Construction of platform for robotic welding

Full text

(1)UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO. Matej ULČNIK. KONSTRUIRANJE VPENJALNE PRIPRAVE ZA ROBOTSKO VARJENJE Magistrsko delo študijskega programa 2. stopnje Strojništvo. Maribor, april 2015.

(2) KONSTRUIRANJE VPENJALNE PRIPRAVE ZA ROBOTSKO VARJENJE Magistrsko delo. Študent:. Matej ULČNIK. Študijski program 2. stopnje:. Strojništvo. Smer:. Konstrukterstvo. Mentor:. red. prof. dr., Srečko GLODEŽ. Maribor, marec 2015.

(3)

(4) ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju red. prof. dr Srečku GLODEŽU in somentorju v podjetju Metalna Senovo d.o.o Mirko SRPČIČU univ. dipl. inž. str. za pomoč in vodenje pri opravljanju magistrskega dela. Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili študij.. III.

(5) KAZALO. 1.. UVOD ............................................................................................................................ - 1 -. 1.1. OPIS SPLOŠNEGA PODROČJA MAGISTRSKEGA DELA ...................................................- 1 -. 1.2. OPREDELITEV MAGISTRSKEGA DELA.........................................................................- 2 -. 1.3. STRUKTURA MAGISTRSKEGA DELA ...........................................................................- 3 -. 1.4. PREDSTAVITEV PROBLEMA .......................................................................................- 3 -. 1.5. CILJI MAGISTRSKEGA DELA .....................................................................................- 10 -. 2.. TEORETIČNE OSNOVE ROBOTSKE VARILNE CELICE .............................. - 11 -. 2.1. ZAŠČITA IN OPOZORILA ZA VARJENJE ......................................................................- 13 -. 2.2. OPIS VARILNE CELICE ......................................................................................- 14 -. 3.. ZASNOVA IN KONSTRUKCIJA VPENJALNE PRIPRAVE ............................. - 22 -. 3.1. IDEJNA ZASNOVA KONSTRUKCIJE ............................................................................- 25 -. 3.2. MATERIAL KONSTRUKCIJE ......................................................................................- 26 -. 3.3. ZVARJEN OKVIR ......................................................................................................- 27 -. 3.4. PRIROBNICI .............................................................................................................- 29 -. 3.5. CILINDERI ...............................................................................................................- 30 -. 3.6. IZRAČUN POMIKI IN NAPETOSTI PO MKE ................................................................ - 32 -. 3.7. PRIZMA ...................................................................................................................- 49 -. 3.8. ZAŠČITA CILINDROV. .............................................................................................. - 52 -. 3.9. DISTANČNIK............................................................................................................- 53 -. 3.10. PRIJEMALA DESTACO .......................................................................................... - 54 -. 4.. TEHNIČNA DOKUMENTACIJA ........................................................................... - 56 -. 5.. ANALIZA REZULTATOV ...................................................................................... - 57 -. 6.. ZAKLJUČEK ............................................................................................................. - 59 -. 6.1. DOSEŽENI CILJI .......................................................................................................- 59 -. 6.2. PREDLOGI ZA NADALJNJE DELO...............................................................................- 59 -. 7.. LITERATURA ........................................................................................................... - 60 -. IV.

(6) KAZALO PREGLEDNIC. Preglednica 1.1: Podatki za 2,5 m podaljšek ......................................................................... - 7 Preglednica 1.2: Podatki za 4 m podaljšek ............................................................................ - 7 Preglednica 1.3: Podatki za 5 m podaljšek ............................................................................ - 7 Preglednica 1.4: Podatki za kabino tipa C040 ....................................................................... - 8 Preglednica 1.5: Podatki za kabino tipa C050 ....................................................................... - 8 Preglednica 2.1: Primerjava MIG / MAG postopka ............................................................ - 21 Preglednica 3.1: Zahtevnik .................................................................................................. - 22 Preglednica 3.2: Pomembni podatki L profilov................................................................... - 23 Preglednica 3.3: Maksimalni odmiki glede na dolžino profila ............................................ - 24 Preglednica 3.4: Osnovni podatki materiala S355JR .......................................................... - 26 Preglednica 3.5: Sila cilindra glede na tlak zraka ................................................................ - 31 Preglednica 3.6: Podatki za HE-B profila ........................................................................... - 39 Preglednica 3.7: Podatki o mostnem žerjavu....................................................................... - 46 -. V.

(7) KAZALO SLIK Slika 1.1: H pozicioner VRC z že obstoječo pripravo ........................................................... - 2 Slika 1.2: Prva VRC-2GM/2dm ............................................................................................ - 4 Slika 1.3: Delavec za varilnim avtomatom ............................................................................ - 5 Slika 1.4: Napake na zvarjencih ............................................................................................ - 6 Slika 1.5: Nezvarjeni L profili (levo) in zvarjeni profili, kot končni produkt (desno) ........ - 10 Slika 1.6: 3D model varilne priprave .................................................................................. - 10 Slika 2.1: VRC med delom [4] ............................................................................................ - 11 Slika 2.2: Avtomatska varilna čelada [7]............................................................................. - 12 Slika 2.3: Splošna nevarnost [8] .......................................................................................... - 13 Slika 2.4: Vroče površine .................................................................................................... - 13 Slika 2.5: Vnetljivo (levo) in nevarnost eksplozije (desno) [8] ........................................... - 13 Slika 2.6: 3D model VRC [3] .............................................................................................. - 14 Slika 2.7: Tloris načrta VRC [3].......................................................................................... - 14 Slika 2.8: Robotska varilna roka [3] .................................................................................... - 15 Slika 2.9: 3D model H pozicionerja [3]............................................................................... - 16 Slika 2.10: Delovna mesta na H pozicionerju ..................................................................... - 16 Slika 2.11: Mere H pozicionerja VRC................................................................................. - 17 Slika 2.12: Položaj priprave, med vstavljanjem nezvarjenih profilov ................................. - 17 Slika 2.13: Dvoosni pozicioner VRC .................................................................................. - 18 Slika 2.14: Varjenja po MAG/MIG postopku ..................................................................... - 19 Slika 2.15: Robotska roka vari po MIG postopku ............................................................... - 21 Slika 3.1: Prikaz sestave L profilov za varjenje .................................................................. - 23 Slika 3.2: Odmik zvarjenca ................................................................................................. - 24 Slika 3.3: Idejna zasnova priprave v odprtem položaju....................................................... - 25 Slika 3.4: Idejna zasnova priprave v zaprtem položaju ....................................................... - 25 Slika 3.5: 3D model varilne priprave .................................................................................. - 27 Slika 3.6: Zvarjen okvir priprave ......................................................................................... - 28 Slika 3.7: 3D model prirobnice ........................................................................................... - 29 Slika 3.8: Standardni cilinder MGPM80TF [12] ................................................................. - 30 Slika 3.9: Prerez varjenega T-profila ................................................................................... - 32 Slika 3.10: Fizikalni model.................................................................................................. - 32 Slika 3.11: Fiksno vpetje ..................................................................................................... - 33 Slika 3.12: Prikaz vpetja in obremenitev ............................................................................. - 33 Slika 3.13: Potek pomikov za varjen T-profil ..................................................................... - 34 VI.

(8) Slika 3.14: Potek napetosti po T-profilu.............................................................................. - 34 Slika 3.15: Varjen E profil................................................................................................... - 35 Slika 3.16: Maksimalni pomiki so preveliki ........................................................................ - 36 Slika 3.17: Maksimalne primerjalne napetosti so 142 MPa ................................................ - 36 Slika 3.18: Prerez varilne priprave in E profila ................................................................... - 37 Slika 3.19: Prikaz pomikov za varjeni E-profil ................................................................... - 38 Slika 3.20: Prikaz primerjalnih napetosti po von Misesu .................................................... - 38 Slika 3.21: HE-B profil ........................................................................................................ - 39 Slika 3.22: Oznake zaprtega profila .................................................................................... - 39 Slika 3.23: Pomiki za profil HE-B 140................................................................................ - 40 Slika 3.24: Prikaz pomikov za profil HE-B 160 .................................................................. - 41 Slika 3.25: Prikaz pomikov z prilagojeno legendo .............................................................. - 41 Slika 3.26: Prikaz primerjalnih napetosti ............................................................................ - 42 Slika 3.27: Prikaz napetosti zaprtega profila in podstavka za cilindre ................................ - 42 Slika 3.28: Koncentracije napetosti se skrivajo na ostrih prehodih ali v vogalih ................ - 43 Slika 3.29: Mreža končnih elementov ................................................................................. - 44 Slika 3.30: Prikaz napetosti z gosto mrežo .......................................................................... - 45 Slika 3.31: Maksimalne primerjalne napetosti po Von Missesu ne presežejo 83 MPa ....... - 45 Slika 3.32: Prikaz obremenitve med dvigom....................................................................... - 47 Slika 3.33: Prikaz pomikov pri dvigu .................................................................................. - 48 Slika 3.34: Prikaz napetosti pri dvigovanju ......................................................................... - 48 Slika 3.35: Pnevmatski cilinder s prizmo ............................................................................ - 49 Slika 3.36: Prizma se privijači na HE-B profil .................................................................... - 49 Slika 3.37: Priprava z L-profilom 60x60x6 ......................................................................... - 50 Slika 3.38: Priprava z L-profilom 80x80x8 ......................................................................... - 50 Slika 3.39: Prikaz vseh dolžin zvarjencev ........................................................................... - 51 Slika 3.40: Nosilec zaščite ................................................................................................... - 52 Slika 3.41: Zaščita ščiti batnico cilindra .............................................................................. - 52 Slika 3.42: Oblika distančnika ............................................................................................. - 53 Slika 3.43: L-profil 80x80x8 naslonjen na distančnik ......................................................... - 53 Slika 3.44: DESTACO 207-UL [14] ................................................................................... - 54 Slika 3.45 Tehnični podatki o prijemalu DESTACO 207-UL [14]..................................... - 54 Slika 3.46: Sestavljena varilna priprava .............................................................................. - 55 Slika 5.1: Barva priprave se ujema z barvami logotipa podjetja Metalna ........................... - 58 Slika 5.2: Varilna priprava za VRC ..................................................................................... - 58 VII.

