Společnost INOVA začala přibližně
před 20 lety vyvíjet a vyrábět
jednoduché elektrohydraulické
zkušební stroje pro náš strojírenský
výzkum a vývoj. S postupem
času rozšiřovala program o zkušební
zařízení složitější a zdokonalovala
je. Současné výrobky nyní
dodává především do průmyslových
států EU a v zámoří, např. do
Jižní Koreje a Číny.
Její zkušební zařízení úspěšně konkurují
na mezinárodním trhu. Ekonomický
a technický růst společnosti je
umožněn jejím odborným řízením,
technicky atraktivním a velmi potřebným
programem pro rychle se rozvíjející
světové strojírenství a vysokou
kvalifikací zaměstnanců, se záviděníhodným
pracovním nasazením
a odpovědností za vyvíjená a produkovaná
zkušební zařízení. Téměř bez
výjimek platí: jakou úroveň má experiment
při vývoji výrobku, takovou
má i zkoušený výrobek.
Základním požadavkem na experimentální
vybavení vývojového
a výzkumného útvaru elektrohydraulickými
systémy je možnost nastavit
v laboratoři zatěžování zkoumaného
objektu na provozní hodnoty zatížení
působících při různých druzích provozu
včetně simulace okolního prostředí
(teplota, agresivní látky) i na
možné přetížení v praktickém provozu
a měřit odezvu na působící zatěžovací
procesy. Nastavované hodnoty
zatížení se získávají především
měřením. U elektrohydraulických
zkušebních strojů jde především
o realizaci zkoušek vzorků materiálu
jednoduchým, případně kombinovaným
namáháním (např. tah, tlakkrut),
vyžadovaných pro optimální
dimenzování součástí strojů.
Elektrohydraulické zkušební stroje
(EH stroje) a elektrohydraulické
systémy (EH systémy) fungují jako
elektrohydraulické servomechanismy
s jednou nebo více smyčkami
s vestavěným zatěžovacím hydromotorem.
Mají metrologický charakter.
Funkce všech hydromotorů jsou programovány
nezávisle. EH zatěžují
zkušební vzorky materiálu, případně
součásti strojů a jsou nabízeny
v optimálním, nejčastěji žádaném
provedení. EH zatěžují části, případně
celé mechanické konstrukce více
nezávislými silami, nebo i momenty
a jsou pro tuto činnost sestaveny
z konstrukčních dílů, které má
výrobce k dispozici, nebo je vyvine.
Nejčastěji dodávaný EH systém se
používá pro experimentální ověření
spolehlivosti a životnosti mechanické
konstrukce osobních automobilů,
případně jejich částí.
Akční členy, přímočaré nebo torzní
hydromotory, musí vykazovat minimální
pasivní odpory. Proto mají nejčastěji
hydrostaticky uložené pístnice.
Počítačově řízená elektronika EH
strojů a systémů ovládá s vysokou
přesností pohyb jednotlivých hydromotorů
působících na jeden zkoušený
objekt, přičemž jsou brány v úvahu
i vzájemné geometrické a dynamické
vazby mezi jednotlivými řídicími
smyčkami a měřenými veličinami.
Mohou existovat případy při vyšších
zatěžovacích frekvencích vyžadující
korekci chyb, které by způsobily
setrvačné síly spojení zkoušeného
objektu a snímače síly.
Význam zkoušek se podstatně zvyšuje
v podmínkách blízkých skutečnému
provozu. Existují zkoušky, při
kterých nároky na věrnost simulace
neperiodických dynamických průběhů
zátěže vyžadují vedle kvalitní
regulace i iterační programový systém
na bázi Fourierovy transformace.
U zkoušek s větším počtem hydromotorů
stoupá i počet míst, kde je měřena
mechanická deformace, případně
další mechanické veličiny. Zatímco
u automobilů jde o stovky míst,
u velkých letadel až o tisíce míst.
Elektrohydraulická zařízení s hydromotory
na výstupu se používají
nejen ve zkušebnictví. Třeba
i v seizmologii, ve stavebnictví ke
kompenzaci kmitání výškových
budov, základů budov, jako zdroje
quazistatické síly v různých zařízeních
pro manipulaci s velmi hmotnými
technickými objekty atd.
Pro rozvoj strojírenství a metalurgie
má značný význam skutečnost,
že laboratoře s elektrohydraulickými
zkušebními zařízeními INOVA
jsou na vysokých školách v Praze
a v Brně, což umožňuje konkrétní
spolupráci s průmyslem na úrovni
aktuálních problémů. INOVA zavádí
poradenskou službu pro řešení
problémů experimentální techniky
v oblasti zkoušek materiálů, zkoušek
simulace provozního zatěžování strojů
i dalších zkoušek na EH strojích
a EH systémech. Využívání těchto
služeb se bude nadále rozšiřovat.
VÝZNAM ZKOUŠEK
PRO STROJÍRENSKÉ VÝROBKY
Naléhavost pevnostních zkoušek
v posledních letech rozšířilo používání
kompozitů jako konstrukčních
materiálů zvyšujících technickou
úroveň výrobků. Jejich mechanické
vlastnosti jsou však složitější než
kovových konstrukčních materiálů
a jejich spolehlivé optimální využívání
vyžaduje provádění pevnostních
a únavových zkoušek.
