Issuu

VÝROBNÍ ZAŘÍZENÍ pro UO Truhlář

Ing. KAREL JANÁK, CSc. – doc. Ing. Dr. PAVEL KRÁL doc. Ing. MIROSLAV ROUSEK, CSc.

VÝROBNÍ ZAŘÍZENÍ pro UO Truhlář

PRAHA 2007

Učebnice seznámí studenty se základy strojnictví a se stroji a nástroji, které se využívají při zpracování dřeva, jako jsou některé mechanismy, dopravní stroje a zařízení, sušárny dřeva, zařízení pro výrobu nábytku a stavebně truhlářskou výrobu a mechanizované a částečně automatizované výrobní linky. Zvláštní kapitola je věnována často používaným ručním elektrickým strojkům.

Autorský kolektiv: Ing. Karel Janák, CSc. (kap. 5) doc. Ing. Dr. Pavel Král (kap. 6, kromě odst. 6.3.1 a 6.3.2, kap. 7, 8) doc. Ing. Miroslav Rousek, CSc. (kap. 1 až 4, odst. 6.3.1 a 6.3.2)

Lektorovali: doc. Ing. František Friess, CSc. Ing. Jana Hradcová

ISBN 978-80-7333-057-6

Obsah

ÚVODEM .........................................................................................

ZÁKLADY STROJNICTVÍ ...........................................................

2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4

Spoje .................................................................................................. Šroubové spoje .................................................................................. Spoje kolíky a čepy ........................................................................... Spoje hřídele s nábojem .................................................................... Svarové, pájené a lepené spoje .......................................................... Nýtové spoje ...................................................................................... Pružné spoje ...................................................................................... Součásti pro přenos pohybu .............................................................. Hřídele ............................................................................................... Ložiska .............................................................................................. Kluzná a valivá vedení ...................................................................... Spojky ................................................................................................ Převody .............................................................................................. Třecí převody .................................................................................... Řemenové převody ............................................................................ Řetězové převody .............................................................................. Převody ozubenými koly ...................................................................

12 13 15 16 17 18 19 20 21 22 24 25 29 30 31 32 34

MECHANISMY ..............................................................................

3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.3 3.3.1 3.3.2

Kinematické mechanismy ................................................................. Tekutinové mechanismy (převody) ................................................... Podstata a rozdělení tekutinových mechanismů ................................ Hydrostatické obvody ........................................................................ Prvky hydrostatických mechanismů .................................................. Hydrostatické mechanismy ............................................................... Pneumatické mechanismy ................................................................. Elektrické motory .............................................................................. Asynchronní indukční stroje ............................................................. Synchronní stroje ...............................................................................

40 48 48 51 55 69 70 77 77 80

3.3.3 3.3.4 3.4

Stejnosměrné stroje ........................................................................... Speciální elektrické stroje a pohony .................................................. Bezpečnost a hygiena při práci s elektrickými stroji .........................

81 81 82

DOPRAVNÍ STROJE A ZAŘÍZENÍ .............................................

4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.4 4.4.1 4.4.2

Rozdělení strojů a zařízení pro manipulaci ....................................... 86 Kolejová doprava .............................................................................. 87 Části kolejových drah ........................................................................ 87 Tažné prostředky ............................................................................... 88 Vozíky a posuvny pro kolejovou dopravu ......................................... 88 Bezkolejová doprava ......................................................................... 90 Bezmotorové dopravní vozíky .......................................................... 90 Motorové dopravní vozíky ................................................................ 92 Paletizace a kontejnerizace ................................................................ 94 Sklady ................................................................................................ 96 Mezistrojové a mezioperační dopravníky ......................................... 99 Dopravníky ........................................................................................ 99 Manipulační zařízení ......................................................................... 107

SUŠÁRNY DŘEVA ..........................................................................