(9) KONSTRUIRANJE VPENJALNE PRIPRAVE ZA ROBOTSKO VARJENJE Ključne besede:. Konstruiranje, vpenjalna priprava, robotsko varjenje. UDK klasifikacija: 621.881-11:[007.52:621.791](043.2). POVZETEK Robotsko varjenje se v sodobni industriji širi in zamenjuje človeško delovno silo. Ima veliko prednosti pred ročnim varjenjem, zato je sledenje tehnološkim spremembam v podjetjih nujno. Robotske roke je potrebno sprogramirati in jim pripraviti priprave, da so zvarjenci vedno na istem mestu. V podjetju Metalna Senovo, kjer sem tudi štipendist, so kupili varilno robotsko celico. Pobuda je bila, da bi namesto na starih avtomatskih varilnih strojih varili z robotsko roko. Prednosti tega so izboljšana kvaliteta samega vara, krajši manipulacijski časi zaradi avtomatskega obračanja, večja zanesljivost in manj odpadnih zvarjencev. Moja naloga je bila skonstruirati in pripraviti tehnično dokumentacijo za izdelavo pnevmatske priprave za robotsko celico. Pri delu sem uporabljal programski paket Catia, kjer sem uporabljal module za modeliranje, izris načrtov, varjenje ter modul za statične analize. Preračunal sem pomike in primerjalne napetosti po Von Misesu, pri čemer je bilo potrebno upoštevati, da zaradi delovanja sil pnevmatskih cilindrov pomiki na sredini ogrodja varilne priprave ne smejo biti večji od 0,5 mm na strani cilindrov in 0,3 mm na nasprotni strani. Varilna priprava pa mora kljub veliki togosti ostati majhnih dimenzij in lahka.. VIII.

(10) CONSTRUCTION OF PLATFORM FOR ROBOTIC WELDING Key words: Construction, clamping platform, robotic welding,. UDK classification: 621.881-11:[007.52:621.791](043.2). ABSTRACT Robotic welding in modern industry expands every day and replaces human labour. It has many advantages over manual welding, because of that fact tracking of technological change is necessary. Robots need to be programmed and they need platforms. With a platform we make sure that the workpiece stays in the same place every time and through that increase accuracy and repeatability. The company Metalna Senovo, where I had a scholarship has recently bought a welding robot cell. The idea was that instead of the old automatic welding machines, robotic welding should be introduced. Its benefits are better quality improved and reducing manipulation reliability and time due to automatic rotation as well as reducing waste. My task was to construct and prepare technical documentation for a pneumatic platform for a robot cell. At work I use a software package Catia, with modules for modelling, drawing, welding and a module for static analysis. I calculated displacements and von Mises stress. It should be noted that pneumatic cylinders produce a thrust force. Displacements in the centre of the frame should not be greater than 0.5 mm on the side of the cylinder and 0.3 mm on the opposite side. The welding platform must despite its high stiffness, retain its small dimensions and its lightness.. IX.

(11) UPORABLJENI SIMBOLI E. -. modul elastičnosti. W. -. odpornostni moment. n. -. normalna napetost. y. -. meja tečenja. ν. -. Poissonovo število. I. -. Vztrajnostni moment. F. -. sila. Fc. -. sila cilindra. Fd. -. sila dviga. Fg. -. sila teže. q. -. porazdeljena sila. u. -. pomik. A. -. površina. l. -. dolžina. r. -. radij. t. -. čas. v. -. hitrost. a. -. pospešek. .. X.

(12) UPORABLJENE KRATICE. FS -. Fakulteta za strojništvo. RS -. Republika Slovenija. CAD -. Computer Aided Design. ISO -. International Organisation for Standardization. DIN -. Deutsches Institut für Normung. MKE -. Metoda končnih elementov. TIG -. Tungsten, inert gas. MIG -. Metal inert gas. MAG -. Metal active gas. HVS -. Horizontalno vrtalno rezkalni stroj. VRC -. Varilna robotska celica. RAM -. Random access memory. SSD -. Solid state disk. XI.

(13) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. 1. UVOD 1.1 Opis splošnega področja magistrskega dela Varjenje je spajanje kovinskih ali nekovinskih delov s termičnimi postopki taljenja ali mehčanja na mestu spoja z ali brez dodajanja gradiva in se v strojništvu pojavlja zelo pogosto, saj sodi med najcenejše postopke spajanja komponent. Zvarni spoji omogočajo, da se gradivo konstrukcije. trdnostno. optimalno. izrabi.. Obliko. konstrukcije. lahko. prilagajamo. obremenitvam in ji s tem povečamo trdnost. Obvladovanje in optimizacija postopka varjenja je ključnega pomena v proizvodnem podjetju, kot je Metalna Senovo d.o.o. (Metalna), ki proizvaja komponente za gradbena dvigala, luške žerjave in ostale zahtevne izdelke. Zaradi vse cenejše robotske in računalniške tehnologije je smotrno vključevati v proizvodnjo robotske varilne celice. [1] Robotsko varjenje ima kar nekaj pomembnih prednosti pred ročnim varjenjem. Zagotavlja večjo natančnost varjenja, omogoča optimizacijo gibanja pri serijskih izdelkih, omogoča natančno sledenje poti vara, za opravljen delovni proces porabi manj časa. Varjenje v poletnih mesecih je za varilce zelo naporno, saj je potrebno biti kljub visokim temperaturam primerno zaščiten, kar pomeni, da je koža v celoti pokrita z zaščitno obleko. Za zaščito obleke je potrebno dodatno uporabljati usnjen predpasnik, da ščiti pred žgočimi iskrami, ki letijo naokoli. Najpomembnejši del zaščitne opreme je zaščitna maska, ki ščiti oči pred močno svetlobo. Robotsko varjenje bo zelo težko v celoti nadomestilo ročno varjenje pri maloserijskih ali neserijskih izdelkih, saj je priprava in programiranje robota bistveno dražje, kot pa dober varilec. V avtomobilski industriji, kjer so zaradi velikih serij in močne konkurence proizvodni postopki optimizirani skorajda do popolnosti, ročnega varjenja ni. V podjetjih Audi v Ingolstadtu, BMW v Münchnu, Mercedes Menz v Sindelfingnu, ter verjetno še v kakšnem, je delo v celoti opravljeno z robotskimi rokami, medtem ko delavci v Škodi na Češkem še manipulirajo s kleščami za točkovno varjenje. Navedena podjetja smo si kot študenti FS ogledali na strokovnih ekskurzijah Evrotour, katerih organizator v zadnjih letih sem bil tudi sam.. -1-.

(14) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. 1.2 Opredelitev magistrskega dela Predmet razprave v magistrskem delu bo konstrukcija priprave za robotsko varilno celico. Zaradi večje produktivnosti v proizvodnji se vse bolj uporabljajo avtomatske varilne celice z varilnimi robotskimi rokami. Zaradi univerzalnosti stroja in različnih zvarjencev je potrebno izdelati priprave, kjer se lahko zvarjenec vpne in zagotovi ponovljivost pozicije zvarjenca. Za vsak drugačen zvarjenec je potrebno imeti vpenjalno pripravo, saj je le tako možno robotsko varjenje. Z dobro premišljeno pripravo lahko bistveno zmanjšamo porabo časa, saj zvarjenca ni potrebno prevpenjati. Zagotoviti je potrebno dovolj veliko togost priprave, saj bi preveliki pomiki povzročali upogibanje priprave in zvarjenca, kar pa ni zaželeno. Priprava bo opremljena s štirimi pnevmatskimi cilindri, proizvajalca SMC, tipa MPG , kateri bodo držali zvarjenec na položaju. Na varilni celici bo priključek s stisnjenim zrakom s šest barov pritiska. Priprava bo vpeta v H pozicioner varilne robotske celice (VRC), slika 2.9, slika 2.10, slika 2.11. Do sedaj je se je izdelala samo ena varilna priprava za varjenje sidra gradbenega žerjava, ki jo prikazuje slika 1.1. Samo z varjenjem sider gradbenih žerjavov se ne zapolni kapacitet VRC, zato je konstrukcija nove nujna.. a). b). Slika 1.1: H pozicioner VRC z že obstoječo pripravo. a) varilna priprava brez obdelovanca. -2-. b) varilna priprava z obdelovancem.

(15) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. 1.3 Struktura magistrskega dela Magistrsko delo je pripravljeno po smiselnem vrstnem redu od idejne zasnove, 3D modela, analiz po metodi MKE, tehnične dokumentacije, do končnega izdelka. Prav tako so razdeljena poglavja, ki so razdeljena po korakih razvoja priprave za robotsko varilno celico.. 1.4 Predstavitev problema V podjetju Metalna, ki že več kot 40 let deluje na področju strojegradnje, izdelave jeklenih konstrukcij, montaže ter izvedb remontov, se pri sestavi izdelkov uporablja varjenje. Varjenje sodi v Metalni med temeljne postopke v proizvodnem procesu, zato se mu namenja veliko pozornost. Vsi varilci morajo imeti opravljene A- teste, ki jih potrdi Inštitut za varilstvo v RS. Največkrat uporabljeni postopki varjenja v zaščitni atmosferi so: MIG, MAG in TIG postopek, v manjši meri pa se uporablja tudi varjenje z oplaščenimi elektrodami in avtogeno varjenje. V Metalni je več kot 95% varjenja po MAG postopku. Po potrebi se uporablja tudi MIG in TIG postopek, za katere imamo tudi certificirane postopke varjenja in tudi A-teste varilcev. Za potrebe serijske proizvodnje se uporabljajo varilni avtomati CO2 in avtomat za varjenje pod praškom, ter robotske varilne celice. V podjetju je zato zaposlenih 10 varilcev, 25 do 30 varilcev pa je pogodbenih, ki v Metalni delajo preko drugih podjetij. Njihovo število se mesečno spreminja, odvisno od potreb in velikosti naročil. Večinski delež proizvodnje Metalne predstavlja izdelava podaljškov za gradbene žerjave nemškega proizvajalca Liebherr. Zaradi serijskih izdelkov se je v začetku leta 2008 v obratu Ravne namestila prva varilna robotska celica VRC-2GM/2dm, ki jo prikazuje slika 1.2. Gre za celico z dvema robotskima varilnima glavama in obračalnim sistemom. Robotski glavi varita stojino, med tem pa delavec zamenja zavarjeno stojino z novo. Ko glavi zaključita z delom na prvi stojini, se prestavita na drugo stran. Robotski roki varita novo stojino, medtem ko delavec zamenja zvarjeno z nezvarjeno. [2]. -3-.

