Mechatronika cementárenských strojů O spolupráci OCHIINŽENÝRINGU a VŠB – TU Ostrava

Cílem projektu byl průmyslový výzkum a experimentální vývoj HIGH-TECH mechatroniky cementárenských strojů nové generace, konkrétně stavění válců segmentových ložisek cementových mlýnů, elektrohydraulických pohonů přítlaků mlecích běhounů strojů KTM a elektrohydraulických pohonů stavění drticí mezery strojů DCJ. Nové řešení mechanismu otáčení stavěcí matice válců SL s cílem realizace změny stavěcí mezery SL bez ztrátového vypnutí mlýna. Dále integrace hydrauliky stavění SL a hydrauliky mazání SL s cílem snížit prostorově-energetické nároky a inovovat systémy vysokotlakého a nízkotlakého mazacího systému SL s cílem zlepšit mazací vlastnosti pro dosažení vyšší provozní spolehlivosti mlýnů. Úspěšný, zde popsaný výzkum, je výsledkem týmové spolupráce nositele projektu firmy OCHI-INŽENÝRING a partnerů PSP Engineering, VŠB-TU Ostrava i firmy NORTECH. Projekt IMPULS FI-IM5/149 byl realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu ČR. HYDRAULICKE STAVĚNI SEGMENTOVYCH LOŽISEK Nové řešení elektrohydraulického stavění volných segmentových ložisek mlýna, je patrné z obr. č. 1. Vývojová-inovační koncepce řešení stavění segmentových ložisek přinese odběrateli technologie následující uživatelsko- dodavatelské preference a celospolečenské přínosy: - Nové řešení uložení troubových mlýnů na segmentových ložiskách zajistí snížení hmotnosti uložení. Stávající vahadlový systém uložení segmentů bude nahrazen samostatným uložením každého segmentu. Tato hmotnostní úspora bude činit až 50 % a bude progresivně narůstat s velikostí rozměrů mlýnů. - Nové uložení troubových mlýnů sníží stavební výšku mlýnů. Samostatně uložená segmentová ložiska budou mít o cca 40 % nižší stavební výšku. - Inovované řešení uložení troubových mlýnů skýtá možnost přímého uložení segmentových ložisek přes podpěry na betonový základ mlýna, což umožní vypuštění svařovaného kotevního rámu, na kterém jsou současná segmentová ložiska s vahadly kotvená. - I nově pojaté uložení troubových mlýnů zajistí jednodušší způsob zatížení podpěr segmentových ložisek a tím i vyšší provozní spolehlivost. Mechanicko-fluidní systém stavění segmentových ložisek byl řešen ve dvou variantách: V první variantě je stavěcí válec opatřen na pístnici stavěcí maticí. Hydraulickým ovládání je segment „dotlačen“ na těleso mlýna definovanou silou a poté je matice dotažena na těleso stavěcího válce s tím, že silové účinky přenáší mechanická část stavěcího HV a na tyto musí být dimenzován! Systém je tuhý se složitým měřením síly. Funkční vzorek je osazen měřením polohy, tzn. je plynulá informace o deformačních účincích při skokových změnách síly. V druhé variantě stavěcí válec s elektrohydraulickým řízením „dotláčí“ segment na těleso mlýna v regulační smyčce, tzn. udržuje automaticky určenou přesnou polohu při měření síly (tlaku) s možností regulovaného řízeného „uhnutí“ při enormním nedovoleném nárůstu síly. Obě varianty řešení byly zkoušeny na funkčním vzorku (obr. 2). Na funkčním vzorku byla též provedena experimentální měření staticko-dynamických a regulačních parametrů pro představené varianty řešení. Na základě vyhodnocení experimentu jsou definovány tyto závěry: Funkční řešení modelového elektrohydraulického systému varianty 1 i 2 splňuje požadavky na regulační vlastnosti systému z hlediska dynamiky rychlosti i přesnosti. Elektrohydraulický systém s regulačním polohovým ventilem je přesnější a pružně reaguje na silové změny. Problémem je vývin tepla při tzv. regulaci kolem 0 (min. přestavení šoupátka) tzn., že systém musí mít výkonné vodní chlazení! Výhodou je méně robustní (tím levnější a lehčí) provedení stavěcího HV. Hydraulický systém se stavěcí maticí je dle modelu dostatečně přesný, ale „tvrdý“ a veškeré silové účinky od zátěže se přenášejí do stavěcího HV, jenž musí být s danou bezpečností dimenzován na kritické síly. Funkčně-regulační řešení je dle teorie hydraulické podobnosti „přenositelné“ na konkrétní aplikace stavění segmentových ložisek. Na základě smlouvy o spolupráci pro projekt IMPULS FI-IM5/149 vypracovali zástupci smluvního partnera PSP Engineering konečnou vývojovou dokumentaci stavěcích hydraulických válců pro segmenty 650x840 a 950x1220 mm. Jedná se o speciální hydraulické válce ? 500 a ? 340. Je zpracován z pohledu analogických stavěcích systémů, „pilotní“ návrh pohonu otáčení stavěcí matice. Na obr. 3 se představuje 3D model stavěcího mechanismu pro segment 650x840 mm. Vývojové řešení pro větší segment je analogické s větší dimenzí výkonu pohonového mechanismu. NOVE POZNATKY Projekt nejenom že splnil svůj cíl, ale byl rozšířen i o výsledky výzkumu a vývoje. Novou a podnětnou kapitolou vývojové činností v tomto projektu byla spolupráce s VŠBTU Ostrava při modelování a simulaci regulačních elektrohydraulických systémů, tlakově – silového řízení strojů a dále spolupráce s vývojovou projekcí a konstrukcí partnera PSP Engineering, který participoval na experimentálním vývoji stavěcích válců segmentových ložisek, což je uzel bezprostředně navazující na technologii cementových mlýnů. Zhotovení a experimentální ověření funkčních vzorů se zaměřením na optimalizaci pohonových elektrohydraulických systémů strojů přineslo řadu nových poznatků, které byly dále implementovány do finálních řešení výrobkových standardů pro budoucí realizační výstupy. Projekt řešil rovněž, v souladu se směrnicí 2006/42/ES o strojních zařízeních, funkční bezpečnost dílčích pohonů zpracováním analýzy rizik dle ČSN EN ISO 14121-1. Řešení projektu naplnilo beze zbytku priority programového projektu v následujících oblastech: • aktivní spolupráce s vysokou školou VŠB-TU Ostrava • do řešení se zapojily subdodavatelské MSP s cílem zvýšit jejich konkurenceschopnost, kvalitu lidských zdrojů, počet pracovníků a v neposlední řadě zvýšit ekonomicko – finanční přínosy pro subjekty regionu NUTS II • cílová řešení aplikovaného průmyslového výzkumu a experimentálního vývoje představují budoucí HIGH-TECH výrobky mechatroniky cementárenských strojů nové generace světové technické úrovně • projekt řeší systémy šetrné k životnímu prostředí a energeticky úsporné. ? Ing. Otakar Ožana, OCHI-INŽENÝRING, spol. s r.o., Pohraniční 504/24, 703 00 Ostrava -Vítkovice, tel.: +420 595 956 189, e-mail: otakar.ozana@ochi.cz