naČrtovanje stroja za sortiranje kovinskih tulcev · slika 3.9: varnostna sklopka ... slika 3.4:...

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,

RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO

Tadej Krašovc

NAČRTOVANJE STROJA ZA SORTIRANJE

KOVINSKIH TULCEV

Diplomsko delo

Maribor, avgust 2016

NAČRTOVANJE STROJA ZA SORTIRANJE KOVINSKIH

TULCEV

Diplomsko delo

Študent: Tadej Krašovc

Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program

Elektrotehnika

Smer: Avtomatika

Mentor: doc. dr. Nenad Muškinja

Lektor(ica): Nina Koper, prof. slovenščine ter uni. dipl. prev. in tolm. za

angleški jezik

Načrtovanje stroja za sortiranje kovinskih tulcev

i


ii

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Nenadu

Muškinji za pomoč in smernice pri izdelavi

projekta in diplomskega dela. Zahvala gre

prav tako takratnemu podjetju, lastniku stroja

in seveda staršem, ki so mi omogočili

izobraževanje in izdelavo diplomskega dela.


iii


Ključne besede: načrtovanje, sortiranje, merjenje, avtomatizacija, kovinski tulci.

UDK: 004.424.52:338.364(043.2)

Povzetek

V diplomskem delu je predstavljeno načrtovanje stroja za sortiranje kovinskih tulcev.

Opisane so konstrukcijske rešitve in izračuni posameznih elementov sortirne naprave.

Izdelana je zasnova elektro-pnevmatskega krmilja stroja in navodila za uporabo.


iv

Designing of a Machine for Sorting Metal Tubes

Key words: designing, sorting, measurement, automation, metal tubes.

UDK: 004.424.52:338.364(043.2)

Abstract

This thesis presents designing of a machine for sorting steel tubes. Constructional

solutions and calculations of individual elements of the sorting device are described.

Furthermore, the basis of electro-pneumatic steering of the machine is shown and

instructions for use are added.


v

KAZALO

1 UVOD .............................................................................................................. 1

2 PREDSTAVITEV PROJEKTA ......................................................................... 2

2.1 Zahteve naročnika ............................................................................................................... 3

3 OPIS IN NAMEN STROJA .............................................................................. 4

3.1 Dozirni del ............................................................................................................................ 7

3.2 Vstavljalni del ....................................................................................................................... 8

3.3 Merilno mesto [2] ............................................................................................................... 12

3.4 Izmetni del .......................................................................................................................... 15

4 KOSTRUIRANJE NAPRAVE ........................................................................ 16

4.1 Vstavljalni del ..................................................................................................................... 16

4.2 Odmični mehanizem [4] [6]. .............................................................................................. 18

4.3 Merilno mesto .................................................................................................................... 21

4.4 Izmetni del .......................................................................................................................... 23

5 KRMILJENJE STROJA ................................................................................. 26

6 SKLEP IN ZAKLJUČEK ................................................................................ 36

VIRI ...................................................................................................................... 38


vi

KAZALO SLIK

SLIKA 3.1: KOVINSKA TULCA ...................................................................................... 4

SLIKA 3.2: PRIKAZ STAREGA IN NOVEGA POSTOPKA SORTIRANJA POLIZDELKOV .............. 5

SLIKA 3.3: KONTROLIRNO SORTIRNI STROJ .................................................................. 6

SLIKA 3.4: SHEMA VIBRACIJSKI PODAJALNIKA .............................................................. 7

SLIKA 3.5: VSTAVLJALNI DEL ...................................................................................... 8

SLIKA 3.6: VSTAVLJALNI TULEC .................................................................................. 9

SLIKA 3.7: ODMIČNI MEHANIZEM ............................................................................... 10

SLIKA 3.8: DISK Z GNEZDI ........................................................................................ 10

SLIKA 3.9: VARNOSTNA SKLOPKA ............................................................................. 12

SLIKA 3.10: KONTROLNA ENOTA ............................................................................... 12

SLIKA 3.11: KONTAKTNI SENZOR .............................................................................. 12

SLIKA 3.12: KONTAKTNA TIPALA ............................................................................... 13

SLIKA 3.13: ODDAJNIK IN SPREJEMNIK IB 10 ............................................................. 14

SLIKA 3.14: KONTROLNA ENOTA IB 1000 .................................................................. 14

SLIKA 3.15: IZMETNI DEL ......................................................................................... 15

SLIKA 4.1: PROTOTIP .............................................................................................. 17

SLIKA 4.2: GEOMETRIJA DISKA ................................................................................. 18

SLIKA 4.3: GEOMETRIJA MEHANIZMA ........................................................................ 19

SLIKA 4.4: PODATKI LEŽAJA ...................................................................................... 20

SLIKA 4.5: DETAJL VPETJA LEŽAJA ........................................................................... 21

SLIKA 4.6: GEOMETRIJA SIL ..................................................................................... 22

SLIKA 4.7: VENTILSKI OTOK VQC 1000 .................................................................... 24

SLIKA 4.8: PNEVMATSKA SHEMA .............................................................................. 25


vii

SLIKA 5.1: BLOKOVNA SHEMA KRMILJA ...................................................................... 26

SLIKA 5.2: FUNKCIJSKI DIAGRAM .............................................................................. 27

SLIKA 5.3: POZICIJA SENZORIKE ............................................................................... 28

SLIKA 5.4: OPERACIJSKI PANEL ................................................................................ 31

SLIKA 5.5: OSNOVNO OKNO ..................................................................................... 32

SLIKA 5.6: PODOKNO DISKA ..................................................................................... 32

SLIKA 5.7: PODOKNO V SERVISNEM REŽIMU .............................................................. 33

SLIKA 5.8: NASTAVITVE DISKA .................................................................................. 33

SLIKA 5.9: GESLO ................................................................................................... 34

SLIKA 5.10: POTRDITEV ALARMOV ............................................................................ 34

SLIKA 5.11: NASTAVITEV ŽELENIH KOSOV ................................................................. 35

KAZALO TABEL

TABELA 3.1: IMENA IN VREDNOSTI TOLERANČNIH SKUPIN ............................................ 13

TABELA 5.1: VHODNI SIGNALI KRMILJA ...................................................................... 29

TABELA 5.2: IZHODNI SIGNALI KRMILJA ...................................................................... 30


viii

SEZNAM UPORABLJENIH SIMBOLOV

t čas cikla

i število gnezd

t0 obodni čas

o število vrtljajev na minuto

R premer kolesa

Δ vertikalna razdalja središča kolesa do objekta

x horizontalna razdalja središča kolesa do objekta

Fv vertikalna sila

mg sila kolesa na objekt


1

1 UVOD

Glavni vzroki za uvajanje avtomatiziranih naprav so v tem, da delujejo mnogo hitreje kot

človek, ne poznajo utrujenosti, niso podvržene vplivom razpoloženja, zato delujejo

neprimerno bolj kvalitetno in predvsem enakomerno. Njihova zanesljivost je dosti večja

kot zanesljivost človeškega faktorja. Rezultat vsega je boljša in kakovostna proizvodnja.

