Rozwój zaplecza badawczego Instytutu Techniki Górniczej KOMAG

Transkrypt

1 Dr in. Antoni Kozieł Dr in. Beata Grynkiewicz-Bylina Dr in. Włodzimierz Madejczyk Mgr in. Łukasz Orzech Instytut Techniki Górniczej KOMAG Rozwój zaplecza badawczego Instytutu Techniki Górniczej KOMAG S t r e s z c z e n i e W artykule przedstawiono histori rozwoju zaplecza badawczego Instytutu Techniki Górniczej KOMAG w Gliwicach, słucego badaniu maszyn i urzdze dla górnictwa. Omówiono etapy tworzenia bazy badawczej oraz aktualny zakres i moliwoci prowadzenia bada w akredytowanych laboratoriach. Zaprezentowano przykłady prowadzonych bada celem doskonalenia cech funkcjonalnych i bezpieczestwa uytkowania wyrobów. S u m m a r y The history of development of testing facility at the KOMAG Institute of Mining Technology in Gliwice, used for testing the machines and equipment for the mining industry, is presented. Stages of creation of research database as well as present scope and possibilities of tests in accredited laboratories are discussed. The examples of tests aiming at improvement of functional features and safety of use of the products are given. 1. Wprowadzenie Jubileusz 30-lecia wydawania kwartalnika naukowotechnicznego Maszyny Górnicze skłania do dokonania oceny postpu rozwoju maszyn i urzdze dla górnictwa, w tym tworzenia i cigłego doskonalenia zaplecza badawczego, na które składa si infrastruktura, stanowiska badawcze, aparatura pomiarowa, metody i procedury oraz uprawnienia wynikajce z wdroenia systemu zarzdzania w laboratoriach. Badanie maszyn i urzdze jest jednym z najbardziej istotnych etapów w cyklu ich ycia. Trudno wyobrazi sobie opracowanie nowej technologii, maszyny lub urzdzenia bez prowadzenia prac badawczych. Posiadanie specjalistycznego zaplecza badawczego, z unikatowymi stanowiskami i aparatur pomiarow, jest zatem niezwykle wane w procesie opracowywania innowacyjnych rozwiza. Moliwo potwierdzenia załoe oraz sprawdzenia projektów/ dokumentacji technicznych i wykonanych prototypów w fazie bada daje pewno i przewag w kolejnych etapach wdraania produktów, zwłaszcza w skali przemysłowej. Dojcie do obecnego poziomu rozwoju zaplecza badawczego w KOMAG-u, to długa i skomplikowana droga. Pocztki wi si z Centralnym Biurem Projektowym w witochłowicach oraz z Zakładem Mechanizacji Górnictwa Głównego Instytutu Paliw Naturalnych w Katowicach, utworzonych w 1945 r. Stan mechanizacji górnictwa wgla kamiennego i zaplecza badawczego był wówczas bardzo skromny. W miar rozwoju polskiego górnictwa, rozwijał si równie przemysł maszyn górniczych. Opracowywano dokumentacje techniczne pierwszych polskich maszyn i urzdze do urabiania i odstawy wgla, urzdzenia wycigowe, transportowe i maszyny do przeróbki wgla. W Biurze powstała pierwsza hala bada prototypów, w której rozpoczto prace dowiadczalne nad nowymi rozwizaniami. W miar rozwoju całego asortymentu maszyn górniczych Biuro Konstrukcji Maszyn Górniczych przeniesiono do Gliwic, które w nowej, samodzielnej formie, pod nazw Centralnego Biura Konstrukcji Maszyn Górniczych (CBKMG), prowadziło działalno do 1957 r. Z kolei Zakład Mechanizacji Górnictwa w Głównym Instytucie Paliw Naturalnych w Katowicach został przemianowany na Główny Instytut Górnictwa, stanowic zalek zaplecza badawczego. Opracowywano w nim m.in. metody badania maszyn górniczych. Techniczne zaplecze bazy badawczej było jednak cigle niewystarczajce. Brak było stanowisk badawczych i aparatury pomiarowej. Badania prowadzono głównie w przodkach kopalnianych. W 1951 roku z Głównego Instytutu Górnictwa wydzielono Zakład Mechanizacji Górnictwa, który rozpoczł cisł współprac z CBKMG. Prowadzono wspólne badania skonstruowanych maszyn i urzdze górniczych, w tym napdów i układów sterowania hydraulicznego oraz sprztu elektrycznego dla kopal. W 1957 roku, w wyniku połczenia Zakładu Mechanizacji Górnictwa i CBKMG, powstał Instytut Dowiadczalno-Konstrukcyjny Przemysłu Wglowego zlokalizowany w Gliwicach, który z kocem roku MASZYNY GÓRNICZE 2/

