INSTYTUT ZAWANSOWANYCH TECHNOLOGII WYTWARZANIA BIULETYN. Nr 2 / Wydawnictwo współfinansowane przez Unię Europejską

Transkrypt

1 INSTYTUT ZAWANSOWANYCH TECHNOLOGII WYTWARZANIA BIULETYN Nr 2 / 2006 Wydawnictwo współfinansowane przez Unię Europejską

2 Biuletyn Instytutu Zaawansowanych Technologii Wytwarzania Nr 2/2006 Redaktor naczelny Maria Zybura-Skrabalak Wydawca: Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania, (dawniej Instytut Obróbki Skrawaniem) Kraków, ul. Wrocławska 37a, tel , tel. dyr , fax ios@ios.krakow.pl Adres redakcji: Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania Ośrodek Informacji Naukowej i Technicznej Kraków, ul. Wrocławska 37a tel /292/288 int@ios.krakow.pl Biuletyn został przygotowany w ramach projektu Centrum Innowacji, Transferu i Monitorowania Rozwoju Technologii Wytwarzania, współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach ZPORR Priorytet II Działanie 2.6 Regionalne Strategie Innowacji i Transfer Wiedzy

3 Szanowni Państwo, Zapraszamy do zapoznania się z zawartością kolejnego numeru Biuletynu Instytutu Zaawansowanych Technologii Wytwarzania. Tym razem skupiliśmy naszą uwagę na problematyce związanej z dostosowaniem maszyn i urządzeń do wymagań określonych w dokumentach normatywnych Unii Europejskiej, a stanowiących element procesu oceny zgodności przed wprowadzeniem na rynek UE. Zagadnienia te są ściśle związane z aktualnie realizowanymi w IZTW badaniami w zakresie hałasu maszyn i urządzeń oraz szeroko pojętej odporności na zaburzenia elektro-magnetyczne w oparciu o najnowszą aparaturę, zakupioną przy współfinansowaniu ze środków unijnych. W odpowiedzi na powszechne i nieodzowne w firmach produkcyjnych zainteresowanie działaniami na rzecz ochrony środowiska proponujemy lekturę na temat skuteczności opracowanej w IZTW instalacji do unieszkodliwiania zużytych cieczy obróbkowych. Prezentujemy też wybrane rozwiązania z dziedziny cięcia wysoko-ciśnieniowym strumieniem wodnościernym, pomiaru i analizy topografii powierzchni, a także wdrożone w przemyśle urządzenia montażowe oraz uzupełniające je urządzenia kontrolne i badawcze wraz ze wskazaniem problemów technologicznych, które dzięki tym urządzeniom wyeliminowano. Z przyjemnością informujemy, że krajowemu Komitetowi Technicznemu 207 przy IZTW Polski Komitet Normalizacyjny powierzył prowadzenie działalności normalizacyjnej i reprezentowanie strony polskiej w dziedzinie nanotechnologii. W niniejszym numerze znajdziecie Państwo również obszerną informację dotyczącą aktualnych form działalności normalizacyjnej w IZTW. Z życzeniami owocnej lektury Redakcja 1

4 SPIS TREŚCI Od redakcji Szymon MISIOŁEK, Krzysztof WCISŁO Badania hałasu i drgań Jerzy PIETRUSZEWSKI 10 Badania kompatybilności elektromagnetycznej Daniel NOWAK, Janusz WSZOŁEK. 16 Unieszkodliwianie cieczy obróbkowych. ROTRESEL i inne badania Daniel NOWAK, Janusz WSZOŁEK, Katarzyna SZCZEPEK-WCISŁO, Marcin ROZMUS. 21 Badania nad unieszkodliwianiem zuŝytych płynów obróbkowych półsyntetycznych i syntetycznych Andrzej KARPIŃSKI MoŜliwości racjonalizacji kosztów cięcia wysokociśnieniowym strumieniem wodnościernym Tatiana MILLER.. 33 Modułowy system do pomiaru i analizy topografii powierzchni TOPO 01 Kazimierz CEBULEWSKI.. 38 Urządzenie montaŝowo-kontrolne Jacek WOJTAL 45 Informacja o normalizacji w Instytucie Targi, szkolenia

5 Zakup aparatury współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego Krzysztof WCISŁO Szymon MISIOŁEK BADANIA HAŁASU I DRGAŃ 1. Zakres szkodliwości hałasu wpływ na człowieka i środowisko Oddziaływanie hałasu na organizm człowieka można rozpatrywać w trzech płaszczyznach: bezpośrednie na ucho środkowe i wewnętrzne, pośrednie na układ nerwowy i psychikę oraz na zasadzie odruchu na inne narządy. Stosunkowo rzadko spotyka się hałas o bardzo wysokich poziomach (sto kilkadziesiąt db). Docierając do ucha, ma on tak duże ciśnienie, iż w sposób mechaniczny niszczy narząd słuchu (uszkadza bębenek). Efektem tego jest natychmiastowa i trwała głuchota. Długotrwałe działanie hałasu o poziomie powyżej 85 db powoduje narastanie zjawiska uszkodzenia słuchu, aż w ekstremalnych sytuacjach do głuchoty włącznie. Dźwięki o poziomach niższych, a nawet stosunkowo niskich, nie są dla organizmu obojętne. Źle są tolerowane bodźce nagłe, niespodziewane, stąd też hałas nagły i krótkotrwały, o dużym natężeniu odczuwa się często jako nieprzyjemny efekt zaskoczenia, który w pewnych warunkach może być szkodliwy dla zdrowia. Stąd też przebywanie w hałaśliwym środowisku ma niewątpliwie wpływ na słuch. Im większe natężenie hałasu, tym krótszy czas jest potrzebny do wystąpienia zjawiska adaptacji słuchu, a co za tym idzie do zjawiska zmęczenia. Adaptacja polega na czasowym obniżeniu progu słyszenia - oznacza to, że po pewnym czasie słuch wraca do normy. W przypadku gdy ekspozycja na hałas (szczególnie o dużym natężeniu) jest zbyt długa, może dojść do tzw. zmęczenia słuchu, a więc trwałego uszkodzenia komórek orzęsionych narządu Cortiego w ślimaku ucha. Oddziaływanie hałasu nie ogranicza się tylko do uszkodzeń słuchu - wpływa on niekorzystnie również na sprawność działania człowieka i całą jego strefę psychiczną. Przy wartościach powyżej 65 db ma miejsce wyraźne nasilenie stanów irytacji i napięć emocjonalnych, spowolnienie reakcji psychomotorycznych, obniżenie zdolności koordynacji, zakłócenie koncentracji uwagi. Hałas przyczynia się także do wielu niespecyficznych zaburzeń ogólnoustrojowych. Występujące w środowisku dźwięki niepożądane lub szkodliwe dla zdrowia człowieka określamy mianem hałasu. Można więc powiedzieć, że praktycznie towarzyszy każdej działalności człowieka. Uciążliwe oddziaływanie hałasu obserwuje się wszędzie: w pracy, miejscu zamieszkania i wypoczynku. Zjawiska hałasu występują zwłaszcza w dużych miastach, wzdłuż tras komunikacyjnych, wokół obiektów przemysłowych i usługowych o charakterze wytwórczym. Ze względu na swoje cechy hałas obejmuje zwykle oddziaływaniem liczne 3

6 grupy społeczności powodując silne emocje i reakcje społeczne. Fizycznymi źródłami hałasu w środowisku są najczęściej: maszyny i narzędzia (np. młoty pneumatyczne, wiertarki, szlifierki); pojazdy komunikacji drogowej, szynowej, lotniczej, wodnej; urządzenia komunalne (windy, hydrofory, transformatory, pompy). Ze względu na źródło i miejsce występowania hałasu, wyróżnia się hałas: przemysłowy, komunikacyjny (drogowy, kolejowy, lotniczy), komunalny (osiedlowy), mieszkaniowy (domowy). Do najpowszechniejszych i najbardziej uciążliwych źródeł hałasu należy komunikacja drogowa. Jest to spowodowane faktem, że samochód dociera praktycznie wszędzie. Poziomy dźwięku środków komunikacji drogowej są duże i wynoszą db. Komunikacja lotnicza i kolejowa, mimo powodowania hałasów o wyższych poziomach, jest oceniana jako mniej uciążliwa niż ruch drogowy. Komunikacja lotnicza emituje na okoliczne tereny hałas o poziomie db. Jest on najbardziej uciążliwy, a wręcz szkodliwy, lecz jego oddziaływanie dotyczy stosunkowo niewielkiej liczby ludności zamieszkałej w pobliżu lotnisk. Hałas kolejowy, z uwagi na swą cykliczność, a także na stosunkowo wysokie poziomy dźwięku, może stwarzać problemy na terenach otaczających linie kolejowe. Zakłady przemysłowe są źródłami hałasu wywołanego pracą maszyn i urządzeń. Wewnątrz hal przemysłowych hałas sięga db i w znacznym stopniu przenosi się na tereny sąsiadujące. W sąsiedztwie zakładów przemysłowych poziomy dźwięku osiągają wartości od 50 db (mało uciążliwe) do 90 db (bardzo uciążliwe). W zbiorowiskach miejskich, oprócz hałasu komunikacyjnego, uciążliwy jest także hałas osiedlowy. Spowodowany jest on przez pracę silników samochodowych, wywożenie śmieci, dostawy do sklepów, prace zakładów usługowych, głośną muzykę radiową, wadliwe funkcjonowanie instalacji wodno kanalizacyjnych, centralnego ogrzewania, dźwigów, hydroforów, zsypów. Poziom hałasu pochodzący od instalacji i urządzeń budynku wynosi w ciągu dnia db, a w nocy db. Hałas może wywierać niekorzystny wpływ na zdrowie człowieka, świat zwierzęcy i roślinny. Szkodliwość hałasu zależy od jego natężenia i częstotliwości, charakteru zmian w czasie, długotrwałości działania. Szczególnie dokuczliwy jest hałas występujący w postaci pojedynczych impulsów dźwiękowych (trzask, huk) lub w postaci ciągów takich impulsów. Każdy operator maszyny lub urządzenia poddawany jest szkodliwemu oddziaływaniu hałasu podczas całego dnia pracy. Wymienione poniżej Dyrektywy Europejskie zawierają wytyczne umożliwiające ograniczenie tego wpływu poprzez narzucenie pewnych wymagań dotyczących emisji hałasu przez maszyny i urządzenia, a przez to zmniejszenie szkodliwości ich oddziaływania na pracowników, operatorów i otoczenie. 2. Co dają te badania i w jaki sposób wyniki mogą być wykorzystywane do podniesienia niezawodności i bezpieczeństwa obrabiarek Prowadzenie badań hałasu maszyn i urządzeń umożliwia ich dostosowanie do wymagań Unii Europejskiej, co pozwala na wprowadzanie ich do obrotu na rynkach całej Unii. Ma to przede wszystkim znaczenie dla polskich producentów i importerów np. agregatów prądotwórczych, którzy w ramach swojej działalności zobligowani są do pozyskania na swoje wyroby stosownych certyfikatów, uprawniających do wprowadzania maszyn i urządzeń do obrotu. Pracownicy laboratorium w trakcie badań hałasu danego urządzenia współpracują z jego producentem, pomagając w znalezieniu rozwiązań zapewniających w razie konieczności obniżenie emisji hałasu. 4

7 Poniżej przedstawiono przykład pomiaru poziomu ciśnienia akustycznego oraz mocy akustycznej agregatu prądotwórczego. Przykład 1. Pomiar poziomu ciśnienia akustycznego i mocy akustycznej agregatu prądotwórczego oraz kasety pomiarowe stosowane podczas pomiaru. Oprócz spełnienia samych wymagań legislacyjnych, prowadzenie ww. pomiarów umożliwia realizację zamysłu powstania stosownych przepisów - zapewnia poprawę warunków pracy i obniżenie zanieczyszczenia środowiska hałasem. Co istotne, prowadzenie samych badań i wdrażanie w życie postanowień Dyrektyw podnosi świadomość producentów i użytkowników maszyn i urządzeń o szkodliwości samego hałasu i konieczności traktowania go jako formy jednego ze współczesnych odpadów przemysłowych. Współpraca z producentami maszyn i urządzeń w zakresie doradztwa zapewniają poprawę parametrów związanych z emisją hałasu danego urządzenia, stosowanie materiałów tłumiących oraz modyfikacje konstrukcyjne w znaczący sposób obniżają zanieczyszczenie środowiska i miejsc pracy hałasem, a co za tym idzie zmniejszają ryzyko powstawania chorób zawodowych związanych z hałasem i obniżają ogólną uciążliwość hałasu. Poniżej przedstawiono przykład identyfikacji źródeł hałasu ma prototypie agregatu prądotwórczego. Przykład 2. Identyfikacja źródeł hałasu w agregacie prądotwórczym - określenie miejsc "wycieku" hałasu przez nieszczelności w obudowie. 5