Proizvodi so zato cenejši, konkurenčnejši, ekonomski učinek pa boljši.

V podjetju, kjer sem bil zaposlen, smo dobili naročilo za izdelavo naprave za sortiranje

kovinskih tulcev. Faze planiranja in načrtovanja so bile v celoti izvedene v podjetju. Cilj

diplomske naloge je predstaviti postopke, kako se lotiti izdelave avtomatizirane naprave.

Kontrolirno sortirni stroj je naprava, ki meri dolžino in izvrtino v kovinskem tulcu. Na

podlagi meritve se kosi razvrščajo v 5 tolerančnih skupin. Ponovljivost meritve je v

območju 1 µm, stroj pa mora izmeriti 4 kose na sekundo. Podrobnejše tehnološke zahteve

in zahteve naročnika opisuje drugo poglavje.

V tretjem poglavju smo primerjali obstoječe postopke sortiranja in postopke nove naprave.

Stroj smo razčlenili na posamezne sklope:

dozirni del,

vstavljalni del,

merilno mesto,

izmetni del.

Vsak sklop naprave in njene sestavne elemente smo podrobneje opisali. Navezujejo se

na četrto poglavje, ki opisuje konstrukcijske prijeme, izračune in rešitve. Opisani so merilni

členi in pnevmatske komponente naprave.

Peto poglavje opisuje krmiljenje stroja. Z blokovno shemo so prikazane povezave

električnih komponent s krmiljem. Blokovno shemo dopolnjuje pozicijska shema, ki

prikazuje, kje na stroju so komponente vgrajene in ustrezno označene. Funkcijski diagram

ponazarja logiko krmilja. Tabela vhodnih in izhodnih signalov ter pnevmatska shema pa

dajeta osnovo oz. podlogo za program krmilja. Sledi opis posluževalnega panela in

navodila za upravljanje stroja.


2

2 PREDSTAVITEV PROJEKTA

Diplomsko delo z naslovom ''NAČRTOVANJE NAPRAVE ZA SORTIRANJE KOVINSKIH

TULCEV'' prikazuje prijeme za izdelavo projekta avtomatizirane naprave. Namen naloge

je predstavitev projektnih rešitev, ki so potrebne za uspešno delovanje nekega

avtomatiziranega procesa. Kot že naslov ponazarja, se bomo osredinili na projektiranje.

Projektna naloga temelji na določenih zahtevah naročnika in vhodnih informacijah, ki nam

bodo služile kot izhodišča pri projektiranju in na osnovi katerih bodo zasnovane rešitve za

izdelavo stroja.

V nalogi bodo prikazane naslednje rešitve:

zasnova stroja in njegov pomen,

konstrukcijske rešitve stroja,

krmiljenje stroja.

Več pozornosti bomo posvetili konstruiranju stroja, kajti ravno pri načrtovanju prihaja pri

projektiranju pogosto do nesporazumov, ki so predvsem posledica nejasne definicije

naloge.

Opisani primer projektiranja naj bi služil kot vzorec za izdelavo nadaljnjih projektov in je

hkrati tudi cilj naloge.

Izhodišča za projektiranje pri avtomatiziranih procesih oz. napravah najpogosteje podajo

naročniki oz. kupec naprave. Tudi v našem primeru je naročnik podal osnovne zahteve za

izdelavo kontrolirno sortirne naprave.


3

2.1 Zahteve naročnika

Kontrolirno sortirna naprava mora opravljati določene faze pri procesu proizvodnje

kovinskih tulcev. Njeno delovanje mora biti avtomatsko in mora opravljati sledeče faze:

dozirni del

vstavljalni del

merilni del

izmetni del

Posluževanje stroja je ročno, in sicer operater dovaja vhodni material v vibracijske

podajalnike in odvzema izmerjene, sortirane kose iz sortirnih mest. Dozirni del naprave

predstavljajo obstoječi vibracijski podajalniki, ki jih bomo z določenimi predelavami

priključili sortirnemu stroju.

Tehnične zahteve stroja:

nepravilne oblike kosov in nečistoče se odstranjujejo v dozirnem delu stroja;

predpisan vhodni material so kovinski tulci, premera 5 in 7 mm, skozi njihovo os pa

je izvrtina, premera 2 in 4 mm;

merilni sistem mora zagotavljati ponovljivost merjenja dolžine kosa v 1 µm in

zmožnost detektiranja premale ali zamašene izvrtine;

izmetni del mora zagotavljati sortiranje kosov v šest skupin;

proizvodna kapaciteta stroja mora biti 4 kose na sekundo;

z manjšim posegom se stroj nastavi na 4 ali 6 mm kose.

Na podlagi tehničnih zahtev smo zasnovali stroj, njegov opis sledi v naslednjem poglavju.


4

3 OPIS IN NAMEN STROJA

Kontrolirno sortirni stroj je za naročnika konkurenčna prednost, zato se v diplomskem delu

ne omenja, za katero panogo se polizdelki uporabljajo. Na sliki 3.1 sta prikazana kovinska

tulca.

Slika 3.1: Kovinska tulca.

Podjetje, ki je stroj naročilo, se že vrsto let ukvarja s proizvodnjo drobnih kovinskih

polizdelkov. Zaradi pritiska tržišča po nižjih cenah in višjih kakovostnih merilih se je

podjetje odločilo izboljšati kakovost meritev in sortiranje polizdelkov v tolerančne skupine.

Razliko med starim in novim postopkom prikazuje slika 3.2.


5

Slika 3.2: Prikaz starega in novega postopka sortiranja polizdelkov.