5.1 5.2 5.3 5.3.1 5.4 5.5 5.5.1 5.5.2 5.5.3 5.5.4

Činitelé ovlivňující průběh sušení ..................................................... 113 Způsoby sušení .................................................................................. 114 Druhy sušáren .................................................................................... 114 Teplovzdušné sušárny ........................................................................ 115 Konstrukce komorových sušáren ...................................................... 117 Vybavení komorových sušáren .......................................................... 119 Oběh vzduchu .................................................................................... 119 Vytápění ............................................................................................. 120 Vlhčení .............................................................................................. 121 Výměna vzduchu ............................................................................... 121

VÝROBNÍ ZAŘÍZENÍ PRO VÝROBU NÁBYTKU A STAVEBNĚ TRUHLÁŘSKOU VÝROBU ................................ 123

6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5 6.1.6

Dřevoobráběcí stroje ......................................................................... Pily ..................................................................................................... Frézky ................................................................................................ Soustruhy ........................................................................................... Okružovačky ..................................................................................... Vrtačky .............................................................................................. Brusky ...............................................................................................

113

123 123 133 147 149 151 155

6.1.7 6.1.8 6.2 6.2.1 6.2.2 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4 6.3.5 6.3.6 6.4 6.4.1 6.4.2 6.4.3 6.4.4

Sdružené stroje .................................................................................. CNC obráběcí stroje .......................................................................... Stroje na výrobu sesazenek ............................................................... Stroje na úpravu hran dýh ................................................................. Sesazovačky dýh ............................................................................... Stroje na tvarování dřeva, spojovací a montážní stroje ..................... Tvářecí stroje – lisy ........................................................................... Hydraulické lisy ................................................................................ Nanášečky lepidel .............................................................................. Olepovačky boků nábytkových dílců ................................................ Sbíjecí a vázací stroje ........................................................................ Montážní přípravky ........................................................................... Zařízení pro povrchovou úpravu dřeva ............................................. Stříkací zařízení s příslušenstvím ...................................................... Nanášečky nátěrových hmot ............................................................. Zařízení na vytvrzování nátěrových hmot ......................................... Leštičky .............................................................................................

RUČNÍ ELEKTRICKÉ STROJKY .............................................. 197

7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7

Ruční kotoučové pily ......................................................................... Ruční přímočaré pily (kmitavé) ........................................................ Ruční elektrické hoblíky ................................................................... Ruční horní svislé frézky ................................................................... Lamelovací frézky ............................................................................. Ruční elektrické vrtačky .................................................................... Ruční elektrické brusky .....................................................................

MECHANIZOVANÉ A ČÁSTEČNĚ AUTOMATIZOVANÉ VÝROBNÍ LINKY .......................................................................... 208

8.1 8.2 8.3 8.3.1 8.3.2

Struktura výrobních linek .................................................................. Dopravní a manipulační prostředky výrobních linek ........................ Druhy výrobních linek ....................................................................... Částečně automatizované linky a uzly strojního obrábění dřeva ...... Částečně automatizované linky dělení velkoplošných konstrukčních materiálů .................................................................... Linky konstrukčního obrábění plošných dílců .................................. Částečně automatizované linky broušení .......................................... Částečně automatizované linky dělení a broušení velkoplošných konstrukčních materiálů ............................................

8.3.3 8.3.4 8.3.5

162 165 169 169 170 173 173 174 178 180 180 181 186 187 189 193 195

198 200 201 202 204 205 206

208 211 211 211 212 214 218 219

LITERATURA ................................................................................. 221

Úvodem

Význam výrobních strojů a zařízení Pracovní prostředky (stroje, výrobní zařízení a další) jsou důležitou složkou zvyšování produktivity práce, schopnosti konkurence výrobců na trhu a vůbec celkového růstu úrovně oboru a určují způsob práce každého výrobního oboru. V současných podmínkách vývoje oboru stavebně truhlářské výroby a výroby nábytku má značný význam dokonalá znalost používaných strojů a zařízení, která je základem pro zvládnutí znalostí technologie výroby a možností jejich dokonalého využívání ve výrobním procesu.

