Tyto stránky používají k poskytování služeb cookies. Pokračováním v prohlížení vyjadřujete souhlas s jejich používáním. Více informací

Úvod Aktuality

Aktuality

Pořídili jsme nový shaker

19. 09. 2017 - Stroj někdy chybně označovaný jako vibrační stolice se správě nazývá elektrodynamický vibrační zkušební systém a slouží k simulování vibrací různých typů v laboratorních podmínkách. Ve „zkušebácké“ hantýrce se mu často říká šejkr z anglického shaker. Pokud bychom jeho funkci chtěli popsat opravdu polopaticky, řekli bychom, že se s různými díly – například automobilu – jednoduše dlouhodobě třese, aby se zjistilo, kolik toho vydrží.

My se na toto zajímavé zařízení ale podíváme mnohem podrobněji, popíšeme si jeho principy a poodhalíme technická zákoutí jeho fungování. Vývojová zkušebna SWELL si nedávno pořídila novou „hračku“ o zbrusu novém šejkru, jeho přednostech a prvních zkušenostech s ním vypráví vedoucí útvaru zkoušek a simulací Jaromír Kejval.


Třikrát v jedné ose

Podobně jako klimatické komory simulují v laboratoři reálné prostředí, tedy teplotu a vlhkost, simulují šejkry vibrační zátěž kladenou na všemožné díly a součástky: tu nejčastěji způsobují točivé stroje jako pračka nebo vrtačka, v automobilové branži pak například zážehové frekvence motoru, tedy výbuchy při zapálení směsi nebo také nevyvážené rotující hmoty v agregátech, převodovkách a podobně.

„To všechno jsou harmonická periodická buzení, která mají definovanou frekvenci a opakují se. V životě se pak setkáváme i s náhodnými vibracemi, které mají celé spektrum amplitud podobných přes všechny frekvence. To je například déšť, v autech to jsou vibrace od podvozku při přejezdu nerovností nebo různé aerodynamické turbulence,“ popisuje Kejval vibrace, které jednotlivé součásti automobilu zatěžují, namáhají a ničí. Proto vznikla snaha tyto podmínky laboratorně simulovat a jednotlivé díly testovat.

Pro zjištění reálného zatěžování v provozu potřebujeme akcelerometry, což jsou malé snímače zrychlení v automotive se nejčastěji používají malé jednotky o velikosti zhruba 1 x 1 x 1 centimetr. Ty se osadí (našroubují nebo nalepí) na jednotlivé oblasti a díly, jako třeba na motor, převodovku, výfuk a podobně, a v terénu při jízdních zkouškách se jimi naměří, jaké vibrace na danou část působí. Z toho pak následně vznikají testovací specifikace, které definují, jakou zátěž musí konkrétní díly z dané oblasti vozu vydržet. Tyto vibrační zátěže se v  laboratoři později simulují izolovaně po jednotlivých vibračních směrech

„Typický šejkr je jednoosý systém, který vibrace generuje jen v jedné ose. Realita je samozřejmě jiná, v autě máme vibrace prostorové, ve všech třech osách současně. Dnes už existují i tříosé šejkry, ty jsou ale poměrně drahé a při reálném testování u nás zatím příliš nevyužívané. Proto si většinou musíme vystačit s osou jednou v laboratoři si to zjednodušujeme a testovaný  díl zatěžujeme vibracemi postupně v každé ze tří prostorových os,“ říká zkušený „zkušebák“ a dodává, že se to tak dělá proto, že před dvaceti třiceti lety, kdy jednotlivé specifikace vznikaly, existovala pouze jednoosá zařízení. Proto jsou normy postavené na tomto základu.


Funguje jako reproduktor

Princip šejkru si můžeme vysvětlit na reproduktoru, jakých máte doma nebo v autě jistě několik. Reproduktor sestává z pevné cívky (někdy je to jen elektromagnet) a pohyblivé cívky, která je v ní vsazená. Na vrchu té pohyblivé je pak membrána, která se rozechvívá, a vznikají vibrace, které vnímáme jako zvuk.

Šejkr má místo membrány vibrační stůl, na který se umísťují testované vzorky  někdy bývá nazýván také armatura, která je obvykle vyrobená z hořčíkové slitiny, aby byla pevná a přitom lehká (má totiž až o třetinu nižší hustotu než hliníkové slitiny). K armatuře je připevněná cívka, která je poměrně natěsno vsazená do větší pevné cívky stroje.

Tou protéká konstantní proud, čímž se vytváří silné magnetické pole. Řízeným průtokem střídavého proudu menší pohyblivou cívkou se pak podobně jako u reproduktoru vytváří pohyb a když se připojí generátor napětí například s 50 Hz, armatura se na této frekvenci začne pohybovat nahoru a dolů a máme vibrační test. Čím větší proud použijeme, tím větší dostaneme zdvih.

Velký rozdíl je v tom, že takový šejkr je samozřejmě daleko výkonnější. Běžné domácí reproduktory mají výkon řekněme v desítkách wattů, ty pódiové pak v jednotkách kilowattů. Výkony středních šejkrů se běžně pohybují kolem čtyřiceti, padesáti i víc kilowattů.

Rozdíl je také v tom, že zatímco reproduktor pohyb tedy zvuk jen produkuje bez jakéhokoli zpětnovazebního řízení, pro řízení šejkru je použitá uzavřená zpětnovazební smyčka: výchylky zrychlení sleduje a snímá na armatuře připevněný akcelerometr a podle toho řídicí systém stroje upravuje chování celé sestavy podle jednotlivých požadavků.

U vibračních testů je potřeba vypořádat se s jednou zapeklitostí. Jak jsme už řekli, prostorové vibrace se v laboratoři skládají postupně ze všech tří os. U malých dílů, kde nehraje roli gravitační pole Země, lze díly na stroji postupně otáčet, aby se vibrace ve výsledku poskládaly.

