Co je to hydraulika a pneumatika?

To je nejčastější otázka zájemce o studijní obor. Hydraulika a pneumatika je téměř všude kolem nás, jen o tom nevíme. Hydraulika a pneumatika to jsou v prvé řadě pohony a mechanismy strojů, v širším pojetí pak proudění v hydraulických prvcích, hydraulických strojích, potrubní rozvody, čerpací technika, větrání a klimatizace a celá řada dalších aplikací. Každý stroj je vybaven pohonem, jinak by nemohl vykonávat žádný pohyb, žádnou činnost. Dnes nejrozšířenějším pohonem je pohon elektrický. V řadě aplikací je však výhodnější pohon hydraulický nebo pneumatický.

Hlavní oblasti použití jsou: hydraulické lisy a tvářecí stroje, mobilní pracovní stroje, automobilový průmysl, energetika, strojírenství, letectví a raketová technika, námořní doprava, potravinářský, textilní průmysl, montážní a balicí zařízení a mnoho dalších.

Víte, že hydraulický motor má několikanásobně menší zástavbové rozměry než elektromotor stejného výkonu? Výkonová hustota, snadná regulace a převod na přímočarý pohyb jsou jedny z výhod, které činí hydraulické pohony nenahraditelnými ve stavebních, zemědělských, lesnických a důlních mobilních strojích.

Víte, že pneumatické motory mohou pracovat i pod vodní hladinou? Pneumatické systémy využívají jako pracovní médium stlačený vzduch. To umožňuje využití v aplikacích s velkými požadavky na čistotu provozu jako jsou potravinářství, farmacie, balicí linky a podobně.

Jedná se o jediný obor v České republice, zaměřující se na silovou hydrauliku a komplexní návrh hydraulických a pneumatických systémů!!!

Studium

Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení zajišťuje studium ve všech úrovních vysokoškolského studia. Všechny zmíněné úrovně studia jsou nabízeny jak v prezenční tak v kombinované (dálkové) formě.

Bakalářské studium

Tříleté bakalářské studium je realizováno v rámci studijního programu Strojírenství na Fakultě strojní. Specializace má název S03 Hydraulika a pneumatika.

Absolventi specializace se profilují jako univerzální konstruktéři se zaměřením na hydrauliku a pneumatiku, ovládají měřicí techniku a diagnostiku hydraulických systémů, orientují se ve výkresové dokumentaci a mohou také nalézt uplatnění jako obchodní zástupci firem, či odborní prodejci technického vybavení.

Naprostá většina studentů následně pokračuje ve studiu navazujícího magisterského studijního oboru Hydraulika a pneumatika.

Magisterské studium

Navazující dvouleté magisterské studium v programu Hydraulika a pneumatika v rámci Fakulty strojní.

Inženýři se uplatňují jako konstruktéři, projektanti, výpočtáři, výzkumní a vývojoví pracovníci. Často jsou obchodními zástupci zahraničních firem a postupně se stávají vedoucími pracovníky ve firmách.

Po absolvování magisterského studia katedra nabízí studentům možnost dalšího vzděláváni v rámci doktorského studijního programu.

Doktorské studium

Doktorské studium je čtyřleté, absolventi posledního stupně vysokoškolského studia se profilují jako špičkoví odborníci v rámci oboru, ovladají nástroje potřebné k analýze a modelování složitých systémů a nalézají uplatnění na výzkumných pracovištích.

Témata doktorských prací samozřejmě úzce souvisejí s vědecko-výzkumnou činností katedry, jsou podpořena grantovými aktivitami katedry.

V současné době jsou studenti přijímáni pro oblast hydrauliky a pneumatiky v rámci oboru Řízení strojů a procesů a pro oblast modelování proudění v rámci oboru Aplikovaná mechanika. Školitelé jsou samozřejmě z řad pracovníků katedry.

