Wymagania bezpieczestwa dla stojaków hydraulicznych centralnie zasilanych według projektu normy PN-G-15536

Transkrypt

1 Mgr in. Romana Zajc Mgr Dorota Wierzbicka Dr in. Marek Szyguła Instytut Techniki Górniczej KOMAG Wymagania bezpieczestwa dla stojaków hydraulicznych centralnie zasilanych według projektu normy PN-G S t r e s z c z e n i e Bezpieczestwo wyrobu to kluczowe zagadnienie, majce swoje odzwierciedlenie w przepisach i zastosowanych rozwizaniach praktycznych. Istotnym narzdziem spełnienia wymaga technicznych w odniesieniu do bezpiecznych konstrukcji maszyn i urzdze s normy. W przypadku braku norm europejskich, zasadnicze wymagania dla okrelonych grup wyrobów mog by definiowane na poziomie norm krajowych. W niniejszym artykule przedstawiono czytelnikowi efekty prac normalizacyjnych KT 285 w zakresie zdefiniowania wymaga bezpieczestwa oraz zakresu bada dla stojaków hydraulicznych centralnie zasilanych, stosowanych w obudowie indywidualnej, w podziemnych wyrobiskach zakładów górniczych. S u m m a r y Safety of the product is a key issue and it is included in legal regulations and in practical operations. The standards are the important tool to meet technical requirements as regards safe design of machines and equipment. In the case of lack of European standards, the main requirements for the certain groups of products can be defined on the national level. In the present paper, the results of the KT 285 standardization project on testing centrally supplied hydraulic legs used in an individual roof support installed in workings of underground mining plants, are presented. 1. Wprowadzenie Normy s dokumentami przeznaczonymi do dobrowolnego stosowania, słucymi ułatwieniu i uproszczeniu przepływu towarów i usług pomidzy rynkami, stanowicymi podstaw porozumienia sfery gospodarczej, rzdowej i społecznej w spełnieniu okrelonych warunków bezpieczestwa oraz jakoci wyrobów i usług. Pomimo, e normy s dokumentami stosowanymi na zasadzie dobrowolnoci, postanowienia w nich zawarte s wynikiem prac naukowych oraz zweryfikowanych danych technicznych. Zawieraj wymagania sprawdzalne i moliwe do realizacji [5]. Polska normalizacja wykorzystuje, w coraz wikszym stopniu dokumenty europejskie, wzgldnie midzynarodowe, zakładajc, e szereg aspektów technicznych powinno by objtych jednolitymi wymaganiami. Naley jednak zwróci uwag na fakt, i w Polsce podobnie jak w innych krajach Unii Europejskiej istnieje wiele bran, które nie zawsze znajduj pełne odzwierciedlenie w europejskich, wzgldnie midzynarodowych opracowaniach normalizacyjnych. W odniesieniu do brany maszyn górniczych, norm zharmonizowanych jest stosunkowo niewiele i nie obejmuj one wszystkich aspektów bezpieczestwa zwizanych z górnictwem. Krajowi producenci czsto stosuj inne rodki w celu wykazania zgodnoci z zasadniczymi wymaganiami bezpieczestwa. To jednak moe skutkowa rón interpretacj wymaga przez: producentów, uytkowników, jednostki certyfikujce i kontrolujce. Celowe wydaje si wic zdefiniowanie wymaga dla pewnej grupy wyrobów i posługiwanie si tymi samymi zasadami. Takie zasady znacznie ułatwiaj współprac, szczególnie w przypadku, gdy wymagania ogólne nie uwzgldniaj wszystkich aspektów bezpieczestwa wynikajcych ze specyfiki brany [4]. Taki stan powoduje, e w przypadku brany maszyn i urzdze górniczych normalizacja opiera si nie tylko na normach europejskich, ale take na sporej grupie norm własnych, opracowywanych dziki zaangaowaniu instytutów, jednostek certyfikujcych oraz firm produkcyjnych. 