3.4.1 Koncept K1
Prvi koncept, prikazan na sliki 3.5, je zamišljen kot najenostavnejši, večinoma je narejen z že obstoječimi komponentami, po prvi grobi oceni bi lahko bil tudi cenovno najbolj ugoden.
Preizkuševališče deluje na podobnem principu kot naše testno preizkuševališče na stružnici.
To bi bila namizna izvedba, vse komponente bi bile privijačene na aluminijasto ploščo.
Za pogon bi lahko uporabili že izdelano gonilo z vgrajenim AC motorjem, z dodatno vezavo in krmilnikom bi z njim lahko regulirali tudi vrtljaje gredi. Moment bi se reguliralo preko disk zavore, referenčni merilnik momenta pa bi predstavljal kar silomer na ročici pritrjeni na zavorno čeljust. Takšen način merjenja momenta je razmeroma enostaven in cenovno ugoden, lahko bi uporabili kar sklop, ki smo ga uporabljali na obstoječem improviziranem preizkuševališču. Kljub enostavni izvedbi, ima disk zavora svoje slabosti, med prvimi preskusi se je izkazalo, da je z njo nemogoče zagotavljati konstanten vrtilni moment, saj
Metodologija raziskave
25 prihaja do neenakomernega prijemanja zavorne čeljusti. Moment je pri uporabi disk zavore nihal tudi v razponu 20 Nm, kar za zahtevnejše preizkuse ne pride v poštev.
Predvsem zaradi možnosti blokade zavornih čeljusti je v tem primeru nujna uporaba mehanske varnostne sklopke. Uležajenje je predvideno kar se da enostavno, menjavo preizkušanca omogoča dvodelno ohišje za ležaje. Z razstavljanjem ohišja bi tako lahko sneli celotno gred in zamenjali preizkušanec, menjava bi bila relativno zahtevna, ne bi pa bila potrebna izdelava zahtevnejših elementov. Pri takšni vgradnji ležajev je lahko problematično zagotavljanje primerne natančnosti teka.
Preskušanje pri povišanih temperaturah je predvideno z uporabo zunanjega vira toplote npr.
grelca na vroč znak, v tem primeru bi bila regulacija temperature dokaj problematična, prav tako ne bi mogli dosegati nizkih temperatur.
Elektronika bi bila pritrjena na fiksnem nosilcu, manjše pomike bi lahko dosegli z ovalnimi izvrtinami za vijake in jo tako pravilno pozicionirali.
Slika 3.5: Koncept K1
3.4.2 Koncept K2
Drugi koncept, prikazan na sliki 3.6, je zasnovan za uporabo v sklopu z obstoječo temperaturno komoro, ki se nahaja v testnem laboratoriju podjetja. S komoro bi se zagotavljalo zelo natančno regulacijo temperature, komora pa omogoča tudi preskušanje pri temperaturah pod ničlo. Ogrodje preizkuševališča bi bilo prilagojeno montaži na komoro.
Tako pogonski, kot zavorni sklop, bi bila zelo podobna, moment bi se generiral med dvema reduktorjema, ki bi jih poganjali s servomotorji. Uporaba servomotorjev omogoča zelo enostavno kontrolo vrtilne hitrosti. Moment na gredi bi spreminjali z relativnim zaostajanjem enega motorja proti drugemu, potrebna bi bila natančna sinhronizacija in
Metodologija raziskave
26
krmiljenje motorjev. Takšen pogon bi lahko izvedli z neposredno vgradnjo servomotorjev, vendar lahko z uporabo primernega reduktorja precej znižamo zahtevano moč servomotorjev in posledično tudi ceno.
Moment bi lahko natančno spremljali s pomočjo referenčnega senzorja, ki bi bil v povratni zanki vezan na krmilnik motorjev, kar bi omogočalo natančno reguliranje momenta na gredi.
