesu měření.

Dalším vstupním parametrem potřebným k simulaci dopravy hmot je koeficient restituce. Jedná se o popis odrazových vlastností materiálů. Experimentálně lze změřit odskoky částic pomocí vysokorychlostní kamery (kterou se nasnímá odskok částice) a dále pomocí software pro vyhodnocení trasy odskoku lze získat potřebná data pro určení potřebného koeficientu restituce. Tato metoda je nejvhodnější pro tvary částic materiálu, které mají ve všech třech osách podobné rozměry. Vlivem odrazu však dochází k rotacím částic a ty znesnadňují přesné trasování odražené částice. Je proto zapotřebí pro užití DEM provést zkoušky pro všechny druhy materiálu vstupující do simulace.

Hodnoty jako modul pružnosti ve smyku a Poissonova konstanta lze ve většině případu určit z tabulek. Tyto dva parametry jsou používány zejména pro vyhodnocení sil, které působí na konstrukční geometrie a dopravovaný materiál v DEM.

Konečnou simulaci v DEM je zapotřebí ještě ověřit na reálném modelu. K tomu se používají základní validační experimenty vedoucí ke kalibraci simulace pomocí vstupních naměřených parametrů, které se získávají laboratorním měřením. Tyto hodnoty nejsou absolutní, ale vždy se pohybují v určitých rozmezích, které se využijí pro kalibraci modelu v DEM. Po dosažení žádané shody kalibračního DEM modelu s reálným experimentem pomocí volby vstupních parametrů DEM, lze užít tyto vstupy do další složitější simulace popisující proces při dopravě materiálu v systému tažných a tlačných nástrojů. Výstupem ze simulací DEM jsou hodnoty rychlostních polí, kinetické a potenciální energie, či například hodnoty rychlostí pohybu taženého či tlačeného materiálu. Získané výsledky nemají žádnou hodnotu, pokud nejsou nijak srovnávány s reálnými experimenty. Validace je umožněna využitím PIV metody, pomocí které se vyhodnocují snímky pohybu či změny polohy dopravovaných částic pořízené vysokorychlostními kamerami.

Pro optimalizaci systému je tedy nutno najít potřebné optimalizační parametry pro řešení problematiky spojené s daným dopravním systémem, které se získají měřením na reálných modelech či dopravních systémech. Pomocí získaných parametrů lze poté optimalizovat (validovat) dopravní systém pomocí DEM na virtuálně vytvořeném 3D modelu. Pomocí získaných parametrů je možno vytvořit řadu virtuálních měření, která v průběhu vyhodnocování lze korigovat a tak optimalizovat systém. Při optimalizaci s využitím matematického modelování a simulace procesů, kde není nutno fyzické výroby prototypů, které se vkládají do dopravního systému, stačí pouze vytvořit virtuální model systému či dopravního úseku a podle potřeby měnit a optimalizovat prvky přímo v daném virtuálním modelu.

Souhrnně lze říci, že pro návrh nového nebo optimalizaci stávajícího dopravníku se použije simulační metoda, podle tohoto vynálezu metoda DEM. Simulační metody je třeba ověřit, např. matematickými metodami, podle tohoto vynálezu pomocí programu EDEM. K ověřování a validaci je nutno také postavit fyzický model (prototyp) zařízení tažných a tlačných nástrojů. Toto ověřovací zařízení slouží k validaci matematických metod, aby bylo možno potvrdit, že výsledky simulace odpovídají realitě a tyto výsledky jsou v praxi použitelné. Při této simulaci prostředí zařízení se provádí snímání mechanických veličin elektronickou cestou (tlak, otáčky, hluk, vibrace, vlhkost, spotřeba energie, tření apod.). Oblastí zájmu jsou především oblasti, kde se výrazně mění dynamický tok materiálu, což jsou především místa plnění a vyprazdňování zařízení. Sleduje se jak materiál dopravovaný, tak i materiál, ze kterého je validační systém sestaven. Snímání se provádí přímými metodami - na zařízení jsou umístěna čidla (teplotní čidla, vlhkostní čidla, tenzometrická čidla, vibrační čidla, váhová čidla, snímače otáček) i nepřímými metodami — vizuálním způsobem (kamerami), přičemž pomocí PIV metody je pak možno vytvořit vektorovou mapu rychlostí. Poté se pomocí vyhodnocovací jednotky provede porovnání matematického modelu s měřícím zařízením. Výsledkem je optimalizace matematického modelu, tzn. obecný validační princip na posuzování validačního systému.