8 3. Normy i dokumenty normatywne Dokumenty normatywne określające sposób pomiaru oraz dopuszczalny hałas do środowiska naturalnego i środowiska pracy. 1. Dyrektywa Hałasowa 2000/14/WE (EC), wraz z późniejszymi zmianami zawartymi w Dyrektywie 2005/88/WE, wdrożona do prawa polskiego Rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dnia r. w sprawie zasadniczych wymagań dla urządzeń używanych na zewnątrz pomieszczeń w zakresie emisji hałasu do środowiska - Dz. U. z 2005 r. Nr 263, poz Dyrektywa ta dotyczy maszyn i urządzeń używanych na zewnątrz pomieszczeń, podlegających ograniczeniu oraz oznaczeniu gwarantowanego poziomu mocy akustycznej, wyszczególnionych w załącznikach do niniejszej dyrektywy. 2. Dyrektywa Maszynowa 98/37/WE (EC), wdrożona do prawa polskiego Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia r. w sprawie zasadniczych wymagań dla maszyn i elementów bezpieczeństwa - Dz. U. z 2005 r. Nr 259, poz Dyrektywa ta określa wymagania dotyczące poziomu hałasu na stanowisku operatora, oraz informacje dotyczące emitowanej przez maszyny i urządzenia mocy akustycznej, które należy zamieścić w ich dokumentacji (paragraf 50, punkt 6.1 ww. Rozporządzenia Ministra Gospodarki i Pracy z dnia r. w sprawie zasadniczych wymagań dla maszyn i elementów bezpieczeństwa - Dz. U. z 2005 r. Nr 259, poz. 2170). Wymienione powyżej dyrektywy zawierają ogólne wymagania w zakresie emisji hałasu, które muszą spełniać maszyny i urządzenia, badania prowadzone przez Laboratorium opierają się na szczegółowych wytycznych i metodologii opisanych w normach przedmiotowych konkretnych maszyn i urządzeń. W przypadku Dyrektywy Hałasowej w załączniku zamieszczono odwołania do stosownych norm przedmiotowych, opisujących sposób przeprowadzenia pomiaru (załącznik 4 do Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia r. w sprawie zasadniczych wymagań dla urządzeń używanych na zewnątrz pomieszczeń w zakresie emisji hałasu do środowiska - Dz. U. z 2005 r. Nr 263, poz. 2202). 4. Zakres prowadzonych przez Laboratorium pomiarów W ramach swojej działalności Laboratorium może prowadzić pomiary: - hałasu środowiskowego o natężeniu db, w zakresie 20 Hz 20 khz, (poniżej przedstawiono przykład pomiaru hałasu przy drodze szybkiego ruchu) Przykład 3. Pomiar hałasu przy drodze szybkiego ruchu. 6

9 - hałasu maszyn i urządzeń w zakresie db, w tym określanie mocy akustycznej maszyn i urządzeń zgodnie z wymaganiami stosownych norm i dyrektyw, w zakresie 20 Hz 20 khz, - wartości skutecznej przyspieszeń drgań miejscowych o natężeniu m/s 2, oddziaływujących na operatorów maszyn i urządzeń, w zakresie 0,8 10 khz - umożliwiające sporządzanie zdjęć akustycznych badanych obiektów. Badania takie wspomagają np. dobór odpowiednich ekranów akustycznych, obniżających zanieczyszczenie środowiska hałasem - identyfikacja źródła pomaga w określeniu konkretnej lokalizacji ekranu, natomiast analiza częstotliwościowa ułatwia dobór materiału o odpowiednich właściwościach tłumiących. Poniżej przedstawiono przykład zastosowania na terenie przemysłowym identyfikacja dwóch źródeł dominujących w określonej częstotliwości. Przykład 4. Identyfikacja źródeł hałasu w terenie przemysłowym określenie punktów powstawania hałasu przekazywanego do środowiska celem późniejszego obniżenia ich emisyjności poprzez ewentualne zastosowanie ekranów itp. 5. Aparatura W ramach projektu pt.: Doposażenie laboratoriów Instytutu Obróbki Skrawaniem świadczących specjalistyczne usługi dla przedsiębiorców realizowanego w ramach Sektorowego Programu Operacyjnego Wzrost konkurencyjności przedsiębiorstw na lata , Priorytetu 1 Rozwój przedsiębiorczości i wzrost innowacyjności poprzez wzmocnienie instytucji otoczenia biznesu, Działanie 1.4 Wzmocnienie współpracy między sferą badawczo-rozwojową a gospodarką poszerzono bazę aparatury do badań hałasu maszyn i urządzeń. Zakup tej aparatury rozszerzył możliwości badań prowadzonych w Instytucie. Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania dysponuje nowoczesną aparaturą pomiarową firmy Bruel & Kjaer, zapewniającą najwyższy poziom oferowanych usług pomiarowych w zakresie pomiarów i badań hałasu i drgań. W skład zakupionej aparatury wchodzi zestaw do wykonywania pomiarów metodą Beamforming, która polega na wykonywaniu zdjęć akustycznych badanych obiektów. Przetwornikiem pomiarowym w metodzie Beamforming jest specjalna matryca (tarcza) mikrofonowa, nosząca angielską nazwę beamformer. Konstrukcja stosowana przez firmę Brüel & Kjær jest przedmiotem patentu i została nazwana Ghost-Image Free. Realizację pomiarów zapewnia dedykowane oprogramowanie współpracujące z systemem PULSE. 7

10 Przykład 5. Zdjęcia zestawu służącego do identyfikacji źródeł dźwięku Przetwornikiem pomiarowym w metodzie Beamforming jest specjalna matryca (tarcza) mikrofonowa, nosząca angielską nazwę beamformer. Konstrukcja stosowana przez firmę Brüel & Kjær jest przedmiotem patentu i została nazwana Ghost-Image Free. Realizację pomiarów zapewnia dedykowane oprogramowanie współpracujące z systemem PULSE. 8 Beamformer został wykonany jako koło z nastawnymi szprychami. Daje to możliwość optymalizacji ustawień matrycy w celu uzyskania jak najniższego poziomu wielkości MSL (Maximum Sidelobe Level) w szerokim zakresie częstotliwości. Optymalizacja tej wielkości umożliwia posłużenie się aplikacją także w środowiskach, które nie są akustycznie idealne. Matryca kołowa ma nieregularną

11 geometrię, lecz mimo to jej konstrukcja umożliwia łatwy montaż, transport i użycie. Każda ze szprych koła utrzymuje 6 mikrofonów podłączanych do 6-kanałowych modułów wejściowych za pośrednictwem pojedynczego kabla. Mimo nieregularności matrycy wszystkie przetworniki pogrupowane są w łatwe do rozpoznania logiczne jednostki. W praktycznych sytuacjach, kiedy niezbędna jest detekcja wykonanych połączeń, kalibracja i ewentualnie wykrycie usterek, jest to cenna zaleta. Oprogramowanie dla tej metody ma typ 7768 i jest aplikacją systemu PULSE (użytkowanego w Instytucie do tej pory w zakresie pomiarów poziomu ciśnienia i mocy akustycznej maszyn i urządzeń). Z istniejących dotąd modułów programowych może współpracować: typem 7761 Konsultant Akustyczny (Acoustic Test Consultant) dla akwizycji danych, typem 7767 PULSE Data Manager (wraz z MS SQL Server 2000) dla zarządzania danymi oraz typem 7752 Noise Source Identification dla prezentacji wyników. Dysponujemy także systemem opartym na platformie Pulse 10.2 firmy Bruel & Kjaer, umożliwiającym wykonywanie następujących pomiarów: - pomiary drgań miejscowych z możliwością określenia amplitudy oraz widma, - pomiary poziomu ciśnienia akustycznego, wykonywane 12-kanałowym systemem Pulse, umożliwiające również określenie mocy akustycznej badanych maszyn i urządzeń, a także określenie widma generowanego hałasu. Określone powyżej pomiary wykonywane są jako element procesu oceny zgodności maszyn i urządzeń z wymaganiami Dyrektyw Europejskich przed wprowadzeniem ich na rynek Unii Europejskiej. Współpraca z klientami już w fazie projektowo-konstrukcyjnej, w połączeniu z zastosowaniem nowoczesnej aparatury pomiarowo-diagnostycznej, umożliwiają naszym klientom zastosowanie optymalnych rozwiązań konstrukcyjnych, spełniających wymogi rynku unijnego. Zastosowanie nowoczesnej aparatury do określania źródeł hałasu Pulse Beamforming (w polu dalekim) oraz STSF (w polu bliskim) znacząco usprawniło współpracę z producentami maszyn i urządzeń, pozwalając na dokładniejszą diagnostykę ich wyrobów. Posiadamy doświadczoną kadrę pracowników, o dużej praktyce zawodowej, posiadającą bardzo dobre przygotowanie teoretyczne z zakresu hałasu i drgań. Dotychczasowa praktyka oraz doświadczenia nabyte podczas współpracy z licznymi producentami i importerami z Polski i Europy zapewniają profesjonalne podejście do zagadnień związanych z pomiarami. Zakład Certyfikacji Instytutu Zaawansowanych Technologii Wytwarzania świadczy usługi w zakresie: Oceny zgodności wyrobów z dyrektywami UE Badań typu WE (EC), także dla maszyn nie podlegających obligatoryjnie badaniom typu (WE) Wydawania certyfikatów zgodności będące podstawą do sporządzenia deklaracji zgodności WE (EC) i oznakowania wyrobów znakiem CE Asysty technicznej przy sporządzaniu deklaracji zgodności producenta, upoważnionego przedstawiciela i importera Asysty technicznej przy doprowadzaniu do zgodności Państwa wyrobu z wymogami Unii Europejskiej Kontakt : tel , certyfikacja@ios.krakow.pl 9

12 Zakup aparatury współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego Jerzy PIETRUSZEWSKI BADANIA KOMPATYBILNOŚCI ELEKTROMAGNETYCZNEJ 1. Wprowadzenie Współczesne maszyny i urządzenia, które użytkujemy i eksploatujemy bardzo często są mocno nasycone elementami elektrycznymi i elektronicznymi. Urządzenia te w czasie pracy emitują zaburzenia elektromagnetyczne, które możemy podzielić na zaburzenia niskiej i wysokiej częstotliwości oraz zaburzenia wprowadzane galwanicznie i wypromieniowywane. Najczęściej jest to zjawisko niepożądane, chociaż są maszyny i urządzenia, w których wykorzystuje się celowo pola i promieniowanie elektromagnetyczne. Oddziaływanie zaburzeń elektromagnetycznych może być różne i może prowadzić do poważnych zagrożeń. Przykładem może być: możliwość zakłócenia pracy rozrusznika serca u człowieka, który znajdzie się w nieodpowiednim polu; zakłócenia w pracy maszyn np. nieoczekiwane ruchy wykonywane przez ramię robota; czy choćby może najmniej szkodliwe, ale denerwujące zakłócenia w odbiorze programów radiowych czy telewizyjnych w postaci trzasków czy zaśnieżonego ekranu telewizora. Aby zapobiegać takim sytuacjom, każde urządzenie czy maszyna, w którym znajdują się elementy elektryczne i elektroniczne, powinno być tak skonstruowane, aby emitować jak najmniej zaburzeń. Ponadto każde urządzenie czy maszyna powinno być tak skonstruowane, aby było maksymalnie odporne na zaburzenia emitowane przez inne urządzenia. Ta zdolność współistnienia obok siebie różnych urządzeń i możliwość poprawnej pracy nazywana jest kompatybilnością elektromagnetyczną. Osiąga się to przez odpowiednią konstrukcję, dobór elementów, połączenia, filtrowanie i ekranowanie. Przy dzisiejszym stopniu skomplikowania układów często nie wystarczy wiedza teoretyczna, musi być ona podparta badaniami. 2. Zalecenia dla badań kompatybilności elektromagnetycznej Badania kompatybilności elektromagnetycznej można przeprowadzić na etapie końcowym lub już w trakcie konstruowania urządzenia. Często badania w trakcie pomagają uniknąć kosztownych przeróbek po zakończeniu prac i przeprowadzeniu badań końcowych. Zdarza się również, że żadne przeróbki nie pomagają i urządzenie należy przekonstruować całkowicie. 10