2 przemianowano w Zakłady Konstrukcyjno-Mechanizacyjne Przemysłu Wglowego (ZKMPW), gdzie rozpoczto intensywn rozbudow zaplecza badawczotechnicznego. Zbudowano hal badawcz z moliwoci usytuowania stacjonarnych stanowisk badawczych i rozwinito zaplecze pomiarowe. W latach szedziesitych XX wieku utworzono w ZKMPW Zakład Techniki Pomiarowej, w którym prowadzono badania oraz pomiary maszyn i urzdze w podziemiach kopal, jak równie na stanowiskach badawczych. Z pocztkiem 1975 roku z ZKMPW wydzielono działalno konstrukcyjn, badawcz, Zakład Budowy Maszyn Dowiadczalnych w Zabrzu, Kopalni Dowiadczaln M-300 oraz Zakład Doskonalenia Kadr, tworzc Centralny Orodek Projektowo-Konstrukcyjny Maszyn Górniczych COPKMG KOMAG w Gliwicach. W 1979 r., COPKMG KOMAG zmienił nazw na Centrum Mechanizacji Górnictwa KOMAG. Działalno badawczo-pomiarow w strukturze KOMAG-u prowadził cigle Zakład Techniki Pomiarowej, który przemianowano nastpnie w Zakład Bada Obudów i Techniki Pomiarowej. W 1980 roku rozpoczto w KOMAG-u budow kolejnej hali badawczej (D), w której w 1985 roku zlokalizowano dwa nowoczesne stanowiska badawcze do bada sekcji obudowy zmechanizowanej. Oddanie do eksploatacji tych unikalnych w skali wiatowej stanowisk badawczych zmieniło profil działalnoci Zakładu Bada Obudów i Techniki Pomiarowej. Stopniowo ograniczano badania i pomiary przemysłowe, na rzecz bada sekcji obudowy zmechanizowanej. W 1990 roku nastpiła kolejna zmiana nazwy zakładu - na Zakład Bada Atestacyjnych, który kontynuował rozbudow zaplecza badawczego, czego efektem było oddanie do uytku w 1992 roku kolejnych trzech stanowisk - do bada stojaków, elementów maszyn i urzdze górniczych oraz zaworów hydraulicznych. W 1994 roku z uwagi na konieczno oddzielenia bada od procesów oceny zgodnoci, z Zakładu Bada Atestacyjnych wydzielono Laboratorium Bada. W 2001 roku z zakresu działania Laboratorium Bada wydzielono cz dotyczc bada i pomiarów wspomagajcych prowadzenie prac naukowych, rozwojowych i przemysłowych i utworzono Laboratorium Bada Stosowanych. W 2006 roku z Laboratorium Bada wyodrbniono kolejn cz, dotyczc bada fizykochemicznych wyrobów hutniczych i utworzono Laboratorium Inynierii Materiałowej i rodowiska, gdzie kontynuowano prace badawcze z zakresu inynierii materiałowej. Laboratorium to, w wyniku rozbudowy istniejcego zaplecza badawczego, ukierunkowało swoj działalno na badania bezpieczestwa uytkowania wyrobów, zgodnie z Dyrektyw zabawkow (obecnie 2009/48/WE). Rozbudowywana w okresie kilkudziesiciu ostatnich lat baza badawcza, bdca w dyspozycji KOMAG-u, podlegała modyfikacji i zmianom w celu dostosowania do potrzeb zwizanych z cigłym rozwojem maszyn i urzdze górniczych. Oprócz stanowisk o charakterze trwałym, z których cz wykorzystywana jest po modernizacjach równie obecnie, tworzono stanowiska majce charakter przejciowy, które po wykonaniu niezbdnego zakresu bada demontowano. Były to stanowiska do bada m.in.: układów zraszajcych, napdów i układów sterowania maszyn wycigowych, sprzgieł hydrokinetycznych, napdów spalinowych i innych. Stanowiska wyposaano w układy symulacji obcie statycznych i dynamicznych, układy nadzoru i systemy pomiarowe umoliwiajce identyfikacj oraz rejestracj wielkoci mechanicznych i elektrycznych. Obecny stan bazy badawczej KOMAG-u i kierunki prac badawczych w wietle potrzeby cigłego doskonalenia cech funkcjonalnych maszyn i urzdze dla górnictwa opisano w niniejszym artykule. 2. Charakterystyka zaplecza badawczego Laboratorium Bada ITG KOMAG Laboratorium Bada powstało w 1994 roku, a ju w 1995 roku jako jedno z pierwszych w Polsce, potwierdziło swoje kompetencje uzyskujc akredytacj wówczas udzielon przez PCBC (obecnie Polskie Centrum Akredytacji) o numerze AB 039. Jak ju wspomniano, unikatowe, stacjonarne stanowiska Laboratorium Bada powstały w okresie od 1985 do 1992 roku. Ich podstawowe parametry i moliwoci prowadzenia bada s nastpujce: Stanowisko do bada wytrzymałoci sekcji obudowy zmechanizowanej (rys. 1) Stanowisko umoliwia obcianie sił do 16 MN w płaszczynie pionowej oraz do 4,5 MN w płaszczynie poziomej. Maksymalna odległo sztucznego stropu od spgu wynosi 4,8 m. Obcienie sekcji obudowy zmechanizowanej moe by wywołane aktywnie, poprzez strop stanowiska, lub biernie, poprzez zasilenie zespołów hydrauliki siłowej sekcji ciecz o wysokim cinieniu. W stanowisku prowadzone s badania wytrzymałoci statycznej oraz zmczeniowej sekcji obudowy zmechanizowanej oraz badania podpornoci drewnianych obudów kasztowych. 20 MASZYNY GÓRNICZE 2/2013