(16) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Slika 1.2: Prva VRC-2GM/2dm. Zaradi recesije in upada naročil se je tudi vlaganje v podjetje in nove stroje zmanjšalo, zato je nakup nove varilne celice sledil nekoliko kasneje. V letu 2014 pa se je po ponovnem povečanem obsegu naročil začelo ponovno vlaganje in sledil je nakup druge robotske varilne celice, za katero potrebujemo pripravo, da lahko nanjo vpnemo obdelovanec. Za prijemanje zvarjencev bodo skrbeli pnevmatski cilindri, ki bodo na konstrukcijo priprave prenašali silo prijema. Od togosti konstrukcije priprave bo odvisno, kako ravni bodo zvarjenci, kajti veliki pomiki bodo poleg priprave zvijali tudi zvarjenec. Pri načrtovanju priprave bo zato obvezno preveriti pomike po MKE, napetosti bodo verjetno zanemarljive. Brez poznavanja teh metod bi bilo potrebno pripravo predimenzionirati ali narediti preizkus, saj bi bila priprava v primeru prevelikih pomikov neuporabna. Pripravo je potrebno tudi optimizirati, da bo kompaktna in majhnih gabaritov. Ker so serije večinoma en ali nekaj kosov, se vari pretežno ročno. V podjetju Metalna želimo, da se kljub temu večina serijskih proizvodov prestavi na varilne celice. Do sedaj so se profili varili na varilnih avtomatih, slika 1.3. Zaradi stare tehnologije je bilo za doseganje zadovoljivih rezultatov potrebno stroj dobro poznati, saj je bilo kar nekaj parametrov treba nastaviti z občutkom. Zaradi najetih varilcev, ki za Metalno delajo preko drugih podjetij ter se pogosto menjujejo, so uvajanja težavna in velikokrat so prvi zvarjenci neuporabni za kasnejšo sestavo, slika 1.4b. Z robotsko varilno celico se vsem tem težavam izognemo, saj bi za parametre skrbeli programerji v podjetju. Ponovljivost kvalitete zvarov je pri robotskem varjenju na zelo visoki ravni. Delavec bi skrbel samo za menjavo zvarjenih komponent z nezvarjenimi. Ker je za tako delo potrebno manj znanja, bi se lahko nov delavec hitreje naučil dela na stroju in kvaliteta končnega izdelka bi se izboljšala. -4-.

(17) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Slika 1.3: Delavec za varilnim avtomatom. Pri varjenju na varilnem avtomatu prihaja pogosto do napak, kar se vidi po zvarjencih, ki so pripravljeni za odvoz kot staro železo, slika 1.4a. Te napake so prevelike, da bi zvarjenci primerni za nadaljnjo uporabo. Varilni avtomat uporablja enak kolut varilne žice, kot varilni aparat za ročno varjenje. Zaradi velike količine zvarjencev je potrebno kolute pogosto menjavati. Velikokrat se zgodi, da žice zmanjka ravno na sredini, slika 1.4c. Težavno je tudi čiščenje varilne šobe, katero je potrebno očistiti po vsakem zvarjencu. Z varilno robotsko celico bi bilo tako tudi manj odpadnih zvarjencev. VRC se poslužuje avtomatskega čiščenja šob, kar opravi robot med rotacijo zvarjenca z nezvarjencem. Tudi varilne žice ne zmanjka tako pogosto, saj se uporabljajo koluti posebej namenjeni za robotske celice. Postopek varjenja je lažje vodljiv, zato ni potrebno spremljanje postopka varjenja, kot je to potrebno na varilnem avtomatu, slika 1.3.. -5-.

(18) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. a). Magistrsko delo. b). c). Slika 1.4: Napake na zvarjencih. a) odpadni zvarjenci, pripravljeni na odvoz za staro železo b) napaka gibanja vozička z varilno pištolo c) zelo težaven začetek varjenja na sredini, ker je pred tem zmanjkalo varilne žice Za smiselnost izdelave konstrukcije je potrebno vedeti, za koliko bomo privarčevali na času, ter kasneje, v kolikor je to všteto, v denarju. Če inovacija ne pospeši proizvodnje oziroma je ne poenostavi, je njena uvedba neupravičena. V preglednicah 1.1 do 1.5 so zbrani podatki za varjenje polizdelkov za podaljške gradbenih žerjavov na varilnih avtomatih. Iz podatkov je lepo razvidno, koliko kosov določene pozicije se naredi na leto. Za vsako pozicijo je podano število profilov in časi varjenja. Prikazane so tudi dimenzije profilov in njihove dolžine.. -6-.

(19) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Preglednica 1.1: Podatki za 2,5 m podaljšek. 2,5 m HC112. Tip. kos/leto Poz. Dimenzija. 121. L60x60x6x1900. 0,20. 3. 0,6. 106. L60x60x6x1900. 0,20. 3. 0,6. 103. L60x60x8x1320. 0,23. 2. 0,46. 104a L60x60x8x1500. 0,23. 1. 0,23. 104b L60x60x8x1500. 0,23. 1. 0,23. 131. L60x60x8x1500. 0,23. 1. 0,23. 141. L60x60x8x1500. 0,23. 1. 0,23. 141. L60x60x8x1500. 0,23. 1. 0,23. 85. čas/h kos/pod h/pod. h/leto 238,85. 2,81. Preglednica 1.2: Podatki za 4 m podaljšek. kos/leto Poz. Dimenzija. 4 m HC256/HC185. čas/h kos/pod h/pod. h/leto 1566 6 0,20 1,2. Tip. 107. L60x60x6x1900. 108. L70x70x7x2130. 0,28. 109. L70x70x7x2130. 0,28. 110. L70x70x7x2130. 0,28. 112. L70x70x7x2130. 0,28. 113. L70x70x7x2130. 0,28. 121. Lx80x80x8x1900. 0,24. 131. Lx80x80x8x1900. 0,24. 725. 3 1. 0,72 0,24. 2,16. Preglednica 1.3: Podatki za 5 m podaljšek. 5 m HC112. Tip. čas/h kos/pod h/pod. h/leto. kos/leto Poz. Dimenzija. 154. L60x60x6x1900. 0,20. 1. 0,2. 105. L60x60x6x1900. 0,20. 2. 0,4. 106. L60x60x6x1900. 0,20. 6. 1,2. 107. L60x60x6x1900. 0,20. 2. 0,4. 155. L60x60x6x1900. 0,20. 1. 0,2. 110. L60x60x8x1500. 0,23. 2. 0,46. 108. L60x60x8x1320. 0,23. 2. 0,46. 109. L60x60x8x1500. 0,23. 4. 0,92. 131. L60x60x8x1500. 0,23. 1. 0,23. 141. L60x60x8x1500. 0,23. 3. 0,69. 141. L60x60x8x1500. 0,23. 1. 0,23. 730. 2,38. 5,39. -7-. 3934,7.

(20) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Preglednica 1.4: Podatki za kabino tipa C040. Tip. kos/leto Poz. KABINA C040.040. KONICA. 44. Dimenzija. 108. L60x60x6x1300. 122. L60x60x6x1745. 106. L70x70x7x1530. 108. L70x70x7x1870. čas/h kos/pod 1 0,14 2 0,19 2 0,23 4 0,25. h/pod. 0,14 0,38 0,46 1. h/leto 87,12. 1,98. Preglednica 1.5: Podatki za kabino tipa C050. kos/leto Poz. KABINA C050.010. Tip. 100. Dimenzija. čas/h kos/pod. h/pod.. h/leto 334. 119. L60x60x6x1745. 0,19. 2. 0,38. 109. L60x60x8x1270. 0,22. 6. 1,32. 106. L70x70x7x1530. 0,23. 2. 0,46. 108. L70x70x7x1745. 0,25. 4. 1. 111+112. L80x80x8x1200. 0,18. 1. 0,18 3,34. Primer za profil L60x60x6x1900, predviden čas (norma), 12 minut.. VARILNI AVTOMAT Hitrost varjenja:. 56,16 cm/min. Čas čistega varjenja:. 3,38 min za eno stran. Obe strani 6,76 min. Manipulacija v stroju:. 3 min. Dostava in odvoz pozicij:. 2 min. Skupni čas ene pozicije:. 11,76 min. ROBOTSKA CELICA Hitrost varjenja:. 66,36 cm/min. Čas čistega varjenja:. 2,86 min za eno stran. Obe strani 5,72 min. Manipulacija pri robotu:. < 1 min. Dostava in odvoz pozicij:. 2 min. Skupni čas ene pozicije:. 8,72 min. -8-.