Varovanje pred preobremenitvijo bi bilo lahko izvedeno programsko, vendar smo se v tem primeru za povečanje varnosti odločili še za mehansko varnostno sklopko.
Menjava preizkušanca mora biti dovolj enostavna, predvsem zaradi montaže znotraj komore rešitve z razstavljanjem uležajenja ne pridejo v poštev. Izbrana delna rešitev omogoča enostavno menjavo preizkušanca z aksialnim odmikom gredi in natikanjem preizkušanca.
Potrebna je izdelava namenskega uležajenja in kompleksnejših grednih vezi.
Elektroniko bi pozicionirali z ročno xyz pozicionirno mizico.
Slika 3.6: Koncept K2
3.4.3 Koncept K3
Ta koncept predvideva izgradnjo samostojne naprave, poleg celotnega preizkuševališča bi tako morali izdelati še temperaturno komoro. Prikazan je na sliki 3.7. Glavna prednost bi bila v tem, da bi komoro lahko prilagodili dimenzijam preizkušanca in ne bi bilo potrebno prilagajati celotne zasnove sami komori.
Metodologija raziskave
27 Pogon bi bil izveden na zelo podoben način kot pri konceptu K2, le da bi se tu izognili uporabi reduktorjev. Na ta način bi dobili bolj odziven sistem, z manjšo histerezo in izgubami zaradi trenja v gonilu, bi pa morali uporabiti občutno močnejše servomotorje, kar bi izdatno podražilo celotno napravo.
Dodatno varnost bi prav tako zagotovili z uporabo varnostne sklopke. Vrtilni moment pa bi spremljali preko referenčnega senzorja momenta.
Montaža senzorja v majhni komori bi bila najenostavnejša s predhodnim vpenjanjem senzorja v vpenjalo, ki bi se ga nato lahko zelo enostavno vstavilo v fiksno uležajenje.
Montaža bi bila izredno enostavna, vprašljivo pa bi bilo zagotavljanje zahtevane tolerance opletanja.
Pozicijo elektronike bi spreminjali avtomatsko, z uporabo koračnih motorjev z vreteni, to bi omogočalo pomike elektronike brez poseganja v komoro in posledično brez sprememb temperature.
Slika 3.7: Koncept K3
3.4.4 Koncept K4
Ta koncept je zelo podoben konceptu K2, ponovno se predvideva montaža na obstoječo temperaturno komoro. Ponovno je uporabljeno uležajenje, ki omogoča montažo z aksialnim pomikom gredi, moment se meri z referenčnim senzorjem, shematski prikaz je predstavljen na sliki 3.8.
Glavna razlika je v pogonu, za regulacijo momenta se uporablja zelo natančna elektro zavora. Za poganjanje ne potrebujemo servomotorja, dovolj je običajen AC motor z vgrajenim reduktorjem, potrebna je le regulacija vrtljajev. Zaradi velike zanesljivosti elektro
Metodologija raziskave
28
zavore ne potrebujemo mehanske varnostne sklopke. Glavni problem predstavlja visoka cena elektro zavor.
Slika 3.8: Koncept K4
3.4.5 Koncept K5
Podobno kot K3 je tudi ta koncept zamišljen kot samostojna naprava, prikazan je na sliki 3.9. Prav tako predvideva izgradnjo lastne komore, uporabo referenčnega senzorja, varnostne sklopke in vpenjanje senzorja s pomočjo vpenjala. Uležajenje je izvedeno s počjo standardnih ohišij z ležaji, za nižanje stroškov pa je uporabljena ročna mizica za pozicioniranje elektronike.
Glavna razlika je v pogonu, kjer je predvidena uporaba hidravlike, ta omogoča doseganje velikih momentov z zelo majhnim hidravličnim motorjem in zavoro. Z uporabo proporcionalnih ventilov je regulacija razmeroma enostavna, prav tako so z uporabo hidravlike prehodi zelo mehki. Glavna slabost je zelo drag hidravlični sistem, ki v primerjavi z ostalimi rešitvami potrebuje ogromno vzdrževanja.