6

Kot je razvidno iz slike 3.2, se novi postopek razlikuje po številu skupin dobrih kosov. Z

natančnejšim merjenjem omogočamo deklariranje kosov v skupine, kar nam omogoča,

da:

prilagajamo orodja in njihove nastavitve polizdelkom na mestih vgradnje;

detektiramo predhodne obdelovalne faze polizdelkov, npr. skrhana rezilna orodja;

s pomočjo meritev ponastavljamo predhodne obdelovalne stroje.

Shematski prikaz celotnega stroja prikazuje slika 3.3.

Slika 3.3: Kontrolirno sortirni stroj.


7

3.1 Dozirni del

Naprava za doziranje je na vhodnem delu stroja. Napravo uporabljamo ročno, kar pomeni,

da polizdelke dodajamo ročno v lijak naprave. Jakost vibriranja se nastavlja s

potenciometrom, ki je nameščen v dozi skupaj z gumbom za vklop in izklop naprave.

Dozirnike smo povezali s krmiljem. Izhod krmilnika proži rele, ki vklopi dozirnik. Na izhod

vibracijskih dozirnikov smo dodali separatorje v obliki vzmeti. Na sliki 3.4 je vidna izhodna

cev, nataknjena na vzmet. Korak vzmeti je dovolj majhen, da kos nemoteno prehaja čez

ovoje. Na tem mestu se zaradi vibracij in gravitacijske sile odstranijo manjši kovinski kosi,

opilki, cinkov prah in ostale nečistoče. Prav tako se kompenzirajo in dušijo vibracije iz

podajalnikov.

Slika 3.4: Shema vibracijskega podajalnika.


8

3.2 Vstavljalni del

Vstavljalni del je centralna enota stroja. Zagotavljati mora vprijemanje in transportiranje

polizdelkov do merilnega in izmetnega mesta.

Sestavljajo jo sledeče enote:

1. vstavljalni tulec

2. odmični mehanizem

3. vrtljivi disk z gnezdi

4. prijemalo

5. varnostna sklopka in pogon

Slika 3.5 prikazuje naštete pozicije.

Slika 3.5: Vstavljalni del.


9

Vstavljalni tulec

Orientirani kosi po cevi potujejo do vstavljalnega tulca, ki je vpet na mehanizem, ki se

giblje v osi diska nad gnezdi. Izdelan je tako, da je luknja skozenj ekscentrična za 0,5 mm

iz središča, kot kaže slika 3.6. Z vrtenjem tulca tako nastavljamo pozicijo luknje nad

gnezdom. Da je trenje kosov ob steno tulca čim manjše, je ta površinsko obdelana [2].

Zaradi mehanizma tulec potuje določeno pot nad gnezdom. Tako ima polizdelek na voljo

nekaj časa, da zapolni vrzel v disku.

Slika 3.6: Vstavljalni tulec.

Odmični mehanizem

Odmični mehanizem je vpet v osi nad vrtečim diskom. Kot kaže slika 3.7, je sestavljen iz

nihalke, na katero je pritrjen vstavljalni tulec, ročice in sprege [4, 6]. Na zgibu je pritrjen

ležaj, ki ga odmikajo zobje vrtljivega diska. Za nasproti delujočo silo skrbi vzmet, za

gladko delovanje oz. dušenje pa skrbi pnevmatski cilinder, ki mu z dušilkami nastavljamo

pretok zraka.


10

Slika 3.7: Odmični mehanizem.

Vrtljivi disk z gnezdi

Disk je zasnovan iz osnovnega valja, na katerega je od spodaj privijačeni venec z gnezdi,

od zgoraj pa pogonski venec mehanizma. Sestavo prikazuje slika 3.8. Da bi bil stroj čim

bolj prilagodljiv različnim izdelkom, smo zasnovali snemljive vence z gnezdi. Ob

spremembi premera polizdelka se izdela ustrezen venec.

Slika 3.8: Disk z gnezdi.


11

Prijemalo

Prijemalo je zasnovano v obliki noža, ki teče skozi utor venca z gnezdi. Njegova funkcija

je, da polizdelke pritisne ob steno gnezda. To je potrebno zaradi merjenja premera

izvrtine, saj na tem mestu pod polizdelkom ni podpore in ta potuje po zraku. Oblika noža

je narejena po obodu gnezd in tangentno pritiska na kovinski tulec. Za nastavljanje noža

po obodu je zasnovan ekscentrični člen, za silo pa skrbi natezna vzmet. Našteti elementi

so prikazani na sliki 3.7.

Varnostna sklopka in pogon

Pogoni so nameščeni pod osnovno ploščo pod diskom. Uporabili smo 24 V DC motorje z

polžastim prenosom. Za napajalni izvor smo uporabili napetostno in tokovno nastavljive

AC/DC pretvornike. Vklop in smer vrtenja se vrši s proženjem releja. Vgradnja varnostne

sklopke je bila potrebna zaradi zaščite stroja in samih tulcev. Ob morebitni zagozditvi kosa

med vstavljalnim tulcem in gnezdom se mehanizem ne more vrniti v izhodiščno lego. Ob

povečanem navoru na pogonski osi sklopka preskoči, disk pa se preneha vrteti, kljub

temu da se elektromotor vrti. Prenehanje vrtenja zazna induktivni senzor, ki detektira

zobati venec. Tako se elektromotor ustavi, spremeni se mu smer vrtenja, mehanizem se

postavi v izhodiščno lego in stroj se ponovno požene. Če se opisani postopek trikrat

ponovi, se stroj ustavi in javi napako. Zgradbo sklopke prikazuje slika 3.9.


12

Slika 3.9: Varnostna sklopka.

3.3 Merilno mesto [2]

Merilni del naprave je sestavljen iz merjenja višine in premera izvrtine. Vgrajeni merilnik

dolžine, na sliki 3.11, je visokoločljivostni, absolutni, digitalni kontaktni senzor serije GT2-

H12K podjetja Keyence. Senzor ima merilno območje 12 mm, resolucijo 0,5 µm in

ponovljivost 1 µm.

Slika 3.10: Kontrolna enota.

Slika 3.11: Kontaktni senzor.


13

Slika 3.12: Kontaktna tipala.

Kontrolno enoto GT2-71P prikazuje slika 3.10. Montirana je na DIN letev v krmilnem pultu.

