Výzkum a analýza moderních technologií ve výrobní praxi

SP2018/3

Fries Jiří doc. Ing., Ph.D.

01. 01. 2018 - 31. 12. 2018

Předmětem výzkumu v rámci projektu je 9 modulů, které se částečně prolínají: Výzkum a vývoj dmyšných systémů vysokoteplotních agregátů a pomocných strojních zařízení využitelných v oboru strojírenství a stavebnictví: Pro tavení kovového odpadu se používají metalurgické agregáty, které jsou vybaveny dmyšnými tryskami pro přívod plynných médií. Při projektování dmyšných systémů a konstrukčním řešení jednotlivých trysek je nutno respektovat určitá kritéria. Předmětem výzkumu první 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. Předmětem výzkumu druhé větve daného modulu bude analýza pracovních operací (postupu) a její vliv na koncepční návrh pomocných strojních zařízení využitelných v oboru strojírenství a stavebnictví. Obecně řečeno půjde o zařízení určené pro čištění kovových konstrukcí a přípravek pro fixaci izolačních materiálů. Výzkum a vývoj zařízení pro uplatnění lokální hypotermie v medicíně a veterinární oblasti: Při léčbě chladem se z těla odebírá teplo. Tento způsob léčby je známý např. z lidového léčitelství (studené zábaly pro snížení horečky, apod.). Léčebné působení chladem je možné použít i při zranění končetin – zejména dolních, jako je podvrtnutí, pohmoždění, zlomeniny, natažení nebo natržení svalu. Působením chladu se docílí snížení bolestivosti, neboť se chladem snižuje vodivá schopnost nervů v postižené oblasti. Zároveň se zúží krevní cévy a tím i přítok krve do postižené oblasti, omezuje se rozvoj zánětlivých procesů apod. Sofistikovaným využitím tohoto principu je terapeutická hypotermie, což je označení pro řízené podchlazení, kterému je pacient vystaven. Mezi nejběžnější způsoby chlazení, běžně využívané odbornou i laickou veřejností je lokální chlazení pomocí již výše zmíněných chladivých zábalů, dále podchlazených obkladů (např. sáčky s ledem), které mohou být na poranění přikládány samostatně, či jako součást bandáže/ortézy nebo je možno využít chladících sprejů. Dále existují gelové obklady, jejichž výhodou je to, že mohou být použity ke chlazení nebo naopak, jako hřejivý obklad. Gelové obklady je možné použít samostatně nebo jako součást bandáží/ortéz. Výhodou těchto chladících prostředků je jejich snadná dostupnost a jednoduchost užití - velkou nevýhodu však je nemožnost řídit stupeň podchlazení v extrémních případech mohou způsobit poranění - omrzliny a také jejich krátkodobý účinek zteplání/roztátí nosiče chladu, kdy je nutné je pro další použití reaktivovat. Uvedené nedostatky je možno odstranit návrhem předmětného zařízení. Výzkum vlivu celkového znečištění a přítomnosti opotřebení na celkové vibrace a chování převodů: Předmětem výzkumu je vliv druhů znečištění (měkké kaly a částice opotřebení) na zvyšování vibrací ozubených převodů a jejich životnost. Vývoj nové metodiky vyhodnocování objemových změn betonových vzorků: U standartních betonových vzorků, které jsou určeny k testování, jsou mimo mechanických vlastností posuzovány i objemové změny. K těmto změnám dochází s ohledem na prostředí, kterému je testovaný vzorek vystaven. Jedná se o vysoké a nízké teploty, ponory do různých kapalin a chemické vlivy. Skladba betonových směsí je dnes velmi různorodá jak u vlastností standartních složek, tak u přídavných materiálů – například vláken. Zvyšující nároky na přesnost posuzování objemových změn vedou i k požadavku na zpřesnění metodiky vlastního vyhodnocování. Dnešní metody spočívají v manuálním přeměřování vzorků, což je ovlivněno jednak lidským faktorem a jednak nízkým ziskem parametrů vzorku. Předmětem výzkumu je návrh přesnější metodiky měření a eliminaci lidského faktoru na základě využití prostorového skenování testovaných vzorků. Stroj na kompletaci desek s pantem určeným pro paletové nástavce: Předmětem výzkumu je návrh automatizovaného stroje pro vyvrtání děr do dřevěné desky, které slouží pro vložení nýtů. Následné vložení nýtů do otvorů a v posledním kroku přinýtování plechového pantu k desce. Vývoj duální tiskové hlavy 3D tiskárny: Předmětem modulu je návrh a testování hlavy 3D tiskárny pro tisk pomocí dvou trysek umístěných vedle sebe. Tyto trysky jsou dávkovány pomocí jednoho společného krokového motoru. Cílem je vytvoření funkčního prototypu mechanismu, který ovládá dávkování materiálu mezi pomocí jednoho motoru k dvěma tryskám. Zkušební rám pro vybrané konstrukční části výtahu: Předmětem výzkumu je návrh zkušebního rámu pro testování výtahových rámů s bočním vedením a konzol sloužících pro uchycení vodítek výtahu. Cílem je pomocí navrženého testovacího rámu optimalizovat vybrané konstrukční prvky tak, aby došlo k jejich snížení váhy a ceny výroby. CNC gravírovací laser: Předmětem výzkumu je návrh CNC gravírovacího laseru o pracovní ploše 297 x 420 mm (A3), schopný vypalovat (řezat) do materiálu, jako dřevo, koženka, kůže apod. Výzkum závislosti vyvažování na přesnosti polohování svislé osy obráběcího stroje: Předmětem výzkumu je zjištění závislosti přesnosti polohování na typu vyvažování. Svislá osa se bude pohybovat po lineárním valivém vedení. Výzkum bude mít část teoretickou, kde budou provedeny potřebné výpočty. A část praktickou, kdy se na zkušebním zařízení změří skutečná přesnost polohování. Teoretická i praktická část se bude řešit na modelu zmenšeném ve vhodném měřítku.