2. Czynniki wpływajce na tworzenie norm własnych zagadnienia do rozwaenia podczas nowelizacji normy Aktualno Norm Europejskich jest zapewniana przez stosowanie przepisów wewntrznych CEN/CENELEC, zgodnie z którymi istnieje obowizek przegldu aktualnoci wszystkich norm w terminie ustalonym przez europejskie organizacje normalizacyjne. W przypadku Polskich Norm własnych (przykładowo z grupy PN-G ) ocen aktualnoci dokumentów gwarantuj przegldy zarzdzane przez Polski Komitet Normalizacyjny. Ich wynikiem jest decyzja o aktualnoci, nowelizacji lub wycofaniu normy ze zbioru PN [5]. 44 MASZYNY GÓRNICZE 1/2013

2 Realizowane okresowo przegldy norm czsto staj si impulsem do podjcia decyzji o nowelizacji wybranych dokumentów. Taki stan rzeczy miał miejsce w przypadku norm dotyczcych indywidualnych stojaków hydraulicznych centralnie zasilanych, które wykorzystywane s najczciej do obudowy wyrobisk w podziemnych zakładach górniczych oraz w pracach pomocniczych zwizanych z eksploatacj, transportem oraz napraw maszyn i urzdze. Stojaki indywidualne w dalszym cigu znajduj szerokie zastosowanie w górnictwie podziemnym jako element obudowy wcianach zawałowych i podsadzkowych, w obudowie skrzyowania ciany z chodnikiem i w pracach pomocniczych oraz ratownictwie. Stosowane od 15 lat dwie Polskie Normy znacznie straciły na aktualnoci. Pierwsza z nich PN-G :1996 Górnicza obudowa indywidualna - Stojaki hydrauliczne centralnie zasilane Wymagania, dotyczyła wymaga w zakresie projektowania konstrukcji stojaków w zakresie przecialnoci statycznej osiowej i mimorodowej, podpornoci nominalnej, maksymalnej roboczej i wstpnej, odpornoci dynamicznej, trwałoci zmczeniowej, szczelnoci, wartoci: cinienia nominalnego, roboczego, zasilania próbnego, charakterystyki podpornociowej, prdkoci rabowania. Druga z kolei norma PN-G-15536:1998 Górnicza obudowa indywidualna - Stojaki hydrauliczne centralnie zasilane Badania, zawierała program bada stojaków hydraulicznych centralnie zasilanych, odnoszcy si do wymaga ujtych w PN-G-15532:1996, opis metody pobierania próbek, opis stanowisk badawczych i metodologi przeprowadzania bada. Brak wymaga w zakresie stosowanych materiałów oraz sztywne narzucenie metodologii bada, a szczególnie konstrukcji stanowisk badawczych spowodował, i dokumenty te przestały odpowiada współczesnym potrzebom. Ponadto obie normy, chocia dotyczyły tego samego wyrobu, nie były spójne (np. przewidywały róne współczynniki przecialnoci statycznej osiowej w wymaganiach i badaniach). W ostatnich latach pojawiły si nowe konstrukcje i rozwizania stojaków indywidualnych, uwzgldniajce m.in. dodatkowe upodatnienie z zastosowaniem zaworów upustowych o duej wydajnoci, czy te własny wewntrzny zasobnik cieczy roboczej wraz z pomp rczn. Czynniki te spowodowały konieczno sprecyzowania nowych wymaga w zakresie cech konstrukcyjnych i programu bada, bdcych podstaw uznania wyrobu za bezpieczny, przed wprowadzeniem go na rynek. Cigła tendencja do zwikszania podpornoci roboczej stojaków