Nastavljivih ima 5 digitalnih PNP izhodov in nastavljiv odzivni čas od 3 ms do 1 s.

Območja toleranc in izhode opisuje tabela 2. Senzor lahko opremimo z različnimi vrstami

kontaktnih tipal, prikazanih na sliki 3.12.

Izbrali smo tipalo v obliki kolesa, da lahko kos potuje pod senzorjem, prečne sile na

merilno os so izračunane v naslednjem poglavju.

Tabela 3.1: Imena in vrednosti tolerančnih skupin.

Dig. Izhod Območje

-0,095 mm

-0,075 mm

-0,075 mm

-0,045 mm

GO ±0,045 mm

+ 0,045 mm

+ 0,060 mm

+ 0,060 mm

+ 0,080 mm

LOW

LOW LOW

HIGH

HIGH HIGH

Kos, katerega vrednost je drugačna od naštetih skupin, spada v skupino IZMET.


14

Za merjenje premera izvrtine smo uporabili optični senzorski glavi serije IB 10, na sliki

3.13. Za delovanje uporabljajo lasersko svetlobo z več valovnimi dolžinami. Optični

oddajnik in sprejemnik sta povezana s kontrolno enoto IB 1000, ki se nahaja na DIN letvi v

krmilnem pultu. Merilno območje je v obliki ploščatega curka svetlobe, širine 10 mm.

Razdalja med oddajnikom in sprejemnikom je lahko največ 300 mm, najmanjši objekt, ki

ga senzor še zazna, je neprosojna tarča s premerom 0,1 mm. Ponovljivost senzorja je 5

µm. Kontrolna enota IB 1000 na sliki 3.14 se napaja z 24 V. Ima analogni napetostni in

tokovni izhod ter dva digitalna izhoda.

Slika 3.13: Oddajnik in sprejemnik IB 10.

Slika 3.14: Kontrolna enota IB 1000.

Kos potuje skozi optično os oddajnika in sprejemnika. Odstotek vpadle svetlobe na

sprejemniku je sorazmeren velikosti luknje kosa. Razlika med dobrim kosom in kosom, ki

je še sprejemljiv, nam daje razliko analogne vrednosti izhoda in nastavljive vrednosti

digitalnega izhoda, ki ga zajemamo s krmiljem. Samonastavitev jakosti oddajanja svetlobe

glede na zaprašenost stekla na oddajniku in sprejemniku se je izkazala za uporabno Tako

se je zmanjšal cikel čiščenja stroja na osem ur.


15

3.4 Izmetni del

Po končanem merjenju kosi nadaljujejo pot proti delu stroja, ki jih razvrsti glede na stanje

meritev. Kosi se razvrščajo s pomočjo pnevmatskih šob, ki so nameščene pod gnezdom

in geometrijsko sovpadajo z ostalimi pozicijami diska. Za celotno sinhronizacijo stroja

skrbi induktivni senzor, ki ga proži zobati venec na disku naprave. Ko se kos pripelje nad

ustrezno šobo, ga s komprimiranim zrakom izstrelimo iz gnezda., Lijak nad gnezdom, ki

ujame leteči kos, skrbi, da je gibanje kosa kontrolirano. Na lijak je nataknjena armirana

cev, ki vodi do označene transportne embalaže. Izmetni del prikazuje slika 3.15.

Slika 3.15: Izmetni del.

V tem delu smo spoznali način delovanja naprave. To je osnova za nadaljnje projektiranje,

opisano v naslednjih poglavjih.


16

4 KOSTRUIRANJE NAPRAVE

V tem poglavju so opisani nekateri konstrukcijski prijemi in izračuni posameznih

elementov stroja.

4.1 Vstavljalni del

Iz celotnega cikla stroja, ki traja 1 sekundo, moramo izmeriti 4 kose. Odločili smo se za

izdelavo štirih diskov, da z enim izmerimo 1 kos v sekundi. To je bil tudi pogoj glede

hitrosti doziranja obstoječih vibracijskih podajalnikov.

Zaradi hitrosti cikla stroja smo se odločili za kontinuirano delovanje naprave. Torej je bilo

treba vrteči disk neprekinjeno polniti in na ustreznih mestih prazniti. Za potrditev ideje smo

izdelali prototip diska z mehanizmom, vstavljalnim tulcem in merilnikom premera luknje,

na sliki 4.1.

Pri velikosti premera diska smo izhajali iz premera diska prototipa, ki meri 200 mm.

Premer kosa je 5 mm. Premer luknje v gnezdu pa smo povečali na 5,4 mm. Luknje smo

razporedili z razmikom 10° po obodu diska. Tako smo dobili 36 gnezd z medsebojno

razdaljo 12 mm. Kar nam ustreza, saj toliko prostora potrebujeta vstavljalni tulec in

mehanizem.

Stroj mora v 1 sekundi zavrteti disk za 10°. Obodni čas za en obrat je torej število gnezd

pomnoženo s časom cikla (4.1). Za izračun vrtljajev na minuto na osi motorja smo delili 60

s z obodnim časom (4.2).

t = 1 s

i = 36

𝑡0 = 𝑡 ∙ 𝑛 = 36 𝑠 (4.1)

𝑜 = 60

𝑡0=

60

36= 1,666̅ min-1 (4.2)


17

Tu je:

t – čas cikla,

i – število gnezd,

t0– obodni čas,

o – število vrtljajev na minuto.

Slika 4.1: Prototip.

Na sliki 4.2 je prikazana geometrija diska [5]. Detajl H prikazuje gnezdo in kos. Proti

središču je izdelan pravokotni izrez. Ob ta izrez je kos pritisnjen s pomočjo prijemala v

obliki noža, ki smo ga opisali v poglavju 3.2. Prav tako je označena simetrija zob venca

mehanizma z gnezdi, ki služijo za sinhronizacijo in proženje meritev ter izmetnih šob.


18

Slika 4.2: Geometrija diska.

4.2 Odmični mehanizem [4] [6].

Mehanizem opišemo kot sistem teles, zasnovanih za prenos sil in gibanja v omejeno oz.

določeno gibanje drugih teles. Je kinematična veriga, vsaj en njen člen je pritrjen na fiksno

točko.