13 Badania przeprowadza się w zakresie emisji zaburzeń i w zakresie odporności na zaburzenia elektromagnetyczne. Dopuszczalne poziomy zaburzeń, jakie dane urządzenia mogą emitować w zależności od środowiska, w jakim pracują oraz na ile dane urządzenia powinny być odporne na zaburzenia emitowane przez inne urządzenia, określają normy. Normy dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej można podzielić na normy ogólne, np. seria norm EN , gdzie normy EN i EN dotyczą odporności na zaburzenia elektromagnetyczne urządzeń pracujących w środowiskach mieszkalnych, handlowych oraz lekko uprzemysłowionych lub w środowiskach przemysłowych oraz normy EN i EN , które dotyczą dopuszczalnych poziomów emitowanych zaburzeń tak przewodzonych, jak i wypromieniowywanych w środowiskach jak wymienione wyżej. Dla niektórych grup wyrobów opracowano normy szczegółowe, które określają dopuszczalne poziomy emisji zaburzeń i wymaganą odporność na zaburzenia a także to, jakie rodzaje badań są wymagane ze względu na konstrukcję danego urządzenia. Przykładem takich norm są EN , norma dotycząca emisji zaburzeń dla przyrządów powszechnego użytku, narzędzi elektrycznych i podobnych urządzeń czy norma EN dotycząca odporności na zaburzenia dla urządzeń wymienionych powyżej. Osobną grupę norm stanowi seria norm EN x, mówiące o metodach badań i pomiarów odporności urządzeń na zaburzenia elektromagnetyczne. Nie należy również zapominać o normach serii EN x dotyczących badania emisji harmonicznych i flickerów (migotania światła) a więc zaburzeń niskoczęstotliwościowych. Każde nowe skonstruowane urządzenie, jak również urządzenia, w których dokonywano przeróbek powinny zostać poddane badaniom weryfikującym ich kompatybilność elektromagnetyczną. Odporność urządzeń na zaburzenia bada się przeprowadzając badania odporności na znormalizowaną emisję zaburzeń i obserwując pracę urządzenia czy maszyny. Badania te w skrajnych przypadkach (jeżeli urządzenia jest źle zaprojektowane i wykonane) mogą być badaniami niszczącymi lub stwarzającymi zagrożenie. W ramach projektu pt.: Doposażenie laboratoriów Instytutu Zaawansowanych Technologii Wytwarzania świadczących specjalistyczne usługi dla przedsiębiorców realizowanego w ramach Sektorowego Programu Operacyjnego Wzrost konkurencyjności przedsiębiorstw na lata , Priorytetu 1 Rozwój przedsiębiorczości i wzrost innowacyjności poprzez wzmocnienie instytucji otoczenia biznesu, Działanie 1.4 Wzmocnienie współpracy między sferą badawczo-rozwojową a gospodarką zakupiono aparaturę do badań odporności na zaburzenia elektromagnetyczne oraz do badań emisji harmonicznych i flickerów. Zakup tej aparatury rozszerzył możliwości badań prowadzonych w Instytucie. 3. Opis aparatury do badań dostępnej w Instytucie Do badań odporności na szybkie stany przejściowe/zaburzenia typu BURST wg normy EN oraz na udary wg normy EN ale także do badań wg wymagań klienta, w zakresie możliwości aparatury, służy modułowy system testujący NSG W skład systemu wchodzą: - moduł sterujący NSG moduł kształtowania impulsów PNW 2050 pozwalający uzyskać impuls typu SURGE 1,2/50 µs (napięcie jałowe) o wartości napięcia 200 V do 6,6 kv oraz 8/20 µs (prąd zwarcia) o wartości prądu zwarcia do 3,3 ka, 11

14 posiadający impedancję 2 Ω i 12 Ω, umożliwiający uzyskanie impulsów o biegunowości dodatniej, ujemnej lub przemiennej; - moduł PNW 2051 pozwalający uzyskać impuls typu SURGE 0,5/700 µs (napięcie jałowe) o wartości napięcia 200 V do 6,6 kv oraz 10/700 µs (prąd zwarcia) o wartości prądu zwarcia do 440 ka, posiadający impedancję 15 Ω i 40 Ω, umożliwiający uzyskanie impulsów o biegunowości dodatniej, ujemnej lub przemiennej; - moduł kształtowania impulsów PNW 2225 pozwalający uzyskać impulsy typu BURST o amplitudzie impulsu do 4,8 kv, czasie narastania 5 ns i szerokości impulsu 50 ns, z częstotliwością serii 100 Hz do 1 MHz, umożliwiający uzyskanie impulsów o biegunowości dodatniej, ujemnej i przemiennej; - moduł sprzęgający CDN 133 pozwalający na sprzęganie urządzeń badanych z generatorami typu SURGE i BURST dla EUT zasilanych jednofazowo i trójfazowo (napięcie 24 V do 440 V 50/60 Hz faza/faza, prąd 25 A ciągły i 30 A do 30 min) - sieci sprzęgające CDN 117/118 pozwalające wstrzykiwać impulsy typu SURGE do linii sygnałowych, linii danych oraz linii telekomunikacyjnych, Do wykonywania badań odporności na wyładowania elektrostatyczne jest używany symulator ESD typu NSG 435 produkcji firmy Schaffner. Umożliwia on badania zgodnie z normą EN , jak również badania, które mogą wnosić wiedzę na temat poprawnego działania urządzeń w obecności wyładowań elektrostatycznych, ale nie są do końca zgodne z wcześniej wymienioną normą. Symulator umożliwia generowanie napięć do 9 kv przy wyładowaniach dotykowych oraz 16 kv przy wyładowaniach powietrznych z dodatnią i ujemną biegunowością. Napięcie może być ustawiane co 100 V. Możliwe jest generowanie wyładowań pojedynczych oraz powtarzalnych co 0.5, 1, 5, 10, 20 lub 25 Hz. Do wykonywania badań na zapady i zaniki napięcia służy modułowy system testujący typu ProfLine bazujący na trzech źródłach wzorcowych NSG o mocy 5 kva każdy, wyposażony także w szybki przełącznik fazowy NSG-3 oraz układ synchronizacji sieciowej INA Umożliwia on przeprowadzanie badań zgodnie z normą EN , jeśli chodzi o poziomy i czasy trwania zaników napięcia, ale także stosownie do wymagań klienta w ramach możliwości systemu. Do wykonywania badań emisji harmonicznych oraz migotania światła służy również modułowy system testujący typu ProfLine bazujący na trzech źródłach wzorcowych NSG o mocy 5 kva każdy. System umożliwia analizę kształtu prądu pobieranego przez badane urządzenie do 40 harmonicznej oraz pomiar emisji flickerów (migotania światła). System ProfLine umożliwia także badanie odporności urządzeń na obecność harmonicznych w sieci zasilającej. 12

15 Poniższe zdjęcia przedstawiają nowo zakupioną część posiadanej przez nas aparatury: Modułowy system testujący NSG 2050 produkcji firmy Schaffner Symulator ESD typu NSG 435 produkcji firmy Schaffner 13

16 System ProfLine produkcji firmy Schaffner Oprócz powyższej aparatury Instytut posiada również wyposażenie do pomiarów emisji przewodzonej, tj. emisji zaburzeń przewodzonych do sieci zasilającej w zakresie 9 khz do 30 MHz. Posiadamy odbiornik pomiarowy ESCS 30 firmy Rohde & Schwarz oraz sztuczne sieci ESH2-Z5 (sieć trójfazowa, prąd do 25 A/fazę [obciążenie ciągłe]) oraz ESH3- Z5 (sieć jednofazowa, prąd 10 A/fazę). Zestaw - odbiornik pomiarowy oraz sztuczna sieć umożliwia pomiar emisji przewodzonej w zakresie 9 khz do 30 MHz. Dzięki posiadaniu odbiornika pomiarowego ESCS 30, cęgów absorpcyjnych MDS 21 oraz ławy pomiarowej wykonujemy także pomiary emisji mocy. promieniowanej na przewodzie zasilającym. Jest to badanie według normy EN dotyczącej wymagań dla przyrządów powszechnego użytku, narzędzi elektrycznych i podobnych urządzeń. Kolejnym typem aparatury dedykowanej do pomiarów zgodnie z normą EN jest czterokanałowy odbiornik pomiarowy DIA 1512D firmy Schaffner służący do pomiarów emisji zaburzeń nieciągłych jakie powstają przy przełączaniu obwodów prądu elektrycznego. Odbiornik posiada cztery kanały, które umożliwiają jednoczesny pomiar zaburzeń nieciągłych dla częstotliwości 150 khz, 500 khz, 1,4 MHz oraz 30 MHz. 14

17 Posiadamy również aparaturę do badania: - odporności na zaburzenia przewodzone o częstotliwości radiowej (indukowane w przewodach pod wpływem pola elektromagnetycznego) umożliwiającą badanie odporności wg normy EN z zestawem sieci sprzęgająco-odsprzęgających dla linii zasilania, linii danych i linii sygnałowych. - odporności na pole magnetyczne o częstotliwości sieci zasilającej (50 Hz) umożliwiające wytworzenie pola magnetycznego o wartości do 1000 A/m. Na wyposażeniu posiadamy cewki o wymiarach 1 m x 1 m x 0,6 m oraz 2,6 m x 1 m. 4. Badania realizowane w Instytucie Dzięki posiadaniu aparatury omówionej w poprzednim rozdziale jesteśmy w stanie przeprowadzić badania: 1. Odporności na szybkie stany przejściowe. Jest to wprowadzanie do przewodu zasilającego lub przewodów sygnałowych i sterujących zaburzeń imitujących zaburzenia, jakie powstają przy przełączaniu styków np. przekaźników, styczników pod obciążeniem. 2. Odporności na udary. Jest to wprowadzanie do przewodu zasilającego i ewentualnie przewodów sterujących i sygnałowych zaburzeń imitujących zaburzenia, których typowym przykładem są zaburzenia powstałe przy wyładowaniach atmosferycznych. 3. Odporności na wyładowania elektrostatyczne. Jest to badanie polegające na poddaniu urządzenia działaniu impulsów napięciowych o napięciu od kilku (przy wyładowaniu dotykowym) do kilkunastu kilowoltów (przy wyładowaniu powietrznym). Ma to na celu zbadanie odporności urządzenia na przeskok iskry pomiędzy obudową urządzenia a innym naelektryzowanym ciałem. Typowym przykładem takiego zaburzenia, obserwowanym przez kierowców, jest przeskok iskry między palcem a karoserią samochodu. Są to wyładowania bardzo krótkotrwałe, ale o wysokim napięciu i stosunkowo dużej energii, znaczącej dla układów elektronicznych. 4. Odporności na zapady i zaniki napięcia. Zapady napięcia są to krótkotrwałe obniżenia napięcia a zaniki są to krótkotrwałe wyłączenia napięcia. Przyjmuje się, że urządzenie lub maszyna powinno być odporne na takie zjawiska w określonych zakresach napięć i czasu i nie powodować np. wyłączeń urządzenia, zmiany parametrów pracy itp. Badanie przeprowadza się, zasilając urządzenie z wzorcowego źródła zasilania, obniżając napięcie zasilające i obserwując pracę urządzenia. 5. Badania emisji harmonicznych wg normy EN oraz migotania światła (flickerów) wg normy EN

18 Daniel NOWAK Janusz WSZOŁEK UNIESZKODLIWIANIE CIECZY OBRÓBKOWYCH ROTRESEL I INNE BADANIA 1. Wstęp Stosowane w obróbce wiórowej i ściernej ciecze obróbkowe spełniają istotne funkcję. Do podstawowych funkcji spełnianych przez ciecz obróbkową w procesie obróbki zalicza się: chłodzenie narzędzia i materiału skrawanego, smarowanie w strefie styku ostrza narzędzia skrawającego z obrabianym materiałem i wiórem, zmniejszenie współczynnika tarcia, poprawę jakości obrabianej powierzchni, ochronę powierzchni obrabianego materiału przed korozją. W wyniku właściwego stosowania cieczy obróbkowych, uzyskuje się zwiększenie wydajności maszyn do obróbki poprzez: zwiększenie prędkości skrawania, poprawę jakości obrabianych powierzchni, przedłużenie żywotności narzędzia skrawającego oraz zmniejszenie zużycia energii. Ze względu na budowę, ciecze obróbkowe można podzielić na: zwykłe emulsje olejowe, emulsje olejowe o właściwościach EP, płyny półsyntetyczne (mikroemulsje) oraz płyny syntetyczne. Dostosowanie prawa polskiego do unijnych wymagań narzuca na użytkowników cieczy obróbkowych obowiązek ewidencjonowania zużytych cieczy obróbkowych - zaliczanych do odpadów niebezpiecznych, oraz kontrolowaną ich neutralizację, bądź utylizację. O ile duże zakłady problem ten mają po części rozwiązany poprzez stosowanie własnych instalacji do unieszkodliwiania tego typu odpadów tak małe i średnie zakłady użytkujące chłodziwa nie zawsze spełniają wymagania prawne dotyczące postępowania ze zużytymi cieczami obróbkowymi. Dla tych zakładów jest to problem nie tylko natury technologicznej - ale także organizacyjnej, a przede wszystkim ekonomicznej. W Polsce z ton koncentratów powstaje rocznie ok. 150 tys. ton zużytych cieczy obróbkowych. Dane te wskazują, że skala problemu zużytych cieczy obróbkowych jest bardzo duża, tym bardziej, że są to odpady niebezpieczne. Biorąc pod uwagę ilość przepracowanych cieczy chłodząco-smarujących - problem z ich utylizacją przestaje być tylko sprawą poszczególnych użytkowników chłodziw, a powinien stać się problemem środowiskowym. Do jego rozwiązania niezbędne są odpowiednie rozwiązania prawne, techniczne i organizacyjne. Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania w Krakowie od lat prowadzi badania nad technologią unieszkodliwiania zużytych cieczy obróbkowych stosowanych w obróbce wiórowej i ściernej. Opracowana w IZTW technologia unieszkodliwiania zużytych emulsji olejowych oparta jest na metodzie elektrostatyczno-elektrolitycznej, należącej do grupy metod elektrochemicznych unieszkodliwiania tego typu odpadów. Rezultatem prowadzonych w IZTW badań w tym zakresie jest urządzenie Rotresel