3 Rys.3. Stanowisko do bada wytrzymałociowych elementów maszyn i urzdze górniczych [10] Rys.1. Stanowisko do bada wytrzymałoci sekcji obudowy zmechanizowanej [10] Stanowisko do bada funkcjonalnoci sekcji obudowy zmechanizowanej (rys. 2.) Stanowisko umoliwia obcianie sił do 10 MN. Maksymalny kt obrotu stanowiska wynosi do 90 o, co pozwala na badanie statecznoci sekcji obudowy zmechanizowanej. Maksymalna odległo midzy spgiem, a stropem stanowiska wynosi 4 m. Powierzchnia stropu wynosi 5 x 7,2 m, co umoliwia jednoczesne wykonywanie bada parametrów kinematycznych zestawów trzech sekcji obudowy o podziałce 1,5 m. Stanowisko do bada stojaków (rys.4) Na stanowisku wyznaczane s charakterystyki podatnoci stojaków i siłowników oraz wytrzymało statyczna i zmczeniowa. Stanowisko umoliwia równie wywoływanie obcie dynamicznych za pomoc generatora, z uyciem materiałów wybuchowych. Ten sposób generowania obcie dynamicznych pozwala na uzyskanie duych prdkoci narastania obcienia i charakteryzuje si brakiem oddziaływania na rodowisko. Maksymalna warto obcienia jak mona uzyska wynosi 8 MN, a zakres długoci stojaków do 4,8 m. Rys.2. Stanowisko do bada funkcjonalnoci sekcji obudowy zmechanizowanej [10] Stanowisko do bada wytrzymałociowych elementów maszyn i urzdze górniczych (rys. 3) Na stanowisku prowadzone s badania statyczne i zmczeniowe zespołów i elementów obudowy, w tym hydrauliki siłowej tj.: stojaków, podpór i siłowników pomocniczych, które poddawane s obcieniom rozcigajcym, ciskajcym, zginajcym lub złoonym. Stanowisko posiada dwa poziomy badawcze, o odległoci 1,6 m midzy nimi. Maksymalne obcienie statyczne badanego obiektu wynosi 12 MN, a maksymalny rozstaw trawers 7,0 m. Rys.4. Stanowisko do bada stojaków [10] Stanowisko do bada zaworów (rys. 5) Stanowisko jest przeznaczone do bada zaworów ograniczajcych cinienie przy jego impulsowym wzrocie. MASZYNY GÓRNICZE 2/

4 Podstawowe dane techniczne stanowiska to: maksymalne obcienie kn, rozstaw midzy słupami mm, maksymalna wysoko stanowiska mm. W zalenoci od potrzeb, stanowisko po doposaeniu w trawers i siłownik wymuszajcy, słuy równie do badania siłowników hydraulicznych, przy obcieniach ciskajcych i rozcigajcych. Rys.5. Badania kształtownika stojaka ciernego w stanowisku do bada zaworów [10] wdroenie instalacji wysokoefektywnego systemu chłodzenia cieczy w instalacji zasilajcej układy hydrauliczne stanowisk badawczych (6), modernizacj stanowiska do bada wytrzymałoci sekcji obudów zmechanizowanych w zakresie wyposaenia mechanicznego, hydraulicznego oraz systemu sterowania, modernizacj stanowiska do bada elementów maszyn i urzdze górniczych. Wysokoefektywny system chłodzenia cieczy hydraulicznej pracujcy w układzie zasilajco-spływowym stanowisk badawczych składa si z agregatu wentylatorowego, modułu hydraulicznego i instalacji doprowadzenia medium oraz układu sterujcego. Praca układu chłodzenia odbywa si po stronie pierwotnej oraz wtórnej. Zaawansowany technicznie system sterowania prac chłodni polega na sekwencyjnym uruchamianiu wentylatorów, w zalenoci od zapotrzebowania na moc chłodzc. Zastosowanie dwóch pomp wodnych pracujcych przemiennie, znacznie wydłuyło ywotno układu, a sekwencyjna praca wentylatorów przyczyniła si do ograniczenia poboru energii elektrycznej zasilajcej silniki, jak równie ograniczenia poziomu generowanego hałasu. Majc na uwadze cigły rozwój oferty wiadczonych usług oraz podniesienie jakoci prowadzonych bada (dokumentowanie, monitoring, przesyłanie danych), Laboratorium Bada podejmuje stałe działania zwizane z unowoczenieniem bazy badawczej. Obecnie, w ramach dofinansowania ze rodków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyszego oraz funduszy Unii Europejskiej, realizowane s prace majce na celu doskonalenie istniejcych stanowisk badawczych oraz budowane s nowe stanowiska. Cało prac ukierunkowana jest na tworzenie e-laboratorium Rozbudowa i modernizacja bazy badawczej Wieloletnia eksploatacja stanowisk badawczych powoduje ich stopniowe zuycie, zwłaszcza gdy wydłua si czas zwizany z prowadzeniem bada zmechanizowanych sekcji obudowy zmechanizowanej (do 100 tys. cykli). Konieczna jest równie kontrola i rejestracja parametrów stanowisk i wymuszanych obcie. W tym celu podjto działania zmierzajce do rozbudowy i modernizacji bazy badawczej. Modernizacja stanowisk badawczych w latach W analizowanym okresie ze rodków Unii Europejskiej zrealizowano program modernizacji stanowisk badawczych, który obejmował: Rys.6. Elementy systemu chłodzenia cieczy [13]; a) szafa sterownicza, b) wymienniki (ciepła) c) chłodnia wentylatorowa 22 MASZYNY GÓRNICZE 2/2013