Trocha statistik o studentech a absolventech oboru

Uvedená data vycházejí z dotazníku, který pravidelně rozesiláme mezi naše absolventy. S bývalými studenty zůstáváme v kontaktu i po úkončení jejich studia, mnoho z nich se podílí na návrzích témat, působí jako konzultanti, nebo oponenti závěrečných prací.

Exkurze studentů

V rámci studia se studenti pravidelně účastní exkurzí do výrobních závodů spolupracujících firem. Kromě níže zmíněných jsou v jednání také exkurze do firmy Eaton v Praze a Hydac v Ostravě a Plané nad Lužnicí.

Exkurze do firmy Bosch Rexroth v Ostravě Vítkovicích.

Exkurze do firmy Danfoss Power Solutions v Považské Bystrici.

Exkurze do firmy Sigma Group v Lutíně.

Exkurze do firmy SMC ve Vyškově.

Exkurze do firmy Parker v Praze a Chomutově.

Exkurze do firmy Sigma Group v Lutíně.

Témata závěrečných prací

Témata bakalářských a především diplomových prací jsou vypisována ve spolupráci s firmami. Z posledních let můžeme zmínit firmy Bosch Rexroth, Interfluid, Eaton, Tatra Trucks, Sigma Group, SMC, Armatury Group, Hanon Systems Autopal Services, Hytech a další. Studenti mají samozřejmě možnost přijít i se svým vlastním tématem práce, nebo okruhem jejich zájmu, které je následně zpracováno do zadání závěrečné práce.

Přehled všech obhájených závěrečných prací z posledních let naleznete zde. Kompletní texty závěrečných prací je možné zobrazit po přihlášení do systému dspace.

Bc. Jakub Novák: Hydraulika sklápěcího přívěsu, bakalářská práce, 2019

Bc. Aleš Šefránek: Inovace pneumatického podavače, bakalářská práce, 2018

Bc. René Černín: Tester průtokoměrů aditivačních jednotek, bakalářská práce, 2018

Hydraulika

V hydraulických systémech se pro přenos energie či informace využívá tlaková kapalina. Pracovními kapalinami mohou být minerální oleje, vodní emulze, případně různé typy syntetických kapalin. Tyto systémy se vyznačují velkými výstupními silami, a krouticími momenty a to při relativně malých rozměrech pracovních prvků.

Výuka

Standardní teoretická výuka je doplněna praktickým cvičením na moderních trenažérech, na kterých je možno simulovat činnost mechanismů a osvojit si základní představu o chování jednotlivých systémů. V kvalitně vybavených laboratořích katedry je realizována řada experimentů a měření. V současnosti se dokončuje špičkově vybavená laboratoř mechatronických systémů.

Hydraulický trenažér k procvičování základních hydraulických obvodů umožňuje sestavit jednotlivé hydraulické obvody a demonstrovat jejich funkci. Propojování jednotlivých hydraulických prvků se realizuje pomocí hadic, snadné zapojení obvodů umožňují rychlospojky.

Laboratoř pneumatiky je vybavena širokou prvkovou základnou a trenažéry firem Festo a SMC. Veškeré vybavení slouží k výuce studentů především v rámci předmětů Pneumatické prvky a systémy, Řízení pneumatických mechanismů. Studenti si na trenažérech mohou prakticky ověřit funkci navrhovaných pneumatických mechanismů.

Tato laboratoř se nachází na učebně E306, je určena pro studenty celé Fakulty strojní a jsou v ní instalována zařízení k měření základních úloh v oblasti mechaniky tekutin. Studenti provádějí praktická měření na vybraných úlohách. Kromě toho jsou zařízení využívaná v rámci bakalářských prací.

Hydraulický agregát s nádrží o objemu 250 litrů, průtokem 75 l/min a tlakem 280 bar. Součástí agregátu je i filtrační okruh a disponuje teplotní stabilizací a možností řízení na konstantní tlak, průtok a výkon.