(21) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Hitrost varjenja z robotsko roko je hitrejše, saj pri varilnem aparatu prihaja do pogostih napak pri višjih hitrostih. Manipulacija je pri robotu bistveno krajša, saj potrebuje robot za obrat obdelovanca v drugo lego samo 3 s, medtem ko za menjavo zvarjenca z nezvarjencem zgolj 4 s. Robotska roka zvari zvarjenca v 5,77 min. Delavec bi imel natanko toliko časa, da zamenja zvarjen profil z nezvarjenim. Glede na izkušnje, ki jih imamo z varilnimi avtomati, bi imel delavec za menjavo dovolj časa, saj mu ne bi bilo potrebno dodatno čistit varilnih šob, ker to opravi robotska roka sama. Zaradi bolj dovršenega procesa bo manj izpadov, kot pa jih je bilo do sedaj. S tem bi dosegli maksimalen efektivni čas varjenja na VRC. Časa dostave in odvoza ne bomo spreminjali, saj bo še vedno moral delavec sam pripeljati profile in na koncu odpeljati zvarjence. Tu je največ rezervnega časa, saj se včasih zgodi, da so vsa dvigala zasedena in je treba malo počakati. Razlika v času proizvodnega postopka med varilnim avtomatom in varilno robotsko celico je več kot 3 min. Z kasnejšo optimizacijo bi se lahko približali tudi prihranku 4 min, vendar bodo 3 min zadovoljile pričakovanja. To pomeni, da smo iz prvotnih 11,76 min zmanjšali čas za 25,85 %. Čas varjenja vezave za naštete produkte na letni ravni:. 6160,67 h/leto. Čas varjenja na mesec:. 513 h/mesec. Po predvidevanjih z izračuni, bi bili z robotom hitrejši za:. 25%. Bruto ura varjenja:. 18,9 €/h. Prihranek. Letno bi tako prihranili dobrih 1540 ur, kar znese Letno bi tako prihranili 29106 € Želena zasedenost robota je seveda 100%, kar pomeni 24 ur, 21 dni na mesec. Celotna investicija varilne robotske celice je podjetje stala 177.000 €. Investicija bi se amortizirala samo s prihranki pri času varjenja v dobrih šestih letih. Na daljši rok pa je seveda takšna investicija za podjetje še kako pomembna, saj poleg ustvarjanja večjega dobička pripomore k dvigu kvalitete in zanesljivosti. -9-.

(22) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. 1.5 Cilji magistrskega dela Cilj magistrskega dela je skonstruirati pripravo za robotsko varilno celico v podjetju Metalna, slika 1.6. Zanjo bo potrebno narediti računalniški 3D CAD model, narediti analize maksimalnih pomikov ter tehnično dokumentacijo, da bo možno vpenjalno pripravo tudi izdelati. Zaradi potrebe naročnika je potrebno L profile, slika 1.5a, variti v cevaste profile, slika 1.5b.. Slika 1.5: Nezvarjeni L profili (levo) in zvarjeni profili, kot končni produkt (desno). Zaradi želje po zboljšanju kvalitete in dvigu zanesljivosti se bo varjenje iz varilnih avtomatov prestavilo na varilno robotsko celico. Z dobro pripravo se bo zmanjšal čas na enoto zvarjenca, povečala se bo zanesljivost in kvaliteta. Zaradi prihrankov na času pa bo proizvodnja tudi bolj ekonomična.. Slika 1.6: 3D model varilne priprave. - 10 -.

(23) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. 2. TEORETIČNE OSNOVE ROBOTSKE VARILNE CELICE Varilna robotska celica je namenjena varjenju različnih tipov izdelkov za dvigala, slika 2.1. VRC je sestavljena iz robotskega manipulatorja, slika 2.8, H pozicionerja z robotsko osjo na vsakem delovnem mestu z nosilnostjo 5 kN, slika 2.9, in dvoosnega pozicionerja z nosilnostjo 30 kN, slika 2.13. Varjenje se izvaja izključno ali na H – pozicionerju ali na dvoosnem pozicionerju. Ko se varjenje izvaja na H – pozicionerju, varilni robot vari na delovnem mestu 1, medtem ko na delovnem mestu 2 poteka vstavljanje polizdelkov, slika 2.10. Posluževanje je ročno. Ko se varjenje izvaja na dvoosnem pozicionerju, H – pozicioner miruje, posluževaje pa je prav tako ročno ob pomoči dvigala. Varilni postopek robota je MAG lahko tudi MIG. Za postavitev robotske celice je bilo potrebno pripraviti tudi temelj. Jekleni nosilni deli stroja so pritrjeni s sidrnimi vijaki v betonska tla industrijske hale. Zagotoviti je bilo potrebno tudi električni priključek do glavne elektro omarice v varilni robotski celici, ki se priklopi na 400V/50Hz, 3P+N+PE, max. 34 kW, s priključnim kablom NYY-J 5x10 mm2 na varovalke 3x50A. Zraven električnega priklopa je potreben tudi mrežni priključek, ethernet cat5.e RJ45, za dostop do strežnika za izvajanje varnostnega kopiranja. [3]. Slika 2.1: VRC med delom [4]. - 11 -.

(24) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Robotsko varjenje ima kar nekaj prednosti pred ročnim varjenjem [5] -. večja natančnost varjenja. -. večja humanizacija dela. -. večja zanesljivost. -. krajši čas delovnega procesa, posledično cenejša izdelava. -. natančno sledenje sprogramirane poti. -. optimizirano gibanje. -. ni potreben certificiran varilec. -. kontrola vibracij. -. občutljivo zaznavanje trkov. -. daljinska kontrola in diagnostika robotskih sistemov. -. večopravilnost. -. samodejna kalibracija. Ima pa tudi nekaj slabosti -. draga začetna investicija. -. tudi za najmanjši var je potrebno imeti program. -. nemogoče uporabljati na montaži. Varjenje je za delavce poleti zelo naporno, saj je ob visokih temperaturah v proizvodi hali potrebno biti zaščiten po celem telesu, drugače pride do opeklin zaradi UV sevanja. To pomeni, da je potrebno nositi zaščitno obleko in rokavice, ter imeti varilno masko. Navadne maske se zamenjujejo z novimi avtomatskimi slika 2.2, ki same zatemnijo steklo ob začetku varjenja. Varilcu se tako pred začetkom varjenja ni potrebno ukvarjati še z dviganjem in spuščanjem maske, saj ta temni avtomatsko. [6]. Slika 2.2: Avtomatska varilna čelada [7]. - 12 -.

(25) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. 2.1 Zaščita in opozorila za varjenje Zaradi varnosti in zaščite delavcev in ostalega osebja se je potrebno pri varjenju držati predpisanih navodil. Neupoštevanje pravil velikokrat pripelje do nezgode. Za VRC so pomembna navodila, ki so zbrana v treh sklopih in prikazana spodaj.. Slika 2.3: Splošna nevarnost [8].  Električni oblok je sevanje, ki poškoduje nezaščitene oči. Primerno zaščitite oči in obraz pred začetkom varjenja tudi, če varjenje samo opazujete. Ob večjem varilnem toku mora biti zaščitni faktor za zaščito oči višji.  UV sevanje in iskre lahko ožgejo nezaščiteno kožo. Vedno nosite zaščitne rokavice, obleko in primerno obutev med varjenjem.  Vedno uporabljajte zaščito za ušesa, če hrup okolice presega dovoljeno raven (npr. 80dB).. Slika 2.4: Vroče površine.  Bodite previdni pri rokovanju z deli, ki se med varjenjem segrevajo. Konica gorilnika, varilne pištole, konec elektrode in varjenec imajo po varjenju visoko temperaturo, kar lahko povzroči opekline.  Varilne naprave ne izpostavljajte visokim temperaturam, ker lahko povzročijo škodo.. Slika 2.5: Vnetljivo (levo) in nevarnost eksplozije (desno) [8].  Varjenje je vedno klasificirano kot delo s toplotnimi učinki, zato upoštevajte varnostne predpise med varjenjem in tudi po njem.  Iskre lahko zanetijo požar tudi nekaj ur po tem, ko smo končali z varjenjem.  Zaščitite okolico pred iskrami in obrizgi, ki nastanejo pri varjenju. Odstranite vnetljive predmete. Poskrbite, da je delovno mesto opremljeno s protipožarno opremo in ustrezno prezračevano. [3]. - 13 -.

(26) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. 2.2 OPIS VARILNE CELICE Varilna robotska celica VRC-1MIG-H4ZO ima štiri pomembne sklope, (slika 2.6): 1. Varilna robotska roka na podstavku 2. H – vrtljiva miza 3. Dvoosni pozicioner 4. Zaščitna ograja 3. 4.. 2.. 1.. Slika 2.6: 3D model VRC [3]. Slika 2.7: Tloris načrta VRC [3]. - 14 -.

(27) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Robotska roka Robotska roka na podstavku ima naslednje sestavne dele, (slika 2.8): 1. Podnožje 2. Voziček 3. Vodilo Rexroth 4. Robot FANUC 5. Nosilec cilindra 6. Abirob W500I BINZEL. Slika 2.8: Robotska varilna roka [3]. Robotska roka je pritrjena na voziček, kateri je preko cilindra povezan na podnožje, slika 2.8. To omogoča premikanje robotske roke med dvoosnim in H pozicionerjem. Prednost tega je, da ima roka večji doseg ter, da se na dvoosnem pozicionerju lahko varijo večji zvarjenci. V nasprotnem primeru bi bila robotska roka v napoto pri vpenjanju obdelovancev. H pozicioner je tisti del varilne robotske celice, za katerega bo potrebno skonstruirati varilno pripravo. Do sedaj je bila narejena samo ena priprava za varjenje sider gradbenih žerjavov. Tudi ta sidra so maloserijska, zato robot ni polno zaseden. S pripravo za varjenje povezav različnih dolžin bi povečali efektivni delovni čas varilne robotske celice in pri tem dosegli pričakovane prihranke. Varilna robotska celica, ki stoji, podjetju prinaša izgubo, česar pa si ne želimo. V prihodnje se načrtuje izdelava novih priprav za zahtevnejše zvarjence, da bo robotska roka varila 24 ur 21 dni v mesecu.. - 15 -.

