CZ28181U1 - Validační systém tažných a tlačných nástrojů - Google Patents

Description

Oblast techniky

Řešení se týká zařízení pro zjišťování vlivu vlastností sypkých (partikulárních) hmot na funkčnost dopravy. Zařízení je určeno k 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-fýzikálních 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 opatřeni spojená v celek mohou dát objektivní obraz k řešení konkrétního problému. Samotný princip urychlování částic u procesů v oblasti shrabování, hrnutí, přesunu, odebírání a překládání materiálů je ovlivněn také 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.

CZ 28181 Ul

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 nejdůležitější, 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., Škubna 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 řeší problematiku zařízení pro vytahování kořenů, v CN 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 technického řešení

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

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 zahrnuje 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 snímků v krátkém časovém intervalu, které po vyhodnocení ve vyhodnocovací jednotce pomocí PIV metody vytvoří vektorové pole rychlosti pohybu částic. Za účelem vytvoření 3D mapy vektorových polije nutno snímat obraz 2 nebo výhodněji více kamerami.

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

Vyhodnocovacím zařízením podle řešení 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 řešení 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 řešení je myšlen jakýkoli typ motoru, např. elektro-převodovka.

Pojmem snímač hluku podle tohoto řešení je myšlen mikrofon.

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

Validační zařízení umožňuje více způsobů 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 cyklu je možno také průběžně zjišťovat, 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 řešení 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-fýzikálních 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 mechanickofýzikálních 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

-3 CZ 28181 Ul fluid dynamics) a jako vyhodnocovací software nejčastěji programy ANSYS, EDEM nebo FLUENT.

V řešení je užita simulační metoda DEM v kombinaci s vyhodnocovacím programem EDEM. Touto kombinací 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 za použití 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 využívá obou těchto možností.

Z praxe je známo, že i ten sebelepší software prozatím nedokáže úplně 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 se s co nejmenší odchylkou 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. Předkládané technické řešení 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 simulační 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 simulace 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 kroku je 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.

-4CZ 28181 U1

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 porovnám 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 nej vhodnější 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 případů 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 řešení pomocí programu EDEM. K ověřování a validaci

CZ 28181 Ul je však nutno postavit fyzický model (prototyp) zařízení tažných a tlačných nástrojů, který je předmětem tohoto řešení. 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. Snímám 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 zařízení tažných a tlačných nástrojů.

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:

Laboratorní měřeni

Vstupní veličiny - reál	Co lze optimalizovat	Vstupní veličiny - simulace
koeficient statického třeni vnitřní třeni vnější třeni koeficient valivého třeni koeficient restituce	optimalizace rychlosti částic a funkčních prvků konstrukce	koeficient statického třeni koeficient valivého třeni koeficient restituce
Poissonova konstanta modul pružnosti ve smyku	optimalizace působeni sfl	Poissonova konstanta modul pružnosti ve smyku
velikost částic tvar částic objemová hmotnost sypná hmotnost vlhkost materíáhi	optimalizace částic tvořidch dopravovaný materiál	velikost částic tvar částic objemová hmotnost

Výstupní veličiny - reál	Validace	Výstnpni veličiny - simulace
rychlost částic	<-—	.....>	rychlost částic
točivý moment konstrukce	<----	----->	točivý moment konstrukce
sily na konstrukci a částice	<---	.....>	sůy na konstrukci a částice
dráhy částic	<-—	----->	dráhy částic
zvukové frekvence	<-—-	----->	počet kontaktů částic/čas
otáčky funkčních části	<----	.—>	otáčky funkčních části
rychlosti funkčních části	<—-	.—>	rychlosti funkčních části
změna hmotnosti	<——		změna hmotnosti
změna velikosti částic	<----	.....>	změna velikosti částic
změna úhlu konstrukce	<—-	....>	změna úhlu konstrukce
změna vlhkosti
teplota prostředí			možnost dle
teplota materiálu			vlastnictví licence
teplota konstrukčních části

Vyhodnoceni + validace

Tabulka 1

CZ 28181 Ul

Objasněni výkresů

Řešení je blíže ilustrováno 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 technického řešení

Validační systém tažných a tlačných nástrojů podle obrázků 1 až 8 je tvořen validačním zařízením I, ke kterému je prostřednictvím řídící jednotky 33 připojeno vyhodnocovací zařízení 34, dále je tvořen snímačem 29 otáček, vibračním čidlem 31, nejméně jednou vysokorychlostní kamerou 23 umístěnou vně validačního zařízení 1 a volitelně též vstupem 38 a výstupem 39 pro energie a/nebo látky.