Na základě sledovaní a vyhodnocování dynamických procesů partikulární hmoty pomocí DEM simulací, dojde v procesech vývoje ke zkvalitnění, urychlení a zlevnění navrhovaných zařízení. Opravy a neplánované odstávky problémových zařízení se pomocí této metodiky návrhu omezí na minimum.

Pro lepší ilustraci jsou vztahy mezi vstupními a výstupními veličinami jak z reálného, tak simulačního prostředí, a vztahy mezi tím co lze optimalizovat a validovat shrnuty tabulce 1:

Tabulka 1

Objasnění výkresů

Vynález je blíže ilustrován s pomocí výkresů, kde: obrázek 1 znázorňuje validační zařízení tažných a tlačných nástrojů, obrázek 2 znázorňuje detail pohonné jednotky a spínače, obrázek 3 znázorňuje detail pojezdu lineárního vedení, obrázek 4 znázorňuje možná umístění snímačů a čidel na validačním zařízení, obrázek 5 znázorňuje možné rozmístění vysokorychlostních kamer, obrázek 6 znázorňuje příklady možných tlačných a tažných nástrojů, obrázek 7 znázorňuje validační zařízení pro příklad provedení, obrázek 8 znázorňuje blokové schéma validačního systému a .obrázek 9 znázorňuje graf naměřených rychlostí vyhodnocených pomocí PIV metody a rychlostí simulovaných v DEM na fyzickém prototypu zařízení podle příkladu uskutečnění vynálezu. Příklad uskutečnění vynálezu

Validační systém tažných a tlačných nástrojů Ghybaf Nenalezen- zdroj odkazů, podle obrázku 1 až 8 je tvořen validačním zařízením Chvba! Nenalezen zdror odkazu*, ke kterému je prostřednictvím řídící jednotky Chyba!—Nenalezen zdroj—odkazu*- připojeno vyhodnocovací zařízení Chyba! Nemdc/fcli zdiuj odkazů.» dále je tvořen snímačem Chyba! Nenalezen zdroj odkazů, otáček, vibračním čidlem Chyba! Nenalezen zdroj odkazů., nejméně jednou vysokorychlostní kamerou Chvbab-Nenatezen zdi oi udkazn. umístěnou vně validačního zařízení J_ a volitelně též vstupem ChybaHVemrtezen zdroj udka/ů. a výstupem Chvba! Nemřlěženzdťol odkazů, pro energie a/nebo látky.