Základní rozdělení strojů a zařízení používaných při zpracování dřeva Stroje a zařízení používané při zpracování dřeva jsou všechny stroje, zařízení, přípravky, nářadí, ale také energetické stroje a pohony používané při zpracování dřeva a výrobků ze dřeva. Rozeznávají se výrobní zařízení na přímé zpracování dřeva (stroje na dělení, lisování, sušárny), na zpravování dalších materiálů (nanášečky lepidla, ostřičky nástrojů) a na všeobecné použití (dopravní a manipulační zařízení, energetické stroje). Pro dřevařskou praxi je nutné respektovat rozdělení, které uvádí ČSN ISO 7984 – Technická klasiﬁkace strojů a zařízení na zpracování dřeva a pomocných zařízení na zpracování dřeva. Tato mezinárodní norma uvádí rozdělení dřevařských strojů podle účelu použití. Stroje na zpracování dřeva pro účely této normy jsou deﬁnovány jako stabilní nebo přenosné stroje určené ke zpracování dřeva, materiálů na bázi dřeva a dále kostí, korku, tvrdé pryže, ebonitu, plastických látek a jiných podobných materiálů. V názvosloví jsou zahrnuty i stroje na řezání a obrábění dřeva. Mezi pomocné stroje a zařízení se řadí mechanická manipulační zařízení, třídicí zařízení, zařízení na vrstvení, lepení, kondiciování dřeva a zařízení pro údržbu nástrojů. 9

V praxi se stále používá rozdělení strojů podle ČSN 49 6005, která rozlišuje následující skupiny strojů:

• stroje a zařízení na mechanické zpracování dřeva, • stroje a zařízení na chemické zpracování dřeva, • nářadí a přípravky, • nástroje, • dopravní a skladovací zařízení, • měřicí, zkušební a laboratorní zařízení, • automatizační prvky a systémy, • energetické stroje, pohony a převody. Hlavní směry vývoje v oblasti výrobních strojů a zařízení Technický rozvoj je zaměřen na zvyšování užitné hodnoty strojů a zařízení zejména zvyšováním parametrů při zabezpečení spolehlivosti a kvality. Zavádějí se stroje pro vysokorychlostní frézování a řezání dřeva a dřevěných materiálů, u kterých se řeší vliv opracování na kvalitu povrchu výrobků a bezpečnostní a hygienická problematika. Zlepšují se stroje pro mechanizaci ručních technologických, dopravních a manipulačních operací, největší vliv na zvyšování produktivity práce má zavádění poloautomatizace a automatizace.

Obsah předmětu a jeho mezipředmětové vazby Cílem výuky v předmětu je, aby se studenti učňovských oborů naučili základům konstrukce a funkce strojů a zařízení a jejich částí, seznámili se s jejich obsluhou a základy údržby. Uspořádání předmětu je sestaveno s ohledem na výuku materiálů a technologických postupů v předmětech Materiály, Technologie a Odborný výcvik. Předmět v úvodní části poskytuje studentům vědomosti o strojních součástech, kinematických, hydraulických a pneumatických mechanismech, elektrických strojích a dopravních a manipulačních zařízeních používaných v oboru. Poté si studenti osvojují poznatky o sušení materiálů a stavbě a uspořádání sušáren. Postupně se seznamují s principy konstrukce a funkce dřevoobráběcích strojů a zařízení a základními dřevoobráběcími nástroji. Učební látka zahrnuje výběr strojů, zařízení, nástrojů a přípravků. Studenti se seznamují s jejich správnou a bezpečnou obsluhou. Protože se 10

v dřevařském průmyslu zavádějí nové technické poznatky, věnuje se adekvátní pozornost základům automatizace výrobních procesů, včetně vybraných strojových uzlů a linek.

Základy strojnictví

2.1

SPOJE

Spoje a spojovací součásti spojují dvě nebo více součástí v jeden rozebíratelný nebo nerozebíratelný celek.