Ing. Jiří Kratochvíl, Ph.D.
Ing. Tomáš Kubín, Ph.D.
Ing. Jan Blata, Ph.D.
doc. Ing. Vojtěch Václavík, Ph.D.
doc. Ing. František Helebrant, CSc.
Ing. Zdeněk Noga, CSc.
Ing. Václav Sládeček, Ph.D.
doc. Dr. Ing. Ladislav Kovář
Mgr. Ivana Onderková, Ph.D.
doc. Ing. Jiří Fries, Ph.D.
Ing. Tomáš Hapla
Ing. Roman Fousek
Ing. Petr Hlubek
Ing. Martin Procházka
Ing. Radim Dittrich
Ing. Tomáš Kaufman
Ing. Jiří Mlčoch
Ing. Kristýna Juříková Kutiová
Ing. David Šeděnka, Ph.D.
Ing. Vladimír Sukeník
Ing. Lukáš Kudrna
Ing. Antonín Durna
Ing. Lukáš Rudolf
Bc. Martin Březík
Bc. Lukáš Janíček
Ing. Jiří Machač
Ing. Pavel Boháč
Ing. Milan Majer
Ing. Pavel Novák
Ing. Jiří Konečný
Bc. Jan Zágora
Bc. Filip Machálek
Bc. Martin Sütto
Bc. Michal Bartoň
Bc. David Pacák
Ing. Jan Mikoláš
Ing. Marie Mořkovská
Bc. Marek Foldyna
Bc. Radim Skurka
Bc. Ondřej Klimek
Bc. Adam Nykl
Bc. Jaroslav Opěla
Ing. Vojtěch Kočí
Bc. Jan Balwar
Bc. Marek Chovanec
Bc. Ing. Zdeněk Pustějovský
Bc. Petr Bártek
Ing. Marek Hora
Bc. Jan Krejčíř
Ing. Lukáš Pastor
Ing. Ladislav Chalánek
Ing. Matěj Martínek

Cíle celého projektu, stejně jako předmět výzkumu je prakticky možno členit do zmíněných modulů:

Výzkum a vývoj dmyšných systémů vysokoteplotních agregátů a pomocných strojních zařízení využitelných v oboru strojírenství a stavebnictví:
Cílem modulu bude shrnutí konstrukčních doporučení včetně určení vybraných projekčně-konstrukčních charakteristik trysek pro dmýchání plynných médií na hladinu taveniny ve vysokoteplotním agregátu a vytvoření projekčně-konstrukčního návrhu zařízení pro čištění kovových konstrukcí a zařízení pro fixaci izolačních materiálů, který by sloužil v další etapě jako podklad pro zpracování podrobnější dokumentace v návaznosti na možnou realizaci prototypu například v rámci hospodářské smlouvy. Výstupem bude min. 1 článek ve sborníku či časopise indexovaném ve SCOPUS/WoS.


Výzkum a vývoj zařízení pro uplatnění lokální hypotermie v medicíně a veterinární oblasti:
A. Dokončení prototypu zařízení pro rehabilitaci pacientů s kloubními problémy. Prototyp zařízení se realizuje na základě PV 2016 – 781 s názvem „ Univerzální zařízení pro aplikaci lokální hypotermie na oblasti zejména kolenních kloubů“ a výstupem výzkumu a vývoje je získání konstrukčních podkladů pro návrh a výrobu zařízení určeného s výhodou pro pohyblivé - rehabilitující pacienty, kteří prodělali operaci např. kolene jako je artroskopie, náhrada předního křížového vazu, dále operaci laterální epikondylitidy, totální endoprotézu kolenního nebo kyčelního kloubu apod.