V našem primeru imamo planarni mehanizem, vse točke opisujejo poti na isti ravnini

oziroma krožnici. Pot, ki jo opravi mehanizem, je krožni lok, njegova dolžina je nastavljiva

s sprego mehanizma. Na sliki 4.3 je prikazana geometrija mehanizma v izhodiščnem in

končnem položaju. Zasuk zobatega venca med izhodiščnim in končnim položajem je

sedem stopinj. Venec potisne ležaj na zgibu, zaradi ročice pa se sprega od zobatega

venca hitreje odmika v horizontalni smeri. Nihajka za tak zasuk opravi kot štirih stopinj. Ko

se ležaj v zgibu prevali čez zob venca, ga sila vzmeti potisne proti izhodišču in

naslednjemu zobu. Čas potovanja nihajke mora biti krajši ali enak taktu stroja. Osnova za

določitev dimenzij komponent mehanizma so bile dimenzije diska z gnezdi. Da smo ujeli

takt stroja, je moral biti zasuk gnezd manjši, kakor je kot med gnezdi. Z ustrezno vzmetjo

smo pravočasno vračali mehanizem proti izhodiščni legi.


19

Z nastavljanjem dušenja gibanja smo nastavljali silo trka ležaja ob zob. S tem smo

odpravili zatikanje ob vstavljanju kosov v gnezda.

Slika 4.3: Geometrija mehanizma.

Da bi se mehanizem premikal s čim manjšim trenjem, smo na gibljive dele vgradili kotalne

ležaje. Njihovo velikost smo določili s pomočjo statične in dinamične nosilnosti ležaja [2].

Statična nosilnost z oznako C0 je nosilnost pri mirovanju oz. tista radialna ali aksialna

obremenitev, zaradi katere je plastična deformacija 10-4 premera kotalnega elementa.

Uporaba statične nosilnosti je tam, kjer se ležaji vrtijo z zelo nizkimi vrtilnimi hitrostmi ali

so obremenjeni v mirovanju.

Pri dinamični nosilnosti ležaja pa je tista obremenitev, pri kateri je življenjska doba ležaja

106 vrtljajev. Predpostaviti je treba, da je ležaj konstantno obremenjen po velikosti in smeri

delovanja in da je obremenitev pri radialnih ležajih samo radialna, pri aksialnih ležajih pa

samo aksialna. Dinamična nosilnost se označuje s črko C.


20

Ker se je mehanizem odklanjal za kot 4°, dinamičnih obremenitev na ležaje skoraj da ni

bilo, izjemoma pri ležaju v zgibu. Od proizvajalca ležajev SKF smo v katalogu izbrali serijo

W 606-2Z, shema in podatki so na sliki 4.4.

Slika 4.4: Podatki ležaja.

Po podatkih iz kataloga je statična obremenitev 830 N, kar pa vzmet, ki deluje kot

protisila, vsekakor ne presega. Na sliki 4.5 je prikazan detajl vpetja ležaja na nihalki.


21

Slika 4.5: Detajl vpetja ležaja.

4.3 Merilno mesto

Vsi elementi stroja se nahajajo na dveh aluminijastih osnovnih ploščah, pritrjenih na

nosilni okvir stroja. Plošči imata izdelane vse potrebne izreze za kable in cevi. Na mestu,

kjer se kosi vstavljajo in drsijo vse do izmeta, so v ploščah nameščeni elementi v obliki

polmeseca, obdelani proti obrabi. Izbrani material z oznako 1.7225 je poboljšan na 1100

N/mm2 in nitriran na trdoto 54-56 HRc [5]. Tako smo preprečili erozijo materiala zaradi

potovanja velikega števila kosov po površini in pogrešek meritev zaradi obrabe referenčne

točke. Princip merjenja je takšen, da se kos, ki je ujet v gnezdu, zapelje pod glavo

senzorja, kot kaže slika 5.6. Sila, s katero pritiska senzor ob merjenec, je po podatkih iz

kataloga enaka 1 N. Velikosti maksimalno dovoljene vodoravne sile nismo zasledili, zato

smo jo izračunali po geometriji iz slike 4.6.


22

Slika 4.6: Geometrija sil.

Vertikalna sila Fv:

tan 𝛼 =𝑅−∆

𝑥=

3,5

2,8= 1,25 (4.3)

tan 𝛼 = 𝐹𝑣

𝑚𝑔 (4.4)

𝐹𝑣 = 𝑚𝑔 ⋅ tan 𝛼 = 1,25 𝑁 (4.5)

Tu je:

R – premer kolesa,

Δ – vertikalna razdalja središča kolesa do objekta,

x – horizontalna razdalja središča kolesa do objekta,

Fv – vertikalna sila,

mg – sila kolesa na objekt.

Po izračunu smo ugotovili, da mora biti vlečna sila (4.5), da se kolo zapelje čez merjenec,

za četrtino večja kot sila, ki pritiska na merjenec. Kar pomeni, da bi morali linearni

kroglični ležaji v senzorju brez težav premagovati horizontalne obremenitve, kar se je

kasneje v praksi tudi izkazalo.

Pri konstruiranju merilnega dela izvrtine je bilo treba zagotoviti poravnavo v optični osi

oddajnika in sprejemnika [2].


23

4.4 Izmetni del

Ključni vlogo pri izmetnem delu imajo pnevmatske šobe, vdelane na montažni plošči pod

gnezdi. Na primeru enakomernega kroženja določimo lego kosa ob izstrelitvi. Kos ima

radialni pospešek v smeri radija proti središču kroženja, zaradi enakomernega kroženja

spreminja smer, velikost pa je ves čas enaka. Ko zapusti gnezdo, se njegova pot

nadaljuje v prostoru, stran od središča kroženja. Faktor istočasnosti ima velik vpliv na

ponovljivost zadetka tarče. Če naenkrat izstrelimo kose vseh petih tolerančnih skupin, je

padec tlaka komprimiranega zraka večji kot samo pri eni. Kosi imajo nižjo hitrost in tarča

se premakne.

Težavo smo rešili z izdelavo lovilnega lijaka, ki pokriva širše območje nad gnezdom.

Lovilni lijak prav tako usmeri kos v cev, po kateri potuje do dodeljene transportne

embalaže z oznako. Za šesto skupino, ki deluje kot izmet, pnevmatske šobe nismo

uporabili. Za razvrščanje izdelkov v to skupino poskrbi gravitacija. Kos pade skozi luknjo

pod gnezdom v posodo za izmet.

