prezentace výsledků vědy a výzkumu dosažených ve

Transkript

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA
Fakulta strojní
PREZENTACE VÝSLEDKŮ VĚDY A VÝZKUMU
DOSAŽENÝCH VE SPOLUPRÁCI S PRAXÍ
Hotel Relax, Rožnov p. Radhoštěm
28. - 29.06.2012
- SBORNÍK PŘÍSPĚVKŮ -
Kooperační síť pro strojní inženýrství CZ.1.07/2.4.00/12.0030
Editor: Dr. Ing. Jaroslav Melecký
©Katedra výrobních strojů a konstruování, FS, VŠB-TU Ostrava
ISBN 978-80-248-2767-4
OBSAH
1.
Karla Čech Barabaszová, Marta Valášková: Nanokompozity
vermikulitu v praxi............................................................................4
2.
Horst Gondek, Anna Plchová, Luděk Chlebný: Výpočet válečků
pásových dopravníků vyrobených z plastů ......................................8
3.
Jiří Hlavatý, Lucie Krejčí: Kontrola svarových spojů ocelových
konstrukcí UT metodou Phased Arrays .........................................19
4.
Milena Hrudičková, Radim Slanina: Stanovení hlukové emise
větších technologických celků .......................................................24
5.
Josef Jurman, Dana Sládková: Application of GPS technology
in surface mining ...........................................................................29
6.
Ladislav Kovář: Měření intenzity pohybu lázně na izotermním
modelu tandemové pece ...............................................................39
7.
Tomáš Kubín: Skok v reverzním inženýrství se jmenuje
MetraSCAN ...................................................................................46
8.
Vladislav Marek, Ladislav Hrabec: Motorová paliva jako
jedna z příčin provozních problémů motorových vozidel ...............51
9.
Jaroslav Melecký: Konstrukční úpravy prvků kruhového fixátoru ..57
10.
Anna Plchová: Spolupráce s praxí v oblasti průmyslového
designu ..........................................................................................67
NANOKOMPOZITY VERMIKULITU V PRAXI
Vermiculite nanocomposites for practical use
Karla Čech Barabaszová1, Marta Valášková
Anotace:
Vermikulit je přírodní jílový materiál s vrstevnatou strukturou.
Reprezentuje významnou skupinu přírodních materiálů, které jsou
využívány v různých průmyslových oblastech. Redukce průměrné
velikosti a tloušťky vermikulitových částic umožňuje využití v mnoha
oblastech nanokompozitních materiálů jako organických plniv
v polymerních
matricích,
biopolymerních
nanokompozitech,
absorbentech, katalyzátorech a keramických materiálech.
Klíčová slova: vermikulit; nanokompozitní materiály
Annotation:
Vermiculite is natural clay material with possesses a layered
structure. Vermiculites represent important group of natural materials
which are used in different areas of industry. The reduction of the
lateral size and particle thickness of vermiculites allows their use in
many fields of nanocomposites materials and their application as
organofillers into polymeric matrices, biopolymers nanocomposites,
absorbents, catalyst and ceramics materials.
Keywords:
vermiculite; nanocomposites materials
1. Úvod
Jednu z klíčových vědecko-výzkumných aktivit v oblasti výzkumu a vývoje
nových materiálů představují kompozitní materiály, které na celosvětovém trhu
představují cca 80 % objemu všech materiálů. Kompozitní materiály se v dnešní
době používají v mnoha odvětvích, přičemž podstatnou roli pro praktické využití
těchto materiálů sehrává typ plniva v matrici kompozitu.
2. Nanokompozitní materiály
Významným pokrokem ve zlepšování vlastností kompozitních materiálů bylo
zavedení nanoplniv a nanokompozitních výztuží. Jako nanoplniva jsou označovány
materiály, kde minimálně jedna složka dosahuje alespoň v jednom rozměru méně jak
1
Ing. Karla Čech Barabaszová, Ph.D.
