Na vyladenie a plynulé ladenie TKMS najmä z hľadiska veľkosti torzného kmitania, ale aj ním vybudených vibrácií a hlučnosti využívame aplikáciu nami vyvinutých pneumatických pružných hriadeľových spojok – pneumatických ladičov torzného kmitania do týchto sústav. Torznú tuhosť pneumatických ladičov torzného kmitania je možné meniť zmenou tlaku plynného média v ich kompresnom priestore.
Rezonancie od jednotlivých harmonických zložiek budenia torzného kmitania (obr. 1) je možné vysunúť z rozsahu pracovných otáčok (RPO) mechanickej sústavy vhodnou voľbou hodnoty torznej tuhosti ladiča k (k2 < k1 < k3) [5], [9], [12]. Tak je možné znížiť hodnotu dynamickej zložky MD záťažového krútiaceho momentu v sústave.

Cieľ príspevku
Pneumatická pružná hriadeľová spojka musí správne pracovať ako ladič torzného kmitania ako pri vyladení TKMS, napr. [5], [2], [3], tak aj pri plynulom ladení TKMS počas jej prevádzky, napr. [4-8], [11], [1]. Predpokladom toho je, že celý pneumatický systém musí byť spoľahlivý, t. j. musí tesniť, musí byť priechodný a odolný. Cieľom tohto článku je špecifikovať možné príčiny porúch vybraných prvkov, vyskytujúcich sa nielen v nami používaných pneumatických systémoch, ale v tých, ktoré majú široké uplatnenie v rôznych iných praktických aplikáciách.

Používané pneumatické systémy
Pod pojmom pneumatický systém je možné chápať systém pozostávajúci z pneumatických prvkov, vzájomne usporiadaných tak, aby daný systém mohol plniť požadovanú úlohu. Zložitosť používaných pneumatických systémov na našom pracovisku závisí od konkrétnej aplikácie pneumatického ladiča torzného kmitania v torzne kmitajúcej mechanickej sústave.

Obr. 1: Princíp ladenia mechanických sústav

V princípe používame dva druhy pneumatických systémov (obr. 2), ktoré sú ďalej popísané.

Obr. 2: Príklad nami používaných pneumatických systémov. Modrá: pneumatický systém pri vyladení TKMS mimo prevádzky; Modrá + červená: schéma pneumatického systému pri plynulom ladení TKMS počas prevádzky aplikáciou elektronického regulačného systému plynulého ladenia TKMS.

Pneumatický systém pri vyladení TKMS mimo prevádzky
Je zobrazený modrou farbou (obr. 2). Ide o pneumatický systém, ktorý je vytvorený z pneumatických pružných elementov (v tomto prípade pneumatických vlnovkových pružín) a ich vzájomných prepojení. Takto je vytvorený kompresný priestor pneumatickej spojky. Vhodná hodnota tlaku plynného média v kompresnom priestore spojky sa nastavuje mimo prevádzky TKMS a nie je možnosť nastaviť ju počas prevádzky TKMS.

Pneumatický systém pri plynulom ladení TKMS počas prevádzky
Je schematicky zobrazený modrou a červenou farbou (obr. 2). Hodnota tlaku plynného média v pneumatickom ladiči je regulovaná počas prevádzky TKMS, v prípade schémy na obr. 2 pomocou nami vyvinutých elektronických regulačných systémov plynulého ladenia TKMS. Ovládanie napúšťania a vypúšťania kompresného priestoru pneumatického ladiča je realizované elektromagnetickými ventilmi (EMV), aktuálna hodnota tlaku plynného média v pneumatickom ladiči je snímaná pomocou snímača tlaku (ST). Plynné médium je privádzané zo stacionárnej časti pneumatického systému do rotujúceho pneumatického ladiča prostredníctvom rotačného prívodu (RP) [1].