Validační zařízení 1 je tvořeno nosným rámem Xhyba! Nenalezen, zdroj—odkazů., ke kterému je rozebíratelným spojením připevněno lineární vedení ( hvbal Nenalezen ~zdroi odkazů., které je umístěno nad průhledným měřícím boxem Chyba! Neiiale/eu /droj— • odkazů.. Lineární vedení Chvba! Nenalezen-zdroi- odkazu* je sestaveno z pohybového šroubu Chybaí~Ncnalczcn zdroj odkazů., vodících tyčí Chyba! Nenalezeu-zdrej-edkazů., ložiskových domků Chyba!—Nenalezen—zdroj—odkazů., pohonné jednotky Chyba! «Nenalezen zdroj odkazů., měřící stolice Chyba! Nenalezeu-zdroj odkazůr a koncových spínačů Chyba! Nenalezen zdroj -odkazů:· Pohonná jednotka 1_3 se skládá z pohonu 1_8, rozpěmých trubek 17 a pružné spojky 16. Pohon Chyba!-N#nalezeir-zdroj odkazů. je pomocí rozpěmých trubek Chyba! Nenalezen zdroj-odlva/,ίι. připojen k ložiskovému domku Chyba4-Nenalezen_zdroj_odkazů. a spojen pomocí pružné spojky ChyliaENenafezen zdroj odkazů, s pohybovým šroubem Chyba! Nenalezen-zdroj odkazů.. Pohybový šroub Chybab —Nenalezen zdroj odkazů, je umístěn mezi dvěma ložiskovými domky Chybaí-Nenalezen —zdroj~ndfeazů., které jsou připevněny rozebíratelným spojem ke konstrukci nosného rámu Chvba! Nenalezen zdroj odkazů.. K ložiskovým domkům Chyba! Nenalezen zdroj-odkazů, jsou připojeny dvě vodící tyče Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.. Vodící tyče Chyba! Nenalczen zdroj odkazu, jsou umístěny rovnoběžně s osou směru pohybu měřící stolice Chybní. Nenalezen zdroj-odkazů. která je připojena k pohybovému šroubu GhybaL Nenalezen zd™j „ Měřící stolice Cbvbid-NenatezeiTžgroi odkazů, se skládá z pojezdu Chyba!-Nenalezeii zdroj odkazům, který je prostřednictvím upevnění Gbybaf Niuude/en zdroj odkazu. spojen se snímacím zařízením Chyba! Nenalezeiy^edroj-udka/ů^, ke kterému je připojen tažný či tlačný nástroj ChybufNNěnálezen zdroj odkazů.. Na obou koncích pohybového šroubu Chyba! Nenalezen zdiuj odkazu. jsou umístěny na nosném rámu Chyba! Nenalezen zdi o i odkazů* koncové spínače Chyba! Ncnalczen-zdroj odkazů.. Průhledný měřící box Chyha! Nenalezen zdroLOílkazn·. se skládá z průhledných bočnic Chyba! Nenalezen zdi o i odkazttr a přepážky CbvbftHHciralczcn zdi'oi odkaztř., které jsou rozebíratelným spojením připevněny k nosnému rámu Chyba! Nenalezen—zdťo-i—odkazu.. Dovnitř měřícího boxu Chyba! Nenalezen zdroj-odkaza. je vloženo nastavitelné dno 5, které jek rámu 2 připevněno pomocí upevňovacích kolíků Chyba! Nenabuzen zdroi odkaz-a.. Na dno Ciiyha» Hroi odkazér je vložena vyměnitelná deska Xhvbal-Nenelezen- zdfutodka/u.. Dovnitř měřícího boxu ChvbaNNenalezen zdroi ndkazé. se vloží materiál a případně další látka, ve kterých se pohybuje daný tažný či tlačný nástroj Chyba! Nenalezen ždroj odkazů.. Průhledný měřící box Chvba! Nenttfezeirzdroi udkarfr. je opatřen nejméně jedním čidlem Chyba! Nenalezen zdroj-~adkazŮ^_Cbybal Nenalezen -^dfoj- <ntkazů.> i}] p λτn< * inrf« -.ri-nj nHkW, vha< Nenalftm Tflrnj niPnni '"hýba! Nenalezen^ zdroi odkazv. Nenalezen j a /nebo snímačem Chyba! Nenalezen. zdroj od^7» fhybal Nťnalp/.pn zdroj odkazu, mechanicko-fyzikálních vlastností. Měřící stolice €hybaf-Nenalezen--zdr-oj odkazůr je opatřena nejméně jedním čidlem Chyba·! Nenalezen zdroj odkazům—ChybaP-Nanatezcu zdroi udka/tt., Chyba! Nenalezen zdroj rhyha? ly^wO^n-zdroj-yTttfcazů: a /nebo nejméně jedním snímačem £hyha! νοτ,ι,ν,οη—rtj| oi ffdkazů. mechanicko-fyzikálních vlastností. Pohonná jednotka Ghybaf Nenalezen zdroj odka™· je opatřena nejméně jedním snímačem Chyba! Nenalezen zdroj ©dkazů._otáček. V průhledném měřícím boxu Chyba! Nenalezen- zdroi odkazu? se nastaví pomocí přepážky ν,,η.ρ,.,,.κ, »4feazů. a nastavitelného dna-Chyba! Nenalezen-zdroi odkazu^ potřebná velikost provozní částí. Dále se uvede do pohybu pohon Chyba! Nenalezen zdroj odkazib-pomocí řídící jednotky Chyba! Nenalezen zdroj odkaza%, která umožňuje změnu vstupních parametrů pohonu Chyba! Ncnatezon· zdroj odkazů.. Na pohybový šroub .Chyba! z pohonu Chybaí-^lenaJezefl-zdroj-odkaaé. rotační pohyb. Prostřednictvím měřící stolice Chybak-Nenalezen-zdroj-odkazů. je rotační pohyb transformován na pohyb přímočarý.