Aerodynamický tunel pro měření rychlostních, tlakových polí při obtékání těles a pro validaci s numerickými simulacemi CFD kódem. Průhledná meřicí sekce slouží pro možnost vizualizace proudění generátorem mlhy.

Laboratoře jsou vybaveny moderní meřicí technikou s širokou škálou měřených veličin. Mobilní zařízení Hydrotechnik a Hydac se využívá také pro diagnostiku tekutinových systémů, studenti se v rámci studia seznámí s funkcí těchto zařízení a naučí se zaznamenávat, zpracovávat a vyhodnocovat naměřená data.

Víte, že v Boeingu 737 se nachází přibližně 80 elektrohydraulických servopohonů! Tyto servopohony slouží k řízení křídlových a ocasních klapek, výškového kormidla atd. Ještě větší využití servotechniky je u vojenských letadel. Řídicí systémy jsou z důvodu bezpečnosti zdvojené i ztrojené a využívají se také pneumatické mechanismy.

Víte, že natáčení listů vrtule větrné elektrárny se provádí pomocí hydraulických servopohonů? Téměř ve všech oblastech energetiky jsou využívány principy vycházející z mechaniky tekutin. Turbíny a klapky u vodních elektráren, chladicí systémy u jaderných elektráren, naklápění solárních panelů pomocí hydraulických motorů atd.

Zapojení odborníků z praxe

Do výuky se snažíme zapojit odborníky z praxe, dlouhodobě v našich řadách působí, vedou výuku a závěrečné práce Dr. Ing. Miroslav Bova, jednatel a manažer společnosti Interfluid, Ing. Erik Stonawski, Ph.D., vedoucí školících středisek firmy Bosch Rexroth a doc. Ing. Tomáš Blejchař Ph.D., CFD specialista firmy Orgrez. Pro studenty jsou také jako doplnění výuky organizovány odborné přednášky.

Přednáška Ing. Jiřího Ertela z firmy Eaton EEIC Česká republika.

Přednáška Ing. Václava Maňáka a Ing. Pavla Panáčka z firmy Hydac.

Přednáška Ing. Jana Soustružníka, z firmy Silmaril s.r.o. na téma „Aplikace hydrauliky v praxi“.

O katedře

Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení vznikla dne 1.12.1964. Na podzim roku 2014 oslavila 50. výročí svého vzniku, čímž se řadí mezi nejstarší katedry v rámci Fakulty strojní. Neformálně lze rozdělit aktivity katedry na základě dlouholetého vývoje do tří základních směrů. Jedná se o oblast mechaniky tekutin a čerpací techniky, hydraulických pohonů a mechanismů a pneumatických pohonů a mechanismů. Z těchto tří směrů vycházejí také okruhy zadání bakalářských prací. Dané rozdělení ale není striktní a zaměstnanci i doktorandi katedry se podílejí na společných projektech. V navazujícím magisterském a doktorském studiu jsou základní směry doplněny ještě o perspektivní oblast numerického modelování proudění.

Víte, že aeorodynamika a obtékání těles je jedním z odvětví mechaniky tekutin? Kromě aerodynamiky vozu Formule 1, je za využití matemateckých simulací řešeno také chlazení motoru, spalování paliva, posilovač řízení, nebo brzdový systém.

Víte, že ve vlacích se používají pneumatické brzdy? Pneumatické systémy se u osobních i nákladních dopravních prostředků využívají také pro otevírání dveří, tlumení rázů, nebo nastavení polohy sedadel. V automobilové dopravě se použivají i hydraulické brzdové systémy a elektrohydraulické posilovače řízení.

Magisterské studium

Naprostá většina našich absolventů bakalářského studia pokračuje ve studiu v navazujícím magisterském oboru Hydraulika a pneumatika. V magisterském studiu si studenti osvojí principy řízení hydraulických a pneumatických systémů a mechanismů a také proniknou do tajů matematického modelování a numerické simulace proudění. Většina řešených témat diplomových prací vychází z požadavků průmyslové praxe.