VŠB-TU Ostrava
Centrum nanotechnologií
17. listopadu 15/2172, 708 33 Ostrava-Poruba
tel.: +420 597 321 572, e-mail: [email protected]
Kooperační síť pro strojní inženýrství CZ.1.07/2.4.00/12.0030............................................................. 4
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
100 nanometrů. K takovým materiálům patří nanočástice, nanotrubičky a destičkové
nebo vrstevnaté materiály. Mezi často používaná nanoplniva patří jílové minerály a
jejich modifikované formy, mezi které patří organické látky/polutanty nebo
anorganické kovy (např. Ag, Zn, Fe aj.) či oxidy kovů (např. ZnO, TiO2, SiO2, Al2O3
aj.). Jílové minerály (jako vermikulit, montmorillonit, kaolinit nebo mastek) jsou
nejvýznamnější skupinou fylosilikátů, jejichž velmi malé částice (0,5-2 μm) jsou
tvořeny vrstevnatou strukturou o tloušťce vrstvy okolo 1 nm a příčné délky těchto
vrstev od 30 nm do několika mikrometrů.
Mnohé technologie příprav nanoplniv a nanokompozitních výztuží jsou
ekonomicky náročné. Mlecí techniky a mechanické syntézy (včetně mechanického
legování) však zastupují jednoduchý a levný přístup k přípravě velikostně
definovaných plniv jak samotných jílových minerálů, tak anorganických oxidů
organických polutantů.
Obr. 1 Brazilský vermikulit: a) přírodní, b) tryskově mletý.
Je známo, že vlastnosti kompozitních materiálů (obzvláště chemické, fyzikální a
mechanické) jsou značně závislé na distribuci velikosti a morfologii individuálních
partikulárních frakcí. K přípravě definovaných částic, obzvláště jílových minerálů, je
upřednostňováno tryskové mletí. V průběhu mechanického zpracování v tryskovém
mlýně je využíváno pouze proudu stlačeného vzduchu, který výrazně zamezuje
kontaminaci zpracovávaného materiálu - vermikulitu (Obr. 1). Mechanicky
zpracovávané jílové minerály (obzvláště vermikulity) mají nezanedbatelnou úlohu
v kompozitních materiálech nejenom jako nanoplniva, ale rovněž jako definované
nanokompozitní výztuže.
Oblast nanokompozitních materiálů patří v současnosti k velmi aktuálním směrům
v materiálových aplikacích. Je známo, že vlastnosti složek zahrnujících polymery
dovedou podstatně změnit celkové vlastnosti kompozitního materiálu, a to zejména
vylepšení jejich mechanických, fyzikálních či chemických charakteristik.
V současnosti jsou v praxi požadována plniva v podobě nanočástic (Obr. 2) nebo
nanovláken jako složek omezujících hoření nebo jako baktericidní přísady.
Modifikace s cílem získání jemných a individuálních částic jílového minerálu jako
plniva je proto hlavním úkolem pro úspěšné zamíchání plniva do polymerní matrice.
Obr. 2 Vermikulit ve funkci nanoplniva v polymerním nanokomozitu.
Jílové minerály svým velkým dvojrozměrným povrchem jsou ideálními nosiči
nanočástic kovů (Obr. 3) i organických molekul, které vykazují dlouhodobé
antibakteriální účinky. Výhodou kovů upevněných na jílovém nosiči je to, že jílový
minerál je přírodní materiál a kovové částice volně nemigrují v životním prostředí.
Proces spékání porézních kompozitů pro stavební a keramický průmysl,
v elektronice, automobilovém průmyslu nebo pro sanitární a medicínské účely, je
ovlivněn termodynamickými parametry a složením pre-keramických směsí. Studium
porézních keramických kompozitů (Obr. 4), které byly připraveny ze směsí
obsahujících vermikulit ukázalo pozitivní vliv vermikulitu na jejich strukturu, která
vykazovala charakteristický tvar a vývoj větších pórů.
Obr. 3 Nanočástice stříbra na vermikulitu.
Obr. 4 Porézní struktura
keramického kompozitu.
3. Závěr
Tento příspěvek shrnuje dosavadní praktické poznatky plynoucí z nově
připravovaných nanokompozitních materiálů, ve kterých klíčovou úlohu představuje
přírodní materiál - vermikulit. Ten zasahuje do různých technických a
technologických oblastí výzkumu a vývoje a poukazuje tak na svou multifunkčnost.
Tento příspěvek byl zpracován s podporou projektu CZ.1.05/1.1.00/02.0070
IT4 Innovations Centre of Excellence project a GA ČR P210/11/2215.
Literatura:
[1] Valášková, M., Simha Martynková, G., Matějka, V., Barabaszová, K., Plevová,
E., Měřínská, D. Organovermiculite nanofillers in polypropylene. Applied Clay
Science 43 (1) 2009, 108-112.
