Výzkum a vývoj moderních technologií v průmyslové praxi

SP2021/6

Fries Jiří doc. Ing., Ph.D.

01. 01. 2021 - 31. 12. 2021

Předmětem výzkumu v rámci projektu je několik blíže specifikovaných modulů, které se částečně prolínají. Jejich realizace bude závislá na přiděleném objemu finančních prostředků Oborovou komisí. Řešení problematiky hlučnosti pásových dopravníků Řešení problematiky snížení hlučnosti pásových dopravníků, spočívající ve snížení hlučnosti válečkových tratí zejména změnou uchycení válečků v těchto tratích. Řešení spočívá v navržení nového způsobu držáku válečků dopravních pásů jejich odzkoušení v laboratoři a po úspěšném ověření, nasazení do válečkové tratě na Dole Bílina, kde bude řešení odzkoušeno přímo v praxi. Pokud se týče navržení držáku válečku toto již bylo provedeno a současně se jedná hlavně o vyrobení přípravku drážku válečku, změření hlučnosti nově navrženého řešení a srovnání ze současného stavu. Testování a porovnání parametrů 3D tiskáren Předmětem modulu je porovnání parametrů komerční 3D tiskárny a 3D tiskárny vlastní konstrukce. Komparace bude provedena na sérii dílů, které budou tištěny na obou strojích. Následně bude proveden rozbor kvality povrchu a jednotlivých prvků. V závěru budou navržena vhodná vylepšení pro dosažení kvalitnějších výstupů Práce navazuje na předešlé projekty - SGS 2018 – Vývoj duální tiskové hlavy: Cílem projektu bylo navrhnout a sestavit funkční duální hlavu pro 3D tiskárnu schopnou tisk dvou materiálů. V rámci projektu byla sestavena kompletně funkční tisková hlava opatřena chlazením, indukčním čidlem pro nastavení výšky tiskové hlavy nad podložkou a je také opatřena lineárními pouzdry pro vedení po vodících tyčích. SGS 2019 – Vývoj výměnné gravírovací hlavy 3D tiskárny: Cílem projektu bylo navrhnout a sestavit gravírovací hlavu. V rámci projektu byla sestava kompletně funkční hlava. Laserový modul byl testován na jiné 3D tiskárně, stejně tak i implementace k řídící desce. Hlavním přínosem je navržený systém pro výměnu pracovních hlav. SGS 2020 -Vývoj pracovní desky a optimalizace rámu 3D tiskárny: Cílem projektu bylo navrhnou a sestavit pracovní desku s vyhříváním pro 3D tisk. Pracovní deska je svou funkčností v přímé interakci s pracovní hlavou, a to jak za použití tiskové hlavy, tak i gravírovací. Vývoj vycházel z konceptu 3D tiskárny s horizontálně posuvným stolem a řeší vhodné navržení pracovní desky pro dané pracovní hlavy, tak i její tuhost. Při 3D tisku je velmi důležitá kolmost pracovní hlavy k tiskové podložce, z toho důvodu je tisková hlava opatřena senzorem pro určení sklonu desky. Ta musí být koncipována tak aby navržená analýza povrchu byla co nejpřesnější. Z toho důvodu je důležité také zohlednit tuhost celého stolu a i rámu, aby při práci 3D tiskárny vlivem pohybu hmotných prvků nedocházelo k přenosu vibrací po celém stroji i na pracovní podložku. V projektu kromě návrhu pracovní desky byly zkoumány víše zmíněné parametry a navrženy vhodné konstrukční úpravy pro zajištění dostatečné tuhosti stroje. Mobilní zařízení pro zvedání velkých břemen Předmětem výzkumu je návrh zařízení pro zvedání velkých břemen, zejména pak velkých zvířat (kůň, skot a jiné). U velkých zvířat se často setkáváme s případy, kdy si dané zvíře lehne a nemůže se s vlastní pomocí zvednou. Toto se může stát z různých příčin. Buď je zvíře staré a už nemá sílu se samo zvednout, nebo se může jednat o zdravotní indispozice (artróza, křeče, pooperační stav atd.). Jedná se tedy o zařízení určené pro zvedání velkých zvířat a jiných břemen. Základní konstrukce by vycházela z „trojnožky“, která musí splňovat dvě hlavní podmínky. Zaprvé je to nosnost min. 1000 kg a zadruhé to je skladnost. Celé zařízení by mělo být totiž možné převézt v kufru auta. Dále je to pak např. maximální výška cca 3 m (nejlépe nastavitelná). Cílem je zjednodušení zvedání velkých zvířat a jiných břemen tam, kde není možnost použití jiných zvedacích zařízení. Laboratorní vibrodiagnostický stand Předmětem výzkumu je návrh a realizace modulárního laboratorního standu pro měření příslušných vibrodiagnostických parametrů rotačních strojů. Stand by představoval řetězec čtyř vzájemně propojených modulárních prvků pro simulaci funkce různých strojních zařízení. 1. Motor – asynchronní elektromotor (zdroj točivého momentu) s možností regulace otáček pomocí frekvenčního měniče. 2. Převodový mechanismus – zajišťuje změnu otáček a točivého momentu. 3. Hnaný stroj (dynamometr) – zatěžuje motor brzdným momentem (čerpadlo, nebo setrvačník). 4. Měřící stanoviště – slouží k umístění řídící a měřící techniky (vibračního analyzátoru s příslušenstvím a ovládacích prvků frekvenčního měniče). Na každém z výše uvedených prvků by byly vyznačeny měřící body pro umístění akcelerometrů. Zároveň by první tři prvky byly připojeny k nosné konstrukci (rámu) s vyznačenými vlastními měřícími body pro realizaci provozních modálních zkoušek. Výzkum a vývoj principů ukládání optických elementů, principů omezení prašnosti na přesypech pásové dopravy a dmyšných systémů vysokoteplotních agregátů Uložení optických elementů v moderních optomechanických aplikacích vyžaduje vysokou přesnost a robustnost konstrukčního řešení, často při omezených zástavbových prostorech, a to v návaznosti na možnosti materiálů a technologie, výroby a montáže. Dalším důležitým faktorem je pak potřeba nezanášet do optických elementů mechanická napětí. Kombinace těchto požadavků často vede ke konstrukci složitých a výrobně náročných, což znamená také drahých, systémů. Významnou oblastí řešení ukládání optických elementů je zde jejich lepení. Předmětem první větve je výzkum a testování tzv. volného lepení čoček v návaznosti na výše zmíněné problémy. V případě použití pásových dopravníků pro dopravu sypkých i kusovitých materiálů se především v místě přesypů vytváří velké množství prachových částic. Předmětem výzkumu druhé větve je výzkum opatření pro zajištění činnosti odprášení přesypů pásových dopravníků za všech klimatických podmínek, zlepšení účinnosti odprášení především v zimním období. Předmětem výzkumu třetí větve daného modulu budou jednotlivé provozní a konstrukční aspekty, které ovlivňují funkci a konstrukci trysek pro dmýchaní plynných médií do pracovního prostředí vysokoteplotního agregátu. Řešení těchto otázek pomáhá konstruktérům navrhovat systémy, které splňují nároky na danou kvalitu, účinnost a provozní spolehlivost. Tvorba metod reverzního navrhování Předmětem výzkumu je tvorba a porovnání metod reverzního inženýrství na konkrétních příkladech z praxe a následná výroba odléváním do pískové formy, či metodou ztraceného lití. Ve výjimečném případě výroba 3D tiskem z nerezové oceli 316l.