Metodologija raziskave
29 Slika 3.9: Koncept K5
3.5 Vrednotenje različnih konceptov
Pri izboru najprimernejšega koncepta lahko izvedemo različna vrednotenja. Pomembno je, da naprava kar se da dobro izpolnjuje vse zahtevane tehnične kriterije, in da so predvidene rešitve izvedljive. Zelo pomemben je tudi ekonomski vidik, oziroma iskanje najboljšega razmerja med tehnično vrednostjo in stroški izdelave. Na koncu ni nujno izbran tehnično najboljši koncept, ampak tisti, ki zadosti vsem kriterijem pri najnižji ceni.
Tehnično vrednotenje izvedemo v tabeli, kjer v levi stolpec vnesemo zahtevane funkcije, v zgornji vrstici pa imamo različne koncepte. Vsaki funkciji pripišemo utež oziroma delež pomembnosti te funkcije, tako da je seštevek vseh uteži enak 1. Pomembnejše funkcije imajo višjo utež in večji vpliv na skupno oceno koncepta. Tehnično vrednost posamezne rešitve ocenjujemo v tabeli z vrednostmi 1 do 5, kjer 1 pomeni najslabše izpolnjevanje zahtev, 5 pa najboljše. Ocena je nekoliko subjektivna in temelji na splošni oceni posameznih rešitev ter preteklih izkušnjah. Idealnost posameznega koncepta ocenimo z množenjem ocen posameznih rešitev z utežmi in seštevanjem po stolpcih. Skupne ocene na koncu normiramo, tako dobimo številčno vrednost med 0 in 1, pri čemer bi 1 predstavljala idealni koncept.
Tehnično vrednotenje različnih konceptov našega preizkuševališča je prikazano v preglednici 3.2.
Metodologija raziskave
30
Preglednica 3.2: Tehnično vrednotenje rešitev
TEHNIČNA VREDNOST
S tehničnim vrednotenjem smo določili koncepte, ki najboljše izpolnjujejo naše zahteve.
Najboljši je koncept K3, zelo dobro oceno pa imata tudi koncepta K2 in K4.
Pri izbiri zmagovalnega koncepta je zelo pomembno tudi ekonomsko vrednotenje, saj je tehnično najboljša rešitev pogosto tudi zelo draga. Vrednotenje izvedemo zelo podobno, kot smo to naredili pri tehničnem vrednotenju, prikazano je v preglednici 3.3. V našem primeru ekonomski vidik razdelimo na tri sklope: stroški nabave, stroški vzdrževanja in razvojni stroški. Pri stroških nabave ocenimo stroške za nabavo in izdelavo vseh komponent in izgradnjo celotne naprave, v razvojnih stroških pa upoštevamo tudi zahtevnost krmiljenja in programiranja takšne naprave. Podobno kot prej vsakemu vidiku dodelimo utež, ocenjujemo vsak koncept posebej in rezultate na koncu normiramo.
Preglednica 3.3: Ekonomsko vrednotenje rešitev
EKONOMSKA UPRAVIČENOST
Pri ekonomskem vrednotenju se je kot daleč najugodnejši izkazal koncept K1, ki je zasnovan z najenostavnejšimi komponentami. Da bi videli širšo sliko in poiskali koncept z najboljšim razmerjem med ekonomskim in tehničnim vidikom, je najbolje izračunane vrednosti
Metodologija raziskave
31 prikazati grafično, kot je to prikazano na sliki 3.10. Na grafu abscisa predstavlja tehnični vidik, ordinata pa ekonomski vidik. Rešitev je tem boljša, čim bližje se približa zgornjemu desnemu vogalu grafa, rešitve z dobrim razmerjem med ekonomskim in tehničnim vidikom pa so tudi blizu diagonale.