19 Rys. 1. Urządzenie Rotresel 25 do unieszkodliwiania zuŝytych cieczy obróbkowych 2. Urządzenie Rotresel 25 Urządzenie przeznaczone jest do neutralizacji zużytych emulsji olejowych na bazie olejów mineralnych i półsyntetycznych (zwykłych emulsji oraz mikroemulsji) o stężeniach do 3% i ph 7-9%. Urządzenie Rotresel 25 jest samodzielnym stanowiskiem, umożliwiającym gromadzenie określonej ilości zużytej emulsji i jej neutralizację (rozdział emulsji na wodę poprocesową i odpad poprocesowy stały). Przystosowane jest do pracy w cyklu przepływowym z wydajnością [l/h], oraz pracy w cyklu stacjonarnym polegającym na rozbiciu określonej objętości (objętości komór reaktora urządzenia) zużytej emulsji w określonym czasie. Urządzenie Rotresel 25 składa się z trzech podstawowych zespołów. Pierwszym z nich jest zbiornikmagazyn, w którym gromadzi się zużyta emulsję. Ze zbiornika magazynu, po wcześniejszym napowietrzaniu i filtracji, zużyta emulsja podawana jest do zbiornika reaktora, gdzie zachodzi proces neutralizacji. Zbiornikmagazyn Zasilanie i sterowanie ZESPÓŁ ZASILAJĄCO- STERUJĄCY ZESPÓŁ REAKTORA SPALARNIA ZuŜyta emulsja Odpad poprocesowy KOMORY REAKTORA Zbiornik odpadu poprocesowego Filtr wody poprocesowej Woda poprocesowa KANALIZACJA Rys. 2. Schemat blokowy procesu unieszkodliwiana zuŝytych emulsji olejowych na urządzeniu ROTRESEL

20 W wyniku tego procesu otrzymuje się wodę poprocesową o czystości, która powinna spełniać wymagania stawiane ściekom komunalnym oraz półpłynny odpad będący mieszaniną zaadsorbowanego oleju oraz produktów elektrolizy powstających w trakcie procesu. Odpad ten po wysuszeniu spala się w specjalnych spalarniach. Z 1m 3 zużytej emulsji o stężeniu ok. 1.5% otrzymuje się ok kg wysuszonej masy odpadu poprocesowego. Po napełnieniu zbiornika magazynu urządzenia Rotresel 25 można prowadzić proces neutralizacji. Zużyte chłodziwo w sposób ciągły (za pomocą pompy) podawane jest do zbiornika reaktora urządzenia Rotresel 25, gdzie zachodzi proces neutralizacji. Tam, na powierzchni komór reaktora, wydziela się odpad w formie piany będący mieszaniną fazy olejowej wydzielonej ze zużytego płynu chłodzącego oraz tlenków i wodorotlenków aluminium produktów rozpuszczania aluminiowych elektrod, a także innych zanieczyszczeń jako pozostałości po zużytym chłodziwie. Odpad ten (w postaci piany) z powierzchni komór reaktora zdmuchiwany jest poprzez specjalne dysze - zespoły napowietrzająco-zdmuchującego na zespół rynien, skąd przedostaje się do zbiornika odpadu poprocesowego. W zbiorniku odpadu porocesowego z osadu zostaje odsączony zaolejony odpad wodny, który automatycznie po napełnieniu się zbiornika zawracany jest do zbiornika magazynu. Na sicie zbiornika odpadu poprocesowego gromadzi się odsączony odpad o ciastowatej konsystencji. Po wypełnieniu się sita odpadem pełne sito przesuwa się do specjalnego odstojnika, zastępując je pustym sitem. W odstojniku odpad naturalnie wysycha tworzy się tam rozdrobniony suchy granulat nazywany odpadem poprocesowym stałym. Odpad ten, stanowiący ok. 2-3% masy produktów poprocesowych, można spalać w specjalnych spalarniach (pozostałe 97% odpadu poprocesowego stanowi odpad wodny). Poniższa tabela ukazuje skuteczność redukcji niektórych grup zanieczyszczeń przy zastosowaniu metody elektrotatyczno-elektrolitycznej do neutralizacji zużytych cieczy obróbkowych. Tab.1. Przykładowe wyniki badań odpadu wodnego po neutralizacji zuŝytej cieczy obróbkowej Spirit 703 produkcji ELF, o stęŝeniu 1,5 % * Wskaźnik zanieczyszczenia Zawartość w zuŝytej emulsji Zawartość w odpadzie wodnym po procesie neutralizacji Suma substancji organicznych 49,3 0,062 [g] ChZT [mg0 2 /l] Fe [mg/l] 52,8 0,45 Chlorki [mg/l] 243,7 29,6 Azot ogólny [mg/l] 1099,4 57 Fosfor ogólny [mg/l] 1,24 0,13 Przewodnictwo 25st.C [µs/cm] Zawiesina [mg/l] - 21 * - Woda po neutralizacji zawierała śladowe ilości metali cięŝkich oraz wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych. Z uwagi na stale rosnący udział cieczy półsyntetycznych i syntetycznych, jako mediów chłodząco-smarujących w przemyśle obróbkowym, podjęto badania nad utylizacją tego typu odpadów metodą elektrostatyczno-elektrolityczną. Przeprowadzone badania wstępne dały zadowalające rezultaty. 18

21 3. Badania nad neutralizacją zużytych cieczy technologicznych o budowie emulsji wodno-olejowych metodą elektrostatycznoelektrolityczną W roku 2006 podjęto próby neutralizacji, innych niż ciecze obróbkowe, zużytych cieczy technologicznych, o budowie emulsji wodno-olejowych. Użytkowana w transporcie kolejowym ciecz chłodząca do silników Diesla lokomotyw spalinowych ma budowę emulsji wodno-olejowej. Sporządza się ją na bazie koncentratu firmy Orlen Oil. Koncentrat ten wytwarzany jest w oparciu o rafinowaną, mineralną bazę olejową, zestaw emulgatorów specyficznych dla cieczy trudnopalnych oraz dodatki antykorozyjne. Zalecane przez producentów stężenie emulsji na bazie takiego koncentratu wynosi od 2 do 10% przy użyciu wody o twardości 10 N (np. dla cieczy hydraulicznych roztwór 2%). Podobne koncentraty stosuje się także w górnictwie jako trudnopalne ciecze hydrauliczne typu HFAE. W ramach badań, na stanowisku laboratoryjnym do neutralizacji zużytych cieczy obróbkowych, wykonano próby neutralizacji cieczy chłodzącej silniki lokomotyw. Przeprowadzono również próby neutralizacji tej cieczy na urządzeniu Rotresel 25. Pobrana próbka zużytej cieczy chłodzącej (70 l), miała stężenie 0,1% i ph 7,6. Poniższe tabele ilustrują przebieg prób oraz otrzymane wartości badań wody odpadowej po procesie neutralizacji na urządzeniu Rotresel oraz stanowisku laboratoryjnym. Tabela 2. Otrzymane wyniki badań wody odpadowej po neutralizacji zuŝytej cieczy chłodzącej silniki lokomotyw na stanowisku laboratoryjnym do neutralizacji zuŝytych cieczy obróbkowych Oznaczenie próbki Czas neutralizacji [min] Wskaźnik ChZT [mg0 2 /dm 3 ] Pozostałość olejowa [mg/dm 3 ] H ,5 H ,5 H ,5 Tabela 3. Otrzymane wyniki badań wody odpadowej po neutralizacji zuŝytej cieczy chłodzącej silniki lokomotyw na urządzeniu Rotresel 25. Oznaczenie próbki Czas neutralizacji [min] Wskaźnik ChZT [mg0 2 /dm 3 ] Pozostałość olejowa [mg/dm 3 ] H ,0 H ,0 H ,5 Badania wody odpadowej po procesie neutralizacji na urządzeniu Rotresel 25 oraz stanowisku laboratoryjnym wykonano w MPWiK Kraków. 19

22 zawartość pozostałości olejowej [mg/dm3] czas neutralizacji [min] Rys. 3. Zawartość pozostałości olejowej w funkcji czasu neutralizacji zuŝytej cieczy chłodzącej na urządzeniu Rotresel 25 Jak widać na powyższym wykresie, spadek zawartości pozostałości olejowej w neutralizowanej cieczy poniżej 100 [mg/dm3] zachodzi już po około 15 minutach trwania procesu. Można zatem szacować, że maksymalna wydajność urządzenia Rotresel 25 przy neutralizacji badanej, zużytej cieczy chłodzącej, będzie wynosić około [l/h]. Istotną skuteczność redukcji oleju obserwuje się przez ok. pierwszych 30 minut trwania procesu, do momentu, gdy zawartość pozostałości olejowej w cieczy spada poniżej 12 [mg/dm 3 ]. Podobne zjawisko zaobserwowano w trakcie prób laboratoryjnych. Maksymalna wartość wskaźnika ChZT otrzymana po neutralizacji cieczy chłodzącej na urządzeniu Rotresel 25 oraz stanowisku laboratoryjnym nie przekracza 506 [mg0 2/dm 3 ] w otrzymywanym odpadzie wodnym. Wartość ta jest niższa od dopuszczalnych wartości wskaźnika ChZT dla kanalizacji komunalnej. 4. Wnioski - Wysoka skuteczność unieszkodliwiania zużytych cieczy obróbkowych (zwykłych emulsji olejowych oraz cieczy półsyntetycznych) na urządzeniu Rotresel 25, umożliwia stosowanie urządzenia jako samodzielnej instalacji do unieszkodliwiania tego typu odpadów. - W porównaniu z innymi metodami neutralizacji zużytych cieczy obróbkowych, metoda Rotresel charakteryzuje się dużą uniwersalnością poprzez możliwość neutralizacji wielu rodzajów i gatunków zużytych cieczy obróbkowych, o różnym stopniu zużycia, stężenia i zanieczyszczenia. - Pozytywne badania neutralizacji płynów technologicznych innych niż ciecze obróbkowe, świadczą o tym, że urządzenie Rotresel 25 może być wykorzystywane jako instalacja do neutralizacji płynów technologicznych o budowie emulsji wodno-olejowych wykorzystywanych w innych niż stosowane w obróbce skrawaniem urządzeniach oraz procesach technologicznych (transport, przemysł górniczy, wiertniczy, drzewny, galwaniczny, naftowy, skórzany, itp.). 20

23 INFORMACJA PRACA NAUKOWA FINANSOWANA ZE ŚRODKÓW MINISTRA NAUKI, WYKONANA W RAMACH REALIZACJI PROGRAMU WIELOLETNIEGO: DOSKONALENIE SYSTEMÓW ROZWOJU INNOWACYJNOŚCI W PRODUKCJI I EKSPLOATACJI W LATACH Daniel NOWAK Janusz WSZOŁEK Katarzyna SZCZEPEK-WCISŁO Marcin ROZMUS BADANIA NAD UNIESZKODLIWIANIEM ZUŻYTYCH PŁYNÓW OBRÓBKOWYCH PÓŁSYNTETYCZNYCH I SYNTETYCZNYCH 1. Wstęp Początkowo elektrostatyczno-elektrolityczna metoda neutralizacji zużytych chłodziw obróbkowych przeznaczona była do usuwania pozostałości olejowej ze zużytych emulsji olejowych. Prowadzone badania wykazały jednak, że w trakcie procesu rozbijania emulsji (usuwania oleju) następuje znaczna redukcja pozostałych związków chemicznych i jonów zawartych w zużytej emulsji. Fakt ten został wykorzystany w obecnej instalacji (urządzenie Rotresel 25), której skuteczność redukcji poszczególnych grup zanieczyszczeń pozwala na odprowadzenie poprocesowego odpadu wodnego do kanalizacji komunalnej. Ta właściwość procesu elektrostatyczno-elektrolitycznego unieszkodliwiania zużytych cieczy obróbkowych pozwala sądzić o możliwości unieszkodliwiania cieczy syntetycznych nie zawierających olejów mineralnych. Prowadzone w latach badania nad unieszkodliwianiem płynów półsyntetycznych o budowie mikroemulsji przyniosły oczekiwane, pozytywne wyniki badań wody odpadowej. Badania dotyczyły mieszaniny cieczy półsyntetycznych o nazwie koncentratu: Spirit 703 (firmy ELF) oraz Spirit 411 (firmy ELF) przeznaczonych do obróbki skrawaniem i szlifowania. Koncentraty te po rozcieńczeniu z wodą tworzą trwałą mikroemulsję. W roku 2005 rozpoczęto próby neutralizacji syntetycznych cieczy obróbkowych. Na urządzeniu Rotresel 25 przeprowadzono próby neutralizacji cieczy syntetycznej o nazwie koncentratu Synkon PGA (produkowanego przez Naftochem). Otrzymane wyniki neutralizacji w postaci odpadu wodnego były zadowalające, istnieje jednak potrzeba znacznej poprawy wartości wskaźnika CHZT w otrzymywanym odpadzie wodnym. Wskaźnik CHZT w otrzymywanym po procesie neutralizacji odpadzie wodnym, ze względu na specyfikę cieczy syntetycznych, osiąga wartości kilkakrotnie lub kilkunastokrotnie przekraczające dopuszczalne normy dla ścieków komunalnych. Przeprowadzone wstępne badania nad neutralizacją cieczy syntetycznych i semisyntetycznych skłoniły zespół do kontynuowania dalszych prac w tym zakresie w ramach Programu Wieloletniego: Doskonalenie systemów rozwoju innowacyjności w produkcji w latach , przy realizacji projektu badawczego: Utylizacja zużytych cieczy obróbkowych metodą elektrostatyczno-elektrolityczną budowa prototypu urządzenia. 21