Konštrukcia pneumatických systémov
V súčasnej dobe sa v praxi na rýchle a jednoduché vzájomné spájanie jednotlivých súčastí pneumatických systémov (napr. ventilov, rozvádzačov, pohonov, snímačov, tlakových nádob, náradia, atď.) často používajú najmä [10]:
• Kovové pneumatické rýchlospojky (obr. 3a), pokiaľ je potrebné zabezpečiť rýchlo a opakovane rozoberateľné spojenia. Nevýhodou daných spojok je ich vyššia cena a hmotnosť,
• Push-to-connect (PTC) spojenia, tvorené fitingmi a hadicami (obr. 3b,c). Telo fitingov sa vyrába kovové (napr. mosadz, nehrdzavejúca oceľ) alebo z plastu, hadice sa vyrábajú z polyamidu (PA), polyuretánu (PU), polyetylénu (PE) a pod. PTC spojenia majú nižšiu hmotnosť ako spojenia rýchlospojkami, najmä ak je telo fitingov vyrobené z plastu. Ich aplikácia na pohybujúce sa časti strojov je preto výhodnejšia. PTC spojenia majú takisto veľmi dobré prietokové vlastnosti a za určitých okolností predstavujú veľmi odolný, tesný a spoľahlivý spôsob spojenia. PTC spojenie je takisto možné ľahko rozobrať, ale na opätovnú montáž sa odporúča odrezať použitý koniec hadice, aby následná opätovná demontáž bola rovnako jednoduchá.

a)
b)	c)
Obr. 3: a) Pneumatická rýchlospojka (vľavo) a vsuvka (vpravo), b) PTC fiting a hadica, c) Rez PTC spojením [10]

Práve nesprávne použitie spojovacích pneumatických prvkov je veľmi častým zdrojom porúch, ktoré sa prejavujú netesnosťami a únikom plynného média z daného pneumatického systému. Z tohto dôvodu im bude venovaná väčšia pozornosť v nasledujúcej kapitole.

Príčiny porúch vybraných pneumatických prvkov
Spojenia a hadice
Podľa našich skúseností je väčšia pravdepodobnosť vzniku netesností v PTC spojeniach (obr. 3b, c; obr. 4), ako pri použití systému rýchlospojok (obr. 3a), často len kvôli nedodržaniu zásad montáže. Pre zaručenie optimálnych tesniacich vlastností PTC spojenia je potrebné dodržať kruhovitosť prierezu odrezanej hadice a rez viesť kolmo na os hadice.
Značne deformovaný koniec hadice (obr. 4a) alebo šikmo zrezaná hadica (obr. 4b) navyše môže poškodiť NBR tesnenie vo vnútri fitingu (obr. 3c) pri montáži spojenia. V prípade hadice poškodenej nadmerným ohybom (obr. 4c) dochádza k trvalej deformácii a zmenšeniu jej vnútorného prierezu, čo spôsobí škrtenie prietoku plynného média hadicou. Obzvlášť hadice z vyššie uvedených materiálov (PA, PU, PE) sú náchylné na takéto trvalé poškodenie. Nedostatočný polomer ohybu hadice v mieste spojenia (obr. 4d) môže byť spôsobený napríklad inštaláciou krátkej hadice alebo nevymedzením krajných polôh pohyblivých častí pneumatického systému. Dôsledkom je nepriaznivé namáhanie celého PTC spojenia, teda vnútorných častí fitingu (obr. 3c), takisto fitingu na ohyb. Nadmerná deformácia hadice spôsobí stratu tesnosti spojenia. Nadmerné zaťaženie môže spôsobiť až vytrhnutie hadice (zničenie spojenia), prípadne ulomenie fitingu v mieste závitovej časti (pri malých dimenziách pripojovacích závitov, napr. M5 a pod.)