5 Wdroenie wysokoefektywnego systemu chłodzenia cieczy hydraulicznej, pracujcego w układzie zasilania i spływu, pozwoliło na jednoczesne zasilanie wszystkich stanowisk badawczych, eliminujc ich przestoje, wynikajce z ograniczonej wydajnoci dotychczasowego, wyeksploatowanego układu chłodzenia. Modernizacja stanowiska do bada wytrzymałoci sekcji obudów zmechanizowanych polegała na: eliminacji z układów rozdziału i sterowania ciecz robocz połcze wtykowych i wprowadzenie w ich miejsce połcze skrcanych, wdroeniu nowoczesnego układu sterowania (rys. 7). Rys.8. Widok pulpitu sterowniczego i ekranu głównego [13] Rozbudowa bazy badawczej w latach Rys.7. Ekran główny systemu sterowania stanowiska do bada wytrzymałoci sekcji obudowy zmechanizowanej [13] W tym okresie poszerzono moliwoci badawcze Laboratorium Bada poprzez zbudowanie specjalistycznego stanowiska do bada siatek okładzinowych, wykonanego na podstawie opracowanej w ITG KOMAG dokumentacji technicznej (rys. 9). Specjalistyczne oprogramowanie zainstalowane na komputerze klasy PC umoliwiło wizualizacj, sterowanie, tworzenie raportów z bada, jak równie generowanie alarmów o przekroczeniu wartoci zadanej danego parametru oraz archiwizacj danych. Modernizacja stanowiska do bada elementów maszyn i urzdze polegała na: instalacji układu sterowania stanowiska i automatyzacji procesu badawczego, (rys. 8), zastosowaniu zaworu proporcjonalnego, wymianie dotychczas stosowanych stojaków o rednicy 250 mm, na stojak o rednicy 400 mm. System umoliwił automatyczne prowadzenie prób trwałoci i podatnoci, z dokładn regulacj prdkoci obciania badanego stojaka oraz ustalania cinienia. Moliwe jest równie pozycjonowanie i ryglowanie trawers stanowiska oraz przełczanie multiplikatorów, bez generowania skoków cinienia. Zintegrowany system sterowania umoliwia archiwizacj dokumentacji przebiegu procesu badawczego. Rys.9. Stanowisko do bada siatek okładzinowych [13] Po uruchomieniu stanowiska rozpoczto prowadzenie bada dla wszystkich typów siatek okładzinowych, w pełnym zakresie wymaga normy PN-G-15050:1996. Najwaniejsze parametry techniczne stanowiska to: statyczna siła ciskajca 220 kn, długo badanego elementu 2500 mm, szeroko badanego elementu 1020 mm, wysoko badanego elementu 450 mm. MASZYNY GÓRNICZE 2/

6 2.2. Modernizacja i obecna rozbudowa stanowisk badawczych Modernizacja i rozbudowa stanowisk badawczych w latach realizowana jest w ramach projektu 1.3 RPO WSL Rozbudowa laboratoriów Instytutu Techniki Górniczej KOMAG w Gliwicach celem prowadzenia bada na rzecz bezpieczestwa uytkowania wyrobów współfinansowanego przez Uni Europejsk z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa lskiego na lata Efektem projektu bdzie doposaenie akredytowanego Laboratorium Bada w dwa nowe stanowiska oraz rozbudowa unikatowego stanowiska do bada kinematyki i funkcjonalnoci sekcji obudowy zmechanizowanej. Pulpity sterownicze stanowisk badawczych zostan dostosowane do zaprojektowanego systemu monitoringu i wizualizacji. W ramach dotychczasowych prac dokonano modernizacji stanowiska do bada kinematyki i funkcjonalnoci sekcji obudowy zmechanizowanej, w tym: wzmocniono strop stanowiska badawczego (rys. 10), zwikszenia funkcjonalnoci oraz popraw stanu technicznego sekcji obudowy zmechanizowanej a take bezpieczestwo uytkowania. W ramach kolejnych prac zostan wykonane specjalistyczne stanowiska do bada: podpór hydraulicznych oraz rozpór stalowych, które umoliwi prowadzenie bada na zgodno z normami PN-G :1996 oraz PN-G-15050: Dokonana zostanie równie modernizacja systemów sterowania stanowisk badawczych. Celem przystosowania stanowisk badawczych do współpracy w ramach systemu monitoringu i wizualizacji, zostan wykonane specjalistyczne pulpity sterownicze stanowisk do bada: funkcjonalnoci i kinematyki sekcji obudowy zmechanizowanej wraz z układem rejestracji bada trwałociowych, stojaków oraz hydrauliki wysokocinieniowej wraz z układem rejestracji bada trwałociowych. Kierunki modernizacji zmierzaj do wyposaenia Laboratorium Bada oraz pozostałych Laboratoriów w system elektronicznego nadzoru (e-laboratoria). Utworzona infrastruktura techniczna platformy informatycznej e-laboratorium pozwoli na pełn rejestracj, archiwizacj oraz udostpnienie wyników bada stanowiskowych klientom za porednictwem platformy informatycznej. System komputerowy wraz z oprogramowaniem umoliwi digitalizacj najwaniejszych obszarów działalnoci, a jednoczenie spełni standardy zawarte w normach PN-EN ISO/IEC 17025, PN-EN ISO 9001 oraz w zasadach Good Practice Laboratory. Rys.10. Widok wzmocnienia stropu stanowiska badawczego [13] zakupiono i wymieniono elementy układu hydraulicznego stanowiska