24 2. Badania skuteczności neutralizacji cieczy syntetycznych i półsyntetycznych Jednym z etapów projektu badawczego, realizowanego w Zakładzie B6 Obróbki Skrawaniem i Narzędzi IZTW, były badania nad neutralizacją zużytych płynów obróbkowych syntetycznych i semisyntetycznych metodą elektrostatycznoelektrolityczną. Celem badań byłą ocena skuteczności redukcji wybranych wartości wskaźników poszczególnych grup zanieczyszczeń występujących w zużytych cieczach obróbkowych syntetycznych i semisyntetycznych, podczas neutralizacji tych cieczy metodą elektrostatyczno-elektrolityczną. Dla potrzeb przeprowadzenia badań pozyskano z przemysłu 10 gatunków zużytych płynów obróbkowych syntetycznych i semisyntetycznych oraz jedną zwykłą emulsję olejową. Tab.1. Pozyskane do badań zużyte syntetyczne i semisyntetyczne płyny obróbkowe Nazwa / Producent Rodzaj płynu Pochodzenie Objętość 1. Kutwel 40 Zwykła emulsja Armatura - Kraków 60 l 3.Ecocool 16CF2 Półsyntetyczny Georyt Kraków 60 l 4.Spirit 703 Półsyntetyczny WSK-Kraków 60 l 5.Spirit 703 (3 lata) Półsyntetyczny Zakład_Doświadczalny 20 l IZTW 6.Oak Kool 315 (3-m-ce) Półsyntetyczny PolSpecial - Kraków 20 l 7.Oak Kool 315 (2 lata) Półsyntetyczny PolSpecial - Kraków 15 l 8. Syntilo 81 E Syntetyczny Pratt&Whitney - Kalisz 20 l 9. Syntilo RHS Syntetyczny Frezwid-Skawina 20 l 10. Emulkol PS / Naftochem Kraków Półsyntetyczny Zakład_Doświadczalny IZTW 60 l 11. Synkon PGA / Naftochem Kraków Syntetyczny Zakład Obróbki Skrawaniem 60 l i Narzędzi IZTW 12.Hydrokol B / Naftochem Kraków Syntetyczny Georyt Kraków 60 l Dla pozyskanych zużytych płynów obróbkowych, wykonano badania skuteczności neutralizacji metodą elektrostatyczno-elektrolityczną poprzez określenie stopnia redukcji wybranych wartości wskaźników zanieczyszczeń w otrzymywanej wodzie poprocesowej w stosunku do płynu zużytego. Wyboru wskaźników dokonano na podstawie wcześniejszych doświadczeń w zakresie badań nad neutralizacją płynów obróbkowych metodą elektrostatyczno-elektrolityczną. Między innymi pominięto metale ciężkie, żelazo i mangan, fosfor. Doświadczenie we wcześniejszych badaniach w tym zakresie, prowadzonych w IZTW wskazuje, iż podlegają one prawie całkowitej redukcji (w wodzie odpadowej pozostają ich śladowe ilości) Do badań wybrano wskaźniki, co do których istnieje prawdopodobieństwo przekroczenia dopuszczalnych wartości dla ścieków komunalnych Do pierwszego etapu badań wyodrębniono następujące wskaźniki i grupy zanieczyszczeń: związki azotu, pozostałość olejowa (dla cieczy półsyntetycznych), związki siarki, chlorki, przewodność cieczy, zawiesina oraz zawartość bakterii i grzybów. 22

25 Na podstawie uzyskanych wyników badań nad skutecznością redukcji wybranych grup zanieczyszczeń przy neutralizacji zużytych płynów syntetycznych i semisyntetycznych, można sformułować następujące wnioski: - Skuteczność redukcji azotu ogólnego w cieczach syntetycznych i semisyntetycznych jest zbliżona do stopnia redukcji tego związku podczas neutralizacji zwykłych emulsji olejowych, wynosi ok. 50%, - Ilość azotu amonowego nie ulega zmianie podczas procesu neutralizacji. We wszystkich przypadkach badanej wody odpadowej zawartość tego związku nie przekroczyła dopuszczalnych stężeń - We wszystkich 10 badanych cieczach nastąpiła ok. 3-krotna redukcja azotu azotynowego. Zawartość tego związku w odpadzie wodnym po neutralizacji cieczy syntetycznych i semisyntetycznych jest ok. 10 razy mniejsza od dopuszczalnych stężeń dla kanalizacji. - Otrzymane wartości zawiesiny dla 8 neutralizowanych cieczy ( mg/l) w wodzie odpadowej świadczą o bardzo dobrej skuteczności oczyszczania metodą ektrostatyczno-elektrolityczną płynów syntetycznych i semisyntetycznych. Tylko w jednym przypadku (Syntilo RHS) wartość tego wskaźnika przekroczyła dopuszczalne normy 250 mg/l (zaw. w wodzie odpadowej: 1000 mg/l). - Z 10 poddanych neutralizacji zużytych płynów obróbkowych, tylko w dwóch nie zaobserwowano zanieczyszczenia bakteriami i grzybami (Hydrokol B, Emulkol PS). W pozostałych stopień zanieczyszczenia bakteriami i grzybami był średni i wysoki (dla bakterii 5 do 100 kolonii/cm 2 ). W poprocesowej wodzie odpadowej nie wykryto bakterii i grzybów. W wodzie odpadowej po neutralizacji płynów, w których nie zaobserwowano zanieczyszczenia bakteriami i grzybami poziom azotu ogólnego był ok. 3 razy wyższy od stężeń dla wody odpadowej po neutralizacji pozostałych płynów. Może mieć to związek ze stosowaniem preparatów bakteriobójczych dodawanych do chłodziw w trakcie eksploatacji; badania świeżych płynów: Hydrokol B oraz Emulkol PS nie wykazały wysokich wartości (powyżej 100 mg/l) azotu ogólnego. - Badania pozostałości olejowej po neutralizacji cieczy półsyntetycznych wskazują na to, iż ciecze te są mniej podatne na redukcje tego typu zanieczyszczeń (substancje ekstrahujące się eterem naftowym) od zwykłych emulsji olejowych. Skuteczność redukcji pozostałości olejowej podczas prób neutralizacji płynów półsyntetycznych jest o ok. 30% mniejsza w porównaniu ze zwykłymi emulsjami olejowymi. Rozwiązaniem tego problemu może być ograniczenie wydajności neutralizacji. - Zawartość siarczanów w otrzymywanym odpadzie wodnym po neutralizacji płynów syntetycznych i semisyntetycznych była ok. 3 do 10 razy mniejsza od dopuszczalnych wskaźników. - Zawartość chlorków w odpadzie wodnym była we wszystkich przypadkach kilkukrotnie niższa od wskaźników dopuszczalnych. - Stopień redukcji przewodności w poprocesowym odpadzie wodnym po neutralizacji płynów syntetycznych i semisyntetycznych wynosi od 30 do 70%. Uzyskiwane wartości przewodności (poniżej 700 µs/cm) wody odpadowej są mniejsze od dopuszczalnych wskaźników ustalonych dla kanalizacji komunalnej. Ustalono także, że w przypadku neutralizacji płynów półsyntetycznych i syntetycznych stopień redukcji przewodności w procesie neutralizacji oddaje skuteczność procesu oczyszczania (redukcji związków rozpuszczonych w neutralizowanych płynach) i może być jednym ze wskaźników skuteczności procesu unieszkodliwiania tego typu odpadów. Wysoki poziom redukcji przewodności w przeprowadzonych badaniach neutralizacji płynów syntetycznych i półsyntetycznych świadczy o dobrej skuteczności procesu. 23

26 3. Badania nad redukcją wysokich wartości wskaźników CHZT w odpadzie wodnym po neutralizacji cieczy syntetycznych Druga część badań przeprowadzonych w ramach części badawczej projektu miała na celu opracowanie metody (technologii) redukcji wysokich wartości wskaźnika CHZT w otrzymywanym odpadzie wodnym po neutralizacji zużytych cieczy syntetycznych metodą elektrostycznoelektrolityczną. Zanieczyszczenia organiczne badanego odpadu wodnego wyrażone wartością wskaźnika CHZT mogą występować w postaci rozpuszczonej lub w postaci zawiesiny trudno opadającej. Z tego względu próby redukcji wartości CHZT w otrzymywanym po procesie odpadzie wodnym prowadzono z użyciem procesów koagulacji, utleniania, reakcji fentona oraz intensywnego napowietrzania drobnopęcherzykowego (flotacji), a także filtracji przez włókninę filtracyjną celem zatrzymania wytraconego podczas prób osadu. Badania nad redukcją CHZT przeprowadzono na odpadzie wodnym otrzymanym po neutralizacji następujących cieczy syntetycznych: Syntilo 81E, Syntilo RHS, Synkon PGA, Hydrokol B. Do badań użyto następujących preparatów oraz związków chemicznych: preparat PAX 16 (koagulant glinowy), preparat PIX 113 (koagulant żelazowy), perhydrol (30%), chlorek żelaza, siarczan żelazowy, kwas siarkowy, podchloryn wapnia, podchloryn sodu. Badania przeprowadzono w dwóch etapach. W pierwszym wodę poprocesową poddano działaniu wybranych koagulantów, utleniaczy oraz reakcji fentona celem określenia stopnia redukcji zanieczyszczeń organicznych wyrażonych wskaźnikiem CHZT. Poniżej przedstawiono wnioski dotyczące tej części doświadczenia. - Doświadczenia z preparatem PAX nie dały zadowalających rezultatów - istotnej redukcji wartości wskaźnika CHZT w otrzymywanym odpadzie wodnym. Doświadczenia z wykorzystaniem reakcji fentona (siarczan żelaza (II), perhydrol, kwas siarkowy) wykazały, że stopień redukcji wartości CHZT mieści się w przedziale 25-45% - dla badanych próbek wody odpadowej. Z uwagi na utrudnienia związane z koniecznością redukcji wartości ph do przedziału 3-4, przed realizacją doświadczenia, a także koniecznością zobojętnienia układu po wykonanej próbie, zaprzestano dalszych prób w wykorzystaniem reakcji fentona. - Stopień redukcji wartości CHZT w doświadczeniach z użyciem chlorku żelaza: 20-35%. - Stopień redukcji wartości CHZT w doświadczeniach z użyciem podchlorynu wapnia: 35-50%. - Najefektywniejszą redukcję wartości CHZT otrzymano w doświadczeniach z użyciem preparatu PIX 113. Otrzymane wartości redukcji mieszczą się w przedziale 45-55% dla badanych próbek wody odpadowej. Drugi etap tej części badań polegał na połączeniu dwóch metod redukcji CHZT (metody, w której przeważają procesy koagulacji oraz metody, w której przeważają procesy utleniania). Wybrano metody, które w pierwszej fazie badań wykazały skuteczność w redukcji wskaźnika CHZT. Spośród wybranych par dla dwustopniowych doświadczeń (PIX perhydrol, PIX 113 +chlorek żelaza, PIX reakcja fentona, PIX podchloryn wapnia) największą skuteczność uzyskano przy połączeniu PIX 113 oraz podchlorynu wapnia. Wstępna redukcja wartości wskaźnika CHZT dla badanych próbek po użyciu preparatu PIX 113 wynosi 45-55%. Dalsza redukcja wskaźnika CHZT przy użyciu podchlorynu wapnia wynosi 20-25%. W sumie spodziewany stopień redukcji wskaźnika CHZT przy użytej 2-stopniowej metodzie wynosi 65-80%. 24