Tvarové spoje

Čepy a kolíky

Pery, drážkami a proﬁlovými hřídeli

Kombinované spoje

Šroubové, klínové a nýtové

Silové spoje

Tlakové

Svěrné

Pružnými kroužky

Spoje materiálovým stykem

Přídavný materiál stejného charakteru

Svařování

Obr. 1. Rozdělení spojů

Přídavný materiál různého charakteru

Pájení

Lepení

Tmelení

Zalití a zatavení

Podle principu spojení se rozlišují tři varianty:

• tvarový styk (drážkový hřídel), • silový styk (tlakové a svěrné spoje), • materiálový styk (svařování a lepení). Na obr. 1 je uvedeno podrobnější rozdělení spojů, ze kterého je vidět, že některé spoje působí při spojení kombinovaným způsobem.

2.1.1

Šroubové spoje

Šrouby. Jsou to nejrozšířenější strojní součásti, které se používají jako:

• spojovací šrouby pro rozebíratelné spoje, • napínače lan a táhel, • pohybové šrouby pro přeměnu točivého pohybu na posuvný (zvedák, vodicí šrouby),

• silové převody (vřetenový lis, zvedák), • šrouby zvláštního určení – uzavírací (zátky), stavěcí (seřizování vůle), měřicí (mikrometry).

šroub a matice

maticový šroub

zašroubovaný šroub s hlavou

šroub do dřeva závrtný šroub a matice

Obr. 2. Druhy šroubových spojů

Rozlišujeme čtyři základní druhy šroubových spojů (obr. 2):

• šroubem a maticí, • maticovým šroubem – nemá hlavu, uzavírá se maticemi, • zašroubovaným šroubem s hlavou – má šroub se šestihrannou hlavou nebo •

se zapuštěnou válcovou hlavou s vnitřním šestihranem, spoj je rozebíratelný, při demontáži se musí vyšroubovat, závrtným šroubem a maticí – při demontáži se vyšroubuje jen matice.

Existuje řada typů šroubů s různým typem dříků a hlav (šestihranná, válcová s vnitřním šestihranem, kuželová s drážkou, zápustná čočkovitá s křížovou drážkou, křídlatá, se závěsným okem), zátky s válcovým nebo kuželovým závitem, šrouby do dřeva a plechu, závitořezné šrouby. Šroub do dřeva (vrut), (viz obr. 2) musí mít ve dřevě předvrtaný otvor. Matice. Jsou obvykle šestihranné (normální a nízké), mohou mít úpravu pro pojištění závlačkou, dalšími typy jsou rýhované nebo se zářezem, s otvory, se zářezy na obvodě a křídlaté matice. Podložky. Používají se pro pojištění spoje proti uvolnění. Mohou být hladké, pružné, pojistné vějířovité, s nosem, s jazýčkem, MB a závlačky. Pro pojištění spoje se mohou použít i dvě matice, popř. přivaření, připájení a zakápnutí lakem.

α α1 α 2

πd2

p d2 d

Obr. 3. Závit spojovacího šroubu d – jmenovitý průměr závitu, d2 – střední průměr závitu, d3 – průměr průřezu jádvra šroubu, m – výška matice, p – stoupání závitu, α – vrcholový úhel závitu, α1, α2 – úhly boků závitu, γ – úhel stoupání šroubovice

Funkce závitu. Princip funkce závitu jako základní funkční části šroubu plyne z jeho uspořádání (obr. 3). Závitový proﬁl tvaru trojúhelníku, lichoběžníku, čtverce apod. je navinut na šroubovici se stoupáním p kolem válcového jádra o průměru d3. Obvykle se používá metrický závit, který má proﬁl vytvořený rovnostranným trojúhelníkem se zkoseným vrcholem a zaobleným dnem. Závit bývá většinou navinut jako pravý závit, levý závit se používá ve zvláštních případech. Rozeznávají se závity s hrubou roztečí (základní řada) a jemnou roztečí (na zátkách, tenkostěnných trubkách a stavěcích šroubech). Pro trubky plynovodů a vodovodů se používá trubkový závit, a to buď válcový, nebo kuželový, jehož rozměry se uvádějí v palcích. V anglicky mluvících zemích se dosud používá Whitworthův závit, který má vrcholový úhel závitu 60° a rozměry uváděné v palcích.