badawczego oraz zmodernizowano siłowniki mechanizmu obrotu stanowiska, siłowniki przesuwu stropu stanowiska i siłowniki ryglowania trawers stanowiska. Modernizacj układu hydraulicznego stanowiska badawczego wykonano na podstawie dokumentacji technicznej opracowanej w KOMAG-u. Rozbudowa stanowiska do bada kinematyki i funkcjonalnoci sekcji obudowy zmechanizowanej, podyktowana potrzebami klientów rynkowych, umoliwi prowadzenie prac badawczych zmierzajcych do 3. Charakterystyka zaplecza badawczego i prace badawczo-rozwojowe realizowane w Laboratorium Bada Stosowanych ITG KOMAG 3.1. Zaplecze badawcze Laboratorium Bada Stosowanych powstało w 2001 roku jako zaplecze badawcze dla realizacji prac naukowych oraz badawczych prowadzonych w Instytucie Techniki Górniczej KOMAG. Pocztkowo głównym obszarem działania były pomiary wielkoci mechanicznych, hydraulicznych, elektrycznych oraz pneumatycznych. Laboratorium dysponowało równie stanowiskiem do bada górniczych urzdze odpylajcych. Cigle poszerzany zakres bada i pomiarów o pomiary wibroakustyczne oraz badania energoelektronicznych systemów napdowych (rys. 11) spowodował, e w Laboratorium wykształciły si dwa główne kierunki działania: badania zwizane z realizacj prac naukowych i projektowych oraz 24 MASZYNY GÓRNICZE 2/2013

7 badania na rzecz klientów zewntrznych (prace badawczo-usługowe). W lipcu 2004 roku zaplecze aparaturowe wzbogacono o nowoczesny wibroakustyczny system pomiarowy zakupiony ze rodków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyszego, co umoliwiło prowadzenie prac badawczych i usługowych z zakresu hałasu i drga na stanowiskach pracy oraz w rodowisku. Pracownicy laboratorium ukoczyli specjalistyczne szkolenia podnoszce ich kwalifikacje i kompetencje. W Laboratorium wdroono równie System Jakoci, uwzgldniajcy wymagania norm: PN-EN ISO 9001 oraz PN-EN ISO/IEC 17025:2005. W 2005 roku Laboratorium uzyskało akredytacj Polskiego Centrum Akredytacji AB 665 na badania zwizane z procesem oceny zgodnoci w zakresie Dyrektyw: 98/37/WE (obecnie 2006/42/WE MD), 94/9/WE ATEX i 73/23/EWG (obecnie 2006/95/WE) LVD, co we współpracy z Zakładem Bada Atestacyjnych umoliwiło prowadzenie kompleksowych bada oraz certyfikacji maszyn i urzdze górniczych. Zakres prac badawczych był systematycznie poszerzany o badania: parametrów energoelektronicznych systemów napdowych, elektryczne, jak równie badania niestandardowe. W roku 2007 zrealizowano kolejn inwestycj aparaturow ze rodków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyszego, dziki której doposaono laboratorium w stanowiska do bada iskrobezpieczestwa urzdze elektrycznych, elektrostatycznych właciwoci materiałów, stopnia ochrony obudów (kod IP) oraz warunków klimatycznych (rys. 12). Akredytowane Laboratorium Bada Stosowanych dysponuje obecnie specjalistycznym wyposaeniem badawczo-pomiarowym umoliwiajcym prowadzenie bada naukowych, z zakresu ergonomii oraz bezpieczestwa uytkowania wyrobów oraz z zakresu bada przemysłowych, dowiadczalnych, prototypowych, jak i odbiorczych [1]. Rys.12. Komora pyłowa i klimatyczna [13] 3.2. Przykłady prac badawczo-rozwojowych prowadzonych w Laboratorium Bada Stosowanych Badania zmierzajce do opracowania metody detekcji stanu nawierzchni szyn torowisk Problematyka detekcji stanu nawierzchni szyn torowisk górniczych jest istotna z punktu widzenia skutecznoci hamowania pojazdami szynowymi. W laboratorium podjto prace badawcze nad opracowaniem metody detekcji stanu nawierzchni szyn torowiska, bazujcej na wykorzystaniu zjawiska sprzenia ciernego pomidzy tzw. kołem ledzcym (detektorem stanu nawierzchni), a szyn. Główn zalet opracowywanej metody jest cigła analiza stanu nawierzchni szyny pod ktem wykrywania czynników (zakłócajcych współczynnik tarcia), które mog doprowadzi do wystpienia polizgu zestawów kołowych podczas ich hamowania. Dziki temu moliwe jest uzyskanie wyprzedzajcej informacji o stanie nawierzchni szyn torowiska oraz odpowiednie sterowanie momentem hamujcym zestawów kołowych [2]. Na rysunku 13 przedstawiono schemat detektora stanu nawierzchni oraz przykładowy sposób jego instalacji w podwoziu lokomotywy. Na rysunku 14 przedstawiono widok prototypu detektora stanu nawierzchni zainstalowanego na stanowisku badawczym. Rys.11. Stanowiska do bada napdów elektrycznych i elementów hydrauliki górniczej [13] Rys.13. Schemat detektora stanu nawierzchni oraz przykładowy sposób jego instalacji w podwoziu lokomotywy [7, 8] MASZYNY GÓRNICZE 2/