27 4. Wnioski - Wyniki badań nad określeniem stopnia redukcji wyodrębnionych zanieczyszczeń w zużytych płynach obróbkowych syntetycznych i półsyntetycznych podczas neutralizacji metodą elektrochemiczną Rotresel są wystarczające ze względu na oczekiwany stopień zanieczyszczenia odpadu wodnego (poza redukcją wartości wskaźnika CHZT). - W badaniach nad obniżeniem wysokich wartości wskaźnika CHZT w otrzymywanym po procesie neutralizacji cieczy syntetycznych odpadzie wodnym, wykorzystano różne metody fizykochemiczne oczyszczania odpadu wodnego z zanieczyszczeń organicznych: koagulację, utlenianie oraz reakcję Fentona. - Ze względu na to, iż obecne w wodzie odpadowej zanieczyszczenia organiczne występują w postaci związków rozpuszczonych oraz nierozpuszczonych (zawiesin), tylko połączenie dwóch metod oczyszczania metody, w której przeważają procesy koagulacji oraz metody, w której przeważają procesy utleniania mogło przynieść spodziewany efekt w postaci redukcji wartości wskaźnika CHZT w otrzymywanym odpadzie wodnym o 70-90%. - Na podstawie przeprowadzonych badań ustalono dwustopniową technologię redukcji wartości wskaźnika CHZT w otrzymywanym odpadzie wodnym na potrzeby funkcjonowania urządzenia do neutralizacji zużytych cieczy syntetycznych i semisyntetycznych w oparciu o metodę Rotresel. Literatura 1. Kowal A.L., Świderska-Bróż M.: Oczyszczanie wody, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa-Wrocław Byers J.P.: Metalworking Fluids, Marcel Dekker, Inc, New York Praca zbiorowa Technotreat Corp. USA: Oczyszczanie ścieków z wykorzystaniem reakcji Fentona, Chem.Eng., 1996, 91, nr 12, Bielański A.: Chemia ogólna i nieorganiczna, PWN, Warszawa Minczewski J., Marczenko Z.: Chemia analityczna 1 Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa, PWN, Warszawa Sapci Z., Ustun B.: The Removal of Color and COD from Textile Wastewater by Using Waste Pumice, Electronic Journal of Environmental, Agricultural and Food Chemistry, ISSN: Ali Awan M.: Reduction of Chemical Oxygen Demand from Tannery Wastewater by Oxidation, Electronic Journal of Environmental, Agricultural and Food Chemistry, ISSN:

28 Andrzej KARPIŃSKI MOŻLIWOŚCI RACJONALIZACJI KOSZTÓW CIĘCIA WYSOKOCIŚNIENIOWYM STRUMIENIEM WODNOŚCIERNYM 1. Wprowadzenie Technologia wysokociśnieniowego strumienia wody, zaliczana do tzw. wysokich technologii, odgrywa w ostatniej dekadzie bardzo ważną rolę w zaspokojeniu wymagań w obróbce nowych materiałów inżynierskich i czyszczeniu powierzchni technicznych. Technologia ta, przed rokiem 2001 praktycznie nieznana w Polsce (z wyjątkiem ośrodków naukowych), od kilku lat bardzo szybko zyskuje na popularności w polskim przemyśle, m.in. metalowym, lotniczym, zbrojeniowym, kamieniarskim i in. Powodem tego są korzystne trendy gospodarcze oraz dotacje unijne, a przede wszystkim istotne zalety, jakie oferuje wysokociśnieniowy strumień wody w stosunku do innych metod cięcia, zarówno tradycyjnych mechanicznych, jak i niekonwencjonalnych np. cięcia laserowego, cięcia plazmą oraz wycinania elektroerozyjnego. Są to m.in.: wysoka elastyczność technologiczna: możliwość przecinania większości aktualnie stosowanych materiałów, niezależnie od ich twardości, np. guma, tworzywa sztuczne, metale, materiały kompozytowe i warstwowe, szkło, kamień, ceramika i in; szeroki zakres grubości ciętych materiałów typowo do 150 mm (możliwe jest przecinanie materiałów o grubości nawet powyżej 300 mm); wysoka dokładność wymiarowa ok. ± 0,1 mm i związane z tym wyeliminowanie obróbki wykańczającej (tzw. obróbka na gotowo ); niewielki odpad materiału przeciętna szerokość szczeliny cięcia: 0,8-1,0 mm; brak uszkodzeń cieplnych przedmiotu obrabianego; niewielka uciążliwość dla człowieka i środowiska: w procesie obróbkowym wykorzystywane są wyłącznie produkty naturalne woda oraz naturalne materiały ścierne. Procesowi ob.- róbkowemu nie towarzyszy powstawanie szkodliwych gazów oraz pylenie. Polskie przedsiębiorstwa rozpoczynające swą działalność w obszarze hightech, na mało znanym polu usług cięcia strumieniem wody, przy wysokiej konkurencji, bez stałych partnerów kooperacyjnych i przy wysokich kosztach kredytów inwestycyjnych są wystawione na duże ryzyko ekonomiczne. Ograniczenie tego ryzyka jest jednym z podstawowych warunków stosowania i rozwoju nowych technologii w sektorze małych i średnich firm. Ważnymi czynnikami umożliwiającymi ograniczenie ryzyka niepowodzenia są m.in.: znajomość rynku, solidna znajomość wdrażanej technologii oraz kosztów inwestycji i eksploatacji urządzeń. Wszechstronnej, fachowej pomocy w tej tematyce udziela Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania (IZTW), który już od 1998 roku prowadzi prace badawczo-rozwojowe z zakresu wysokociśnieniowego strumienia wody (rys. 1). Dzięki dużemu doświadczeniu praktycznemu oraz wysokim kompetencjom naukowym Instytut służy także doradztwem technicznym przy wdrażaniu tej technologii oraz przygotowuje specjalistyczne opinie z tego zakresu, wymagane przy pozyskiwaniu dotacji unijnych oraz kredytów inwestycyjnych. Tematyka podejmowanych w Instytucie prac badawczo-rozwojowych jest ściśle ukierunkowana na potrzeby polskich 26

29 firm stosujących technologię wysokociśnieniowego strumienia wody. Jednym z ważniejszych zagadnień badawczych z tego obszaru realizowanych w IZTW jest racjonalizacja kosztów cięcia strumieniem wodnościernym. Rys. 1. Pomiar obciążenia przedmiotu obrabianego podczas cięcia wysokociśnieniowym strumieniem wodnościernym na stanowisku badawczym IZTW. 2. Optymalizacja parametrów cięcia wysokociśnieniowym strumieniem wodnościernym przy użyciu oprogramowania WaterJet Optimal Obecna złożoność technologiczna, oddziaływanie parametrów procesu produkcyjnego na wskaźniki techniczne i ekonomiczne, oraz wpływ parametrów zależnych od otoczenia firmy (np. warunki finansowe działalności firmy) wykluczają możliwość tradycyjnego oszacowania wskaźników ekonomicznych działalności firmy, np. kosztu wykonywanych usług. Dodatkowe utrudnienie stanowi fakt, że na polskim rynku usług przeważają małe zlecenia pochodzące od dużej liczby zleceniodawców przy wysokim zróżnicowaniu rodzajów ciętych materiałów. By w takich warunkach prowadzenia usług zachować racjonalne koszty cięcia konieczna jest ich optymalizacja. Biorąc to pod uwagę, w IZTW opracowano oprogramowanie optymalizacyjne WaterJet Optimal rys. 2, które umożliwia automatyczne obliczenie optymalnych parametrów cięcia - prędkości posuwu głowicy tnącej, ciśnienia wody i ilości dozowanego ścierniwa, ze względu na maksymalną wydajność, bądź też najwyższą jakość cięcia [1]. Podstawą do rozwiązania problemu optymalizacyjnego jest baza danych technologicznych, będąca rezultatem przeprowadzonych w IZTW badań eksperymentalnych cięcia różnych materiałów. Procedura analitycznej optymalizacji została sformułowana na podstawie zależności regresyjnych maksymalnej głębokości cięcia i chropowatości powierzchni obrobionej od parametrów cięcia. Przejrzysty interfejs programu Water- Jet Optimal umożliwia łatwe sterowanie obliczeniami oraz odczyt wyników optymalizacji. Obliczony łączny koszt cięcia, w większości przypadków decydujący dla klienta zlecającego usługę, uwzględnia m.in. następujące koszty: wody oraz ścieków, ścierniwa, energii elektrycznej, części eksploatacyjnych, robocizny, kredytu inwestycyjnego oraz amortyzacji urządzenia i wyposażenia. 27

30 Rys. 2. Ekran główny programu optymalizacyjnego WaterJet Optimal. Ponadto w strukturze programu uwzględniono wpływ następujących czynników na koszty cięcia: grubość materiału, czas pracy urządzenia w systemie jedno- lub dwuzmianowym, liczba operatorów urządzenia i programistów przygotowujących programy NC, płace godzinowe operatorów i programistów. Duże znaczenie zagadnienia optymalizacji kosztów cięcia dla polskich firm najlepiej odzwierciedla problem związany z wysokimi kosztami ścierniwa. Obecnie w Polsce do cięcia strumieniem wodnościernym używa się wyłącznie importowanego spoza Europy ziarna granatu. Jeśli koszty ograniczyć tylko do kosztów eksploatacyjnych (takich jak: koszt dysz tnących i wodnych, zużycie wody, koszty ścieków, prądu elektrycznego i ścierniwa) okazuje się, że koszt materiału ściernego może sięgać w nich ok. 70 %. W szczególnych przypadkach obróbkowych udział kosztów ścierniwa może wzrosnąć nawet do 90 % całkowitych kosztów cięcia. W takiej sytuacji obniżenie kosztów ścierniwa i racjonalizacja jego zużycia z wykorzystaniem oprogramowania WaterJet Optimal może znacząco podnieść konkurencyjność tej nowej technologii na polskim rynku usług. 3. Racjonalizacja kosztów cięcia materiałów podatnych na uszkodzenia z wykorzystaniem diagnostyki procesu cięcia Jednym z problemów związanych z cięciem materiałów inżynierskich strumieniem wodnościernym pod wysokim ciśnieniem są uszkodzenia przedmiotu w następstwie przypadkowych zakłóceń procesu cięcia. O ile zakłócenia te w przypadku cięcia materiałów metalowych nie są istotne, to w przypadku materiałów podatnych na uszkodzenia, jak np. szkło, ceramika czy włókniste materiały kompozytowe, mogą one prowadzić do poważnego uszkodzenia przedmiotu obrabianego, bądź też do jego całkowitego zniszczenia. W przypadku niewykrycia przez operatora urządzenia uszkodzeń wykluczających dalszą obróbkę przedmiotu (np. pęknięcia przedmiotu wykonanego ze szkła) w momencie ich wystąpienia, proces cięcia jest kontynuowany, co prowadzi do wzrostu kosztów działalności firmy. Jednym ze sposobów ograniczenia tego typu strat finansowych jest zastosowanie opracowanego w Instytucie układu diagnostycznego umożliwiającego rozpoznanie momentu wystąpienia uszkodzenia materiału oraz oszacowanie jego wielkości. 28

31 Układ diagnostyczny wykorzystuje tor pomiarowy, w którego skład wchodzą czujnik drgań oraz czujnik emisji akustycznej [2]. Sygnały generowane przez czujniki podczas cięcia są gromadzone, kondycjonowane i próbkowane przez płytę akwizycji danych a następnie analizowane przy użyciu specjalistycznego oprogramowania. Analizę sygnału przeprowadza się w dziedzinach czasu oraz częstotliwości, a opisu sygnału dokonuje się z użyciem wybranych parametrów charakterystycznych, takich jak np.: amplituda sygnału, wariancja, kurtoza oraz widmo czasowo-częstotliwościowe (spektrogram STFT). Ponieważ ustalonemu procesowi przecinania strumieniem wodnościernym przyporządkowane jest pewne typowe pasmo częstotliwości dla każdej z mierzonych wielkości pomiarowych, to poprzez rejestrację zdarzeń o częstotliwościach spoza tych pasm możliwa jest lokalizacja nietypowych zdarzeń wzdłuż toru cięcia, np. rozwarstwień, pękania itp. Na rys. 3 przedstawiono przykład zastosowania układu diagnostycznego do wykrywania rozwarstwień (delaminacji) włóknistych materiałów kompozytowych. Delaminacja jest dominującym problemem towarzyszącym obróbce tych materiałów (podobnie jak pękanie w przypadku szkła), polegającym na utracie spójności pomiędzy sąsiadującymi ze sobą warstwami kompozytu, co w efekcie może doprowadzić nawet do całkowitego zniszczenia przedmiotu podczas późniejszej eksploatacji. Jak można zaobserwować na rys. 3a sygnał czasowy pochodzący od ustalonego procesu przecinania pozbawiony jest zaburzeń o wysokich amplitudach, a kurtoza i wariancja wolne są od pików. W spektrum czasowo-częstotliwościowym oprócz szerokiego pasma odpowiadającego ustalonemu procesowi usuwania materiału również nie obserwuje się pików. Natomiast, jak przedstawiono na rys. 3b, odcinki sygnału odpowiadające rozwarstwieniu kompozytu są łatwe do identyfikacji w postaci bardzo wysokich wartości amplitud. Jak wykazały szczegółowe analizy, wartości amplitud mogą służyć do skutecznego oszacowania wielkości powstałych uszkodzeń [2]. Uzyskane rezultaty stwarzają podstawy do automatyzacji procesu diagnostyki, co w przypadku produkcji przemysłowej uniezależni jakość wykonania przedmiotu od reakcji operatora urządzenia oraz umożliwi zredukowanie kosztów firm związanych z wytwarzaniem wybrakowanych wyrobów. 4. Wzrost wydajności cięcia z użyciem nowego systemu zasilania ścierniwem Coraz wyższe wymagania ze strony przemysłu pod względem jakości wyrobów oraz wydajności produkcji, doprowadziły w ostatnich kilku latach do skokowego postępu technologicznego w budowie obrabiarek do cięcia wysokociśnieniowym strumieniem wody. Najważniejsze z innowacyjnych rozwiązań wprowadzonych w tym czasie do użytku, to m.in.: wysokociśnieniowe pompy wody, tzw. wzmacniacze ciśnienia, o maksymalnym ciśnieniu roboczym 6000 bar [3] oraz systemy sterowania on-line położeniem przestrzennym głowicy tnącej [4, 5]. Innowacje te, umożliwiające skokowy wzrost wydajności cięcia, mają bardzo ważne znaczenie dla rozwoju technologii wysokociśnieniowego strumienia wody i pozwalają jej obecnie konkurować nawet w tych obszarach zastosowań, które były dotychczas zarezerwowane wyłącznie dla innych technologii. Jednak, ze względu na wysoką cenę, obrabiarki nowej generacji są obecnie w Polsce bardzo nieliczne.