2.1.2

Spoje kolíky a čepy

Kolíkové spoje. Představují nejjednodušší způsob spojení tvarovým stykem. Kolík je ve spojovaných součástech usazen s předpětím, které je dáno přesahem kolíku vůči díře nebo kuželovitostí kolíku. Kolíky se dělí na válcové, kuželové, pružné, rýhované a hřeby. Jde o spojení rozebíratelné, i když časté demontáže snižují spolehlivost spoje. Kolíky se používají ve funkci spojovací a upevňovací (příčné nebo podélné), jak ukazuje obr. 4, pro vymezení vzájemné polohy součástí nebo jako střižné pro pojištění rotujících součástí (u pojistné spojky). Čepové spoje. Jsou realizovány pomocí čepů, což jsou tlustší válcové kolíky, které jsou obvykle uloženy v součástech s vůlí (kloubové spoje táhel a vidlic). Rozeznávají se čepy hladké a čepy s hlavou různých tvarů, opatřené dírami pro závlačky nebo bez děr, mohou mít i závitový konec. Pro snížení hmotnosti se používají duté čepy. Na obr. 5 jsou uvedeny příklady čepových spojů a jejich pojištění.

Obr. 4. Použití kolíků

funkce spojovací

funkce upevňovací

kroužek

závlačka

spoj pojištěný závlačkou

pojistný kroužek (Seegerova pojistka)

spoj se Seegerovou pojistkou

Obr. 5. Čepové spoje

2.1.3

Spoje hřídele s nábojem

Spoje tohoto typu slouží k provedení rozebíratelných a nerozebíratelných spojení hřídele a náboje kol a k ustavení jejich vzájemné polohy. Spojení musí přenášet kroutící moment, tedy obvodovou sílu a osovou sílu, a zachycuje radiální sílu a ohybový moment. Na obr. 6 jsou uvedeny nejpoužívanější spoje tvarovým a silovým stykem. Mezi spoje s tvarovým stykem patří příčný kolík, těsné pero, výměnné pero, kotoučové pero a rovnoboký drážkový proﬁl. Časté je také použití klínu, klínu s nosem a předepjatého spoje. Mezi spoje se silovým stykem patří svěrný spoj šroubem s rozříznutým nábojem, svěrný spoj šroubem s děleným nábojem, svěrný spoj s kuželem, které jsou rovněž uvedeny na obrázku, používají se i rozpěrné a tlakové spoje. 16

příčný kolík

výměnné pero

těsné pero

kotoučové pero

rovnoboký drážkový proﬁl

120°

klín s nosem

klín

předpjatý spoj

spoje s tvarovým stykem

F F

svěrný spoj šroubem s rozříznutým nábojem

svěrný spoj šroubem s děleným nábojem

svěrný spoj s kuželem

spoje se silovým stykem

Obr. 6. Spoje hřídele s nábojem

2.1.4

Svarové, pájené a lepené spoje

Svařování. Má největší význam ze spojů s materiálovým stykem. Slouží ke spojování kovových, převážně ocelových součástí, ale i plastů. Celek vzniká působením tepla nebo tlaku zpravidla s použitím přídavného materiálu podobného složení a mechanických vlastností, jaké mají spojované součásti. Svařují se plechy, desky, tyče, málokdy odlitky. Nevýhodou je podmíněnost svařování svařitelností materiálů, která klesá s rostoucím obsahem uhlíku v oceli. K výhodám patří zejména velká produktivita, nezávislost na pracovním místě a možnost zkoušení a oprav svarů. Svarové spoje se dělí na tavné 17