Obr. 4: Príklady nesprávneho použitia PTC spojení a hadíc: a) deformovaný koniec hadice, b) šikmo zrezaný koniec hadice, c) hadica poškodená nadmerným ohybom, d) nedostatočný polomer ohybu hadice v mieste spojenia

Rozvod plynného média
Vychádzajúc z našich skúseností, je veľmi výhodné upevniť všetky pneumatické prvky, ktoré je možné upevniť, s cieľom zvýšiť spoľahlivosť a životnosť pneumatického systému, predovšetkým fitingov a hadíc. Tým je možné zabrániť najmä poškodeniam vzniknutým únavou materiálu a opotrebením.
Napríklad v našej špecifickej aplikácii dochádza k skrúcaniu pneumatickej pružnej spojky pri prenose dynamického záťažového krútiaceho momentu, pričom dochádza k vzájomnému natáčaniu hnacej a poháňanej príruby spojky.
Ak sa na vytvorenie kompresného priestoru spojky použije usporiadanie rozvodu plynného média podľa obr. 5a alebo podľa obr. 5b vľavo, dochádza vplyvom pohybu prírub k deformáciám hadíc. Sily vznikajúce pri deformácii hadíc takto zachytávajú fitingy.
Preto je vhodnejšie riešenie usporiadania rozvodu plynného média, v ktorom nedochádza k deformácii prepájacích hadíc pre pneumatickú tangenciálnu spojku so štyrmi pneumatickými pružnými elementmi – PPE (obr. 2).
Vhodnejšie riešenie rozvodu pre pneumatickú tangenciálnu spojku s 3 PPE je znázornené na obr. 5b vpravo (napájanie všetkých PPE je realizované z jednej príruby spojky). Ak je nutné prepojiť hadicou pevnú a pohybujúcu sa časť pneumatického systému, je výhodnejšie použiť hadicu tvarovanú do špirály, ktorá je poddajnejšia.

Obr. 5: Usporiadanie rozvodu plynného média v pneumatických spojkách: a) pneumatická tangenciálna spojka so 4 pneumatickými pružnými elementmi (PPE) – menej vhodné riešenie, b) vľavo: pneumatická tangenciálna spojka s 3 PPE – menej vhodné riešenie, vpravo: pneumatická tangenciálna spojka s 3 PPE – vhodnejšie riešenie

Rotačný prívod plynného média
V zmysle vyššie uvedeného pravidla a montážneho návodu výrobcu rotačný prívod plynného média (obr. 6, obr. 2) je potrebné pri inštalácii zafixovať (obr. 6b). Zabráni sa tým nepriaznivému radiálnemu zaťaženiu rotačného prívodu, ako aj zaťaženiu pripojeného rozvodu plynného média. Počas prevádzky sa niektoré druhy rotačných prívodov môžu zahrievať na vysoké teploty (vplyvom trenia tesnení), čo je potrebné zohľadniť pri výbere materiálu tesnení pneumatických fitingov. Využitie spojenia rýchlospojkami (obr. 3a) ako rotačného prívodu je veľmi nevhodné, napriek tomu, že rýchlospojky umožňujú vzájomné natáčanie spájaných častí.

Obr. 6: Inštalácia rotačného prívodu: a) nesprávna, b) správna

Záver
Okrem vyššie uvedených odporúčaní, mnohým poruchám prvkov pneumatického systému je možné výhodne zabrániť inštaláciou krytov tam, kde je to možné. Vhodný kryt ochráni najmä prvky systému najviac náchylné na poškodenie, napríklad plastové hadice, pred:
• mechanickým poškodením (prerazenie, preseknutie, vytrhnutie a pod.),
• biologickým poškodením (hlodavcami a pod.).
• tepelným poškodením a žiarením.
Materiál jednotlivých prvkov pneumatického systému je, samozrejme, potrebné voliť s ohľadom na pracovné médium v systéme, jeho teplotu, tlak a chemickú agresivitu.
Rovnako dôležité je vykonávanie pravidelnej údržby systému, ktorá odhalí drobné poškodenia a chyby, čím zabráni vzniku vážnejších porúch.