[2] Barabaszová, K., Simha Martynková, G., Liu, Y., Lu, Y. Shape and size study of
several components of friction composite. Journal of Nanocomposites and
Nanoceramics 2(1), January-June 2011, 5-12.
VÝPOČET VÁLEČKŮ PÁSOVÝCH DOPRAVNÍKŮ
VYROBENÝCH Z PLASTŮ
CALCULATION OF ROLLERS CONVEYO BELTS MADE OF
PLASTIC
Horst Gondek1, Anna Plchová2, Luděk Chlebný3
Anotace:
Cílem příspěvku je seznámení se ze základními výpočty válečku pro
pásovou dopravu. Výpočet pláště válečku je proveden pro ocelový
váleček tak váleček z plastu, který se teprve začíná zkoušet. Nově
navržený váleček má poměrně velikou budoucnost a to především
pro větší životnost a rovněž pro sníženou hlučnost celé tratě.
V referátě jsou provedeny základní pevnostní výpočty válečků
s kovovým i plastovým pláštěm a rovněž hřídele válečku.
Klíčová slova: pásový dopravník, dopravníkový váleček, konstrukce válečku
Annotation:
Aim of this paper is to introduce the basic calculations roller for belt
conveyors. Calculation of the roller shell is made of steel roller and
roll of plastic, which is still being examined. The newly designed
cylinder has a relatively great future, especially for longer life and
also for reduced noise throughout the track. In Referate are
performed basic strength calculations rollers with metal and plastic
sheath and also the roller shaft.
Key words: belt conveyor, conveyor roller, the construction of a roller
1
Prof. Ing. Horst Gondek, DrSc.
VŠB-TU Ostrava, Fakulta strojní
Katedra výrobních strojů a konstruování
tel.: +420 597 321204, e-mail: [email protected]
2
Ing. Anna Plchová, Ph.D.
tel.: +420 597 324583, e-mail: [email protected]
3 Bc. Luděk Chlebný
Severočeské doly a.s. Chomutov
Ul. Důlní375/89, 418 29 Bílina
1. Úvod
Doprava jako taková je všeobecně důležitým prvkem v průmyslu. Při výrobě,
zpracování či distribuci, ve všech případech je nutná doprava surovin, materiálů nebo
koncových produktů. Na dopravě závisí mnoho oborů průmyslu, energetiky, hutnictví,
stavebnictví, výroby a dalších. Jedním z oborů, kde doprava nabývá velkého
významu, je těžební průmysl. Při těžbě nerostných surovin je potřeba velké množství
vytěžených hmot přepravit k dalšímu zpracování nebo uložení. Nejlepší varianta
dopravy je taková, která co nejhospodárněji zajistí přepravu uvažovaného materiálu v
požadovaném množství, v určeném čase a na místa cílového určení. Pro přepravu
těžených hmot v povrchovém lomu je převážně využíváno pásových dopravníků,
které jsou výhodné pro možnost kontinuální dopravy, a to i na velké vzdálenosti.
Příkladem objemu přepravených hmot může být společnost Severočeské Doly a.s.,
která vytěžila za rok 2010, a tedy musela také přepravit, 21,76 mil. tun hnědého uhlí,
a 72,8 mil. m3 nadložní zeminy [1].
2 Dálková pásová doprava
Pásová doprava patří k nejpoužívanějším způsobům dopravy v povrchovém
lomu. Patří mezi plynule pracující dopravní zařízení. Tento způsob dopravy je velice
vhodný pro přepravu sypkých a kusovitých materiálů, které přepravuje plynule a ve
velkém množství, proto je jeho funkce nezastupitelná. Pásové dopravníky jsou
převážně konstruovány pro dopravu v přímém směru a mohou překonávat převýšení
jak dovrchní, tak úpadní. Řazením dopravníků za sebou, lze dopravovat materiál na
vzdálenosti několika desítek kilometrů. Nevýhodou dlouhých dopravníků je velký
počet rotujících částí a s tím spojená údržba zařízení, a problémy s abrazivními a
lepivými materiály. Zařízení dálkové pásové dopravy bývají jednoduché svou
konstrukcí, tedy snadno přístupné pro opravy a běžnou údržbu.