oraz zmniejszania ich masy spowodowała z kolei konieczno stosowania w układach hydraulicznych coraz wyszych wartoci cinienia roboczego. Std te, zaistniała potrzeba zdefiniowania nowych wymaga w zakresie konstruowania i badania stojaków, jak równie ujcia ich w innej strukturze normy. Formułujc znowelizowane wymagania normalizacyjne z uwagi na fakt, i stojaki hydrauliczne centralnie zasilane przeznaczone s do zastosowania w górnictwie, uwzgldniono równie szereg dodatkowych wymaga zwizanych z: bezpieczestwem pracy, zagroeniami wystpujcymi w podziemnych wyrobiskach górniczych (np. wybuch metanu, pyłu wglowego), poarem (powinna by zapewniona odpowiednia antystatyczno i trudnopalno), warunkami rodowiska kopalnianego, naraeniem na uszkodzenia mechaniczne. Istotnym problemem jest równie zagwarantowanie, w jak najwikszym stopniu, odpowiednich wymaga dotyczcych jakoci wykonania. Zagadnieniem, które naleało uwzgldni formułujc wymagania normatywne była konieczno zwikszenia odpornoci na obcienia dynamiczne, uszkodzenia mechaniczne zwizane z wyboczeniem oraz wyeliminowanie czsto obserwowanego zjawiska utraty podpornoci wskutek nieszczelnoci układu hydraulicznego, wystpujcych podczas uytkowania stojaków. Prowadzone badania eksploatacyjne oraz stanowiskowe wielokrotnie wykazywały wady i uszkodzenia wynikajce z [1, 3]: charakteru pracy stojaka i sposobu jego zasilania, obcie dynamicznych bdcych wynikiem niskiej przepustowoci baterii zaworowych stosowanych w stojakach. Rys.1. Skrzywienie cylindra [6] Do typowych uszkodze stojaków nale: utrata szczelnoci wzła tłokowego, utrata szczelnoci gniazda baterii zaworowej lub samej baterii zaworowej, skrzywienia cylindra lub rdzennika, pkanie głowicy koronowej, korodowanie rdzennika, zniszczenie stopy, jak równie koronki i miejscowe zagniecenia cylindra. MASZYNY GÓRNICZE 1/

3 Typowe uszkodzenia stojaków przedstawiono na rysunkach 1 i 2. Rys.2. Skorodowany rdzennik [6] Opisane rozbienoci w poprzednich wydaniach norm omówione powyej, jak równie nie uwzgld- nienie rozwoju konstrukcji nowych stojaków spowo- dowały, e w 2012 roku dziki zaangaowaniu finansowemu Instytutu Techniki Górniczej KOMAG oraz dwóch firm producenckich, dokonano nowelizacji obu norm łczc je w jeden nowy dokument pr PN-G Górnicza obudowa indywidualna - Stojaki hydrauliczne centralnie zasilane - Wymagania i ba- dania. Prace te zrealizowano w ramach prowadzonego przez ITG KOMAG Komitetu Technicznego nr 285 ds. Górniczych Maszyn i Urzdze Dołowych. 3. Zakres i struktura projektu normy PN-G Dokonujc nowelizacji norm załoono, e ogólna struktura nowej normy bdzie obejmowa wymagania ogólne dotyczce zarówno stojaków hydraulicznych centralnie zasilanych, jak i stojaków hydraulicznych z własn pomp wewntrzn oraz własnym zbiornikiem cieczy roboczej, jak równie wymagania konstrukcyjne i parametry dotyczce bezpiecznej pracy dla obu grup urzdze. Struktur projektu normy PN-G przedstawiono na rysunku 3. W celu jednoznacznej interpretacji wymaga, w rozdziale Terminy i definicje wprowadzono definicje: stojaka hydraulicznego centralnie zasilanego, przedłuacza mechanicznego, podpornoci wstpnej, podpornoci roboczej. Intencj autorów projektu nowej normy było stworzenie moliwoci przewidzenia sytuacji stwa- rzajcych