(28) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. H pozicioner Velika prednost H pozicionerja je, da ima dve strani, slika 2.9. Na delovnem mestu številka 1 robotska roka vari, medtem ko na delovnem mestu številka 2 delavec menjuje zvarjenec, slika 2.10. Zvarjenec je potrebno izpeti in v pripravo vstaviti nova profila. Delavec ima toliko časa kot robot na drugi strani, ki vari. Zaradi dejstva, da se dva postopka delata simultano privarčujemo na času, za razliko od varilnega avtomata, kjer si postopki sledijo zaporedno.. Slika 2.9: 3D model H pozicionerja [3]. Razdalja med ploščama, kamor bo prišla priprava, meri 2250 mm, kar je osnova za dimenzioniranje varilne priprave. Njena dolžina ne sme presegati 2250 mm, saj je v nasprotnem primeru ne bo možno privijačiti v H pozicioner. Paziti je potrebno, da je priprava z zvarjencem manjša kot razdalja od središča vrtenja do zaščitne pregrade.. DELOVNO MESTO ŠT. 1. DELOVNO MESTO ŠT. 2. Slika 2.10: Delovna mesta na H pozicionerju. - 16 -.

(29) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. H pozicioner je tudi zamaknjen od vodoravne lege za 18°, kar pomeni, da je tista os, ki je pri delavcu od tal dvignjena za 1100 mm, medtem ko je druga os, ki jo vari robot, od tal dvignjena 1500 mm, slika 2.11.. Slika 2.11: Mere H pozicionerja VRC. Prednost te postavitve omogoča delavcu enostavnejše vstavljanje in izpenjanje zvarjencev, saj je ta višina primernejša od vodoravne lege. Delavec tako vpenja in izpenja v vzravnani drži. S kotom 18° je zato zamaknjena tudi priprava. Vstavljanje profilov v prizmo bo tako enostavnejše, saj bo zaradi tega kota, profil sam drsel proti prizmi, slika 2.12. Profil bo tako tudi ostal v prizmi, da ga delavcu ne bo potrebno držati do stiska cilindrov. Nosilnost H pozicionerja je 500 kg, kar pomeni, da mora biti masa priprave z največjim profilom manjša od 500 kg.. Slika 2.12: Položaj priprave, med vstavljanjem nezvarjenih profilov. - 17 -.

(30) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Dvoosni pozicioner Dvoosni pozicioner je namenjen zvarjencem večjih in širših gabaritov z nosilnostjo do 3000 kg. Tu se lahko varijo tudi zahtevnejši obdelovanci, saj je možna rotacija varjenca v dveh oseh. Vrtljiva miza velikosti 1500 x 1500 mm je na vrtljivem nosilcu. S tem omogočimo robotu varjenje tudi v težko dostopnih predelih zvarjenca. a). b). Slika 2.13: Dvoosni pozicioner VRC. a) 3D model dvoosnega pozicionerja [3]. b) dvoosni pozicioner v proizvodni hali [4]. Zaščitna ograja Zaščitna ograja ščiti ostale delavce pred sevanjem, ki nastaja pri varjenju in vstopi v delovno območje robota. Zaščitna ograja je okoli varilne robotske celice, slika 2.6. Kjer ograje ni je vhod za delavca ali operaterja v celico. Zaradi varnosti so nameščeni senzorji gibanja z laserskimi žarki. V primeru, da delavec ali kdo drug med obratovanjem prestopi čez senzorsko zaveso, se robotska roka takoj ustavi. To je posebej pomembno zaradi zaščite delavcev in ostalega osebja, da ne bi prišlo do hudih telesnih poškodb, saj je gibanje robota zelo hitro.. - 18 -.

(31) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Varilna robotska celica se poslužuje MAG/MIG varilnega postopka. Začetek MIG postopka je kmalu po drugi svetovni vojni, ko so netaljivo elektrodo zamenjali z jekleno žico, ki je pritekala s konstantno hitrostjo na varilno mesto. Njegova učinkovitost se je močno povečala z uvedbo tanke žice in z razvojem električnih izvorov s konstantno napetostno karakteristiko, katera je bila leta 1950 patentirana v Združenih državah Amerike. V začetku so MIG varjenje koristili le za spajanje neželeznih materialov. Leta 1960 so zaščitnemu žlahtnemu plinu dodali kisik, kar je omogočilo pršeči prehod materiala v obloku. Kasneje se je uvedlo varjenje s pulzirajočim električnim tokom. Vsaka nadaljnja izboljšava je pripomogla še k večji razširjenosti tega postopka varjenja. Zaradi učinkovitosti so MIG postopek varjenja poskusili uporabiti tudi za varjenje ogljikovih jekel. Zaradi visoke cene žlahtnih plinov so leta 1953 v Sovjetski zvezi pri uvedbi varjenja navadnih ogljikovih jekel, zaščitni plin Argon zamenjali z CO2. Tako so modificirali MIG postopek in to je bil začetek MAG postopka. Zaradi uporabe znatno cenejšega zaščitnega plina je MAG postopek varjenja bistveno bolj ekonomičen od MIG postopka [9] a). b). Slika 2.14: Varjenja po MAG/MIG postopku. a) Prikaz varjenja po MAG/MIG postopku [6]. b) prerez varilne šobe [10]. MIG postopek je primeren za varjenje visokolegiranih jekel, nerjavnih jekel, aluminija in njegovih zlitin ter bakra in njegovih zlitin. MAG postopek uporabljamo za varjenje konstrukcijskih jekel pri sestavi jeklenih konstrukcij in tanjših pločevin.. - 19 -.

(32) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Pri MIG in MAG postopku je potrebno toploto za taljenje materiala dobiti z električnim oblokom, ki gori med varilno žico in varjencem. Namesto oplaščene elektrode uporabljamo golo pobakreno varilno žico, navito na kolutu. Žica se med varjenjem tali kot material za dodajanje, zato jo s posebnim pogonom potiskamo v držalo elektrode. V držalo dovajamo poleg žice tudi električni tok in zaščitni plin. Žica med varjenjem štrli 10 do 15 milimetrov iz držala in mora biti iz istega materiala kot varjenec. Med varjenjem zaščitni plin obliva varilno žico in zvar. Plin stabilizira oblok in preprečuje oksidacijo zvara (podobno kot plašč elektrode pri elektro-obločnem varjenju). Potisni mehanizem podaja žico z enakomerno hitrostjo v držalo. Varilna žica je navita na kolutu, zato je varjenje hitro in brez prekinitev. Kakovost zvara je boljša kot pri elektroobločnem varjenju, predvsem pa ni nobenega dela z odstranjevanjem žlindre. Pri MIG in MAG postopku se uporablja za varjenje enosmerni tok. Prvi pol priključimo na varilno žico in drugega na varjenec. Varilni stroji za varjenje po postopku MIG in MAG so narejeni tako, da lahko z enim strojem varimo po obeh postopkih. Zamenjamo jeklenko z zaščitnim plinom in stvar je opravljena. Prostor, v katerem se vari, mora biti dobro zračen zaradi škodljivih plinov med varjenjem, vendar ne sme biti prepiha. Prepih lahko odkloni iztok zaščitnega plina. Zaradi tega lahko pride do oksidacije, česar si pa ne želimo. [10] Varilni parametri . varilni tok I:. 100 do 400 A. . gostota var. toka:. > 100 A/mm2. . premer žice:. 1,2 do 2,4 mm. . hitrost žice:. 0,8 do 12 m/min. . hitrost varjenja:. 29 do 40 m/h. . zaščitni plin je:. Argon (MIG), CO2 (MAG). - 20 -.

(33) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Preglednica 2.1: Primerjava MIG / MAG postopka. MIG postopek. MAG postopek značilnosti. . zelo dobra zaščita. . podobno kot pri MIG razen:. . nastane čist in gladek zvar. . slabše mehanske lastnosti,. . enostavna avtomatizacija. . vključki oksidov pri varjenju lahkih. . primeren za navarjanje. . slaba stran – drag plin Ar. kovin, . cenejši od MIG postopka. uporabnost . lahke kovine in njihove zlitine. . navadna jekla,. . nerjaveča in legirana jekla. . manj zahtevni zvari iz lahkih kovin in. . primeren za navarjanje izrabljenih. zlitin ter nizko legiranih jekel.. elementov. [6]. Slika 2.15: Robotska roka vari po MIG postopku. - 21 -.

(34) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. 3. ZASNOVA IN KONSTRUKCIJA VPENJALNE PRIPRAVE »Od ideje do izdelka je zelo dolga pot in veliko inženirskega dela. Razvoj opisuje največ okoliščin, ki pripeljejo do novega izdelka. V razvojni proces so vključene tako faze konstruiranja in oblikovanja, ter še mnogo več. Izpostaviti je potrebno konstruiranje, kot osnovno celico. Konstruiranje se v našem okolju bolj ali manj enači z modeliranjem ali risanjem izdelka, ter predvsem z izdelovanjem dokumentacije, ki jo po navadi potrebujejo tehnologi oziroma tisti, ki pripravljajo stroje in procese, da bi stekla proizvodnja. Največja nevarnost konstruiranja pa je v tem, da postanejo konstruktorji preveč samozavestni in zaradi izkušenj, ki si jih sčasoma naberejo, podcenjujejo analize in preračune za svoje izdelke in le teh sploh ne testirajo več. Konstruktorji, ki preozko gledajo na razvoj izdelka, se pogosto preveč posvečajo funkcionalnosti in zanemarijo oblikovalski pristop. Oblikovanje pa je v smislu designa vsekakor le del razvoja. Oblika izdelka ima tudi svojo vlogo, kako človek izdelek sprejme. Pomembni faktorji so oblika barva, hrapavost, material, ergonomija samega izdelka.« [11] Zelo pomembno je, da se konstruktorji, ki še nimajo veliko izkušenj, držijo sistematičnega razvoja. S skrbnim analiziranjem funkcij izdelka že v fazi koncipiranja izberejo takšnega, ki se ga zelo verjetno splača razvijati še naprej. Sistematika omogoča, da lahko zgolj zaradi preglednega sledenja neke funkcije najdemo novo boljšo rešitev in pri tem dvignemo kakovost izdelka. [11] S strani podjetja Metalna so bile podane zahteve in želje, katere sem zbral v zahtevniku, preglednica 3.1. Preglednica 3.1: Zahtevnik. Z - zahteva. zahteva. Ž - želja. vrednost. Z. dolžina priprave (največja dimenzija). 2250 mm. Z. maksimalni pomiki. < 0,5 mm. Ž. kompaktnost, majhni gabariti. Ž. dobra togost konstrukcije. Z. uporaba pnevmatskih cilindrov. Z. zaščita batnic cilindrov. Ž. teža konstrukcije. Ž. dobra ergonomija izdelka in enostavno rokovanje. 4 kos. < 500 kg. - 22 -.