Jenomže u větších dílů, jako je třeba nádržka na kapalinu ostřikovače nebo chladič, to už nejde, protože i kdybychom díl otočili do požadované osy, kapalina uvnitř stále zůstane vodorovná  čili vůči nádržce nesprávně orientovaná. Potom potřebujeme použít horizontální vibrace. Proto se šejkr, který vibruje podél svislé osy, vybavuje takzvaným kluzným stolem.

Většinou jde o velkou hořčíkovou desku na masivní granitové podložce, mezi nimiž je tenký olejový film. Ten slouží jako ložisko. Díky kluznému stolu pak lze realizovat také tyto vodorovné vibrace (osa z se tedy realizuje přímo, vertikálně; osy x y potom na kluzném stolu díl se jen otočí kolem svislé osy o devadesát stupňů).


Dva stoly jsou výhoda

Nový šejkr, který si zkušebna pořídila doplňuje celou řadu stávajících strojů. Jedná se o model ES-50LS3 čínského výrobce DongLing.

„Nejprve bychom si měli říct něco o parametrech těchto zkušebních strojů. Šejkry, stejně jako jakákoliv jiná zařízení, omezuje několik parametrů. Prvním z nich je různý silový vektor, což je vlastně mechanický výkon šejkru udávaný v newtonech [N]. Naše nejmenší disponují výkonem od jednoho do tří kN, jsou bez kluzného stolu a jsou to taková miminka vážící zhruba 100 kilogramů,“ směje se Kejval, „z těch ale nedostaneme velké zrychlení, a pokud už, tak jenom s malou hmotností testovaného dílu; připočítat je navíc nutné i armaturu, všechny přípravky. Používají se především na modální analýzy drobných dílů. Pak tu máme tři větší stroje, s výkony od 22 do 35 kN vždy s jedním kluzným stolem. Nový stroj je ještě silnější 50 kN , což nám dává zase o něco širší pole působnosti při testech.“

Druhým důležitým parametrem je velikost armatury a kluzného stolu, tedy jednoduše řečeno velikost pracovní plochy, na niž lze umístit vzorek. Je to omezující, protože když je vzorek větší než armatura, není jednoduché jej správně přikotvit a zároveň umístit dynamické těžiště celé testované soustavy do osy armatury. Pokud se to nepodaří, vznikají vlivem setrvačných účinků boční klopné momenty, což může armaturu zničit; kromě toho na místech, která armatura nepodepírá, vznikají nežádoucí rezonance.

„Náš nový šejkr má kluzné stoly dva o rozměrech 50 x 50 a 90 x 90 centimetrů. To umožňuje univerzálnější a širší použití stroje jak pro malé díly s požadavkem vysokých amplitud zrychlení, tak i pro velké a těžké díly naopak s nízkým zrychlením.  Dále také můžeme během probíhající zkoušky na jednom stolu zároveň na druhém připravovat další vzorek, což šetří čas,“ popisuje Kejval.

Obsluhujeme široké spektrum zákazníků, kteří potřebují testovat malé i velké díly. Ty první, jako jsou senzory, jsou malé a lehké, ale mají smůlu, že jsou umístěné přímo na motoru nebo převodovce, kde zrychlení bez problémů dosahuje desítky  G proto je zapotřebí malý kluzný stůl, aby bylo možné na něj výkon vůbec přenést. Velké díly jako třeba nárazníky naopak potřebují velký kluzný stůl, aby se díl na stroj vůbec vešel, na druhé straně se pracuje při malém zrychlení jedná se o odpruženou hmotu, a kdybychom nárazník roztřásli na 50 G, za chvíli by se rozpadl.

Další zlepšení představuje nový šejkr v disciplíně mechanický zdvih. „Všechny naše stávající stroje pracují s maximálním zdvihem dva palce, tedy asi pět centimetrů. To je při nízkých frekvencích rozsah nedostatečný. Pořídili jsme proto stroj se zdvihem tři palce, tedy zhruba  7,5 centimetru,“ vyjmenovává Kejval další výhodu nového šejkru.


Zajíc v pytli? Vůbec ne

Podle jeho slov bylo rozhodnutí pro čínského výrobce na jednu stranu odvážným počinem, přece jen se jedná o technologicky hodně náročný stroj. „Nešli jsme ale do neznáma, značka už má celkem dlouho zastoupení v Itálii, takže na evropském trhu už určitý zvuk má. Ale praktické zkušenosti budeme moci vyhodnotit až po několika letech provozu, řekněme po několika tisících hodin,“ říká.

Na závěr přidáváme ještě jednu související novinku a také ambici do budoucna. „S takhle velkým strojem chceme samozřejmě testovat i velké díly. A protože šejkr by bez klimatické komory nedával smysl je to nerozlučná dvojice , koupili jsme si i související větší klimakomoru. Oproti našim stávajícím o objemu 1,2 m3 je ta nová o kubík větší, využitelné půdorysné rozměry jsou asi 1,4 x 1,4 metru. Umožňuje nám to testovat díly jako obložení dveří, front-end nebo čtyři světlomety najednou. Pro rozšíření našich možnosti ještě na větší díly plánujeme do budoucna možnost podrobit vibračním zkouškám i velké díly jako celý nárazník nebo palubní desku. K tomu bychom ovšem potřebovali komoru o objemu zhruba deset kubických metrů a další šejkr s velkou kotvící plochou jak pro svislé, tak i pro vodorovné vibrace. Zatím tedy musíme počkat, učit se s novým strojem a tento výhled si nechat jako další investiční milník,“ uzavírá šéf zkušebny.


>> Více o vývojové zkušebně SWELL



« Zpět na výpis