Tento pohyb je přenášen prostřednictvím upevnění Chyba!- Nenaleze n-zdrnj odkazů. na snímací zařízení Chyba-t-Nenfl*p,ypn odkazu- a dále na tažný či tlačný nástroj Chyba! I\fnalp7pn odkazů.. Přímočarý pohyb tímto vykonává také tažný či tlačný nástroj

CbybaTNenalezen^zdroj odkazů., čímž také vykonává práci v daném matriálu a/nebo látce. Po ukončení své trasy narazí měřící stolice Chyba! Nenalezen zdroj udkazu. na koncové spínače Chyba! Nenalezen zdroj odkazů, a zastaví/reverzuje chod. Pomocí koncových spínačů GhybaTNenalezert zdroj odkazů, lze zajistit automatizovaný pohyb a práci určenou pro daný tažný či tlačný nástroj Ghyba!_NenalezeB—zdroj—odkazu. v daném měřícím prostředí. V dráze pohybu tažného či tlačného nástroje Chybaf-Nenalezcn-zdroj-odkazu·. jsou, jak na nosném rámu Chyba!—Nenalezen—zdr oi odkazů., tak i na nastavitelném dnu Chyba! Nenaleze n /draflHlkaTtr: a výměnné desce C hAbal-Nenalezen-zdr o i -odkazů, umístěna čidla rhyhat ftdkazů·. Chvba! Nenalezen zdroj odkazů., Chyba!

Npnalťzen zdroj odkazů- Chvba! Ninialezen^dinl-odkadrr^^ Nenalezen zaroi odkazům Chyba! Nenalezen zdiuj udkazů. a snímače Chyba! Neiralezeir-zdfoj odkazfe -Chvba! Nenalezen zdroi odkazů*·, pomocí nichž jsou zjišťovány hodnoty mechanicko-fyzikálních veličin. Tyto naměřené hodnoty zpracovává vyhodnocovací jednotka 34· Řídící jednotka Chyba! Nenalezen- zdroj odkazů: je nastavena pevně neměnné nebo do automatického režimu, který ji nastavuje optimálně dle naměřených parametrů na potřebný stav chodu. Pro zjištění reálných rychlostí, polohy a směru pohybu materiálu a pohybujících se částí validačního zařízení Chyba! -Nenalezen-zdroj odkazů., je skrz průhledné bočnice Chvbaf44enatezen-zdfei-edkaz«. snímán tento pohyb nejméně jednou vysokorychlostní kamerou Chyba! Nenalezen zdroj odkazu.. Snímky jsou vyhodnocovány prostřednictvím vyhodnocovací jednotky Chyba!—Nenaleželi—zdroj—odkazu*.. Vyhodnocením snímků z kamery ChybaT-Nenalezen zdroj odkazů·, umístěné uvnitř nebo vně validačního zařízení Cuyu"> ^nalezen- zdroi odkazů:, je možno vytvořit pomocí PIV metody plošnou mapu vektorových polí. Kombinací snímků zachycených jak vysokorychlostní kamerou Chyba! Nenalezen zdroj odkazů, umístěnou na snímacím zařízení Chyba!—Nenalezen Zdroj odkazů, uvnitř validačního zařízení Chvha! Nenalezen—zdroi odkazů., tak i vysokorychlostní kamerou Chyba!—Nenalezen zdroj odkazu, umístěnou vně validačního zařízení -Chvba!-Nenale/en-^dem-ttdkazůr. je možno vytvořit pomocí PIV metody prostorovou mapu vektorových polí.

Aby bylo možno upravovat mechanicko-fyzikální vlastnosti materiálu během dopravy, je na validačním zařízení Chvbahřfeitatezen zdroi~odkaz»: v různých místech umístěn nejméně jeden vstup Chyba! Nenalezen zdroj odtereů. a nejméně jeden výstup ChybaE^íemriezeir jzdr&amp;\ odkazů, pro energie a látky ovlivňující mechanicko-fyzikální vlastnosti. Pro ověřování a validaci celého spektra problémů tažných a tlačných nástrojů Chyba! -Nemilezen-zdro j~, «dkazů. je konstrukce validačního zařízení_Chvbaf-Nanajezen-^,Ji»i odkazů, rozměrově upravitelná. Díky rozebíratelnému stavebnicovému systému je možno validaci přizpůsobit na daný problém či materiál.