32 Rys. 3. Wykrywanie uszkodzeń włóknistego materiału kompozytowego z użyciem układu diagnostycznego (sygnał z czujnika drgań): a) cięcie bez delaminacji b) cięcie z delaminacjami. Alternatywnym rozwiązaniem, umożliwiającym wzrost wydajności i jakości wykonywania usług cięcia w małych i średnich firmach przy niewielkich, akceptowalnych nakładach inwestycyjnych, jest modernizacja już eksploatowanych urządzeń, m.in. z wykorzystaniem wyników prac rozwojowych zrealizowanych w IZTW. Obiektem intensywnych badań był m.in. system zasilania ścierniwem głowic tnących, odpowiedzialny w dużej mierze za jakość wytwarzanego strumienia wodnościernego. Jak wykazały badania przeprowadzone z użyciem kamery do wykonywania szybkich zdjęć oraz oprogramowania do cyfrowej analizy obrazu [6], bardzo korzystnym rozwiązaniem, prowadzącym do znaczącej redukcji nieregularności transportu ścierniwa do głowicy tnacej i wzrostu stabilności procesu wytwarzania strumienia wodnościernego, jest maksymalne skrócenie przewodu transportowego pomiędzy głowicą a dozownikiem ścierniwa. W efekcie w IZTW zaprojektowano i wykonano nowy rodzaj dozownika ścierniwa tzw. dozownik przygłowicowy rys. 4. Dozownik, o regulowanym precyzyjnie (w zakresie 1 10 g/s) wydatku ścierniwa, został wyposażony w zasilany 30

33 zewnętrznie mini-zbiornik ścierniwa o niewielkich gabarytach. Umożliwia to zainstalowanie go na portalu dowolnej obrabiarki, w bezpośrednim pobliżu głowicy tnącej, co umożliwia skrócenie przewodu transportowego ścierniwa nawet do ok. 200 mm. Na podstawie przeprowadzonych badań technologicznych wydajności cięcia z użyciem nowego dozownika stwierdzono, że jego zastosowanie umożliwiło wzrost maksymalnej głębokości cięcia stali o ok. 12% [6], a w odniesieniu do kompozytów szklano-epoksydowych uzyskiwano wzrost maksymalnej prędkości cięcia (limitowanej przez pojawienie się delaminacji) nawet do ok. 60%. a) b) Rys. 4. a) Stanowisko badawcze IZTW wyposażone w przygłowicowy dozownik ścierniwa. b) Otwór wykonany strumieniem wodnościernym w kompozycie włókno szklane/żywica epoksydowa. Zastosowanie dozownika przygłowicowego umożliwia ponadto rozwiązanie innego, typowego dla obróbki wysokociśnieniowym strumieniem wodnościernym problemu wykonywania otworów w materiałach podatnych na uszkodzenie. Użycie strumienia wodnościernego pod wysokim ciśnieniem powoduje zazwyczaj w takich przypadkach rozległe uszkodzenia materiału obrabianego np. delaminacje materiałów warstwowych, a w przypadku szkła i ceramiki odpryski materiału, a także często pękanie i całkowite zniszczenie przedmiotu. Z drugiej strony zbyt niskie ciśnienie wody prowadzi do problemów z prawidłowym wytworzeniem strumienia wodnościernego w głowicy tnącej przy zastosowaniu starszych typów dozowników ścierniwa, a w efekcie również do uszkodzeń przedmiotu obrabianego. Dlatego dotychczas w przypadku cięcia materiałów podatnych na uszkodzenia stosowano powszechnie wcześniejsze mechaniczne przewiercanie materiału poza obrabiarką, co podnosiło całkowite koszty usługi. Dopiero zastosowanie dozownika przygłowicowego wraz z krótkim przewodem transportowym ścierniwa umożliwia rozwiązanie tego problemu poprzez skuteczne wytworzenie strumienia wodnościernego przy niskim ciśnieniu wody. Przeprowadzone badania technologiczne na szkle oraz kompozytach włóknistych potwierdziły, że jest możliwe skuteczne wykonywanie otworów, zarówno przelotowych, jak i nieprzelotowych w materiałach podatnych na uszkodzenie przy niskich ciśnieniach (ok. 80 MPa) oraz niewielkich (3,5 4,5 g/s) ilościach podawanego ścierniwa. 31

34 4. Podsumowanie 5. Literatura 1) Karpiński A., Wantuch E., Lutze H.: Kostenrationalisierung beim Hochdruck-Wasserabrasivstrahlschneiden unter Anwendung von Optimierung der Schneidparameter und Diagnostik des Schneidprozesses. Proc. of International Conference PERSPE- KTIVEN Nutzen des Einsatzes der Hochdruckwasserstrahltechnologie zum Reinigen und zum Schneiden, Ha Noi, ) Karpiński A.: Praca doktorska. Politechnika Krakowska, ) Werth H., Hiller W., Luetge C., Koerner J.-P., Pude F., Lefevre I., Lefevre R.: Cutting Performance Opracowane w IZTW oprogramowanie do optymalnego doboru parametrów cięcia WaterJet Optimal, metoda diagnostyki procesu cięcia z użyciem nowoczesnych technik pomiarowych oraz analizy sygnału, a także nowy system zasilania ścierniwem głowic tnących pozwalają na skuteczną racjonalizację kosztów cięcia wysokociśnieniowym strumieniem wodnościernym. Ma to szczególne znaczenie dla małych i średnich firm, dla których, zwłaszcza w początkowej fazie ich funkcjonowania, minimalizacja kosztów wykonywanych usług, przy jednoczesnym zapewnieniu ich wysokiej jakości, ma decydujące znaczenie dla przetrwania tych firm na rynku oraz ich dalszego rozwoju. and Obtainable Quality Applying 6,000 bar Abrasive Waterjets. 8 th Int. Conference on Management of Innovative Technologies MIT 2005, s ) Materiały informacyjne firmy Flow Inc. 5) Materiały informacyjne firmy Omax Inc. 6) Karpiński A.: Possibility of an Increase of Abrasive Water Jet Machining Efficiency by the Development of Abrasive Supply Systems. The 4 th International Conference on Machining and Measurements of Sculptured Surfaces MMSS'2006, s Uprzejmie informujemy, Ŝe nakładem Instytutu ukazał się kolejny zeszyt Prac IZTW w serii Zeszyty Naukowe: Andrzej Karpiński: Wpływ wysokociśnieniowej obróbki wodnościernej na delaminację wybranych materiałów kompozytowych. Prace IZTW, seria Zeszyty Naukowe, nr 86, Kraków: IZTW, 2006, 118 s.: rys.; 24 cm Cena 30 zł Przedstawiona praca poszerza w znaczący sposób aktualną wiedzę na temat cięcia włóknistych materiałów kompozytowych z uŝyciem wysokociśnieniowego strumienia wodnościernego, kładąc główny nacisk na określenie zbioru przyczyn wywołujących delaminację, czyli utratę spójności między warstwami kompozytu, oraz moŝliwości jej ograniczenia. Zaprezentowane wyniki pozwalają wnioskować, Ŝe głównym powodem powstawania rozwarstwień kompozytów włóknistych przecinanych strumieniem wodnościernym są nierównomierności w dozowaniu ścierniwa do głowicy tnącej. Zaproponowano układ do detekcji rozwarstwień podczas procesu przecinania, wykorzystujący czujniki drgań oraz emisji akustycznej. Układ ten moŝe być uŝywany w praktycznych aplikacjach do cięcia odpowiedzialnych elementów z kompozytów włóknistych. Zamówienia: int@ios.krakow.pl 32

35 Tatiana MILLER MODUŁOWY SYSTEM DO POMIARU I ANALIZY TOPOGRAFII POWIERZCHNI TOPO 01 PROFILOMETR TOPO 01P KSZTAŁTOGRAF TOPO 01K PRZEZNACZENIE pomiary i analiza profili chropowatości i falistości powierzchni oraz profilu pierwotnego pomiary zarysu kształtu i jego wymiarowanie pomiary i analiza przestrzenna 3D chropowatości, falistości i kształtu Modułowy system TOPO 01 umożliwia kompletowanie stanowisk do pomiaru i analizy struktury geometrycznej powierzchni, w zależności od potrzeb i wymagań użytkowników. Z modułów systemu można tworzyć stykowe przyrządy przeznaczone do pomiarów chropowatości, falistości i profilu pierwotnego - PROFILOMETR TOPO 01P oraz kształtu - KSZTAŁTOGRAF TOPO 01K, także z pomiarami i analizą przestrzenną. ZAKRES ZASTOSOWAŃ tradycyjnie stosowane obróbki ubytkowe (frezowanie, szlifowanie, toczenie, docieranie, honowanie, itp.), niekonwencjonalne obróbki ultradźwiękowa, laserowa, strumieniem elektronów, jonów lub wiązką plazmy, obróbka strumieniowo ścierna, elektrochemiczno ścierna i inne, tribologia - ocena nacisków powierzchni w kontakcie, smarowania, pomiary rzeczywistej powierzchni kontaktu, analiza tarcia, zużycia, odkształceń oraz procesów chemicznych, obróbka plastyczna, powierzchnie po walcowaniu, itp. W dziedzinach nie związanych bezpośrednio z budową maszyn: bioinżynieria - badanie powierzchni skóry, kości, zębów, endoprotez, nauki medyczne -badania zębów, kości, stawów, biologia - analiza wpływu kosmetyków na skórę, sport - badania zachowania się nart na śniegu, elektronika - analiza układów scalonych, i wiele innych. 33

36 ELEMENTY SYSTEMU: zespół pomiarowo-sterujący kolumna z płytą granitową 750 x 450 mm zespół przesuwu do pomiarów chropowatości TOPO L50 lub TOPO L120 zespół przesuwu do pomiarów kształtu TOPO L200 lub TOPO L120 czujniki do pomiaru chropowatości: S250, BS250, BS1000 czujnik do pomiaru kształtu PG40 komputer z monitorem i drukarką programy pomiarowo-sterujące i analizy dla chropowatości i kształtu w wersjach 2D i 3D stolik skaningowy do pomiarów 3D PROGRAM ANALIZY PROFILU 2D Analiza przeprowadzana jest dla następujących rodzajów profilu: Profil R - profil chropowatości Profil W - profil falistości Profil P - profil pierwotny parametry wg aktualnych norm ISO i PN oraz dodatkowo inne nieznormalizowane programowe filtry profilu Gaussa z korekcją fazy najbardziej rozpowszechnione funkcje i charakterystyczne krzywe statystyka parametrów: XQ, s, Rs, MIN, MAX możliwość wymiarowania zarysów profilu obliczanie pól pod i nad profilem na wybranych odcinkach eksport punktów profilu i parametrów 2D - formaty txt, xls dowolne redagowanie protokołów pomiarowych Parametry 2D: wyznaczane dla profili R,W,P zgodnie z PN-EN ISO 4287, np. dla profilu R: Rp, Rv, Rz, Rc, Rt, Ra, Rq, Rsk, Rku, RSm, Rdq, Rmr oraz inne: Rz10p, RS, RLo, RLr, RD, RLa, RLq, Rda Funkcje i charakterystyczne krzywe: krzywe udziału materiału - Abbotta Firestona krzywa gęstości amplitudowej symetryczna krzywa nośności rozkład liczby wierzchołków funkcja autokorelacji funkcja widmowej gęstości mocy Przykłady możliwości analizy 2D powierzchnii zmierzonej profilometrem TOPO 01vP 34

37 PROGRAM ANALIZY ZARYSU KSZTAŁTU 2D wymiarowanie odległości punktów z pomiaru oraz punktów wyznaczanych analitycznie, np. środków okręgów, punktów przecięcia prostych itp. wyznaczanie prostych i okręgów wg różnych algorytmów, np. prostych równoległych, prostopadłych, stycznych, okręgów średniokwadratowych, stycznych itp. wyznaczanie kątów wyznaczanie promieni i odchyłek od promienia z wycinka okręgu obliczanie pól pod i nad profilem z wybranych odcinków automatyczne wymiarowanie zarysów kształtu jednakowych elementów eksport punktów zarysu kształtu - formaty txt,xls dowolne redagowanie protokołów pomiarowych i wybór parametrów edycji okienek ekranów Przykłady możliwości wymiarowania zarysów kształtu powierzchni zmierzonej kształtografem TOPO 01vK 35