Validační zařízení 1 je tvořeno nosným rámem 2, ke kterému je rozebíratelným spojením připevněno lineární vedení 4, které je umístěno nad průhledným měřícím boxem 3. Lineární vedení 4 je sestaveno z pohybového šroubu 10, vodících tyčí JT, ložiskových domků 12. pohonné jednotky 13, měřící stolice 14 a koncových spínačů 15. Pohonná jednotka 13 se skládá z pohonu 18, rozpěmých trubek 17 a pružné spojky 16. Pohon 18 je pomocí rozpěmých trubek 17 připojen k ložiskovému domku 12 a spojen pomocí pružné spojky 16 s pohybovým šroubem 10. Pohybový šroub 10 je umístěn mezi dvěma ložiskovými domky 12. které jsou připevněny rozebíratelným spojem ke konstrukci nosného rámu 2. K ložiskovým domkům 12 jsou připojeny dvě vodící tyče 11. Vodící tyče H jsou umístěny rovnoběžně s osou směru pohybu měřící stolice 14, která je připojena k pohybovému šroubu JO. Měřící stolice 14 se skládá z pojezdu 19, který je prostřednictvím upevnění 20 spojen se snímacím zařízením 21, ke kterému je připojen tažný či tlačný nástroj 22. Na obou koncích pohybového šroubu 10 jsou umístěny na nosném rámu 2 koncové spínače 15. 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. Na dno 5 je vložena vyměnitelná deska 6. Dovnitř měřícího boxu 3 se vloží materiál a případně další látka, ve kterých se pohybuje daný tažný či tlačný nástroj 22. Průhledný měřící box 3 je opatřen nejméně jedním čidlem 24, 25. 26, 28, 30, 31 a/nebo snímačem 27, 32 mechanicko-fyzikálních vlastností. Měřící stolice 14 je opatřena nejméně jedním čidlem 24, 25, 26, 31 a /nebo nejméně jedním snímačem 27 mechanicko-fyzikálních vlastností. Pohonná jednotka 13 je opatřena nejméně jedním snímačem 29 otáček.

V průhledném měřícím boxu 3 se nastaví pomocí přepážky 9 a nastavitelného dna 5 potřebná velikost provozní částí. Dále se uvede do pohybu pohon 18 pomocí řídící jednotky 33, která umožňuje změnu vstupních parametrů pohonu J_8. Na pohybový šroub 10 se přes pružnou spojku 16 převádí z pohonu 18 rotační pohyb. Prostřednictvím měřící stolice 14 je rotační pohyb transformován na pohyb přímočarý. Tento pohyb je přenášen prostřednictvím upevnění 20 na snímací zařízení 21 a dále na tažný ěi tlačný nástroj 22. Přímočarý pohyb tímto vykonává také tažný či tlačný nástroj 22, čímž také vykonává práci v daném matriálu a/nebo látce. Po ukončení své trasy narazí měřící stolice 14 na koncové spínače 15 a zastaví/reverzuje chod. Pomocí koncových spí- 7 CZ 28181 U1 načů 15 lze zajistit automatizovaný pohyb a práci určenou pro daný tažný či tlačný nástroj 22 v daném měřícím prostředí.

V dráze pohybu tažného či tlačného nástroje 22 jsou, jak na nosném rámu 2, tak i na nastavitelném dnu 5 a výměnné desce 6 umístěna čidla 24, 25, 26, 28, 30, 31 a snímače 27, 29, pomocí nichž jsou zjišťovány hodnoty mechanicko-fyzikálních veličin. Tyto naměřené hodnoty zpracovává vyhodnocovací jednotka 34. Řídící jednotka 33 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 I, je skrz průhledné bočnice 8 snímán tento pohyb nejméně jednou vysokorychlostní kamerou 23. Snímky jsou vyhodnocovány prostřednictvím vyhodnocovací jednotky 34. Vyhodnocením snímků z kamery 23 umístěné uvnitř nebo vně validačního zařízení I, je možno vytvořit pomocí PIV metody plošnou mapu vektorových polí. Kombinací snímků zachycených jak vysokorychlostní kamerou 23 umístěnou na snímacím zařízení 21 uvnitř validačního zařízení 1, tak i vysokorychlostní kamerou 23 umístěnou vně validačního zařízení I, je možno vytvořit pomocí PIV metody prostorovou mapu vektorových polí.

Aby bylo možno upravovat mechanicko-fyzikální vlastnosti materiálu během dopravy, je na validačním zařízení I v různých místech umístěn nejméně jeden vstup 38 a nejméně jeden výstup 39 pro energie a látky ovlivňující mechanicko-fyzikální vlastnosti. Pro ověřování a validaci celého spektra problémů tažných a tlačných nástrojů 22 je konstrukce validačního zařízení i 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 grafu 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 i, je možno hodnoty uložit do knihoven dynamického pohybu materiálu, kde jsou připraveny pro optimalizaci vývoje nebo úprav tažných či tlačných nástrojů 22 pomocí metody DEM. Pokud se generované hodnoty z metody DEM neblíží reálným hodnotám z validačního zařízení 1, tak se korekce a výpočet opakuje.