zagroenie oraz uwzgldnienia ich w normie, Rys.3. Ogólna struktura normy PN-G-15536, [ródło: Opracowanie własne] a tym samym sformułowanie wymaga, które eliminowałyby wzgldnie minimalizowałyby ich skutki (nastpstwa). Punktem wyjcia w pracach normalizacyjnych była zatem identyfikacja: potencjalnych zagroe, które mog wystpi podczas uytkowania stojaków hydraulicznych centralnie zasilanych i zdefiniowanie nastpstw tych zagroe, obszarów i warunków eksploatacji, które mog powodowa takie zagroenia w tym take zagroenia wynikajce z obecnoci gazów potencjalnie wybuchowych i/lub pyłów zdolnych do zapłonu, niebezpiecznych sytuacji, które mog prowadzi do uszkodzenia ciała lub utraty zdrowia. Opracowany i ujty w projekcie normy PN-G wykaz zawiera list potencjalnych nastpstw zagroe i sytuacji niebezpiecznych, które s zidentyfikowane poprzez ocen ryzyka istotnego dla tego rodzaju urzdze i które wymagaj podjcia działania w celu wyeliminowania lub redukcji ryzyka. Wykaz najistotniejszych potencjalnych nastpstw zagroe, które zostały uwzgldnione przy definiowaniu wymaga bezpieczestwa dla indywidualnego stojaka hydraulicznego centralnie zasilanego zestawiono w tabeli 1. W projekcie normy tabela została uzupełniona o punkty przypisane poszczególnym zagroeniom, a odnoszce si do wymaga sformułowanych celem zapobieenia wystpieniu potencjalnych skutków zagroenia. Projekt normy uwzgldnia równie wymaganie dotyczce ryzyka resztkowego, wynikajcego z uytkowania stojaków hydraulicznych centralnie zasilanych. 46 MASZYNY GÓRNICZE 1/2013

4 Lp Wykaz najistotniejszych zagroe (klasyfikacja według PN-EN ISO 12100:2011) [2] Rodzaj lub grupa zagroe mechaniczne elektryczne hałasem i drganiami mechanicznymi powodowane materiałami/ substancjami powodowane nieprzestrzeganiem zasad ergonomii wynikajce ze rodowiska, w którym stojak jest uytkowany ródło zagroenia przyspieszenie, opónienie czci ostro zakoczone zblianie si elementu poruszajcego si do czci stałej czci tnce obiekty spadajce siła cikoci wysoko od poziomu podłoa wysokie cinienie brak statecznoci poruszajce si elementy zakumulowana energia zjawiska elektrostatyczne zjawisko kawitacji poruszajce si czci skrobanie powierzchni zuyte czci czynniki biologiczne i mikrobiologiczne (wirusy lub bakterie) materiały łatwopalne płyny dostp wysiłek niezdrowa pozycja powtarzalno czynnoci zapylenie wilgo zanieczyszczenie rodowiska temperatura woda brak tlenu Potencjalne nastpstwa zgniecenie lub zmiadenie cicie lub odcicie wcignicie lub pochwycenie wpltanie starcie lub otarcie uderzenie wstrzykiwanie, wtryskiwanie cinanie przekłucie lub przebicie uduszenie poar wybuch wstrzs, szok dyskomfort stres korozja infekcja zatrucie uczulenie Tabela 1 dyskomfort zmczenie zaburzenia układu miniowoszkieletowego inne, bdce skutkiem błdu człowieka polizgnicie, upadek duszenie si inne, bdce nastpstwem skutków wywołanych przez ródła zagroe zwizanych ze stojakiem 4. Najistotniejsze wymagania dla stojaków hydraulicznych centralnie zasilanych w projekcie normy PN-G Projekt normy zawiera przede wszystkim wymagania bezpieczestwa, majce na celu redukcj zagroe wymienionych w tabeli 1. Nie chcc ogranicza nowych konstrukcji stojaków uznano, e wymagania dotyczce wymiarów i geometrii nie powinny ogranicza nowo