38 Przykłady moŝliwości analizy 3D powierzchni zmierzonej profilometrem TOPO 01vP PROGRAM ANALIZY PRZESTRZENNEJ 3D PROFILU I KSZTALTU rysowanie widoku izometrycznego tworzenie map warstwicowych wyznaczanie parametrów przestrzennych chropowatości, falistości i powierzchni pierwotnej (R,W,P), np. dla powierzchni P: SPp, SPv, SPz, Spa, SPq, SPsk, SPku możliwość wybierania profili do analizy 2D oraz do wymiarowania obliczanie objętości materiału lub ubytku materiału na wybranych obszarach powierzchni płaskiej, walcowej i kulistej obliczanie promieni z wycinków kuli i walca eksport punktów powierzchni i parametrów 3D - formaty txt, xls Przykłady moŝliwości analizy 3D powierzchni zmierzonej kształtografem TOPO 01vK 36

39 DANE TECHNICZNE SYSTEMU TOPO 01 POMIARY CHROPOWATOŚCI 2D zakres pomiarowy czujników 250 µm - czujniki S250, BS µm - czujnik BS1000 odcinki pomiarowe znormalizowane dowolne 0,4; 1,25; 4,0; 12,5; 40 mm do 50 mm z TOPO L50 do 120 mm z TOPO L120 prędkości pomiarowe 0,1; 0,2; 0,5 mm/s czujniki pomiarowe indukcyjne - stykowe S250 - ze ślizgaczem S250 - bez ślizgacza BS bez ślizgacza standardowe ostrze odwzorowujące diament kąt wierzchołkowy 90 promień zaokrąglenia ± 0,5 µm POMIARY KSZTAŁTU 2D zakres pomiarowy czujnika 40 mm długość trasy pomiarowej max. 200 mm prędkości pomiarowe 0,1 do 2 mm/s ostrze odwzorowujące węglik łopatka kąt ostrza 11 promień zaokrąglenia ostrza ok. 30 µm stożek kąt wierzchołkowy 30 promień zaokrąglenia ostrza ok. 100 µm POMIARY PRZESTRZENNE 3D powierzchnia skanowania 50 x 25 mm z napędem TOPO L x 25 mm z napędem TOPO L x 25 mm z napędem TOPO L200 WYPOSAŻENIE DODATKOWE stolik: przesuwy w osiach X i Y - 25 mm obrót ± 5 w płaszczyźnie XY, poziomowanie w płaszczyznach XZ i YZ imadło obrotowe na przegubie kulowym stolik skaningowy z układem sterowania, standardowy zakres przesuwu w osi Y 25 mm, opcjonalnie do uzgodnienia 37

40 Kazimierz CEBULEWSKI URZĄDZENIE MONTAŻOWO-KONTROLNE Ciągłe doskonalenie efektywności wytwarzania i jakości wyrobów wymusza doskonalenie zmiany technik wytwarzania, w których bardzo ważną rolę odgrywa technologia montażu. Procesy montażu większości wypadków są zespolone z procesami kontroli i stanowią końcowy etap procesu wytwarzania a więc odgrywają bardzo ważną rolę w jakości wytwarzania. Ocenia się, że w budowie maszyn czas montażu wynosi to 24-45% całkowitego czasu wytwarzania, w przemyśle samochodowym 30-50%, w elektrotechnice i mechanice precyzyjnej 40-70% [1]. Walka o rynek wyrobów i usług typowa dla współczesnych czasów wymusza ciągłe doskonalenie oferty. Objawia się to między innymi: Częstą zmianą asortymentu produkowanych wyrobów (dostosowanie do chwilowych potrzeb); skracaniem czasu uruchomienia produkcji nowych wyrobów; poszukiwaniem dróg dla obniżenia kosztów wytwarzania a więc także kosztów montażu; Wszystko to wpływa na wysokie wymagania w zakresie projektowania i budowy urządzeń montażowo-kontrolnych. Główne wymagania dla urządzeń montażowych to: krótki czas przezbrojenia urządzeń i linii do nowej produkcji z uwagi na zmniejszanie serii produkcyjnych i ich częste zmiany (produkcja Just-in-time); niski koszt urządzeń i kosztów ich obsługi; elastyczność i mobilność. zapewnienie jakości produkcji (system jakości); Poszukiwania rozwiązań umożliwiających osiągnięcie optymalnego rozwiązania z punktu widzenia wielkości produkcji, nakładów inwestycyjnych oraz elastyczności prowadzone były od dłuższego czasu i są kontynuowane. Przykładem takich prac jest publikacja [2]. Przedstawiono w niej analizy prowadzone w przemyśle niemieckim w zakresie technologii montażu zapewniającej lepszą efektywność wytwarzania w istniejących uwarunkowaniach. Nakłady inwestycyjne Elastyczność Wielkość produkcji Montaż automatyczny Montaż ręczny Rys.1 Czynniki dla wyboru sposobu montażu. 38

41 Na rys. 1 przedstawiono zależności pomiędzy nakładami inwestycyjnymi, elastycznością oraz wydajnością dla różnego stopnia automatyzacji montażu. Znaczenie przedstawionych na diagramie zależności jest odczuwalne w większym stopniu wtedy, gdy przy takiej analizie uwzględnimy koszty, jakie ponosimy na płace pracowników. Istotnym problemem w projektowaniu urządzeń montażowo kontrolnych jest udział kosztów pracowniczych związanych z montażem w kosztach całego wyrobu. Wg danych literatury [3] w badaniach prowadzonych w Niemczech udział kosztów pracowniczych w kosztach montażu w zależności od branży i montowanych wyrobów wynosi od 20 do 70% kosztów wytwarzania. Bardzo ważnym zagadnieniem jest to, aby przy możliwe najniższych nakładach uzyskać wymaganą efektywność i elastyczność montażu przy zapewnieniu wymagań jakości [4], [5]. Służy temu szczegółowa analiza procesu i zadań cząstkowych z niego wynikających [6]. Ręczny montaż wyrobów nie zawsze jest możliwy uwagi na zespolone z procesem montażu operacje kontrolne oraz ze względu na często wysokie koszty ponoszone na płace a także trudności związane ze zmianami wielkości produkcji. Systemy zautomatyzowanego montażu są bardzo drogie i stosunkowo mało elastyczne w dostosowaniu do zmiennych warunków, wymuszanych przez potrzeby rynkowe. Zapewnienie ich elastyczności pociąga ogromne koszty zarówno projektowania i wykonania jak też użytkowania. Niezawodne użytkowanie wymaga tu wysoko kwalifikowanej kadry zapewniającej bieżące naprawy. Powyższe czynniki wymusiły poszukiwanie rozwiązań w celu budowy linii montażowych wykorzystującej technologię montażu łączącą zalety automatyzacji głównie w aspekcie jakości oraz zalety ręcznego montażu, głównie w aspekcie kosztów oraz elastyczności. Systemy montażowe oparte o taką mieszaną technologię montażu nazywa się hybrydowymi [2]. Aktualne procesy montażu wyrobu są połączone (przeplatane) z innymi, w tym obróbkowymi i kontrolnymi. Bardzo często linia montażu musi być uzupełniona urządzeniami do kontroli zmontowanego podzespołu lub wyrobu oraz urządzeniami obróbkowymi (wiercenie, frezowanie) umożliwiającymi uzyskanie finalnego wyniku. Na jednej hali produkcyjnej sąsiadują ze sobą i są połączone systemami transportu urządzenia odlewnicze systemy obrabiarek (centra obróbcze) urządzenia i linie montażowe, urządzenia kontrolne, urządzenia znakujące, pakujące i przygotowujące wyroby do wysyłki. Tak, więc spełnienie wymagań Odbiorcy musi dotyczyć także takich urządzeń. W Zakładzie Oprzyrządowanie Obróbkowego i Montażu Instytutu Zawansowanych Technologii Wytwarzania kontynuowane są prace rozwojowe zakresie urządzeń montażowych i uzupełniających je urządzeń kontrolnych i badawczych. Podstawą do tych prac jest wieloletni dorobek potwierdzony wdrożeniem w przemyśle maszynowym, a szczególnie w zakładach przemysłu samochodowego około dwustu specjalnych urządzeń tego typu. Aktualnie prace w tym obszarze dotyczą doskonalenia procesu projektowania specjalnych urządzeń montażowo kontrolnych, problematyki pomiaru i oceny sił i momentów w procesach montażu oraz aplikacji wyników prac w konkretnych projektach wdrażanych w przemyśle. Poniżej przedstawione zostaną przykłady opracowanych i wdrożonych urządzeń i linii wraz z charakterystyką wybranych problemów technologicznych rozwiązanych w trakcie ich realizacji. Dla potrzeb montażu samochodowych pomp wody opracowano moduły przedstawione na fot

42 Fot.1. Moduł montażu i kontroli samochodowych pomp wody Umożliwiają one: montaż kompletnej pompy z elementów podanych do uchwytów ze sprawdzeniem obecności wszystkich ośmiu części w cyklu automatycznym: kontrolę sił wcisku trzech połączeń wciskanych; pomiar wzajemnego położenie elementów po montażu; kontrolę szczelności; pomiar bicia piasty po montażu; kontrole poprawności wykonania otworów gwintowanych w piaście. Parametry procesu zapisywane są w komputerowej bazie danych. Sterowanie oparto o pneumatyczne wyspy zaworowe zintegrowane ze sterownikami firmy Festo. W celu montażu i kontroli szczelności oraz oporów przepływu około czterdziestu typów zaworów samochodowych opracowano linię przedstawioną na fot. 2. Fot.2. Linia montażu zaworów 40

43 Linia obejmująca sześć urządzeń połączonych buforami posiada wymienne oprzyrządowanie umożliwiające szybką zmianę asortymentu montowanych zaworów. Budowa linii umożliwia dostosowanie ilości obsługujących pracowników do wymaganej wielkości produkcji. Operacje montażowe realizowane są ręcznie z wykorzystaniem zmechanizowanego wyposażenia. Linia umożliwia: łączenie elementów poprzez wciskanie, nitowanie i skręcanie z wykorzystaniem specjalnych zespołów wciskających, wkrętaków pneumatycznych, nitownic; kontrolę szczelności z wykorzystaniem aparatów firmy ATEQ; kontrolę oporów przepływu; znakowanie z wykorzystaniem urządzeń sterowanych numerycznie do grawerowania. Parametry procesów kontrolnych zapisywane są w komputerowej bazie danych. Sterowanie oparto o pneumatyczne wyspy zaworowe firmy Festo oraz sterowniki firmy Schneider Telemecaniqe. Dla potrzeb montażu półosi samochodowych opracowano linię składającą się z siedmiu urządzeń umożliwiających montaż szerokiego asortymentu półosi. Linia umożliwia między innymi: łączenie elementów poprzez wciskanie z monitorowaniem przebiegu procesu poprzez kontrole siły wcisku na drodze z wykorzystaniem aparatów Digiforce firmy Burster; montażem osłon gumowych z wykorzystaniem zacisków z kontrola siły zacisku firmy Oetiker; podawanie i dozowanie dawek smaru z kontrolą jej masy; identyfikacje elementów w tym kodowanych kodem DataMatrix; sprawdzanie poprawności montażu i znakowanie naklejkami z kodem kreskowym z weryfikacja naniesionych oznakowań; łatwe dostosowanie do zmian asortymentu. Wymienne wyposażenie posiada magnetyczne nośniki kodu, a urządzenia - głowice odczytujące. Urządzenia pracują w lokalnej sieci a parametry procesów kontrolnych zapisywane są w komputerowej bazie danych. Sterowanie oparto o pneumatyczne wyspy zaworowe firmy Festo oraz sterowniki firmy Siemens. Jedno z urządzeń linii zaprezentowano na fot. 3. Fot.3. Urządzenie do montażu podzespołu półosi 41

44 Na fot. 4 przestawiono opracowaną dla przemysłu samochodowego linię montażu termostatu. Fot.4. Linia montażu i kontroli termostatów Linia umożliwia realizację następujących operacji: klejenie z wykorzystaniem systemu Loctite; wciskanie z kontrolą sił wcisku; suszenie połączenia klejonego na systemie buforowym; skręcanie z kontrola momentu z wykorzystaniem głowic firmy Ingersoll; sprawdzanie szczelności w oparciu o aparaty ATEQ. Uniwersalność linii uzyskano poprzez zastosowanie wymiennych przyrządów łączonych pneumatycznie i elektrycznie poprzez multizłącza firmy Staubli. Sterowanie oparto o pneumatyczne wyspy zaworowe firmy Festo oraz sterowniki firmy Schneider Telemecaniqe i panele operatorskie Proface. Przedstawione powyżej przykłady wdrożonych urządzeń w większości wymagają dla pełnej wydajności wieloosobowej obsługi, choć przy zmieniającym się zapotrzebowaniu mogą być także obsługiwane jednoosobowo. Linie tego typu pozwalają na wytwarzanie wyrobu w cyklu 25 do 35 sekund. Dla wyrobów produkowanych w znaczących ilościach i podobnej konstrukcji celowym może być zastosowanie w pełni automatycznego montażu. Na fot. 5 zaprezentowano urządzenie do automatycznego montażu i szlifowania cylindrów. 42