O špičkových elektrohydraulických zařízeních a systémech k optimálnímu dimenzování strojírenských výrobků

Jednou z dominantních součástí výzkumu a vývoje se staly náročné zkoušky prověřující spolehlivost a životnost i optimální konstruování výrobků zohledňující nejvhodnější volbu konstrukčních materiálů, minimální hmotnost konstruovaných výrobků (energetickou náročnost), jednoduchost jejich výroby a provozní náklady. K ohromnému boomu se propracovaly německý Carl Schenck a americká firma Materiál Testing Systéms (MTS), které vyvinuly a dodávaly první vícekanálové elektrohydraulické systémy do leteckého a automobilového průmyslu. Zkoušky na elektrohydraulických zkušebních strojích a systémech mají základní význam pro všeobecně přijatou filosofii optimálního dimenzování strojírenských výrobků vycházející z koincidence výpočtových metod a experimentů. Tyto stroje a systémy fungují jako rychlé elektrohydraulické servomechanismy. Působí jako zdroje mechanického kmitání žádaného průběhu v žádaném směru a místě na vyšetřovaný objekt. Jeho důležité reakce vyvolané procesem zatěžování jsou měřeny nejčastěji kovovými tenzometry a senzory parametrů kmitavého pohybu a případně i sil připojenými k rychlé měřicí ústředně tvořící součást elektrohydraulických zařízení. Elektrohydraulické zkušební stroje a systémy vykazují při jejich správné funkci a správném využívání metrologické charakteristiky. To znamená, že jsou zaručeny přípustné chyby v generaci a v měření zatěžovacích sil a momentů i v měření důsledků jejich působení na zkoumané objekty. Zkušební stroje zatěžují vzorky konstrukčních materiálů, případně součásti strojů. Jsou jednokanálové pro zatěžování tahem a tlakem nebo krutem a vícekanálové pro kombinované zatěžování v tahu-tlaku, ohybu a krutu. Zkušební systémy zatěžují části nebo celé konstrukce výrobků. Například pro zatěžování automobilů jsou používány elektrohydraulické systémy se 4 až 16 kanály, pro rozsáhlé konstrukce letadel i více než 100kanálové systémy. Počítačově řízená elektronika elektrohydraulických zkušebních systémů ovládá s vysokou přesností pohyb více hydromotorů působících na jeden zkoušený objekt, přičemž jsou brány v úvahu i vzájemné vazby mezi jednotlivými řídicími smyčkami a měřenými veličinami. Velmi důležitý je ekonomický přínos moderního zkušebnictví technickému rozvoji podstatným zkracováním doby vývoje. Samozřejmým předpokladem úspěchu prodeje na světovém trhu je při současné, dříve nevídané konkurenci, nabídka strojů se špičkovými technickými parametry za přijatelné ceny s hodnověrnými zárukami, které poskytuje experiment. Existují čtyři dominantní oblasti, ve kterých kvalifikované využití vhodných elektrohydraulických strojů a systémů tuto špičkovou jakost výrobků umožňuje: ? využití koincidence vhodných experimentů a počítačového modelování pro optimální konstruování dynamicky zatěžovaného výrobku s hodnověrnými zárukami ? zkoušky výrobků na elektrohydraulických strojích a systémech podle zavedeného systému jakosti (např. ISO 9000) jsou součástí předepsaných technologií zajišťujících plnění norem jejich provozní bezpečnosti a životnosti ? optimální využití nových konstrukčních materiálů v dynamicky namáhaných výrobcích s potřebnými zárukami lze prokázat jen zkouškami realizovanými na elektrohydraulických strojích ? ověření programů základního výzkumu zaměřených na optimální konstruování výrobků a výzkum nových konstrukčních materiálů Vzhledem k minulé izolaci našeho strojírenského výzkumu a vývoje bylo naše zkušebnictví vybavováno moderní experimentální technikou později. Její nedostatek byl důsledkem pozdního vzniku a rozvoje podniku INOVA, jehož elektrohydraulické stroje a systémy ve většině případů úspěšně nahrazují současnou zahraniční experimentální techniku. Elektrohydraulické vibrační plošiny umožňují simulovat podmínky, kterým jsou vystaveny zkoušené předměty při jejich provozu. Mohou být zatěžovány chvěním země, nebo vibracemi zařízení, s nimiž je zkoušený předmět při provozu spojen. Simulované vibrace jsou generovány hydromotory. Význam seizmických zkoušek, pro které dodává INOVA