powstajcych konstrukcji i dlatego wiadomie pominito wymiary rednic cylindra roboczego. Na podstawie wieloletnich bada stojaków przyjto, e wymagania wytrzymałociowe, stanowice podstaw dla przeprowadzenia oceny zgodnoci, powinny by spójne z wymaganiami stawianymi innym stojakom stosowanym w podziemnych wyrobiskach zakładów górniczych stojakom sekcji obudowy zmechanizowanej. Dlatego te, w ramach nowelizacji okrelono podstawowe wymagania stawiane stosowanym mate- riałom, midzy innymi w odniesieniu do stali okrelono wytrzymało na rozciganie i udarno. Okrelono take podstawowe wymagania dla metali lekkich oraz materiałów niemetalicznych stosowanych w stojakach. Istotnym elementem nowej normy było zdefiniowanie take wymaga w zakresie [2]: MASZYNY GÓRNICZE 1/ przecienia statycznego symetrycznego ustalono jedn warto obcienia próbnego, równ 2-krotnej sile nominalnej, przecienia statycznego asymetrycznego zachowano warto obcienia próbnego równ 1,1-krotnoci siły nominalnej, odpornoci dynamicznej, liczonej w odniesieniu do 2-krotnej wartoci podpornoci roboczej, prdkoci rabowania powinna ona wynosi co najmniej 0,01 m/s przy pełnym otwarciu wypływu cieczy hydraulicznej. Projekt normy uzupełniono o dodatkowe wymagania dotyczce:

5 niezawodnoci funkcjonalnej, która w przypadku stojaków hydraulicznych centralnie zasilanych, wraz z przedłuaczami mechanicznymi (jeeli s przewidziane do zastosowania), nie powinna ulec pogorszeniu po realizacji cykli obcienia, szczelnoci, ogranicze wysuwu ograniczniki wysuwu stojaków powinny przenie bez uszkodzenia, co najmniej 100 cykli obcienia sił wynikajc z 1,2 krotnoci maksymalnej wartoci cinienia zasilania, jakoci połcze spawanych, montau i instalacji, zaczepów transportowych. Majc na uwadze fakt, i wyniki bada stojaków powinny by powszechnie wykorzystywane w ocenie zgodnoci, prowadzonej w zakresie bezpieczestwa uytkowania, istotnym elementem nowej normy s badania w celu sprawdzenia zdefiniowanych wczeniej wymaga bezpieczestwa. W trakcie nowelizacji dotychczasowego wydania normy PN-G-15536:1998 postanowienia w niej zawarte, po skorygowaniu obecnie ujto w Rozdziale Badania w celu sprawdzenia wymaga bezpieczestwa. Z uwagi na charakter bada, w nowej normie zrezygnowano z punktu dotyczcego przygotowania partii do bada, pobierania próbek oraz licznoci próbki, wychodzc z załoenia, i zasady te wynikaj midzy innymi z norm dotyczcych planów bada na podstawie akceptowalnego poziomu jakoci. Zrezygnowano take z opisu stanowisk badawczych oraz zastosowanej aparatury i przyrzdów pomiarowych, uwzgldniajc fakt, i w analizowanych przypadkach nie mona narzuci obowizku zastosowania stanowisk badawczych o cile sprecyzowanej budowie. Podejcie takie jest zgodne z Wytycznymi opracowywania norm, zawartymi w CEN/CENELEC Guide 17. W projekcie normy skupiono si wyłcznie na okreleniu wymaga konstrukcyjnych i programu bada majcych na celu zapewnienie właciwej wytrzymałoci konstrukcji i jej trwałoci. Proponowany zakres bada przedstawiono w tabeli 2. Wykaz bada sprawdzajcych wymagania bezpieczestwa [2] Sprawdzenie zastosowanych materiałów Sprawdzenie głównych wymiarów i wykonania Próby obcienia Próby przy obcieniu symetrycznym Badanie ogranicznika wysuwu Próba podatnoci Próba przecienia statycznego Próba