8 w wyrobisku górniczym uzyskano dane do oceny zagroe zwizanych ze stosowaniem badanych materiałów [3]. Uzyskane wyniki opublikowano w [4, 5, 6]. Na rysunku 16 przedstawiono badania tkaniny polipropylenowej z przepływem metalowym. Rys.14. Widok prototypu detektora stanu nawierzchni zainstalowanego na stanowisku badawczym [7,8] Badania powietrzno-wodnej instalacji zraszajcej przeznaczonej dla kombajnów cianowych Badania prototypowej instalacji zraszajcej przeprowadzono na stanowiskach badawczych KOMAG-u oraz w Kopalni Dowiadczalnej Barbara, pod ktem odpowiedniego doboru parametrów zasilania instalacji zraszajcej, w celu zapobiegania ewentualnemu zapłonowi mieszaniny wybuchowej metan-powietrze, a take skutecznego gaszenia zapalonego gazu. Badania dotyczyły równie optymalizacji parametrów strugi powietrzno-wodnej, w aspekcie odpowiedniego doboru kształtu i wielkoci dysz zraszajcych. Działanie strug zraszajcych podczas bada gaszenia zapalonego gazu zaprezentowano na rysunku Rys.16. Badania tkaniny polipropylenowej z przeplotem metalowym [13] Rys.15. System zraszania powietrzno-wodnego podczas prób gaszenia zapalonego gazu [13] Badania tkanin polipropylenowych z przeplotem metalowym Przykładem współpracy z partnerami z przemysłu s badania dotyczce właciwoci antyelektrostatycznych tkanin polipropylenowych z przeplotem metalowym, których nie stosowano dotd w górnictwie. W wyniku przeprowadzonych bada laboratoryjnych oraz bada Badania moliwoci zapłonu mieszaniny wybuchowej przez wyładowanie elektrostatyczne ESD W wyniku realizacji inwestycji aparaturowej, dofinansowanej przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyszego, zbudowano stanowisko badawcze umoliwiajce badanie moliwoci zapłonu mieszaniny wybuchowej (rys. 17) przez wyładowanie elektrostatyczne (ESD). Stanowisko składa si z: komory wybuchowej, systemu dozowania gazów, systemu automatycznego skanowania potencjału powierzchniowego, umiejscowionego w komorze klimatycznej, miernika pola oraz woltomierza elektrostatycznego, symulatora wyładowa elektrostatycznych, analizatora widma i przebiegów czasowych, rejestratora i oscyloskopu. System automatycznego skanowania potencjału powierzchniowego umiejscowiony w komorze klimatycznej, pozwala na automatyczne elektryzowanie materiału badanego, w kontrolowanych warunkach, a nastpnie przeskanowanie powierzchni na próbk, wraz z pomiarem potencjału powierzchniowego z wysok rozdzielczoci. Komora klimatyczna pozwala kontrolowa temperatur oraz wilgotno wzgldn. Pomiar potencjału powierzchniowego realizowany miernikiem pola, pozwala na zarejestrowanie mapy gstoci powierzchniowej, ładunku przed i po wystpieniu wyładowania elektrostatycznego. 26 MASZYNY GÓRNICZE 2/2013

9 4. Działalno Laboratorium Inynierii Materiałowej i rodowiska ITG KOMAG w zakresie bada materiałowych elementów maszyn i urzdze górniczych Rys.17. Badania tkaniny w warunkach dołowych w przodku [13] Prowadzone prace badawcze zmierzaj do oceny bezpieczestwa stosowania materiałów w przestrzeniach zagroonych wybuchem. Celem prowadzonych bada jest równie opisanie zjawiska dystrybucji energii do otoczenia podczas wyładowania elektrostatycznego z powierzchni materiałów nieprzewodzcych, pod ktem oceny zapalnoci wyładowania okrelon w mieszaninie wybuchowej. Na rysunku 18 zaprezentowano typowe rozkłady potencjału powierzchniowego na powierzchni materiałów nieprzewodzcych po wystpieniu wyładowania elektrostatycznego [9]. Rys.18. Rozkłady potencjału powierzchniowego po wystpieniu wyładowania elektrostatycznego na powierzchni dielektryka [9] Laboratorium Inynierii Materiałowej i rodowiska ITG KOMAG powstało w 2006 r. w wyniku wyodrbnienia z Laboratorium Bada czci dotyczcej bada fizykochemicznych wyrobów hutniczych. W swojej działalnoci kontynuuje prace badawcze z zakresu inynierii materiałowej. Rozbudowa rodków technicznych laboratorium w wyniku inwestycji aparaturowej finansowanej przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyszego oraz wdroenie systemu zarzdzania jakoci, zgodnie z PN-EN-ISO/IEC 17025:2005 zaowocowało uzyskaniem w 2008 r. akredytacji PCA nr AB 910 w zakresie bada: materiałowych wyrobów stalowych i eliwnych, odpornoci korozyjnej wyrobów metalowych oraz powłok ochronnych, niecigłoci powierzchniowych oraz przedpowierzchniowych wyrobów metalowych i złczy spawanych, metod magnetyczno-proszkow. W pracach badawczych laboratorium w ww. zakresie, prowadzone s badania