B. Dokončení prototypu zařízení pro léčení pacientů s kloubními problémy (např. po jeho repasi). Prototyp zařízení se realizuje na základě PV 2016 – 780 s názvem „ Univerzální zařízení pro aplikaci lokální hypotermie na oblasti kloubů“ a výstupem výzkumu a vývoje je získání konstrukčních podkladů pro návrh a výrobu zařízení určeného s výhodou pro ležící pacienty, kteří prodělali operaci např. kolene jako je artroskopie, náhrada předního křížového vazu, dále operaci laterální epikondylitidy, totální endoprotézu kolenního nebo kyčelního kloubu apod.

C. Rozpracování zařízení s hrotovým kontaktním prvkem. Výstupem této části projektu je návrh, na základě chráněného řešení, výrobní dokumentace zařízení s hrotovým kontaktním prvkem pro jeho možnou aplikaci při řešení zejména kožních problémů.

Výzkum vlivu celkového znečištění a přítomnosti opotřebení na celkové vibrace a chování převodů:
Cílem projektu je zjištění vlivu znečištění na celkové vibrace a chování převodů. Předmětem je vliv měkkých kalů na vibrace převodů, na oteplení olejové lázně, na životnost oleje a převodů. Dále vliv různých druhů a velikostí opotřebení na celkové vibrace a životnost zařízení. Výstupem bude 2x SCOPUS.

Vývoj nové metodiky vyhodnocování objemových změn betonových vzorků:
Cílem modulu bude posouzení vlivu prostorového skenování na zpřesnění vyhodnocování objemových změn. Zároveň bude navrženo zařízení, které bude v automatickém režimu vzorky skenovat a vyhodnocovat. Vědeckým výstupem budou mimo jiné 2 publikace v časopise ve WoS a/nebo SCOPUS.


Stroj na kompletaci desek s pantem určeným pro paletové nástavce:
Primárním cílem projektu je vývoj funkčního 3D modelu, který bude splňovat veškeré požadavky, které na něj budou kladeny. Což povede k zefektivnění práce a urychlení výroby těchto paletových ohrádek. Výstupem projektu bude minimálně jeden článek ve sborníku indexovaném ve SCOPUS nebo WoS.

Vývoj duální tiskové hlavy 3D tiskárny:
Cílem modulu je funkční prototyp celé hlavy s dávkovacím mechanismem a poté testování celého systému. Výstupem pak bude funkční vzorek, patent, případně článek.

Zkušební rám pro vybrané konstrukční části výtahu:
Výstupem modulu je funkční zkušební rám a jeho následné použití k testování výtahového rámu s bočním vedením a nosností 400kg. V rámci modulu budou tedy výstupem jeden funkční vzorek (testovací rám), patent (testovací rám) a dva články (1. článek: použití testovacího rámu a relevantnost výstupních hodnot testovaného rámu v porovnání s MKP; 2. článek: hydraulické nůžky na stříhání obloukové výztuže).

CNC gravírovací laser:
Primárním cílem projektu je vývoj a vytvoření funkčního CNC gravírovacího laseru požadovaných rozměrů. Funkční vzorek by měl být následně testován a odzkoušen. Na základě stavby a testů bude sepsán článek (SCOPUS, případně článek s IF).

Výzkum závislosti vyvažování na přesnosti polohování svislé osy obráběcího stroje:
Cílem výzkumu bude navržení optimálního řešení vyvažování, v závislosti na přesnosti polohování. Dále budou známi dosažené přesnosti pro jednotlivé typy vyvažování. Bude-li to možné, bude provedeno měření i na stroji v praxi. Díky reálným výsledkům a následným výpočtům bude možné aplikovat data zjištěná na zkušebním zařízení na řešení v praxi.
Výstupem projektu bude minimálně jeden článek ve sborníku indexovaném ve SCOPUS nebo
WoS, nebo článek v časopise s impakt faktorem.

Harmonogram:
jaro 2018 – design a výkresová dokumentace; nákup zařízení a materiálu, příprava zařízení
léto 2018 – výroba jednotlivých komponent prototypů; měření, získávání dat, ověřování metod
podzim 2018 – ověřovací provoz u modulů, které to vyžadují; vyhodnocení získaných dat, tvorba výstupů.
zima 2018 – zhodnocení projektu – jednotlivých modulů