víceosé elektrohydraulické plošiny, je značný. Nedostatečná odolnost staveb a důležitých technologií (např. technologického vybavení jaderných elektráren) ohrožuje bezpečnost velkého počtu obyvatel. Řadu staveb nelze bez experimentálního ověření jejich seizmické odolnosti uvádět do provozu. INOVA se dále zabývá vibračními zkouškami předmětů, které jsou v reálném provozu zatěžovány vibracemi vznikajícími při přepravě. Zkoušeným objektem může být přepravovaný náklad především s ohledem na vliv použitého obalu, nebo lze zkoušet technologický celek, jako součást dopravního zařízení zatěžovaného vznikajícími vibracemi při jízdě. Zkušební stroj dodaný do Indie firmě Research Center Imarat umožňuje vibrační zatěžování zkoušeného objektu střídavě ve vodorovném a svislém směru. Typické použití jeho vibrační plošiny je při zkouškách odolnosti přepravovaných předmětů. Stroj umožňuje zatěžovat zkoušené předměty s přesně dodrženým rozložením výkonu na jednotlivých frekvencích (PSD – Power Spectral Density) odpovídajícím typickým podmínkám při přepravě. Má dvě plošiny: vodorovnou a svislou. Akční hydromotor lze alternativně připojit vždy k jedné z obou plošin. Zkoušky pomohou optimalizovat balení přepravovaných předmětů, šetřit tak náklady na obaly a zabraňovat možnému poškození zboží při přepravě. Zkušební stroj dodaný americké firmě Ingesoll-Rand působící v ČR umožňuje vibrační zatěžování se 6 stupni volnosti. Zkoušený předmět může být současně přemísťován ve třech na sebe kolmých osách a otáčen okolo těchto tří os. Tento stroj je určen ke zkoušení agregátů pro chlazení přepravovaného nákladů montovaných na nákladní automobily. Chladicí agregát je v provozu zatěžován vibracemi přenášenými z vozovky přes podvozek automobilu. Zadané časové průběhy zrychlení odpovídají průběhům zrychlení vznikajícím při jízdě nákladního automobilu a jsou zkušebním strojem realizovány s vysokou přesností. Při přípravě zkušebních průběhů zrychlení pro zkušební stroj jsou data naměřená na jedoucím automobilu zbavena částí majících zanedbatelný vliv na poškození zkoušeného předmětu – například odpovídající jízdě na silnici s rovným povrchem. Tímto opatřením je dosaženo podstatného zkrácení doby životnostních zkoušek proti reálnému provozu. Ověření odolnosti chladicího agregátu vibracím vznikajícím při jízdě umožňuje konstruktérům tohoto chladicího agregátu optimalizovat jeho konstrukci a prodloužit životnost agregátu a minimalizovat možné poruchy při provozu, které by měly destrukční vliv na přepravované, např. zmrazené zboží. Hlavní zatížení ložiska představuje statická složka svislé síly odpovídající zatížení hmotností vozidla a dále dynamická složka svislé síly odpovídající rázům vznikajícím při jízdě po nerovné vozovce, zejména při přejezdu větších terénních nerovností. Vodorovné síly působící na ložisko kola vznikají při brzdění, akceleraci a průjezdu automobilu zatáčkou. Zkušební stroj pro zkoušky ložisek kol umožňuje zatěžovat zkoušené ložisko kombinací uvedených sil vznikajících při různých režimech jízdy automobilu. Zkušební stroj slouží jako důležitá pomůcka konstruktérům ložisek kol a umožňuje jim optimalizovat konstrukci a předem určit očekávanou životnost ložisek ve vztahu k charakteru očekávaného provozu. Provozovatel automobilu je pak ušetřen nečekaných výpadků a závad této součásti automobilu. Obdobného zvýšení životnosti a spolehlivosti je dosaženo na základě životnostních zkoušek na elektrohydraulickém stroji i u dalších významných komponent osobního automobilu (tlumiče, kardanové hřídele, řízení apod.). Důležitou součástí všech automobilů jsou různé klouby. Klouby jsou v provozu namáhány osovými i příčnými silami a konají rotační i kyvný pohyb. Klouby jsou velmi citlivou součástí automobilů a jejich životnost je důležitým faktorem celkové spolehlivosti automobilů. U starších automobilů bylo třeba klouby často ošetřovat a jejich životnost byla značně omezená. Použitím nových konstrukčních materiálů a prováděním zkoušek jejich životnosti patří klouby v současné době ke spolehlivým a bezúdržbovým částem automobilů. ING. JIŘÍ ČERNOHORSKÝ, DRSC.