VYBRANÉ APLIKACE V RŮZNÝCH
STROJÍRENSKÝCH OBJEKTECH
Na obr. 1 je stroj pro zkoušky
dveří zejména kolejových vozidel,
například vlaků metra. Umožňuje
automatický zkušební cyklus odpovídající
zatížení dveří při reálném
provozu. Skládá se z hydromotorů
vyvozujících tlakové a tahové síly na
dveře odpovídající například silám
při průjezdu metra tunelem a dále
z pneumatického podtlakového systému
umožňujícího automatické přisátí
na zkoušené dveře.
Celý zkušební cyklus řízený počítačem
je pak následující:
? Řídicí počítač uzavře zkoušené
dveře s využitím jejich běžného ovládání.
? Hydromotory najedou s podtlakovými
deskami na zkoušené dveře
? Zapnutím podtlaku dojde k přisátí
podtlakových desek na zkoušené dveře
? Zatěžovací hydromotory vyvodí
průběh sil (tahových a tlakových),
které odpovídají reálnému zatížení
dveří při jízdě
? Vypnutím podtlaku dojde k uvolnění
hydromotorů, které odjedou do
vhodné manipulační vzdálenosti
? Dveře se otevřou - "vlak zastavil
ve stanici"
? Celý zkušební cyklus se opakuje
od začátku.
Na obr. 2 je stroj na zkoušky tlumičů.
Celý průběh zkoušky řízený
počítačem opět co nejlépe simuluje
průběh životnosti tlumiče v automobilu.
U tlumiče je důležitá nejen
jeho životnost, ale zejména pak tlumicí
charakteristiky a jejich změny
(zhoršení tlumení) po ujetí určitých
počtů km v závislosti na namáhání
tlumičů.
Automatický zkušební cyklus
zahrnuje následující kroky:
? Změření tlumicích charakteristik
tlumiče a jejich porovnání s povoleným
tolerančním pásmem
? Zatěžování tlumiče dynamickým
průběhem s různými rychlostmi.
Při přehřátí tlumiče vložení
automatického chladicího cyklu.
Daný průběh odpovídá ujetí určitého
počtu km na vozovce s danou
kvalitou povrchu
? Opětovné změření tlumicích
charakteristik, jejich porovnání s předepsanými
tolerancemi a vyhodnocení
jejich vývoje v čase
? Opakování celého zkušební
cyklu.
Na obr. 3 je stroj na zkoušky kardanových
hřídelí sloužících k náhonu
mezi motorem automobilu a hnanou
nápravou. Zkoušeny jsou například
dlouhé kardanové hřídele používané
u dodávkových automobilů s motorem
vepředu a s náhonem zadních
kol. Zkouška hřídelí opět odpovídá
simulaci reálného provozu. Hlavní
motor pohání současně čtyři zkoušené
hřídele. Otáčky hřídelí jsou
řiditelné z řídicího počítače, takže
jednotlivé zkušební režimy jsou prováděny
s příslušnými otáčkami. Do
zatěžovacího řetězce je dále zapojen
torzní hydromotor, který v průběhu
rotace zkrucuje zkoušené hřídele, jak
odpovídá záběru a brždění motoru
automobilu. Průběh tohoto torzního
momentu je též programovatelný.
Dalším prvkem komplexní simulace
zatížení hnacích kardanových
hřídelí je svislý lineární hydromotor.
Ten pohybuje svisle jedním koncem
všech zkoušených hřídelí, a tím mění
délku a úhel kardanových hřídelí, jak
odpovídá pružení vozidla při jízdě.
Daná zkouška je velmi komplexní
a dobře odpovídá skutečnému namáhání
hřídelí při jízdě. Zkouška na
zkušebním stroji však na rozdíl od
reálné jízdy umožňuje namáhat zkušební
vzorky tak, aby byly vyloučeny
"zbytečné" části jízdy, které mají
vliv na životnost zkušebních vzorků.
Další předností zkoušky na zkušební
stroji je výborná opakovatelnost průběhu
zkoušky, a tím i srovnatelnost
výsledků pro různé zkušební vzorky
- například po vylepšeních a jiných
úpravách.
Na obr. 4 je stroj pro zkoušky
kloubových tyčí. Umožňuje současné
zatěžování zkušebního vzorku ve
čtyřech směrech - jedná se o rotační
pohyb, kardanický pohyb, osovou sílu
a boční sílu. Komplexnost složeného
prostorového zatížení umožňuje velmi
dobře simulovat skutečné namáhání
zkušebních vzorku. Průběhy
namáhání v jednotlivých osách lze
odvodit od naměřených průběhů
namáhání při skutečném provozu
kloubové tyče a dosáhnout věrohodných
výsledků o její životnosti.
Do zkušebního stroje lze dále doplnit
teplotní komoru vytvářející celý
rozsah teplot odpovídajících provozním
teplotám, nebo komoru s ostřikem
zkušebního vzorku slaným roztokem,
což odpovídá zimnímu provozu
automobilu.
ING. JIŘÍ ČERNOHORSKÝ, DRSC.