Princip pásové dopravy
Na horní větvi pásu, který jde od vratného bubnu směrem k poháněcí stanici,
je nasypán přepravovaný materiál. Tento materiál může být nakládán na pásový
dopravník v kterémkoliv místě, kde bývá umístěna pojízdná násypka, nebo je
vsypáván do nesené násypky na vratné stanici, kam jej dopravuje předchozí
dopravník. Materiál je dopravním pásem unášen k poháněcí stanici, kde může být
jeden nebo více poháněcích bubnů, a následně vysypáván na další dopravník.
Obrázek 1: Doprava vytěženého materiálu
Požadavky na válečky.
Válečky představují podstatnou část mechanických prvků pásového
dopravníku, a jsou na ně kladeny velké nároky. Vyžaduje se vysoká provozní
spolehlivost a relativně dlouhá životnost. Z důvodu velkého počtu rotujících válečků
je potřeba, aby měly minimální odpory proti pohybu a nízkou hmotnost.
K nejčastějším závadám válečků patří poškození ložisek, které mají velký vliv
na provozní spolehlivost válečků. K opotřebení a prasknutí pláště nedochází často,
spíše ve výjimečných případech. Ve většině případů, kdy dojde k nějakému
poškození pláště, jsou na vině ložiska, kdy dojde k jejich zadření a tím zastavení
válečku. Dopravní pás jedoucí po válečku se po něm začne smýkat a odírat plášť
válečku. V některých případech může dojít až k úplnému prodření pláště válečku.
Vzniklé ostré hrany jsou velkým rizikem pro dopravní pás, který se o tyto hrany může
poškodit.
Pravidelnými kontrolami válečků dopravní linky je nutné tomuto
extrémnímu poškození předejít jejich včasnou výměnou.
Obrázek 2: Příklad poškození válečků
Konstrukce válečků pro pásové dopravníky
Rozměry válečků, jejich uspořádání a vůle pro pásové dopravníky
s korýtkovým profilem s nosnou tříválečkovou stolicí udává mezinárodní norma ČSN
ISO 1537. Průměry nosných válečků, konstruovaných a vyráběných z ocelových
trubek, musí odpovídat ISO 64. Délky válečků uvedené v ČSN ISO 1537 platí pro
stabilní dopravníky, pro důlní dopravníky platí jiné délky. V největší míře jsou na
pásové dopravníky osazovány válečky s ocelovým pláštěm. V současné době
několik firem vyvíjí a vyrábí válečky vyrobené z plastu, které by mohly být
rovnocennou náhradou za kovové válečky.
Dopravníkové válečky s kovovým pláštěm
Příkladem pro konstrukci jednotlivých dílů dopravníkových válečků může být
vývoj a výroba firmy Transroll, s.r.o., které jsou založeny na dlouhodobých
zkušenostech.
Kooperační síť pro strojní inženýrství CZ.1.07/2.4.00/12.0030........................................................... 10
Obrázek 3: Rozpad válečku (Transroll, s.r.o.) [4]
Plášť válečku
Plášť válečku (A) je vyroben z bezešvých nebo podélně svařovaných
přesných ocelových trubek tř. ISO 4200. Tloušťka stěny odpovídá zatížení
a provozním podmínkám, pro které je váleček určen a je optimalizován výpočtem
metodou MKP (metoda konečných prvků) a je ověřena dlouhodobým testováním. [4]
Hřídel
Hřídel (B) je tažena z tyčí tř. ISO 1035 - 1, ISO 1035-4, EN 10278. Konce
hřídele jsou obrobeny na CNC strojích. Hřídel je broušena s tolerancí ISO h6. [4]
Pouzdro ložiska
Pouzdro ložiska (C) je lisováno z kvalitního, hluboko-tažného plechu. Tloušťka
plechu odpovídá zatížení a provozním podmínkám, pro které je váleček určen,
je optimalizována výpočtem metodou FEM (metoda konečných prvků) a ověřena
dlouhodobým testováním. Uložení ložiska je s tolerancí ISO M7. [4]
Těsnění – vnitřní těsnění
Vnitřní těsněni (D) je vyrobeno ze speciálního materiálu na bázi polyamidu.
Svým tvarem brání pronikání nečistot z vnitřního prostoru válečku. [4]
Ložisko
Jsou používána jednořadá kuličková ložiska (E), s rozměry podle ISO 15
s radiální vůlí C3, která je optimální pro chod válečku. Ložiska jsou naplněna vodu
odpuzujícím mazivem na lithiové bázi. Ložiska jsou plněna mazivem do
prostoru ložiska, což umožňuje provoz bez potřeby mazání v průběhu celé životnosti.