(35) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Za izdelavo gradbenih žerjavov se v Metalni L profili varijo skupaj. Kot je bilo že povedano, so se do sedaj varili na varilnih avtomatih. Zaradi posodabljanja in optimizacije proizvodnje bi se ta operacija preselila na varilno robotsko celico. Pripraviti in skonstruirati je potrebno pripravo za dimenzije profilov, slika 3.1.. Slika 3.1: Prikaz sestave L profilov za varjenje. Preglednica 3.2: Pomembni podatki L profilov. dolžina. debelina. dolžina. b [mm]. t [mm]. h [mm]. d [mm]. d/2 [mm]. l [mm]. L 60x60x6. 60. 6. 63,65. 90,01. 45,00. 1300. L 60x60x6. 60. 6. 63,65. 90,01. 45,00. 1745. L 60x60x6. 60. 6. 63,65. 90,01. 45,00. 1900. L 60x60x8. 60. 8. 65,65. 92,84. 46,42. 1270. L 60x60x8. 60. 8. 65,65. 92,84. 46,42. 1320. L 60x60x8. 60. 8. 65,65. 92,84. 46,42. 1500. L 70x70x7. 70. 7. 74,36. 105,16. 52,58. 1530. L 70x70x7. 70. 7. 74,36. 105,16. 52,58. 1747. L 70x70x7. 70. 7. 74,36. 105,16. 52,58. 1870. L 70x70x7. 70. 7. 74,36. 105,16. 52,58. 2130. L 80x80x8. 80. 8. 85,07. 120,31. 60,15. 1200. L 80x80x8. 80. 8. 85,07. 120,31. 60,15. 1900. profil. diagonala diagonala/2. dolžina. Diagonala je pomemben podatek za določanje razdalje med prizmami, ki bodo profile držale skupaj. Razdalja med prizmama mora biti večja od dolžine diagonale profilov. - 23 -.

(36) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Naročnik Liebherr je podal zahteve za maksimalni upogib zvarjencev, ki ne sme biti večji od 0,1 % njihove dolžine, slika 3.2. Ta omejitev ima velik vpliv na konstrukcijo varilne priprave. Pomiki, ki bodo nastali zaradi sil pnevmatskih cilindrov, bodo zato mora biti manjši od 0,3 mm. Podrobnejši podatki so med prilogami.. odmaknjena lega varjenca. Osnovna lega profila. Slika 3.2: Odmik zvarjenca. Odmik varjenega profila (q) od idealno ravne lege je lahko maksimalno 0,1% dolžine (l) varjenega profila, kot ga izrazimo z enačbo (3.1). V preglednici 3.3 so izračunani maksimalni odmiki glede na dolžino profila. Preglednica 3.3: Maksimalni odmiki glede na dolžino profila. dolžina zvarjenca l [mm]. maksimalen odmik q [mm]. 1200. 1,2. 1500. 1,5. 2000. 2. 2500. 2,5. - 24 -.

(37) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Poudariti je potrebno, da smo omejeni pri zunanjih gabaritih priprave, saj ne sme biti daljša od 2250 mm in segati več kot 550 mm iz centra na vsako stran. Omejitev 2250 mm je postavljena zaradi razdalje med prirobnicama varilne celice, medtem ko je razdalja od vrtišča do zaščitne stene 550 mm. Ker pa je najdaljši zvarjenec dolg 2130 mm, je razlike samo 120 mm, zato je bilo potrebno dobro premisliti, kako skonstruirati okvir priprave.. 3.1 Idejna zasnova konstrukcije Idejna zasnova varilne priprave je bila, kako najbolje pritrditi zvarjenec v pripravo. Čeljusti bodo v obliki prizme stiskale vsaka svoj L profil. Prva prizma bo privijačena na ohišje priprave, medtem ko bo druga na batu pnevmatskega cilindra, slika 3.3. Obe prizmi morata biti središčno poravnani, da se bo lahko iz dveh L profilov zavaril cevast profil, slika 3.4. Iz te osnove bo potrebno prilagoditi vse ostale elemente priprave. Zasnovati je potrebno dovolj tog levi nosilni profil in nosilec cilindrov. Batnice cilindrov in vodila morajo biti zaščitena pred žgočimi iskrami, zato po potrebno narediti tudi zaščito za cilinder. Zaščita bo morala biti zložljiva, saj mora slediti gibanju batnice cilindra.. cilinder MGP. nosilni profil nasproti cilindra. prizma. nosilec cilindra. Slika 3.3: Idejna zasnova priprave v odprtem položaju. Slika 3.4: Idejna zasnova priprave v zaprtem položaju. - 25 -.

(38) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. 3.2 Material konstrukcije Za priprave in ostale konstrukcije se v podjetju uporablja material S355JR. Priporočila podjetja so bila za ta material, razen v primeru prevelikih napetosti, oziroma potrebi po boljšem materialu. V preglednici 3.4 so vsi pomembni materialni podatki [12].. Preglednica 3.4: Osnovni podatki materiala S355JR. Modul elastičnosti. E. 210000. MPa. Poissonovo število. ν. 0,3. -. Napetost tečenja. Rp0,2. 355. MPa. Natezna trdnost. Rm. 510-688. MPa. Razteznost. A. 22. %. Za preračune po MKE, je potrebno imeti tudi materialne parametre. Z njimi tudi vrednotimo dobljene rezultate.. - 26 -.

(39) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Varilno pripravo je bilo potrebno razdeliti na več podsklopov, kot je prikazano na slika 3.6:. 1. Zvarjen okvir 2. Distančnik 3. Pnevmatski cilinder MGPM80TF 4. Zaščita cilindra 5. Prizma 6. DE-STA-CO 207-UL prijemalo z distančnikom. 2 3 4 5. 1. 6 Slika 3.5: 3D model varilne priprave. 3.3 Zvarjen okvir Pomembna lastnost varilne priprave je njena togost. Najpomembnejši del priprave je okvir, saj bo moral prenašati sile, ki bodo nastale zaradi delovanja cilindrov pri stiskanju profilov skupaj. Preveliki pomiki bi pomenili, da bi se poleg konstrukcije priprave zvijal tudi zvarjenec, kar je v našem primeru nedopustno. Maksimalni pomiki ne smejo biti večji od 0,3 mm na nasprotni strani cilindrov in 0,5 mm na strani cilindrov. Pomiki so bili določeni glede na dovoljen upogib zvarjencev. Najdaljši profil dolžine 2130 mm je lahko maksimalno upognjen za 2,13 mm. To številko smo desetkrat zmanjšali in zaokrožili navzgor. Tako smo dobili 0,3 mm. Na nasprotni strani je lahko zaradi delovanja cilindrov, pomik dvakrat večji.. - 27 -.

(40) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Slika 3.6: Zvarjen okvir priprave. Okvir je sestavljen iz dveh prirobnic in dveh sestavljenih profilov na vsaki strani. Pomembnejši je profil nasproti cilindrov, saj je najbolj problematičen iz stališča pomikov, saj bo od njega odvisna togost celotne konstrukcije. Mora biti dovolj tog, da bodo pomiki ostali pod 0,3 mm in praktično majhen, da bo lahko delavec preko njega v pripravo vstavljal obdelovance. Profil, na katerega bodo privijačeni cilindri in zaščite za cilindre, lahko ima nekoliko večje pomike, saj bodo pomik profila izničili pomiki cilindra. Vendar tudi tu pomiki ne smejo biti večji od 0,5 mm. Nasproti cilindrov bo zvarjen profil HE-B 160 po standardu DIN 1025. Izbira profila je sledila na podlagi CAD modela, na katerem so bili s pomočjo programskega paketa CATIA in njenega modula analysis, preračunani pomiki in napetosti. Izbor profila z analizami bo prikazan v nadaljevanju magistrske naloge. Pomembno je poudariti, da so pomiki neposredno povezani z vztrajnostnim momentom, izbranega profila. Dolžina okvirja je omejena na 2250 mm, širina od središča do roba 550 mm. Najdaljši zvarjenec pa je dolg 2130 mm. Prirobnice bodo po obdelavi, ki bo sledila na HVS v debelino merile 20 mm, kar pomeni, da ostane od prostih 120 mm samo še 80 mm. Potrebno je tudi, da lahko delavec pri vstavljanju profilov v pripravo profil nasloni. Ta problem smo rešili z distančnikom. Širina le tega je 30 mm. Ostane še 50 mm, ki pa bodo služili kot prazen prostor, ki je potreben, da bo delavec lahko brez večjih težav vstavljal in izpenjal zvarjence.. - 28 -.

(41) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. 3.4 Prirobnici Prirobnici bosta imeli pomembni vlogi, saj bosta povezovali pripravo z robotsko varilno celico, slika 3.7. Varilna robotska celica ima na vsaki strani po osem izvrtin, oddaljenih 110 mm od središča. Izvrtine morajo imeti premer 14 mm. Zaradi pritrditve distančnika na prirobnico in želje po kompaktni pripravi bo distančnik pokril izvrtino, ki je pripravljena za vijačenje priprave na VRC. Pripravljeni sta tudi dve pozicionirni izvrtini, ki bosta olajšali nameščanje priprave in zagotavljali, da bo priprava vedno vpeta na isto mesto. Za prenos varilne priprave iz skladišča do varilne celice in nazaj so pripravljene izvrtine na katere se bodo namestili dvižni kavlji. Izvrtine smo si zamislili v dveh sklopih. Prva postavitev je na vsaki strani po ena izvrtina na sredini prirobnice in je nekoliko izbočena. Zaradi zmanjšanja mase smo ostali material pri razrezu odstranili. Glede na težišče bi lahko ti izvrtini malo zamaknili v desno proti cilindrom. Zaradi velike funkcionalnosti varilne priprave je zaželeno pripravo zasnovati tudi na kasnejše predelave, saj je potrebno nenehno prilagajanje trgu in naročilom. Na njej se bo trenutno varilo štiri različne debeline in deset različnih dolžin profilov. Druga postavitev izvrtin je zamišljena tako, da se na pripravo zapnejo štirje kavlji. V podjetju za prenos uporabljajo jeklene vrvi z dvema oziroma štirimi kavlji. Ker pa je v proizvodnji hali 6 mostnih žerjavov, je težko v kratkem času dobiti želeno jekleno vrv. Problem pri jekleni vrvi s štirimi kavlji je ta, da če sta pripravljeni samo dve nosilni izvrtini ali utora, druga dva kavlja med prenosom opletata. Priprava za VRC pa ima poleg kovinskega dela, še pnevmatske cevi, ki pa so zelo občutljive na razne udarce in pregibe. Na levi prirobnici se bodo izvrtale dve navojni izvrtini M12 z globino navoja 15 mm, da se bo nanjo privijačil distančnik. Prednost pred varjenjem distančnika na prirobnico je ta, da bi v primeru obrabe ali kasnejše neustreznosti distančnik enostavno zamenjali z drugim.. Slika 3.7: 3D model prirobnice. - 29 -.