przecienia dynamicznego Próba szczelnoci Próby przy obcieniu asymetrycznym Próba podatnoci Próba trwałoci Próba obcienia symetrycznego Próba obcienia przy maksymalnym wysuwie Próba funkcjonalnoci Badanie zaczepów transportowych Próba prdkoci rabowania Tabela 2 Na szczególn uwag zasługuj: próba przecienia dynamicznego, badania ogranicznika wysuwu i próba funkcjonalnoci, które znacznie zmodyfikowano w stosunku do wczeniejszego wydania normy. Projekt normy rozszerzono o ogólne wymagania dotyczce uytkowania i zestawu instrukcji oraz zasad znakowania, jak równie wymaga w odniesieniu do transportu i składowania. 5. Podsumowanie Normy wnosz powany wkład w wiele aspektów ycia. Nabywcy lub uytkownicy czsto s niewiadomi roli jak odgrywaj normy w podnoszeniu poziomu jakoci, bezpieczestwa, wydajnoci, jak równie w osigniciu tych korzyci po jak najmniejszych kosztach. W przypadku małych i rednich przedsibiorstw, normy pozwalaj im konkurowa na uczciwych warunkach z duymi firmami, zgodnie z zasad, e wszyscy producenci powinni oferowa wyroby spełniajce takie same wymagania. Udowodnienie jakoci i wiarygodnoci spełnienia wymaga w przypadku wyrobu zgodnego z okrelon norm jest jednoznaczne. Równie w brany górniczej spółki wydobywcze zaopatrujc si w wyroby czy ich czci, sigaj do norm w celu wyłonienia dostawcy gwarantujcego spełnienie właciwych wymaga dotyczcych jakoci i wykonania [7]. Projekt nowej normy własnej dotyczcy stojaków hydraulicznych centralnie zasilanych opracowany dziki zaangaowaniu ITG KOMAG eliminuje przedstawione w Rozdziale 2 niedogodnoci dotychczas stosowanych norm. Wymagania zawarte w omawianym projekcie nowej normy wynikaj zarówno z identyfikacji zagroe wystpujcych podczas uytkowania stojaków, jak i aktualnego stanu techniki oraz potrzeb uytkowników. Na tle zagadnienia zwizanego z opracowywaniem norm własnych warto równie zasygnalizowa problem bezporedniego angaowania si przedsibiorców w tworzenie norm technicznych. Tworzenie norm własnych zaley bowiem od szeregu czynników: 48 MASZYNY GÓRNICZE 1/2013 potrzeby podmiotów gospodarczych i chci znormalizowania wymaga, zaangaowania si właciwego komitetu technicznego, pozyskania odpowiednich zasobów finansowych. Udział w pracach normalizacyjnych przedsibiorców zapewnia im biecy dostp do aktualnego stanu wiedzy i informacji oraz stwarza moliwo wpływania na wytyczanie kierunków normalizacji. Literatura 1. Lasek M., Grunwald J.: Nowoczesne indywidualne stojaki hydrauliczne AZIS. Przegld Górniczy 2004, nr 9 s

6 2. Projekt PN-G Górnicza obudowa indywidualna Stojaki hydrauliczne centralnie zasilane - Wymagania i badania. 3. Pytlik A., Paczeniowski K., Rabsztyn J.: Nowa generacja szybkoupustowych dwufunkcyjnych baterii zaworowych do stojaków typu SHC pracujcych w warunkach tpa. Wiadomoci Górnicze 2012, nr 1 s Zajc R.: Działalno normalizacyjna w obszarze bezpieczestwa maszyn i urzdze górniczych Potrzeby i oczekiwania Efekty prac Komitetu Technicznego nr 285, Maszyny Górnicze 2009, nr Zajc R.: Działalno normalizacyjna w obszarze bezpieczestwa maszyn i urzdze. Potrzeby i oczekiwania polskiej normalizacji. Zarzdzanie Jakoci 2011, nr 2 s Dokumentacja fotograficzna firmy Herkules Sp. z o.o Artykuł wpłynł do redakcji w marcu 2013 r. MASZYNY GÓRNICZE 1/