Podle provozních podmínek jsou používána ložiska bez krytí nebo s krytím R, 2R, Z,
2Z Pro extrémně náročné podmínky jsou používána dvouřadá naklápěcí soudečková
ložiska. [4]
Pojistný kroužek
Pojistný kroužek (F) je vyroben z kalené pružinové oceli podle normy DIN 471.
Zabraňuje axiálnímu pohybu hřídele. [4]
Labyrintový těsnící systém
Labyrintový těsnící systém (G) se skládá z několika těsnících elementů, které
chrání ložisko před znečištěním zvnějšku. Systém má dvě části – vnitřní labyrint (H)
a vnější labyrint (I), chráněné krytkou a hřídelovým kroužkem (K). Elementy
labyrintového těsnícího systému jsou vyrobeny z polyamidu (vnitřní a vnější labyrint)
a z polypropylenu s UV stabilizátorem (vnější krytka a hřídelový kroužek). Válečky
určené pro drsné podmínky mají vnější krytku (J) z ocelového plechu. U válečků
s ložisky 6310 a 6312 jsou vnitřní a vnější labyrint (H, I) vyrobeny ze Siluminu hliníkové slitiny. Labyrintový systém může být vybaven třecím kroužkem
pro zabránění vnikání vody. [4]
Dopravníkové válečky s plastovým pláštěm
Válečky s plastovým pláštěm mají stejnou konstrukci, jako kovové válečky.
Hlavním rozdílem je tedy použití plastu pro výrobu pláště válečku.
Plášť válečku
V závislosti na výrobci a určení může být vyroben z polyethylenové trubky.
Konkrétním materiálem může být látka, která se nazývá EXALON, vhodná jako
materiál pro výrobu pláště nosných válečků zejména těžkých pásových dopravníků.
Obrázek 4: Plastový váleček (DvB-AF s.r.o.)
Pouzdro ložiska
Pouzdro ložiska může být vyrobeno ze stejného (nebo podobného) materiálu,
který byl použit pro výrobu pláště válečku.
Ostatní části použité pro konstrukci plastového válečku jsou shodné, jako
v případě válečku z kovu.
Výpočet statického zatížení středního válečku
Střední váleček je při tříválečkovém provedení nejvíce zatěžovaným, proto
budu dále počítat zatížení právě pro tento váleček.
Zatěžován je od přepravovaného materiálu, a budu jej počítat z plochy
průřezu, která se nachází nad tímto válečkem. Hmotnost materiálu zatěžující jeden
váleček záleží na rozteči jednotlivých válečků. Dále je třeba připočítat hmotnost
dopravního pásu.
Zatížení od přepravovaného materiálu
– plocha průřezu náplně nad středním válečkem
– šířka rozložení těživa
– úhel sklonu bočních válečků
– dynamický sypný úhel přepravovaného materiálu
– délka válečku
pro: Pro výpočet zatížení z plochy nad středním válečkem, je ještě připočten vliv
zatížení z dopravovaného materiálu nad krajními válečky.
– zatížení válečku od materiálu
– rozteč válečků
pro: Zatížení od dopravního pásu
Pro pásové dopravníky šířky
4+1, 8+4, jeho měrná hmotnost
bude použit dopravní pás P 200/4,
.
– zatížení válečku od dopravního pásu
Celkové zatížení středního válečku
Pro výsledné zatížení středního válečku sečteme zatížení od dopravovaného
seriálu a zatížení od vlastního dopravního pásu.
Výpočet zatížení středního válečku navýšeného dynamickým součinitelem
Při dopravě kusovitého materiálu, dochází při přechodu materiálu přes
jednotlivé válečky k rázům. Tyto rázy je třeba zahrnout do výpočtu zatížení válečku.
Vypočítané zatížení je třeba zvětšit dynamickým součinitelem. Podle [7] je možné
volit součinitel nárazů
. Při dopravě velmi kusovitého materiálu je možné volit
součinitel
. Přeprava velmi kusovitého materiálu nebývá dodavateli pásových
dopravníků doporučována. V takových případech je třeba těžený materiál rozmělnit
na menší kusovitost, například vsazenými drtiči, ještě před naložením
dopravovaného materiálu na pásový dopravník. Budu tedy volit dynamický koeficient
o hodnotě
.