Ing. Tomáš Kubín, Ph.D.
Ing. Jan Blata, Ph.D.
prof. Ing. Horst Gondek, DrSc.
doc. Ing. František Helebrant, CSc.
doc. Dr. Ing. Ladislav Kovář
MgA. Petr Nenička
doc. Ing. Jiří Fries, Ph.D.
Ing. Tomáš Hapla
Ing. Radim Dittrich
Ing. Tomáš Kaufman
Ing. Jiří Mlčoch
Ing. Kristýna Juříková Kutiová
Ing. Michal Podstawka, Ph.D.
Ing. David Šeděnka, Ph.D.
Ing. Lukáš Kudrna, Ph.D.
Ing. Antonín Durna
Ing. Jiří Machač
Ing. Pavel Boháč
Ing. Milan Majer
Ing. Pavel Novák
Ing. Marie Mořkovská
Ing. Jakub Gaszek
Ing. Ladislav Chalánek
Ing. Daniel Kurač
Ing. Lukáš Pacas
Ing. Radim Šebesta
Ing. Štěpán Pravda
Ing. Eliška Nováková
Ing. Vít Kostecký
Bc. Patrik Vinklárek
Bc. Vítězslav Filip
Bc. Jakub Janáček
Ing. Martin Štefek
Bc. Marek Švacha
Bc. Michal Havlíček
Bc. Alexandr Skotnica
Bc. Ing. Vojtěch Matyášek
Bc. Jakub Šajtar
Ing. Vojtěch Sikora
Ing. Daniel Boháč, Ph.D.
Ing. Jiří Kolman, Ph.D.
Ing. Tomáš Miletič
Ing. David Hirman
Ing. Jan Pataki
Ing. et Ing. Petr Kunz, Ph.D.
Ing. Tomáš Machálek