2.1.5

a tlakové. Tavné svary se provádějí jako lemové, svary I, V, U, poloviční V, U nebo koutové (koutové, děrové, oblé). Tlakové svary jsou tupé (prováděné tlakem nebo odtavením) a přeplátované (bodové, výstupkové a švové). K tavnému svařování se používají elektrody, které slouží k vytvoření elektrického oblouku a jako přídavný materiál, tlakové svary vznikají pomocí kovových elektrod, které pomocí elektrického odporu roztaví a spojí tlakem materiál součástí bez použití přídavných materiálů. Na obr. 7 je uveden s příklad svaru V a koutového svaru. Pájení. Představuje nerozebíratelné spojení kovů s roztaveným přídavným kovem nižších mechanických vlastností než má základní materiál, slitinou nazývanou pájka. Podle složení slitiny existují tvrdé a měkké Obr. 7. Průřez tupých svarů pájky. Spojení nastává prolínáním (difúzí) s, s1 – tloušťka svařovaných pájky do spojovaných materiálů a vytvoředílů ním slitiny na styčných plochách. Vytváří se tak nosné nebo vodivé spoje a utěsňují spáry a trhliny, pájí se i břitové destičky na nástroje. Pevnost spojů je malá. Lepení. Používá se k provádění nerozebíratelných spojů s materiálovým stykem. Příčinou přilnutí dvou materiálů je adheze (přilnavost), tekuté lepidlo proniká do pórů a nerovností povrchu. Druhým působícím faktorem je koheze (soudržnost), jedná se o vznik přitažlivých sil mezi molekulami lepidla. Lepení se uplatňuje převážně při renovaci strojních součástí, břitových destiček na nástroje, bronzových výstelek ložisek, ale i na mosty a jeřáby. Lepidlo má dobré izolační vlastnosti, nevzniká anodická koroze, spoje jsou plynotěsné, ale mají malou odolnost proti vysokým teplotám. Spoje se konstrukčně provádějí jako lemové, podložené, zkosené nebo pomocí drážek, trubky se lepí pomocí převlečné spojky.

Nýtové spoje

Tyto spoje vznikají deformací konců nýtů vložených do průchozích děr spojovaných součástí (nepřímé nýtování), nebo deformací konce jedné součásti vložené do díry v druhé součásti (přímé nýtování). Při nýtování 18

nedochází k deformacím součástí nahromaděním pnutí od tepla jako u svařování. Nevýhodou je hluk při nýtování a není zaručena přesná poloha součástí. Nýtují se např. brzdné vrstvy z osinku na bubny brzdových kotoučů. Spojení je v současné době nahrazováno svařováním. Z hlediska konstrukce se rozeznávají nýty s půlkulovou nebo kuželovou hlavou, kotlové nýty, přesné nýty, trubkové nýty a pro spojování kůže dvoudílné nýty. Speciálními typy jsou nýty s trnem pro stavbu karosérií a výbušné nýty. Nýty jsou podle přenášených sil umísťovány s deﬁnovanou roztečí (obvykle 4d) v jedné nebo více řadách. Na obr. 8 je znázorněn nýt s půlkulovou hlavou pro různou polohu plechů.

2.1.6

Pružné spoje

přesazené plechy

s jednou stykovou deskou

se dvěma stykovými deskami

Pružiny. Jsou to strojní součásti vložené Obr. 8. Nýtování podle vzájemné mezi jiné součásti k dosažení pružného polohy plechů spoje. Mají však i další využití, shromažďují (akumulují) v sobě energii, zachycují a tlumí rázy, zajišťují vratné pohyby (u vaček) a udržují rovnováhu sil. Pružiny se dělí do tří skupin na kovové, pryžové a pneumatické. Kovové pružiny se vyskytují nejčastěji jako pružiny:

• namáhané ohybem (listové pružiny a pružnice, šroubovité pružiny zkrutné, spirálové pružiny),

• namáhané krutem (tlačné a tažné šroubovité pružiny válcové, šroubovité pružiny kuželové, zkrutné tyče),

• namáhané kombinovaně (talířové a kroužkové pružiny). Příklady některých pružin jsou uvedeny na obr. 9. Zásadním pojmem u pružin je pojem charakteristika pružiny, která udává závislost její deformace na zatížení. Pryžové pružiny (nárazníky) namáhané tlakem mají válcový tvar, pro namáhání smykem je určena hranolová nebo pouzdrová pružina, pro namáhání krutem jsou určeny kotoučové nebo pouzdrové pružiny. 19