Pnevmatske komponente [2]

Na izbiro in določitev pnevmatskih komponent so vplivale predhodne izkušnje z

dobavitelji. Zato smo se odločili za podjetje SMC. Na osnovi izbire komponent je izdelan

seznam opreme in pnevmatska shema, na sliki 4.8.

Postavitveni členi

ventilski otok serije VQC z dvanajstimi 3/2 monostabilni ventili

Krmilni člen

tlačni regulator s filtrom AC20D-F02

Signalni člen

manometer z vgrajenim nastavljivim tlačnim stikalom GP46-10-02

Z izbiro ventilskega otoka z notranjim ožičenjem, na sliki 4.7, smo zmanjšali stroške in

skrajšali čas izdelave stroja. Prednost tega je, da do ventilskih otokov speljemo en kabel,

pa naj si bo to komunikacijski ali, kot v našem primeru, 25-žilni kabel z D-SUB


24

konektorjem. Omogočeno je tudi lažje in hitrejše servisiranje stroja, sploh pri večjem

številu ventilov., Regulator tlaka skrbi, da se ventilski otoki napajajo s konstantnim tlakom.

Takoj za njim je v konfiguraciji filter, s katerim odstranjujemo vlago in ostale nečistoče v

komprimiranem zraku. Detekcijo tlaka izvajamo z digitalnim stikalom, vgrajenim v

analognem prikazovalniku tlaka. Preklop stikala je nastavljiv.

Slika 4.7: Ventilski otok VQC 1000.

Po končanem modeliranju je sledila izdelava delavniških risb ter sestavnic. Naročili smo

predvidene komponente. Zasnovali izdelavo krmilja, ki je opisano v naslednjem poglavju.


25

Slika 4.8: Pnevmatska shema.


26

5 KRMILJENJE STROJA

Za krmiljenje stroja smo uporabili krmilnik SIEMENS 1200. Prva naloga pri izdelavi krmilja

je bila, da smo natančno definirali krmilne funkcije. To pomeni, da smo delovanje stroja

opremili s krmilno signalizacijo. Za elemente signalizacije smo uporabili induktivne

senzorje tipa DC 5 4600 podjetja FBS Elektronik in tlačno stikalo za prisotnost krmilnega

tlaka podjetja SMC. Pozicijska shema senzorjev na stroju je prikazana na sliki 5.3.

Za boljše razumevanje samega krmiljenja stroja smo izdelali funkcijski diagram, prikazan

na sliki 6.2, in blokovno shemo krmilja na sliki 5.1.

Slika 5.1: Blokovna shema krmilja.


27

Slika 5.2: Funkcijski diagram.


28

Slika 5.3: Pozicija senzorike.

Na osnovi funkcijskih diagramov delovanja in prikaza rešitev krmiljenja smo izdelali tabelo

vhodnih in izhodnih signalov, udeleženih pri procesu krmiljenja celotnega stroja. Vhodne

signale in izhodne signale prikazujeta tabeli 5.1 in 5.2, ki sta hkrati tudi prireditveni tabeli

vhodov in izhodov krmilnika.


29

Tabela 5.1: Vhodni signali krmilja.

Adresa Signal Funkcija Opis

I 0.0 S1 Servis/Normal Tipka

I 0.1 S2 Vklop/Izklop diska 1 Tipka



I 0.4 S5 Vklop/izklop diska 4 Tipka

I 0.5 S6 Vrtenje naprej Tipka

I 0.6 S7 Vrtenje nazaj Tipka

I 0.7 P0 Krmilni tlak OK Tlačno stikalo

I 1.0 / Rezerva /

I 1.1 S1.1 Pozicija disk 1 Induktivno stikalo




I 1.5 IB1.1 Velikost luknje disk 1 Laserski senzor IB1000




I 2.1 GT1.1 [Go] Disk 1 Kontaktni senzor GT2

I 2.2 GT1.2 [Low] Disk 1 Kontaktni senzor GT2

I 2.3 GT1.3 [High] Disk 1 Kontaktni senzor GT2

I 2.4 GT1.4 [Low-low] Disk 1 Kontaktni senzor GT2

I 2.5 GT1.5 [High-High] Disk 1 Kontaktni senzor GT2
















I 4.5 / Rezerva /

I 4.6 / Rezerva /

I 4.7 / Rezerva /


30

Tabela 5.2: Izhodni signali krmilja.