(42) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. 3.5 Cilinderi Pri izbiri cilindrov smo skupaj s podjetjem Metalna glede na priporočila proizvajalca pnevmatskih cilindrov SMC za pripravo izbrali kompaktni cilinder z vodilom MGPM80TF, slika 3.8. Cilinder tega modela bi najbolje ustrezal, ker ima drsno pušo in dva stranska vodila za visoke prečne obremenitve. Takšen cilinder bo najbolje opravljal vlogo stiskanja profilov skupaj, medtem ko bo robotska roka varila.. Slika 3.8: Standardni cilinder MGPM80TF [12]. Lastnosti cilindra: -. premer batnice:. 80 mm. -. dolžina hoda. 125mm. -. ohišje s centralno batnico in dvema stranskima vodiloma za visoke prečne obremenitve in momente. -. ohišje z možnostjo direktne montaže. -. elastično končno dušenje v cilindru [13]. Konstrukcija varilne priprave, bo morala nositi obremenitve cilindrov. Izračunati je potrebno pritisno silo cilindra, ki se izračuna po enačbi 3.2.. - 30 -.

(43) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Izračun pritisne sile cilindra: p = 6 bar r = 40 mm. F=p·A. (3.2). F=3016 N. F [N]. - pritisna sila cilindra. p [MPa]. - pritisk zraka. r [mm]. - polmer bata. 2. A [mm ]. - površina bata. A = π·r2. (3.3). A = 5026,55 mm2 Preglednica 3.5: Sila cilindra glede na tlak zraka. Cilinder je narejen iz aluminija in brez priključkov tehta 10,5 kg. Za eno pripravo bomo potrebovali štiri cilindre, ker pa bosta pripravi dve, to pomeni osem cilindrov.. - 31 -.

(44) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. 3.6 Izračun pomiki in napetosti po MKE Okvir varilne priprave je bil konstruiran glede na pomike profilov, po MKE. S pomočjo programskega paketa Catia in modula analaysis sem preizkuševal, kakšen profil bi sploh prenesel obremenitev delovanja štirih pnevmatskih cilindrov, kateri vsak proizvede po 3016 N sile. Pomik ne sme preseči 0,3 mm na nasprotni strani cilindrov in 0,5 mm na strani cilindrov. Zaradi spreminjanja in popravljanja modelov so bila začetna mreženja modelov iz manj končnih elementov in vozlišč, saj so bili zaradi tega računski časa računalnika okoli 10 minut. Končni preračuni so dobro mreženi in z več podrobnostmi. V nadaljevanju bo po MKE, preračunanih 5 različnih profilov. Varjen T-profil Prva izbira je bil zvarjen T-profil, kot ga prikazuje slika 3.9. Zvarjen T-profil bi bil na nasprotni strani cilindrov v ležečem položaju. Maksimalni pomiki ne smejo preseči 0,3 mm. Pasnica kjer bi bila privijačena prizma je visoka 80 mm in v debelino meri 10 mm. Nosilni del pomemben za upogib širok 20 mm in v dolžino meri 120 mm.. Slika 3.9: Prerez varjenega T-profila. fiksno vpeto. fiksno vpeto. sila cilindra 4x 3016 N Slika 3.10: Fizikalni model. - 32 -.

(45) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Točke vpetja so izvrtine, skozi katere bodo šli vijaki, ki bodo držali pripravo na stroj, slika 3.11. To je 8 izvrtin premera 14 mm na vsaki strani. Izbrano vpetje je fiksno in ne dopušča pomikov v nobeni smeri.. Slika 3.11: Fiksno vpetje. Obremenitve so poznane, saj izhajajo iz sile batnice cilindra. 3016 N bo tako pritiskalo na vsako izmed prizem, slika 3.12. Izbrane so porazdeljene obremenitve po ploskvi. Vsaka prizma ima označeni po 2 ploskvi, na kateri se porazdeli sila 3016 N.. Slika 3.12: Prikaz vpetja in obremenitev. - 33 -.

(46) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Rezultati so pokazali, da so maksimalni pomiki preveliki. Na sliki 3.13 se lepo vidi, da so največji pomiki na sredini nosilca, kar je bilo pričakovati in znašajo 0,57 mm.. Slika 3.13: Potek pomikov za varjen T-profil. Največje primerjalne napetosti po Von Misesu so 119 MPa, kar je manj od napetosti tečenja materiala. Za napetosti se pričakuje, da ne bodo problematične, toda kljub temu jih ne gre zanemariti. Maksimalne napetosti se skrivajo po ostrih robovih in kotih, kjer lahko zaradi napačne ali neustrezne izbire oblike kmalu presežemo mejo tečenja.. Slika 3.14: Potek napetosti po T-profilu. - 34 -.

(47) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Varjen E-profil Zasnova varjenega E-profila, kot ga prikazuje slika 3.15b, je sledila po želji zmanjšanja dimenzij prej omenjenega T-profila. Pasnico, kjer bodo privijačene prizme smo odebelili na 25 mm in eno nosilno rebro, razdelili na tri. Vpetja in obremenitev glede na prejšnjo iteracijo nismo spreminjali, prav tako ne gostote in elementov mreženja. a). sila cilindra 4x 3016 N. b). Slika 3.15: Varjen E profil. a) prerez konstrukcije b) dimenzije E-profila, z prikazano obremenitvijo. Pričakovano je bilo, da bodo pomiki večji, kot so zahtevani, saj je vztrajnostni moment prereza E-profila:. Na strani cilindrov je pod nosilno pločevino cilindrov debeline 10 mm, privarjena cev 60x40x8 mm po standardu DIN 2395.. - 35 -.

(48) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Iz rezultatov je lepo razvidno, da so pomiki še večji kot so bili pri varjenem T-profilu. Na strani E-profila pomiki presegajo 2,4 mm, na strani cilindrov so pa še nekoliko večji od 3 mm, slika 3.16. Ta profil je za to obremenitev neustrezen, saj so maksimalni pomiki preveliki. Konstrukcija bi bila tako neuporabna. Za lažjo predstavitev so prikazi pomikov in napetosti povečani z faktorjem 200.. Slika 3.16: Maksimalni pomiki so preveliki. Primerjalne napetosti po Von Misesu tudi pokažejo 142 MPa. Napetosti torej ne bodo problematične, glede na izbrani material, saj obremenitev ne presega polovice meje tečenja materiala, ki je 355 MPa. Slika 3.17: Maksimalne primerjalne napetosti so 142 MPa. Za manjše pomike nosilnega dela konstrukcije je potrebno pripravo ojačiti.. - 36 -.

(49) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Varjen E-profil Masivna izvedba glede na prejšnjo iteracijo E-profila,je bila dimenzionirana na ustreznost maksimalnih pomikov, vendar je tu nastopila težava zahtevnosti zvarjenega E profila. Povečati je bilo potrebno tudi prirobnici, saj bi drugače nosilni profili štrleli izven prirobnice. Nove dimenzije E profila so namesto začetnih 40 mm znašale 110 mm. Pri dimenzioniranju tega profila sem tudi ugotavljal, kako zahtevno je zmanjševati pomike pod 0,5 mm, saj je za vsak 0,1 mm bilo potrebno konstrukcijo opazno podaljšati in odebeliti. Vpetja in obremenitev tudi v tej iteraciji nismo spreminjali glede na prejšnji, prav tako ne gostote in elementov mreženja. a). b). Slika 3.18: Prerez varilne priprave in E profila. a) prerez konstrukcije varilne priprave. b) dimenzije E-profila z obremenitvijo. Tudi desno stran je bilo potrebno dodatno ojačiti. Nosilec cilindrov po novem meri 20 mm, dodana je bila nova ojačitev debeline 30 mm in cevast profil je bil dimenzije 100x60x10. Od take konstrukcije se pričakuje, da bo zadovoljila danim pogojem. Težava, ki tu nastopi je zahtevnost izdelave in teža varilne priprave.. - 37 -.

(50) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Pomiki so že v želenih mejah. Na nasprotni strani cilindrov znašajo 0,28 mm, na strani cilindrov 0,4 mm, slika 3.19. Zaradi lepše ponazoritve pomikov in napetosti je tudi tu dodan faktor povečave 200, saj bi zaradi majhnih pomikov na veliki dolžini bil model raven. Konstrukcija je ustrezna glede pomikov, ki nastanejo zaradi delovanja cilindrov.. Slika 3.19: Prikaz pomikov za varjeni E-profil. Primerjalne napetosti so se še nekoliko zmanjšale, glede na prejšnji varjeni E-profil, slika 3.17. Sedaj maksimalne primerjalne napetosti po von Misesu znašajo 71,7 MPa, slika 3.20.. Slika 3.20: Prikaz primerjalnih napetosti po von Misesu. - 38 -.