Po provedení validačního měření se naměřené a uložené hodnoty ze snímačů a čidel vynesou do srovnávacích tabulek a grafů tak, aby časově korespondovaly s vygenerovanými hodnotami ze simulační metody DEM. Po srovnání hodnot se zkoriguje výpočet metody DEM úpravou vstupních parametrů, provede se nový výpočet, a pokud se vygenerované hodnoty blíží naměřeným hodnotám z reálného validačního zařízení XhybaE^teaafezen-zdťoj-^ odkazů., je možno hodnoty uložit do knihoven dynamického pohybu materiálu, kde jsou připraveny pro optimalizaci vývoje nebo úprav tažných či tlačných nástrojů -€hyba! Ntnra1éžěn~~/-di uj odkazu, pomocí metody DEM. Pokud se generované hodnoty z metody DEM neblíží reálným hodnotám z validačního zařízení Chybaf-Ncnalezen-^droi odkazům, tak se korekce a výpočet opakuje.

Validační zařízení i může být provozováno vodorovně i úkloně. Příklad výstupu naměřených hodnot rychlostí z reálného prostředí a simulace DEM jsou uvedeny v tabulce 2 a na obrázku 9.

Tabulka 2

Seznam vztahových značek 1 - Validační systém tažných a tlačných nástrojů 2 - Nosný rám 3 - Průhledný měřící box 4 - Lineární vedení 5 - Nastavitelné dno 6 - Vyměnitelná deska 7 - Upevňovací kolík 8 - Průhledné bočnice 9 - Přepážka 10 - Pohybový šroub 11 - Vodící tyč 12 - Ložiskový domek 13 - Pohonná jednotka 14 - Měřící stolice 15 - Koncové spínače 16 - Pružná spojka 17 - Rozpěrná trubka 18 - Pohon 19 - Pojezd lineárního vedení 20 - Upevnění 21 - Snímací zařízení 22 - Tažný a tlačný nástroj 23 - Vysokorychlostní kamera 24 - Váhové čidlo 25 - Tenzometrické čidlo 26 - Vlhkostní čidlo 27 - Snímač hluku 28 - Tomografické čidlo 29 - Snímač otáček 30 - Teplotní čidlo 31 - Vibrační čidlo 32 - Snímač polohy validačního zařízení 33 - Řídící jednotka 34 - Vyhodnocovací jednotka 35 - vstup energie a látky 36 - výstup energie a látky