Adresa Signal Funkcija Opis

Q 0.0 S1 Servis/Normal Lučka v tipki

Q 0.1 S2 Vklop/Izklop diska 1 Lučka v tipki, Rele motor1

Q 0.2 S3 Vklop/Izklop diska 2 Lučka v tipki, Rele motor 2

Q 0.3 S4 Vklop/Izklop diska 3 Lučka v tipki, Rele motor 3

Q 0.4 S5 Vklop/izklop diska 4 Lučka v tipki, Rele motor 4

Q 0.5 S6 Vrtenje naprej Lučka v tipki, Rele smer naprej

Q 0.6 S7 Vrtenje nazaj Lučka v tipki, Rele smer nazaj

Q 0.7 / Rezerva /

Q 1.0 Y1.1 Izpih [GO] Disk 1 Tuljava ventila

Q 1.1 Y1.2 Izpih [LOW] Disk 1 Tuljava ventila

Q 1.2 Y1.3 Izpih [HIGH] Disk 1 Tuljava ventila

Q 1.3 Y1.4 Izpih [LOW-LOW] Disk 1 Tuljava ventila

Q 1.4 Y1.5 Izpih [HIGH-HIGH] Disk 1 Tuljava ventila

Q 1.5 Y1.6 Izpih [GO] Disk 2 Tuljava ventila

Q 1.6 Y1.7 Izpih [LOW] Disk 2 Tuljava ventila

Q 1.7 Y1.8 Izpih [HIGH] Disk 2 Tuljava ventila

Q 2.0 Y1.9 Izpih [LOW-LOW] Disk 2 Tuljava ventila

Q 2.1 Y1.10 Izpih [HIGH-HIGH] Disk 2 Tuljava ventila

Q 2.2 Y1.11 Izpih senzor luknje Disk 1 Tuljava ventila

Q 2.3 Y1.12 Izpih senzor luknje Disk 2 Tuljava ventila

Q 2.4 Y 2.1 Izpih [GO] Disk 3 Tuljava ventila

Q 2.5 Y 2.2 Izpih [LOW] Disk 3 Tuljava ventila

Q 2.6 Y 2.3 Izpih [HIGH] Disk 3 Tuljava ventila

Q 2.7 Y 2.4 Izpih [LOW-LOW] Disk 3 Tuljava ventila

Q 3.0 Y 2.5 Izpih [HIGH-HIGH] Disk 3 Tuljava ventila

Q 3.1 Y 2.6 Izpih [GO] Disk 4 Tuljava ventila

Q 3.2 Y 2.7 Izpih [LOW] Disk 4 Tuljava ventila

Q 3.3 Y 2.8 Izpih [HIGH] Disk 4 Tuljava ventila

Q 3.4 Y 2.9 Izpih [LOW-LOW] Disk 4 Tuljava ventila

Q 3.5 Y 2.10 Izpih [HIGH-HIGH] Disk 4 Tuljava ventila

Q 3.6 Y 2.11 Izpih senzor luknje Disk 3 Tuljava ventila

Q 3.7 Y 2.12 Izpih senzor luknje Disk 4 Tuljava ventila

Q 4.0 K 1 Vklop/Izklop Vibrator 1 Rele Vibrator 1




Q 4.4 / Rezerva /

Q 4.5 / Rezerva /

Q 4.6 / Rezerva /

Q 4.7 / Rezerva /


31

5.1 OPERACIJSKI PANEL [1]

Na krmilnem pultu se nahaja 4'' OP (operacijski panel), funkcijske tipke in glavno stikalo,

prikazano na sliki 5.4. Velikost operacijskega panela smo prilagodili glede na potrebe

stroja. Njegova osnovna funkcija je prikazovanje alarmov in napak ter posameznih

nastavitev, kot so čas trajanja izpiha šob in prikazovanje števcev kosov.

Stroj vklopimo z glavnim stikalom in čez nekaj trenutkov se zažene sistem na panelu. S

tipkami DISK 1, DISK 2, DISK 3, DISK 4 poženemo želeno pozicijo stroja. S tipko

SERVIS/NORMAL postavimo stroj v servisno ali normalno delovanje. V servisnem

delovanju stroja lahko vklopimo posamezne šobe ob morebitni zamašitvi cevi. S tipkama

DISK NAPREJ, DISK NAZAJ v servisnem režimu spreminjamo smer vrtenja.

Slika 5.4: Operacijski panel.

Ob zagonu stroja se operacijski panel zažene v osnovnem oknu. V to okno se lahko

kadarkoli vrnemo s pritiskom na gumb DOMOV ali puščico v levo NAZAJ, vsa podokna so

dosegljiva s tega okna. Slika 5.5. Na osnovnem oknu se poleg napisa KONTROLNA

ENOTA X pojavi puščica, kadar je enota v delovanju. Z dotikom na puščico oz. napis

dostopamo do podoken posameznih diskov. Podokno diska nam kaže stanje naprave, kot

kaže slika 5.6. Izpisano je, koliko kosov je bilo pregledanih in koliko kosov je v


32

posameznem tolerančnem razredu. Zraven se nahaja polje, kjer lahko spremljamo

trenutne kose, ki so v disku, po posameznih lokacijah.

Slika 5.5: Osnovno okno.

Slika 5.6: Podokno diska.

Ob pritisku na tipko SERVIS/NORMAL se v oknu pojavi kvadratek IZPIH ŠOB, na sliki 5.7.


33

Slika 5.7: Podokno v servisnem režimu.

Ob pritisku na kvadratek z imenom NASTAVITVE se odpre podokno, kot kaže slika 5.8.

Tukaj vidimo statistiko posameznega diska, koliko kosov je naprava presortirala v času

delovanja. Nastaviti je mogoče tudi čas izpihov izmetnega dela in čas zajema meritve. Če

želimo spreminjati parametre, se samo dotaknemo okna, kjer je vnesena številka. Odpre

se okno za vnos gesla. Slika 5.9. Ko smo vnesli geslo, se parametri lahko spremenijo.

Slika 5.8: Nastavitve diska.


34

Slika 5.9: Geslo.

Če želimo spremeniti čas, npr. 100 ms, odtipkamo 0.1 in pritisnemo tipko enter.

Vsak disk ima svoje alarme. Ob pojavu alarma se na panelu pojavi kvadratek s klicajem.

Če kliknemo na njega, se nam odpre okno aktivnih alarmov, ki se ne dajo izbrisati in bodo

ostali vidni, dokler napaka ne bo odpravljena. Okno se zapre ob dotiku križca zgoraj

desno. Če alarm ni več aktiven, kliknemo na okno z rumenim trikotnikom in klicajem.

Odpre se nam okno NEPRIZNANI ALARMI. S klicajem v spodnjem desnem kotu potrdimo

vse alarme. Po potrditvi se okno zapre s pritiskom na križec zgoraj desno. Ko je to

opravljeno, s panela izgine tudi klicaj, ki opozarja na alarme. Slika 5.10.

Slika 5.10: Potrditev alarmov.


35

Če pritisnemo na gumb DODATNE NASTAVITVE ŽELENIH KOSOV, se nam odpre novo

podokno, na sliki 5.11. Tu lahko nastavimo število dobrih kosov. Ob pritisku na okno se

nam pojavi tipkovnica, z njeno pomočjo vpišemo želeno vrednost. Imamo tudi števec

trenutnih dobrih kosov, ki ga lahko kadarkoli resetiramo s pritiskom na gumb RESET

ŠTEVCA. Ko je želeno število kosov enako nastavljenim, se krogec obarva zeleno, v

nasprotnem primeru je rdeč. Prav tako se disk ustavi. Diska ne moremo ponovno pognati,

dokler ne spremenimo števila želenih dobrih kosov ali resetiramo števca. V obeh primerih

je treba pritisniti gumb POTRDITEV, da lahko poženemo napravo.

Te nastavitve in njihovo uporabnost lahko preprosto onemogočimo s pritiskom na gumb

SPREMEMBA REŽIMA. Nad gumbom piše, ali je režim vklopljen ali izklopljen.

Slika 5.11: Nastavitev želenih kosov.