(51) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Pri konstruiranju je zaželeno uporabljati močne in cenovno ugodne profile. Zaradi različnih cen profilov je včasih smiselno zahtevnejši profil zavariti skupaj iz enostavnejših. Preizkusil sem še HE-B profile.. Slika 3.21: HE-B profil Preglednica 3.6: Podatki za HE-B profila. HE-B. h. b. IPB. ts. tg. s. t. r. Iy. Wy. iy. Iz. Wz. iz. Jx. Wx. ix. Jy. Wy. iy. mm. mm. mm. mm. mm. cm4. cm3. cm. cm4. cm3. cm. 140. 140. 140. 7. 12. 12. 1510. 311. 5,93. 550. 78,5. 3,58. 160. 160. 160. 8. 13. 15. 2490. 426. 6,78. 889. 111. 4,05. Pod prirobnico, kjer bodo privijačeni cilindri, je izbran zaprt profil naslednjih dimenzij: a = 140 mm b = 80 mm s= 10 mm r = 14 mm (. ). Prednost zaprtega profila je dobra odpornost proti torziji. Slika 3.22: Oznake zaprtega profila. - 39 -.

(52) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Profil HE-B 140 Izbran je profil HE-B 140 z vztrajnostim momentom Iy 1510 cm4, kar je 15,1 106 mm4. Vztrajnostni moment je skoraj desetkrat večji od vztrajnostnega momenta, ki smo ga izračunali za prvi varjeni E profil. Pričakovalo se je, da bodo tudi pomiki bistveno manjši. Vpetja in obremenitev tudi v tej iteraciji nismo spreminjali glede na prejšnje, prav tako ne gostote in elementov mreženja. MKE analiza je pokazala, da se kljub manjšim spremembam oblike varilne priprave pri menjavi profilov pomiki manjšajo z večanjem vztrajnostnega momenta. Pri profilu HE-B 140 so pomiki že skoraj v mejah želenega. Maksimalni pomik na strani cilindrov znaša 0,344 mm, slika 3.23.. Slika 3.23: Pomiki za profil HE-B 140. Profil ima prevelik pomik, zato ga bo potrebno zamenjati z naslednjim močnejšim profilom.. - 40 -.

(53) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Profil HE-B-160 Naslednji po vrsti je profil HE-B 160. Razlika med njim in manjšim HE-B 140 je v tem, da ima obe stranici daljši za 20 mm, sredinski del je debelejši za 1 mm in obe pasnici tudi za 1 mm. Njegov vztrajnostni moment znaša 2490 cm4, kar bi gotovo moralo zadostiti zahtevanim predpisom. Po preračunu CAD modela se je izkazalo, da so trditve držale, saj so maksimalni pomiki na nosilnem profilu nasproti cilindrov manjši od zahtevanih. Ti znašajo 0,27 mm, slika 3.24.. Slika 3.24: Prikaz pomikov za profil HE-B 160. Pri spreminjanju legende pomikov na 0,3 mm se lepo vidi, da pomiki v prizmah ne presežejo omejitve, najbližje kritičnim je spodnji del HE-B profila, slika 3.25.. Slika 3.25: Prikaz pomikov z prilagojeno legendo. - 41 -.

(54) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Napetosti na HE-B 160 profilu so kot pričakovano majhne. Maksimalne primerjalne napetosti po von Misesu so 57 MPa, slika 3.26. Te napetosti se koncentrirajo na ostrih robovih in kotih. Sam HE-B profil je na sredini obremenjen zgolj z napetostjo 8 MPa, nekoliko več ob stiku z prirobnicama, kjer je privarjen. Tu se napetosti povzpnejo do 30 MPa.. Slika 3.26: Prikaz primerjalnih napetosti. Cevast profil in podstavek za cilindre ima nekoliko večje napetosti 19 MPa, slika 3.27. Zaradi večjih pomikov so tudi napetosti na tem mestu večje. Vendar je ta napetost za izbrani material, ki ima napetost tečenja 355 MPa, zelo mala.. Slika 3.27: Prikaz napetosti zaprtega profila in podstavka za cilindre. - 42 -.

(55) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Pri reševanju problemov z napetostmi na sami konstrukciji je pomembno, da ostre robove zaokrožujemo. Tako preprečimo nastajanje koncentracij napetosti. Slika 3.28 lepo pokaže, da se maksimalne napetosti koncentrirajo na vogalu med prirobnico in podstavkom za cilindre. Če bi bili na zgornji meji tečenja materiala, bi s sanacijo takšnih mest zmanjšali napetosti. Tako bi se izognili menjavi materiala z boljšim, kar tudi pomeni z dražjim materialom.. Slika 3.28: Koncentracije napetosti se skrivajo na ostrih prehodih ali v vogalih. Tako smo izbrali optimalen profil glede na maksimalne pomike, saj bi z uporabo predimenzioniranih profilov konstrukcijo povečali in ji dodali nepotrebno težo. Ker pa bo priprava vpeta v VRC in se bo vrtela za 360°, si nepotrebne dodatne teže ne želimo. Za lažjo konstrukcijo gre tudi manj materiala, kar gotovo vpliva tudi na ceno. Ker pa je danes močna konkurenca in na trgu veliko ponudnikov storitev, kot jih izvaja Metalna, je varčevanje vsekakor pomemben faktor.. Prednost HE-B profila bo tudi pri montaži prizem nanj, saj bo enostaven dostop do vijakov pri sestavi. Variti bo potrebno samo del, kjer je privarjen na prirobnici, samega profila pa ni potrebno variti skupaj, kot bi to mogli pri sestavljenem E profilu. Ima pa to slabost, da bo potrebno navariti ploščice na spodnjo stran HE-B profila, saj drugače nanj ni mogoče pritrditi DESTACO prijemal.. - 43 -.

(56) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Nosilni profil je tako izbran HE-B 160, na strani cilindrov pa cev 140x80x10. Profila bosta enostavna za sestavo in ni ju potrebno dodatno obdelovati ali variti. Prejšnji CAD modeli so bili dovolj dobro zamreženi, da so bili rezultati dobri. Za do sedaj narejene iteracije profilov je Intelov i5 procesor z 8 GB sistemskega pomnilnika potreboval 15 minut. Preračunati je moral 1.829.232 končnih elementov, kar prikazujeta slika 3.29a in slika 3.29b. Velikost matrike je bila 4210,81 Mb (size of the factorized matrix). Za končno verzijo je zaželeno, da je mreža gostejša. Več končnih elementov lažje razdeli točke fiksnega vpetja in ploskve z obremenitvijo. Pri tem so tudi rezultati bolj točni. a). b). c). d). Slika 3.29: Mreža končnih elementov. Mreža zadnje verzije preračuna po MKE vsebuje 744.594 vozlišč in 3.124.127 elementov, ki jo prikazuje slika 3.29c in še dodatno povečana, slika 3.29d. Velikost matrike je 7868,07 Mb (size of the factorized matrix) za kar je računalnik potreboval 83 min. Razlika v času je res opazna, glede na to da smo število elementov povečali za 2x. Težava, ki tu nastopi je velikost pomnilnika računalnika, kajti če ga je premalo si računalnik pomaga z trdim diskom oz. SSD diskom, vendar je hitrost prenosa podatkov bistveno počasnejša kot v delovnem pomnilniku RAM. - 44 -.

(57) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Maksimalni pomiki so pri gostem mreženju 0,417 mm, prikazuje jih slika 3.30. Pri pol slabšem mreženju 0,394 mm, slika 3.24. To pomeni, da so se pomiki zaradi novega mreženja povečali za 5,8%. Maksimalni pomiki na nasprotni strani cilindrov so tako 0,292 mm, kar je zelo blizu meje, vendar je še zmeraj pod njo.. Slika 3.30: Prikaz napetosti z gosto mrežo. Maksimalne primerjalne napetosti po von Misesu so sedaj 82,2 MPa, slika 3.31. To je še vedno malo glede na napetost tečenja materiala, ki je 355 MPa. Pri prejšnjem preračunu, ki je bil narejen s pol manjšim številom končnih elementov je ta podatek 57 MPa. To pa pomeni kar 44,2 % zvišanje napetosti. Vendar tudi tu je potrebno poudariti, da se zaradi drobne mreže, koncentracije napetosti še bolj poudarijo. Ostale napetosti po konstrukciji so se spremenile podobno kot pomiki, do vsega skupaj 6%. Slika 3.31: Maksimalne primerjalne napetosti po Von Missesu ne presežejo 83 MPa. - 45 -.

(58) Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo. Magistrsko delo. Pomemben konstrukcijski element so tudi ušesa za prenašanje priprave z mostnim žerjavom. Tu je pomembno, da pomiki ne bodo preveliki in napetosti v mejah dopustnega, glede na lastnosti materiala. Točke vpetja so ploskve med podlago in prirobnicama, saj v realnem modelu priprava pritiska na podlago in podlaga na pripravo. Obremenitev bo sestavljena iz teže konstrukcije, ki je določena z 500 Kg in sile pospeška, ki nastane pri dvigovanju z mostnim žerjavom. Preračunali bomo tudi silo, ki nastane zaradi pospeška pri dvigovanju z mostnim žerjavom. Ta sila je pomembna predvsem pri višjih hitrostih dviga. Preglednica 3.7: Podatki o mostnem žerjavu. Hitrost dvigovanja. 0,83/5,0 m/min. Hitrost vožnje mačka. 20,0 m/min. Hitrost vožnje mosta. 25,0 m/min. Hitrosti dvigovanja bremena z mostnim žerjavom je od 0,83 do 5m/min. Za preračun smo vzeli največjo hitrost dvigovanja, ki je 5 m/min. Sila, ki nastane zaradi pospeška pri dvigu, bo tako največja. Če bo konstrukcija prenesla obremenitve silo teže in največjo silo pospeška dviga, bo tako ustrezna v vseh pogojih. Za silo pospeška je potrebno izračunati pospešek po enačbi 3.4. in ga pomnožiti z maso varilne priprave.. Čas pospeševanja je ocenjen na 0,5s. Izračunamo pospešek dviganja bremena. - 46 -.

No results found