– dynamický součinitel
– zatížení navýšené o dynamický součinitel
3 Výpočet statického zatížení středního válečku
Střední váleček je při tříválečkovém provedení nejvíce zatěžovaným, proto
budu dále počítat zatížení právě pro tento váleček.
Zatěžován je od přepravovaného materiálu, a budu jej počítat z plochy
průřezu, která se nachází nad tímto válečkem. Hmotnost materiálu zatěžující jeden
váleček záleží na rozteči jednotlivých válečků. Dále je třeba připočítat hmotnost
dopravního pásu.
Zatížení od přepravovaného materiálu
– plocha průřezu náplně nad středním válečkem
– šířka rozložení těživa
– dynamický sypný úhel přepravovaného materiálu
– délka válečku
pro: Kooperační síť pro strojní inženýrství CZ.1.07/2.4.00/12.0030........................................................... 15
Pro výpočet zatížení z plochy nad středním válečkem, je ještě připočten vliv
zatížení z dopravovaného materiálu nad krajními válečky.
– zatížení válečku od materiálu
– rozteč válečků
pro: Zatížení od dopravního pásu
Pro pásové dopravníky šířky
4+1, 8+4, jeho měrná hmotnost
bude použit dopravní pás P 200/4,
.
– zatížení válečku od dopravního pásu
Celkové zatížení středního válečku
Pro výsledné zatížení středního válečku sečteme zatížení od dopravovaného
seriálu a zatížení od vlastního dopravního pásu.
Výpočet zatížení středního válečku navýšeného dynamickým součinitelem
Při dopravě kusovitého materiálu, dochází při přechodu materiálu přes
jednotlivé válečky k rázům. Tyto rázy je třeba zahrnout do výpočtu zatížení válečku.
Vypočítané zatížení je třeba zvětšit dynamickým součinitelem. Podle [7] je možné
. Při dopravě velmi kusovitého materiálu je možné volit
volit součinitel nárazů
součinitel
. Přeprava velmi kusovitého materiálu nebývá dodavateli pásových
dopravníků doporučována. V takových případech je třeba těžený materiál rozmělnit
na menší kusovitost, například vsazenými drtiči, ještě před naložením
dopravovaného materiálu na pásový dopravník. Budu tedy volit dynamický koeficient
o hodnotě
.
– dynamický součinitel
– zatížení navýšené o dynamický součinitel
4 Životnost válečků
Životnost válečků je definována jako doba, po kterou je zaručena jejich bezpečná
funkce.
Průměrná výpočtová doba životnosti dopravníkových válečků odpovídá životnosti
použitých ložisek. Výrobci dopravníkových válečků uvádí tuto dobu v různém
provozních
rozmezí. U válečků od firmy Transroll s.r.o. se uvádí životnost
hodin do let od data výroby, to však platí pro válečky nasazené do roku od jejich
výroby. Firma Precismeca-Montan uvádí životnost svých válečků až
provozních hodin.
Závěr
Článek obsahuje základní informace týkající se válečků pásových dopravníků
a to jak klasických ocelových tak válečků z pláště z plastu. Rovněž obsahuje
základní výpočet obou typu válečků.
Seznam použité literatury
[1] ] Výroční zpráva a.s. Severočeské doly, Chomutov : Severočeské doly, 2011.
156 s.
[2] ČSN ISO 1537. Zařízení pro plynulou dopravu sypkých hmot: Pásové
dopravníky s korýtkovým dopravním profilem (jiné než přenosné), Válečky.
Praha: Český normalizační institut, 1993. 8 p.
[3] Transroll - CZ, s.r.o. [online]. 2010 [cit. 2012-04-01]. Katalog válečků.
Dostupné z WWW: < http://www.transroll.cz/obrazky-soubory/katalog-valecku57802.pdf>.
[4] Transroll - CZ, s.r.o. [online]. 2010 [cit. 2011-11-19]. Konstrukce válečku.
Dostupné
z
WWW:
<http://www.transroll.cz/cs/dopravnikomponenty/valecky/konstrukce-valecku/>. [5] ČSN ISO 5048. Zařízení pro plynulou dopravu nákladů: Pásové dopravníky
snosnými válečky, Výpočet výkonu a tahových sil. Praha: Český normalizační
institut, 1994. 16 p.
