HOLKA Henryk 1 JARZYNA Tomasz 2 SOŁTYSIAK Robert 3 Wpływ parametrów pracy strugi wody na skuteczność recyklingu opony WSTĘP Obok znacznej ilości odpadów z tworzyw polimerowych, jednym z ważniejszych problemów światowej gospodarki odpadami jest zagospodarowanie zużytych opon. Szacuje się, że corocznie na świecie powstaje około 1 mld Mg zużytych opon, natomiast w Polsce około 150 tyś. Mg [1, s. 58; 2, s. 656]. W krajach Unii Europejskiej stosuje się wiele sposobów zagospodarowania zużytych opon: odzysk energetyczny - polegający na wykorzystaniu zużytych opon jako paliwa, czemu sprzyja wysoka wartość opałowa gumy, składowanie - zakazane poprzez dyrektywę 1999/31/EC, bieżnikowanie - polegające na usunięciu pozostałości bieżnika, a następnie nałożeniu nowej warstwy, eksport opon - w wyniku którego częściowo zużyte opony są transportowane głównie z krajów bogatszych do biedniejszych, recykling materiałowy - którego zasadniczym procesem jest rozdrobnienie opony, a następnie wykorzystanie powstałych produktów [3, s. 156]. Najpowszechniej znane i stosowane są metody rozdrabniania mechanicznego opon, polegające na rozdrabnianiu: w temperaturze otoczenia, metodą kriogeniczną, metodą Berstorffa [4, s. 11]. Alternatywą do tradycyjnych metod rozdrabniania mechanicznego, może być metoda cięcia wodą (waterjet), zaprezentowana w pracach [5, s. 29-30; 6, s. 93-102]. W ogólnym zastosowaniu metoda ta służy do przecinania różnorakich materiałów (stal, szkło, tworzywo itp.) jak również oczyszczania powierzchni. Duża energia strugi wody, której prędkość u wylotu dyszy przekracza 300 m/s pozwala na przecinanie materiałów o dużych twardościach. Najczęściej do cięcia wykorzystuje się wodę z dodatkiem ścierniwa. Przy odpowiednim dobraniu parametrów strugi wody podczas recyklingu materiałowego opony, następuje wypłukanie gumy oraz innych frakcji tekstylnych z opony, natomiast stalowe druty wzmacniające oponę pozostają nienaruszone (rysunek 1). Najbardziej efektywne w procesie rozdrabniania są rozwiązania wykorzystujące konstrukcje wielodyszowe (rysunek 2). Rys. 1. Efekt oddziaływania wody w technologii waterjet 1,2,3 Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy, Wydział Inżynierii Mechanicznej; 85-225 Bydgoszcz; ul. Ks. Kordeckiego 20. Tel: + 48 52 374-94-11, 52 373-27-06, Fax: + 48 052 374-93-27, tomasz.jarzyna@utp.edu.pl 4481
Rys. 2. Widok głowicy z trzema dyszami Celem pracy było zbadanie wpływu podstawowych parametrów procesu cięcia wodą na szerokość powstałego wycięcia w oponie. Zakres badań obejmował trzy próby, do realizacji których wykorzystano pojedynczy strumień wody bez dodatku ścierniwa. Przeprowadzone prace miały charakter badań wstępnych. 1 BADANIA DOŚWIADCZALNE 1.1 Stanowisko badawcze Badania przeprowadzono na urządzeniu waterjet (DARDI, typ-dwjfb 1313) o następujących parametrach technicznych: stół roboczy - wypełniony wodą zakres roboczy głowicy tnącej: płaszczyzna stołu : 1300x1300 mm oś pionowa: 1600 mm parametry cięcia: dokładność: ±0,1 mm powtarzalność: ±0,025 mm prędkość posuwu: 0-15000 mm/min pompa wysokiego ciśnienia: maksymalne ciśnienie: 300 MPa wydatek wody: 37 dm 3 /min moc napędu: 30 kw średnica dyszy tnącej: 1,016 mm Na rysunku 3 przedstawiono widok ogólny zasadniczej części zastosowanego urządzenia. Wyróżnić na nim można: głowicę tnącą, stół roboczy oraz konsolę sterowania. W trakcie badań płaskie wycinki opon układano na kracie mocowanej na stole maszyny. a) 4482
l [mm] p [MPa] b) c) Rys. 3. Widok ogólny wycinarki wodnej (a) z zamocowanym fragmentem opony (b, c) 1.2 Wyniki badań Przeprowadzone badania miały charakter badań wstępnych i dotyczyły obserwacji efektu oddziaływania pojedynczej strugi wody na oponę. Zmiennymi parametrami programowanymi były: odległość dyszy od powierzchni opony - l, prędkość posuwu dyszy - v, ciśnienie wody natryskiwanej na powierzchnię opony - p. Mierzono szerokość g powstałego wycięcia w oponie. Parametr ten jest bardzo istotny dla wykonanych badań, gdyż świadczy o efektywności metody. Przeprowadzono trzy próby dla których wartości parametrów stałych i programowanych zestawiono w tabeli 1. Zawarto w niej również wyniki pomiarów średniej szerokości cięcia g oraz obliczeń rozstępu R i odchylenia standardowego s. Należy nadmienić, że wartości parametrów dobrano na podstawie wcześniej zrealizowanych badań rozpoznawczych. Tab. 1. Program i wyniki badań Odchylenie Lp Średnia Parametry Rozstęp R standardowe Parametry zmienne szerokość stałe cięcia g [mm] [mm] s [mm] l=5 mm, 150 0,8 0,0 0,0 v=200 mm/min 175 0,98 0,1 0,04 200 1,02 0,3 0,13 1 2 p=200 MPa, v=200 mm/min 225 1,02 0,1 0,05 250 1,2 0,2 0,08 275 1,1 0,1 0,08 300 1,25 0,3 0,11 5 1,02 0,2 0,13 8 1,11 0,3 0,11 11 1,26 0,1 0,05 14 1,3 0,2 0,11 17 1,4 0,2 0,1 20 1,56 0,1 0,11 23 1,58 0,1 0,04 26 1,6 0,3 0,12 4483