Ing. Vojtěch Duda: Návrh a realizace zařízení pro demonstraci uzavřeného hydrostatického okruhu, Diplomová práce 2018, spolupráce s firmou Bosch Rexroth.

Ing. René Kalocsai: Hydraulika lisu železničních náprav, Diplomová práce 2017, spolupráce s firmou Interfluid.

Ing. Veronika Horová: Numerické modelová proudění v plnícím vedení mezichladiče za účelem minimalizace tlakové ztráty, Diplomová práce 2018.

Modelování proudění

3D modelování představuje modelování přenosových jevů v tekutině při laminárním a turbulentním proudění v obecných prostorových modelech. Numerické modelování získává uplatnění v řadě průmyslových aplikací, a to od potrubních systémů, čerpací techniky s uvažováním kavitace až po energetické aplikace, jako jsou výměníky tepla a spalovací procesy. K numerickým simulacím se využívá vysoce výkonný software FLUENT nebo CFX, které jsou součásti programového prostředí ANSYS. Sofware ANSYS je využíván jak akademickou sférou, tak řadou nadnárodních průmyslových společnosti.

Rozložení teploty ve výměníku krbových kamen.

Modelování proudění vody kolem sedla ventilu, trajektorie proudící tekutiny, grafické znázornění průběhu tlaku po délce ventilu.

Numerická simulace dopravy viskózní hmoty s rotací ve vřetenovém čerpadle, znázornění smyslu otáčení a průběhu tlaku.

Pneumatika

V pneumatických systémech se jako pracovní medium používají plyny a ve velké většině případů je nositelem energie stlačený vzduch. Tyto systémy se vyznačují čistotou provozu a velkou rychlostí vykonávaných operací. Mnoho pneumatických prvků je konstrukčně velmi podobných těm hydraulickým, ovšem dosažené výkony jsou výrazně nižší, což je dáno fyzikálními vlastnostmi vzduchu a především jeho výrazně větší stlačitelností v porovnání s kapalinami. V praxi se často setkáváme s elektricky řízenými pneumatickými prvky, které jsou hojně využívány v různých robotických, mechatronických, automatizovaných systémech.

Víte, že čerpadlo hasičského auta dodá až 3000 litrů vody za minutu, při tlaku 1 MPa? Unikátní velkoobjemové čerpadlo firmy Sigma, dokáže přečerpat dokonce až 1500 litrů za sekundu.

Víte, že k vysvobození piva z bečky je třeba tlakový plyn? Ten tlačí na hladinu a vytlačuje pivo do potrubí až k výčepnímu kohoutu, takto to dopadá, když se skloubí pneumatický systém s dopravou kapalin. Krásný příklad viďte?

Doktorské studium

Jedná se o poslední stupeň vysokoškolského studia, které je zakončeno státní závěrečnou zkouškou a obhajobou disertační práce. Studenti si rozšiřují své znalosti v rámci oboru a absolventi doktorského studia jsou předurčení pro vědecko-výzkumnou činnost. Při řešení své práce využívají pokročilé nástroje numerického modelování.

Ing. Marian Ledvoň: Simulace statických a dynamických charakteristik proporcionálního rozváděče

Ing. Filip Dýrr: Simulace pružného hydraulického vedení

Ing. Martin Vrábel: Analýza využití čerpací techniky v nestandartních hydraulických systémech

Ing. Tomáš Polášek: Vícefázové proudění v hydraulických systémech

Ing. Petr Brzezina: Energeticky úsporné zařízení pro zkoušení rotačních převodníků

Ing. Veronika Mořkovská: Optimalizace přenosu tepla v hydraulických komponentách

Kontakty v případě dalších dotazů a zájmu o studium na našem oboru/specializaci:

doc. Dr. Ing. Lumír Hružík - lumir.hruzik@vsb.cz - vedoucí katedry

nebo

Ing. Lukáš Dvořák, Ph.D. - lukas.dvorak@vsb.cz - tajemník katedry.