Na podlagi dokumentacije vgrajenih standardnih elementov in vhodno/izhodnih tabel je

projektantski del ekipe izdelal elektro sheme. Sledila je izdelava krmilnega pulta, priklop

pnevmatskih otokov, senzorike in vezava pnevmatike. Sestava in prevzem stroja sta bili v

celoti izvedeni v podjetju. Naročnik je dostavil kovinske tulce za testiranje in zagon.


36

6 SKLEP IN ZAKLJUČEK

Diplomska naloga opisuje, kako razčleniti in snovati avtomatizirano napravo. Vodi nas

preko osnovnih tehničnih zahtev naročnika do konkretnih faz projektiranja naprave.

Vključuje področje konstruiranja in področje krmiljenja. Pridobljeni rezultati pa nam bodo

služili kot smernice načrtovanja naslednjih avtomatiziranih naprav. Pri projektiranju in

krmiljenju se vedno znova pojavlja vprašanje, kako pripraviti podloge, da se poleg

konstrukcijskih načrtov izdelajo še krmilne sheme in program krmilja. Z opisom

posameznih sklopov smo napravo razčlenili in prikazali njeno delovanje.

Dober opis je izhodišče za dobro razumevanje tehnološkega procesa tako za sodelujoče

člane ekipe kot za stranko oz. naročnika naprave. Z izdelavo prototipa smo potrdili

zamisel delovanja mehanike in imeli možnost preizkusiti način merjenja.

Večino težav je predstavljala mehanika stroja. Potrebna je bila precizna nastavitev

prijemala in mehanizma za doseganje zahtevanega takta stroja. Pojavile so se težave pri

vstavljanju tulcev v gnezda, zato smo vse površine, ki so bile v stiku z tulci, ustrezno

površinsko obdelali. Prav tako je bilo treba dopolniti predhodne faze obdelave tulcev.

Težavo smo imeli z opilki in cinkovim prahom, ki so povzročali zatikanje. Težavo smo

delno rešili z vzmetjo, skozi katero potujejo tulci, delno pa jo je rešil naročnik. Stroju, s

katerim izdeluje kovinske tulce, je dodal ustrezno vibrirajoče sito. S tem smo skoraj v

celoti odpravili težave zaradi opilkov in ostalih tulcev neustreznih oblik.

Naprej smo želeli meriti dolžino tulca brezkontaktno, s senzorjem tipa IG-010, podobno

kot pri merjenju velikosti izvrtine. Vendar se je izkazalo, da ob želenem taktu stroja ni bilo

ustrezne ponovljivosti in točnosti meritve. Sledile so konstrukcijske spremembe in

prilagoditve na kontaktno merjenje, rezultati pa so ustrezali zahtevam naročnika.

Ponovljivost meritev smo testirali tako, da smo enako število kosov znanih dimenzij vseh

tolerančnih skupin izmerili z napravo. Nato smo z mikrometrom ročno preverili dolžine

tulcev in na podlagi meritev korigirali tolerančna območja v nastavitvah kontrolnih enot

senzorjev. Postopek smo nato ponavljali, dokler kontrolnih enot senzorjev nismo

optimalno nastavili. Po večurnem delovanju stroja se je pojavila težava, vrteči se deli

stroja so se namagnetili. Težave smo rešili z napravo za razmagnetenje, s katero je

naročnik stroja že reševal podobne težave pri ostalih strojih v proizvodnji.


37

Pri daljšem obratovanju smo na izmetnemu delu naprave naleteli na vlago v

komprimiranem zraku. Kljub filtru vlage na pripravni enoti se je na mestih izpiha kosov

pojavila voda.

Prvotni filter vlage je bil neustrezen, zato smo v sistem vgradili večjega z avtomatskim

odvajanjem vode iz lovilne posode.

Komprimiran zrak je v industriji najdražji element, 4- do 5-krat dražji je od električne

energije. Porabo smo optimirali z zmanjšanjem izpihalnih šob na mestu izmeta. Prav tako

smo na posluževalnem panelu dodali možnost nastavitve časa trajanja izpiha.

Moje konkretno delo pri projektu je bila zasnova naprave, izdelava 3D modela z

delavniškimi risbami, sestava in zagon. Največji izziv mi je predstavljalo področje

strojništva, kajti takrat v podjetju še ni bilo konstrukcijskega dela ekipe. Treba je bilo

osvojiti osnove v 3D programskem okolju in osnove tehniškega risanja pri izdelavi

delavniških risb. Poleg literature in spleta so mi bili v pomoč tudi nasveti podizvajalca, ki je

izdelal strojne elemente naprave. Od izdelavne tehnologije je namreč odvisna tudi končna

cena montaže in kakovost delovanja stroja.


38

VIRI

[1] Etra, d.o.o. Navodila – Stroj za sortiranje kovinskih tulcev, Celje, januar 2010.

[2] Katalogi proizvajalcev:

Keyence,

SMC,

SKF.

[3] Označevanje kakovosti površin Maribor: Fakulteta za strojništvo. Dostopno na:

http://fs-server.uni-mb.si/si/inst/iko/lsek/Gradivo/Kvaliteta%20povr%C5%A1in.pdf

[8.5.2016]

[4] Ron A. Walsh Handbook of Machining and Metalworking Calculations

San Francisco, CA 94118. Dostopno na:

https://archive.org/details/HandbookOfMachiningAndMetalworkingCalculations

[1.6.2016]

[5] Savnik V. Tehniško risanje, 5. popravljena izdaja. Ljubljana: Tehniška založba

Slovenije, 1979.

[6] Mehanizmi Ljubljana: Fakulteta za strojništvo. Dostopno na:

http://kmtm.fs.uni-lj.si/slo/izobrazevanje/meh-objave/M_vrsta-m_2.pdf

[10.2.2016]

http://fs-server.uni-mb.si/si/inst/iko/lsek/Gradivo/Kvaliteta%20povr%C5%A1in.pdf

https://archive.org/details/HandbookOfMachiningAndMetalworkingCalculations

http://kmtm.fs.uni-lj.si/slo/izobrazevanje/meh-objave/M_vrsta-m_2.pdf


39

PRAZNA STRAN 1


40

PRAZNA STRAN 2


41

PRAZNA STRAN 3

naČrtovanje stroja za sortiranje kovinskih tulcev · slika 3.9: varnostna sklopka ... slika 3.4:...

Documents