wyrobów stanowicych elementy konstrukcyjne maszyn i urzdze górniczych, w tym: sworzni, blach i tników sekcji cianowej obudowy zmechanizowanej, zgrzebeł i rynien przenoników zgrzebłowych, odrzwi, łczników ktowych i strzemion kabłkowych obudów chodnikowych, noy kombajnowych organów urabiajcych, łopatek wentylatorów i wirników pomp, tras jezdnych kolejek podwieszonych, oraz odcinków rurocigów cinieniowych. Zakres akredytowanych bada materiałowych wyej wymienionych elementów, obejmuje: analiz składu chemicznego wyrobów stalowych i eliwnych, pomiar twardoci wyrobów metalowych, badanie powłok ochronnych, w tym pomiar chropowatoci, gruboci i twardoci, badanie odpornoci korozyjnej wyrobów metalowych i powłok ochronnych, identyfikacj niecigłoci powierzchniowych, podpowierzchniowych i wewntrznych (wad materiałowych) wyrobów metalowych oraz złczy spawanych, pomiary gruboci. Badania realizowane s zgodnie z obowizujcymi normami i akredytowanymi procedurami badawczymi, przez specjalistów posiadajcych kwalifikacje w zakresie bada materiałowych, potwierdzone certyfi- MASZYNY GÓRNICZE 2/

10 katami upowaniajcymi do prowadzenia bada nieniszczcych, wydanymi przez Jednostk Certyfikujc Osoby Urzdu Dozoru Technicznego (UDT-CERT). Do bada materiałowych w Laboratorium wykorzystywane jest nowoczesne wyposaenie badawczo-pomiarowe, gwarantujce spójno pomiarow, w tym: wysoko sprawne spektrometry emisyjne do analizy składu chemicznego, aparatura do pomiaru twardoci, gruboci i chropowatoci powierzchni materiału oraz defektoskopy do bada nieniszczcych (rys. 19) [12]. Rys.19. Defektoskop ultradwikowy [12] Badania materiałowe, wykonywane przez Laboratorium s wykorzystywane w: projektowaniu systemów mechanizacyjnych i w procesie certyfikacji, badaniach sprawdzajcych jako wyrobu, na zgodno z dokumentacj techniczn, atestami hutniczymi i normami, ocenie stanu technicznego i stopnia zuycia urzdze górniczych, w ramach przegldów okresowych, interwencyjnych i dopuszczajcych do eksploatacji, weryfikacji jakoci wykonania połcze spawanych i identyfikacji wad materiałowych. Realizacja bada przebiega zgodnie z opracowanym w Laboratorium indywidualnym programami bada, przedkładanymi klientom przed rozpoczciem bada. Program zawiera: cel, zakres i metody bada, z odniesieniem do stosowanych w badaniach norm i procedur badawczych oraz specyfikacj wymaga, stanowicych podstaw interpretacji wyników bada. Wymaganiami s: normy, dokumentacja techniczna i akty prawne, takie jak Rozporzdzenie Ministra Gospodarki, z dnia 28 czerwca 2002 r., zawierajce wymagania do oceny stopnia zuycia elementów sekcji obudowy zmechanizowanej [11]. 5. Podsumowanie Badania maszyn i urzdze dla górnictwa s istotnym etapem w cyklu ich ycia. Stanowi podstaw oceny bezpiecznego uytkowania wyrobów. Tworzona w wyniku wieloletnich działa baza badawcza KOMAG-u stanowi obecnie potencjał wykorzystywany przez producentów i uytkowników maszyn i urzdze, szczególnie dla górnictwa wgla kamiennego. Zgromadzona jest ona w trzech akredytowanych laboratoriach: Laboratorium Bada, Laboratorium Bada Stosowanych oraz w Laboratorium Inynierii Materiałowej i rodowiska. Obszar działania akredytowanego Laboratorium Bada ITG KOMAG obejmuje badania sekcji obudowy zmechanizowanej, siłowników hydraulicznych, zaworów hydraulicznych, elementów obudowy chodnikowej, stojaków ciernych, przewodów i rurocigów oraz pomiary szeregu wielkoci mechanicznych. Realizacja prac badawczych wspomaga opracowywania i wdraania maszyn i urzdze, z uwzgldnieniem bezpieczestwa pracy. Prowadzona obecnie modernizacja i doposaenie bazy badawczej pozwoli na dalsze dostosowanie stanowisk badawczych do wymaga przepisów Unii Europejskiej w zakresie bada zwizanych z dopuszczaniem maszyn i urzdze do stosowania w podziemiach kopal, jak równie do wymaga w zakresie oceny zgodnoci wynikajcych z dyrektyw Unii Europejskiej. Laboratorium Bada Stosowanych Instytutu Techniki Górniczej KOMAG cigle doskonali i rozbudowuje baz badawcz umoliwiajc prowadzenie szerokiego zakresu bada. W oparciu o istniejce wyposaenie pomiarowobadawcze oraz infrastruktur znajdujc si w halach badawczych KOMAG-u, Laboratorium prowadzi prace badawczo-rozwojowe z zakresu nowych rozwiza konstrukcji maszyn i urzdze górniczych. Kompetencje Laboratorium potwierdza elastyczny zakres akredytacji udzielony przez Polskie Centrum Akredytacji. Pracownicy Laboratorium prowadz prace naukowe w dyscyplinach: mechaniki, budowy i eksploatacji maszyn, elektrycznoci statycznej i akustyki. Prowadzone prace s ukierunkowane na zwikszenie bezpieczestwa pracy w podziemnych wyrobiskach górniczych. Zakres działalnoci Laboratorium Inynierii Materiałowej i rodowiska KOMAG obejmuje badania materiałowe wyrobów stalowych i eliwnych, stanowicych elementy maszyn urzdze górniczych oraz bezpieczestwa uytkowania wyrobów. Badania realizowane s akredytowanymi metodami badawczymi, uwzgldniajcymi wymagania normowe oraz aktualny stan wiedzy, przy wykorzystaniu nowoczesnych 28 MASZYNY GÓRNICZE 2/2013