Cíle celého projektu, stejně jako předmět výzkumu je prakticky možno členit do zmíněných modulů.
Řešení problematiky hlučnosti pásových dopravníků
Hlučnost pásových dopravníků je jedním ze základních problémů dálkové pásové dopravy na povrchových lomech. Prvotním cílem projektu je konstrukční návrh a vytvoření funkčního uchycení válečků v tratích pásových dopravníků. Pro potvrzení navrženého řešení musí být funkční vzorek otestován a odzkoušen. Dle výsledků testování předpokládám další měření přímo v provoze povrchového lomu. Kladné výsledky mohou podstatně ovlivnit hlučnost dálkové pásové dopravy a tím i okolí povrchových dolů. Výsledky následně mohou být aplikovány na všech dopravních cestách pásových dopravníků.
Pokud se týče výstupů, předpokládáme, že bude zhotoven prototyp v délce asi 50 metrů přímo na trati dálkového pásového dopravníku na Dole Bílina, na kterém bude snížení hlučnosti ověřeno. Rovněž počítáme s tím, že způsob odhlučnění bych patentovali. Pokud se týká publikaci, některé části práce jsme již publikovali na mezinárodních konferencích, a hlavně výsledky měření hodláme dále publikovat jak doma, tak v zahraničí. Na závěr měření hlučnosti bude provedená závěrečné zpráva o vlastní měření a dosaženými výsledky.
Testování a porovnání parametrů 3D tiskáren
Cílem modulu je série zkoušek dvou 3D tiskáren a zkoumání kvality tištěných komponent. Na základě pozorování budou stanoveny vhodné úpravy pro dosažení kvalitnějších výstupů. Výstupem bude článek.
Mobilní zařízení pro zvedání velkých břemen
Cílem projektu je vytvořit funkční prototyp mobilního zvedacího zařízení, který by byl otestován v praxi. Na základě zkoušek by byl následně prototyp upraven. Dalším cílem je pak minimálně jeden článek v impaktovaném časopise (WoS, Scopus) či na konferenci.
Laboratorní vibrodiagnostický stand
Cílem projektu je vytvořit a optimalizovat laboratorní stand tak, aby s jeho pomocí bylo možné simulovat reálné provozní podmínky pro úkony spojené s prací vibrodiagnostika. Např. ustavování, nebo vyvažování in situ. Tedy zařízení by tak umožnovalo realizaci laboratorních cvičení pro studenty. Modulární charakter zařízení by pomáhal také při optimalizaci inženýrských konstrukcí z pohledu výzkumu frekvenční odezvy na nosné konstrukci zařízení. Možnost změny tuhosti pomocí demontovatelných výztuh, simulace měkké patky apod.
Výzkum a vývoj principů ukládání optických elementů, principů omezení prašnosti na přesypech pásové dopravy a dmyšných systémů vysokoteplotních agregátů
Cílem řešení první větve modulu je návrh experimentů, které povedou k ověření předpokládaných možností a omezení navržených principů realizace volného lepení čoček, a které budou sloužit jako základ pro účely dalšího vývoje a zdokonalování vhodných metod v tomto směru.
Cílem řešení druhé větve modulu je návrh konstrukční úpravy současného řešení, případně navržení řešení nového.
Cílem řešení třetí větve modulu bude shrnutí možností měření stavových veličin výtokových proudů z dmyšných trysek pro dmýchání plynných médií na hladinu taveniny ve vysokoteplotním agregátu.
Tvorba metod reverzního navrhování
Cílem výzkumu je porovnat metody reverzního inženýrství na konkrétních praktických příkladech. Zjistit vždy nejefektivnější metodu, která se bude na konkrétní příklad aplikovat, a to včetně vhodně zvoleného postupu výroby. Vznikne reprodukce vybraných dílů, a to jak sléváním, tak 3D tiskem. Metody se poté navzájem porovnají.
Předpokládané výsledky projektu
Publikace na konferenci nebo v časopise s IF indexovaných ve WoS a/nebo SCOPUS, popřípadě funkční vzorky, prototypy apod.
Harmonogram prací
jaro 2021 – rešerše v daných oborech lidské činnosti; design a výkresová dokumentace; nákup zařízení a materiálu, příprava zařízení,
léto 2021 – výroba jednotlivých komponent prototypů; měření, získávání dat, ověřování metod a postupů,
podzim 2021 – ověřovací provoz u modulů, které to vyžadují; vyhodnocení získaných dat, tvorba výstupů,
zima 2021 – zhodnocení projektu – jednotlivých modulů – závěrečné zprávy