v [mm/min] 3 p=200 MPa, l=20 mm 200 1,56 0,1 0,05 400 1,52 0,3 0,13 1000 1,45 0,2 0,1 2000 1,27 0,1 0,05 3000 1,32 0,2 0,07 4000 1,22 0,2 0,1 Na rysunkach 4-6 przedstawiono przebiegi zależności: g=f(p); g=f(l) g=f(v). Rys. 4. Wpływ ciśnienia wody p na szerokość cięcia g przy l=5 mm i v=200 mm/min Rys. 5. Wpływ odległości dyszy od powierzchni opony l na szerokość cięcia g przy p=200 MPa i v=200 mm/min 4484
Rys. 6. Wpływ prędkości przesuwu dyszy v na szerokość cięcia g przy p=200 MPa i l=20 mm WNIOSKI 1. Zaprezentowane rezultaty badań wstępnych miały na celu pokazanie zależności pomiędzy parametrami procesu, a powstałą szerokością wycięcia w oponie. Uzyskane informacje wykorzystano przy opracowaniu i zaprojektowaniu metody wielostrumieniowej. 2. W wyniku oddziaływania pojedynczej strugi wody o wysokim ciśnieniu na powierzchnię opony uzyskano wycięcie o regularnym kształcie, odsłaniające stalowe druty wzmacniające oponę. Działo się tak w całym zakresie badanych ciśnień: 150-300 MPa. Ponadto zauważono, że wzrost ciśnienia wody wypływającej z dyszy (przy stałych l i p) spowodował zwiększanie szerokości wycięcia w oponie. Podobną sytuację zaobserwowano zwiększając odległość dyszy od opony. Natomiast zwiększając prędkość liniową dyszy można zauważyć, że szerokość wycięcia się zmniejsza. Streszczenie Technologia waterjet jest coraz powszechniej stosowana i wykorzystywana w różnych gałęziach przemysłu. Ze względu na wiele zalet tej metody, postanowiono jej użyć w recyklingu opon, jako alternatywy do mechanicznego ich rozdrabniania. Najkorzystniejsze jest stosowanie konstrukcji wielodyszowych, co potwierdzają badania naukowe z tego zakresu. Aby zoptymalizować ustawienie dysz oraz samego przyrządu, ważna jest znajomość efektu oddziaływania pojedynczego strumienia wody na powierzchnię opony. Dlatego postanowiono przeprowadzić proste badania doświadczalne mające na celu zaobserwowanie wpływu podstawowych parametrów cięcia: ciśnienia roboczego wody, prędkości posuwu dyszy oraz jej odległości od powierzchni opony na szerokość powstałego wycięcia w oponie. Do przeprowadzenia badań doświadczalnych wykorzystano seryjną maszynę waterjet. Influence of operating parameters of water stream on the effectiveness recycling tires Abstract Waterjet technology is increasingly being applied and used in different industries. With considerations for the many advantages of the method, it was decided to use it in the recycling of tires, as an alternative to the mechanical grinding. Most preferred is the use of multi jet nozzles construction, which is confirmed by research in this field. In order to optimize the setting of the nozzles and the device, it is important to know the effect of impact of a stream of water onto the surface of the tire. Therefore, it was decided to perform a simple experimental study to observe the effect of the basic cutting parameters: pressure of water, speed of nozzle motion and its distance from the surface of the tire to the width of the resulting notches in the tire. To carry out experimental studies serial waterjet machine was used. 4485
BIBLIOGRAFIA 1. Wojciechowski A., Michalski R., Zastosowanie gumy w pojazdach samochodowych. Recykling gumy. Transport Samochodowy, Wydawnictwo ITS, 4, 2012. 2. Wojciechowski A., Michalski R., Kamińska E.: Wybrane metody zagospodarowania zużytych opon. Polimery 2012, 57, nr 9. 3. Radziszewski P., Ołdakowska E., Kierunki zagospodarowania zużytych opon samochodowych w Polsce i Unii Europejskiej - sytuacja prawna, Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej 2008. 4. Gronowicz J., Kubiak T., Recykling zużytych opon samochodowych. Problemy Eksploatacji, 2, 2007. 5. Holka H., Jarzyna T., Zastosowanie trójdyszowych głowic natryskowych w metodzie water-jet do recyklingu opon samochodowych. Inżynieria i Aparatura Chemiczna, 3, 2011. 6. Holka, H., Jarzyna, T., Matuszewski M., Musiał J.: Material recycling of tyres by wather jet method. Journal of Machine Engineering. Vol. 13, No. 2, 2013. 4486