11 stanowisk laboratoryjnych oraz wyposaenia pomiarowo-badawczego, gwarantujcego spójno pomiarow. Personel laboratorium stanowi specjalici z dziedziny inynierii materiałowej, chemii i bezpieczestwa uytkowania wyrobów, posiadajcy kwalifikacje i uprawnienia w zakresie prowadzonych bada, co zapewnia, wysoki poziom wykonywanych usług badawczych. Dbajc o cigłe podnoszenie kwalifikacji i kompetencji, specjalici laboratorium bior udział w licznych szkoleniach, seminariach i konferencjach naukowych oraz porównaniach midzylaboratoryjnych, w tym organizowanych przez Klub Polskich Laboratoriów Badawczych POLLAB, w ramach porozumienia z Polskim Centrum Akredytacji. Podejmowane konsekwentnie działania w zakresie rozwoju bazy badawczej w ITG KOMAG maj na celu wspomaganie realizacji prac naukowych, badawczych i rozwojowych. Laboratoria wyposaone w nowoczesne stanowiska badawcze i aparatur pomiarow zwikszaj szans osigania najlepszych wyników badawczych. Nadrzdnym celem jest jednak cigłe podnoszenie bezpieczestwa badanych wyrobów, rozwój ich konstrukcji oraz uzyskanie jak najwyszej pozycji na rynku usług badawczych. Literatura 1. Orzech Ł.: Działalno i moliwoci badawcze Laboratorium Bada Stosowanych CMG KOMAG. Maszyny Górnicze 2006, nr 2, s Orzech Ł., Talarek M., Niedworok A.: Moliwoci badawcze Laboratorium Bada Stosowanych. Maszyny Górnicze 2010, nr 3-4, s Niedworok A., Orzech Ł., Talarek M.: Prace badawcze Laboratorium Bada Stosowanych Instytutu Techniki Górniczej KOMAG na rzecz innowacyjnych rozwiza dla gospodarki. Maszyny Górnicze 2011, nr 3, s Makarski St., Rasek M., Orzech Ł., Talarek M.: Badania tkaniny polipropylenowej z przeplotem metalowym stosowanej w wyrobiskach górniczych w aspekcie zagroenia wybuchem zwizanym z elektrycznoci statyczn, Wiadomoci Górnicze 2009, nr 9, s Talarek M., Orzech Ł.: Testing the electrostatic characteristics of polypropylene fabric with metallic yarns, intended for use in coal mine threatened by the explosion hazard. Part 1: Laboratory tests, Journal of Physics. Conference Series, v. 301 nr 1, (2011) Talarek M., Orzech Ł.: Testing the electrostatic characteristics of polypropylene fabric with metallic yarns, intended for use in coal mine threatened by the explosion hazard. Part 2: Tests in coal mine, Journal of Physics. Conference Series, v. 301 nr 1, (2011) Niedworok A., Baier A., Orzech Ł.: The concept of transducer for detection of trackway surface condition basing on frictional coupling of wheel with a rail and its experimental verification, JVE Journal of Vibroengineering, vol. 14, issue 2, pp , Kaunas, Lithuania, June Niedworok A., Baier A.: Verification of the method for detection of condition of trackway surface using the frictional coupling between rail and tracking wheel made of textolite, The 13 th Mechatronics Forum International Conference, Proceedings Vol. 1/3, pp , Johannes Kepler Universty Linz, Austria September, Talarek M.: Badania rozkładu potencjału elektrostatycznego na powierzchni dielektryków stałych, Maszyny Górnicze 2012, nr 2, s Madejczyk W.: Prace badawcze Laboratorium Bada Instytutu Techniki Górniczej KOMAG na rzecz poprawy bezpieczestwa pracy w górnictwie. Maszyny Górnicze 2010, nr 3-4, s Rozporzdzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 marca 2002 r. w sprawie bezpieczestwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpoarowego w podziemnych zakładach górniczych (Dz.U. Nr 139 poz. 1169) wraz ze zmianami wprowadzonymi rozporzdzeniem Ministra Gospodarki z dnia 9 czerwca 2006 r. (Dz.U.Nr 125 poz.863) oraz z dnia 25 czerwca 2010 r. (Dz.U. Nr 126 poz. 855). 12. Grynkiewicz-Bylina B.: Od maszyny i urzdzenia górniczego do zabawki rozwój Laboratorium Inynierii Materiałowej i rodowiska Instytutu Techniki Górniczej KOMAG. Maszyny Górnicze 2010, nr 3-4, s Dokumentacja fotograficzna ITG KOMAG. Artykuł wpłynł do redakcji w maju 2013 r. MASZYNY GÓRNICZE 2/