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Validační systém tažných a tlačných nástrojů, vyznačující se tím, že zahrnuje validační zařízení (1), řídící jednotku (33), vyhodnocovací zařízení (34), snímač otáček (29), vibrační čidlo (31) a minimálně jednu vysokorychlostní kameru (23), kde samotné validační zařízení (1) zahrnuje nosný rám (2), ke kterému je připevněno lineární vedení (4), které je umístěno nad průhledným měřícím boxem (3), přičemž lineární vedení (4) zahrnuje pohybový šroub (10), vodící tyče (11), ložiskové domky (12), měřící stolici (14), koncové spínače (15) a pohonnou jednotku (13) tvořenou pružnou spojkou (16), rozpěrnými trubkami (17) a pohonem (18) a opatřenou nejméně jedním snímačem (29) otáček, kde pohybový šroub (10) je umístěn mezi dvěma ložiskovými domky (12), které jsou připevněny rozebíratelným spojem k nosnému rámu (2), na obou koncích pohybového šroubu (10) jsou umístěny koncové spínače (15), které jsou připevněny k nosnému rámu (2), k ložiskovým domkům (12) jsou připojeny vodící tyče (11) umístěné rovnoběžně s osou pohybového šroubu (10), měřící stolice (14) je připevněna k pohybovému šroubu (10) a zahrnuje pojezd (19), který je prostřednictvím upevnění (20) spojen se snímacím zařízením (21), ke kterému je připojen tažný či tlačný nástroj (22) a je opatřena nejméně jedním váhovým čidlem (24) a/nebo nejméně jedním tenzometrickým čidlem (25) a/nebo nejméně jedním vlhkostním čidlem (26) a/nebo nejméně jedním teplotním čidlem (30) a/nebo nejméně jedním vibračním čidlem (31) a/nebo nejméně jedním snímačem (27) hluku, pohon (18) je pomocí rozpěmých trubek (17) připojen k ložiskovému domku (12) a spojen pomocí pružné spojky (16) s pohybovým šroubem (10), měřící box (3) se skládá z průhledných bočnic (8) a přepážky (9), které jsou rozebíratelným spojením připevněny k nosnému rámu (2) a dovnitř měřícího boxu (3) je vloženo nastavitelné dno (5), které je k rámu (2) připevněno pomocí upevňovacích kolíků (7) a na dno (5) je vložena vyměnitelná deska (6) a je opatřen nejméně jednou vysokorychlostní kamerou (23) a nejméně jedním váhovým čidlem (24) a/nebo nejméně jedním tenzometrickým čidlem (25) a/nebo nejméně jedním vlhkostním čidlem (26) a/nebo nejméně jedním tomografickým čidlem (28) a/nebo nejméně jedním teplotním čidlem (30) a/nebo nejméně jedním vibračním čidlem (31) a/nebo nejméně jedním snímačem (27) hluku a/nebo nejméně jedním snímačem (29) otáček a/nebo nejméně jedním snímačem (32) polohy validačního zařízení (1), přičemž validační zařízení (1), je prostřednictvím řídící jednotky (33) připojeno vyhodnocovacímu zařízení (34).
2. 2. Validační systém tažných a tlačných nástrojů podle nároku 1, vyznačující se tím, že na validačním zařízení (1) je dále umístěn nejméně jeden vstup (42) a nejméně jeden výstup (43) pro energie a/nebo látky ovlivňující mechanicko-fyzikální vlastnosti.
3. 3. Způsob modelování mechanických procesů pomocí validačního systému podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se nejprve pomocí přepážky (9) a výškově nastavitelného dna (5) upraví potřebná velikost provozní části měřícího boxu (3) a dále se nejprve s kalibračním standardem a poté s jedním nebo více validovanými materiály provedou následující kroky: dovnitř měřícího boxu (3) se vloží materiál případně další látka, na snímací zařízení (21) se připevní vybrané tažné či tlačné zařízení (22), uvede se do pohybu pohon (18), případně se parametry pohonu (18) upraví pomocí řídící jednotky (33), zařízení (22) se přímočaře pohybuje vloženým materiálem až do okamžiku, kdy měřící stolice (14) narazí na koncové spínače (15) a zastaví nebo reverzuje chod, přičemž během pohybu zařízení (22) jsou pomocí čidel (24, 25, 26, 28, 30, 31) a/nebo snímačů (27, 29, 32) snímány hodnoty mechanicko-fyzikálních veličin, které jsou následně zpracovávány vyhodnocovací jednotkou (34) a současně je jak přímo v měřícím boxu (3), tak i skrz průhledné bočnice (8) pomocí vysokorychlostních kamer (23) snímán pohyb materiálu, z jehož záznamu se vytvoří vektorová mapa rychlostí, přičemž se také provede softwarové modelování taženého či tlačeného materiálu a jeho simulace a po provedení validačního měření se naměřené hodnoty ze snímačů a/nebo čidel vynesou do srovnávacích tabulek a graíu tak, aby časově korespondovaly s vygenerovanými hodnotami ze simulace, po srovnání hodnot se zkoriguje výpočet vstupních parametrů simulace jejich úpravou, provede se nový výpočet, přičemž se korekce a výpočet opakují tak dlouho, dokud se vygenerované hodnoty neblíží naměřeným hodnotám z reálného validačního zařízení (1), načež se tyto hodnoty uloží do knihoven dynamického pohybu materiálu a/nebo se použijí pro optimalizaci vývoje nebo úprav tažných a tlačných zařízení.
4. 4. Způsob modelování mechanických procesů podle nároku 3, vyznačující se tím, že mechanicko-fyzikální vlastnosti se ovlivňují buď přidáním energií a/nebo látek přiváděných do validačního zařízení (1) pomocí vstupů (35) a/nebo odebíráním energií a/nebo látek pomocí výstupů (36).