TEXT/FOTO Matej URBANSKÝ, Robert GREGA, Peter KAŠŠAY, Katedra konštrukčného a dopravného inžinierstva Strojníckej fakulty Technickej univerzity, Košice

Príspevok bol vypracovaný v rámci riešenia grantových projektov:
APVV-16-0259 „Výskum a vývoj technológie spaľovania na báze riadeného samovznietenia homogénnej palivovej zmesi pomocou kompresie pre redukciu emisií oxidov dusíka motorových vozidiel“ a VEGA 1/0473/17 „Výskum a vývoj technológie samovznietenia homogénnej palivovej zmesi pomocou kompresie pre zvýšenie účinnosti motora a redukciu emisií vozidla“.
KEGA 041TUKE-4/2017 „Implementácia nových technológií zameraných na riešenie problematiky emisií vozidiel a ich transformácia do edukačného procesu pre zvýšenie kvality vzdelávania“.

POUŽITÁ LITERATÚRA
[1] ČOPAN, P. 2014. Aplikácia nového spôsobu ladenia torzne kmitajúcich mechanických sústav. Dizertačná práca, TU Košice, 139 s.
[2] GREGA, R. 2014. Examination of applicated pneumatic flexible coupling and its effect on magnitude of vibrations in drive of belt conveyer. In: Scientific Journal of Silesian University of Technology. Series Transport, č. 85 (2014), s. 21 - 25. ISSN 0209-3324.
[3] KAŠŠAY, P. 2012. Effect of pneumatic flexible shaft coupling on the size of torsional vibration. In: Inżynier 21. wieku: 2 Międzynarodowa Konferencja Studentów oraz Mło-dych Naukowców. Bielsko-Biała: Wydawnictwo naukowe Akademii techniczno-humanistycznej, s .99 - 104.
[4] HOMIŠIN, J. 2014. Układ mechaniczny strojony w sposób płynny: Patent PL 216901 B1.
[5] HOMIŠIN, J. 2002. Nové typy pružných hriadeľových spojok: Vývoj-Výskum-Aplikácia, Košice: Vienala, 123 s.
[6] HOMIŠIN, J. 1992. Mechanická sústava vhodná pre realizáciu jej plynulého ladenia. Patent č. 276926. Praha: FÚV.
[7] HOMIŠIN, J., KAŠŠAY, P. 2014. Experimental verification of the possibility using pneumatic flexible shaft couplings for the extremal control of torsional oscillating me-chanical system. In: Diagnostyka, roč. 15, č. 2 (2014). ISSN 1641-6414.
[8] HOMIŠIN, J., URBANSKÝ, M. 2015. Partial results of extremal control of mobile me-chanical system. In: Diagnostyka, roč. 16, č. 1 (2015). ISSN 1641-6414.
[9] MALÁKOVÁ, S. 2017. Analysis of gear wheel body influence on gearing stiffness. In: Acta Mechanica Slovaca, roč. 21, č. 3, s. 34-39. ISSN 1335-2393.
[10] SCULLY, L. Make pneumatic connections air tight. Prístup: 13.05.2019. Dostupné na: http://www.hydraulicspneumatics.com/fittings-couplings/make-pneumatic-connections-air-tight/
[11] URBANSKÝ, M., HOMIŠIN, J. 2016. Presentation of torsional vibration control on mobile mechanical system. In: Inżynier 21. wieku: 6. Międzynarodowa Konferencja Studentów oraz Młodych Naukowców. Bielsko-Biała: Wydawnictwo naukowe ATH, s. 851-856. ISBN 978-83-65182-51-7.
[12] VOJTKOVÁ, J. 2017. Determining and verifying the geometric characteristics of heli-cal grooves in the worm in planetary toroidal drives in a more effective way. In: Scien-tific Journal of Silesian University of Technology: Series Transport, č. 96, s.197-204. ISSN 0209-3324.