Validační zařízení 1 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.

	c*w	•tO/eat MM («V·»	Rychto» RVlrnAt			Rychto» MM (</»)	Rychto·!		£*·»		Rychto·!		CmW	Rychto» 0414	Rychto·! pwlm/íl
Rycheo·! 08W
0	0	0	0	26	0.71997	0.897223	0.897223	52	144003	0.886943	0.886943	78	217002	0196703	0.896703
1	0.02999	0.503983	0.503983	27	0.7*995	0.11919«	08191»	51	147001	0192177	0.192127	79	2.11997	0.941277	0 341277
2	0.05998	0.493813	0.493813	28	0.7800«	0.90146	0.90146	54	15	0.851306	0.832306	80	X21996	0.868096	0.868096
3	0,08003	0533943	0.533943	29	0.81002	0.906382	0.906382	55	152998	0.915463	0.915463	81	2.25004	0330871	0.830871
4	0.11002	0.562743	0.562743	30	0.82998	0.837487	0.837487	56	1.55997	0.916857	0.916857	82	2.28003	0.64682	0.64682
5	0.14001	0561061	0-561061	31	0.B5997	0.8822	0.8822	57	158003	0-882515	0.882515	83	2.31002	0.665206	O.66S2O6
6	0.16999	0.51968	0.51968	32	0.88995	0.90679	0.90679	58	161001	0.914198	0.914198	84	2.32998	0.500625	0.500625
7	0.19005	0.547272	0.547171	33	0.92004	0.878682	0.878682	59	1.64	0.930691	0.930692	85	2.35996	0.498403	0.498403
8	0.22003	0.52726	0.S2726	34	0.94	0.870949	0870949	60	1.66999	O139W7	0 139617	»	2.39005	0371429	0371429
9	0.25002	0.56133	056133	35	0.96998	0.9157	0.9157	61	169004	0-885357	0.885957	87	2 42003	0.378138	0 378118
10	0.28001	0.660029	0.660029	3«	0.99997	0.890138	0.890138	«2	172003	0.919157	0.919157	ta	2.43999	0-207294	0.207294
11	0.30999	0.650199	0.650199	37	1.02995	0.909871	O.9OM71	«1	1.75001	02)76945	0.876945	»	2.469»	0.186981	0.186981
12	0.32995	0682565	0682565	38	1.06004	0.908663	0.908663	64	1.78	0913301	0.913301	90	2.49996	018349S	0.183495
n	0.36003	0.665638	0 665638	39	1.08	0.898015	0898015	«5	180999	0.88932	0 88932	91	253005	0 287607	0.2B7607
14	0.39002	0.74G979	0.746979	40	1.10998	0.885291	0885291	66	183004	0.898554	0.898554	92	2.56003	0.179049	0.179049
15	0.42001	0,736947	0.736947	41	1.13997	0.928053	0.928053	67	186003	0344733	0.944733	93	2.57999	0.158866	0.158866
u	0.43996	0.749477	0 749477	42	1.16995	0.913525	0911525	M	1.89001	0.926381	0.926381	94	2.60998	0.0679747	0.0879747
17	0.46995	0.726116	0.726116	43	1.19001	0.879433	0.879433	69	192	0.941373	0.941373	95	2.63996	0.174501	0.174501
18	0.50004	0.761481	0.761481	44	1.22	0.883163	0.883163	70	1.93996	0693006	0.893006	96	2.67005	0.279768	0.279768
19	0.53002	0.917978	0.917978	45	1.24998	0.891589	0.891589	71	1.97004	0.875858	0.875858	97	2.69001	0.0671907	0.0671907
20	0.56001	0.911907	0.911907	46	1.27997	0.869391	0.869391	72	2.00003	0.93346	0.93346	98	2.71999	0.0501987	0.0501987
21	0.57997	0884773	0884773	47	1.30996	0.84855	088855	73	2.03002	08645	0.8645
22	0.60995	0.B23615	0.823615	48	1.33001	O91192S	0.911925	74	2.06	0.923629	0.923629
23	0.64004	0.855663	0.855663	49	1.36	0.853874	0.853874	75	2.07996	0.888801	0.888801
24	0,67002	0876511	0.876511	50	1.38998	0881954	0.881954	76	2.11004	0860972	0.860972
25	0.68998	0.875684	0.87S884	51	1.41997	0.898736	0.898736	77	2.14003	0.915563	0.915563

Tabulka 2 . s.

Průmyslová využitelnost

Řešení lze využít všude tam, kde se optimalizují stávající nebo vyvíjejí nová zařízení tažných a tlačných nástrojů, zejména v průmyslu těžebním, dopravním, farmaceutickém, při dopravě materiálů, pigmentů apod.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   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), rozpěmými 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 validaěního 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 (35) a nejméně jeden výstup (36) pro energie a/nebo látky ovlivňující mechanicko-fyzikální vlastnosti.