[6] Chlebný, Luděk; Konstrukční návrh válečku pro dálkovou pásovou dopravu.
Ostrava : VŠB-TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA, 2012. 61 s., Bakalářská
práce.
KONTROLA SVAROVÝCH SPOJŮ OCELOVÝCH
KONSTRUKCÍ UT METODOU PHASED ARRAYS
Jiří Hlavatý1, Lucie Krejčí2
1 Úvod
Ultrazvukové kontroly svarových spojů ocelových mostních konstrukcí jsou
nedílnou součástí každé mostní konstrukce. Již při výrobě dílů ocelových mostních
konstrukcí dochází k průběžným kontrolám jednotlivých plechů až po samostatné
dílce samotné konstrukce.
Při výrobě se lze setkat se svarovými spoji, které jsou obtížně kontrolovatelné běžnými
ultrazvukovými metodami a je nutné zvolit kombinaci nedestruktivních kontrol nebo moderní
metody, jako například metoda TOFD nebo Phased Arrays (PA), které umožňují detekovat
obtížně zjistitelné vady a zároveň zvyšují produktivitu kontrol. Metoda Phased Arrays nám
přináší do nové možnosti provádění ultrazvukových zkoušek z jedná polohy sondy
s průběžným záznamem a přesným vyhodnocením pomoci specielního software.
2 Princip metody Phased Arrays
Metoda Phased Arrays (PA) byly vyvinuta pro odvětví medicíny již v roce 1968
v Holandsku. Další její rozvoj se datuje k roku 1971 v Japonsku, kdy bylo sestrojeno
zařízení pro tuto metodu pracující v 2D režimu s rychlostí 17 obrázků za sekundu. Do
oblastí průmyslu se ultrazvuková technologie Phased Arrays dostává až
v osmdesátých letech a to za účelem image prezentací.
Metoda Phased Arrays je ultrazvuková metoda využívající fázování soustavy
piezoměničů, které umožňují fokusaci na požadovanou hloubku viz Obr 1.
1
Ing. Jiří Hlavatý
Katedra mechanické technologie (345)
17. listopadu 15, 708 33 Ostrava-Poruba
tel.: +420-59-732-3525, e-mail: e-mail: [email protected]
2 Ing. Lucie Krejčí, Ph.D.
Katedra mechanické technologie (345)
tel.: +420-59-732-3525, e-mail: e-mail: [email protected]
Obr 1. princip PA sondy [1]
Technologie Phased array (PA) umožňuje časově modifikovat akustické
možnosti sondy. Sonda pracuje s aktivní rovinou, na které lze modifikovat úhel Δβ viz
obr. 2. Velikost úhlu Δβ je závislá na velikosti elementu sondy. Tyto sondy se
používat s předsádkou, která nám sondu chrání a zároveň eliminuje vznik
nežádoucích podélných vln.
Obr 2. aktivní rovina. [1]
Při zkoušení ultrazvukovou metodou Phased Arrays se využívá azimutální scan
neboli sektorový scan (S-scan) viz obr. 3. Po doplnění měřící soustavy o enkodér lze
skenovat svarový spoj v reálné délce svar od zvoleného nulového bodu měření.
Obr 3. sektorový scan [1]
Metoda ultrazvukového zkoušení PA umožňuje rychlé průběžné skenování po
celé délce svarového spoje s vytvořením záznamu. Touto metodou je možné kontroly
větších tloušťek materiálu.
3 Aplikace metody Phased Arrays
Metoda Phased Arrays lze v průmyslu aplikovat na různé druhy materiálů
s různými akustickými vlastnostmi, např.: kovy, kompozity, keramiku, plasty a laminát
a další. Zároveň lze metodu použít na svarové spoje složitých tvarů, kde klasickými
ultrazvukovými metodami je obtížné nebo nemožné provést 100% rozsah kontroly i
za použití několika různých typů sond. K problémových svarovým spojům patří
například svarové spoje lamelových pásnic ocelových mostních konstrukcí viz obr. 4.
Obr 4. svar lamelových pásnic
U zhotovených svarových spojů lamelových pásnic nelze provádět kontrolu
svarů z horní části z důvodu zhotovené zapřažené železobetonové desky. Proto se
provádí kontrola svarových spojů pouze ze spodní strany svarových spojů. Kontrola
svarových spojů pouze ze spodní strany limituje možnosti prováděných kontrol přes
celou tloušťku svarového spoje.
4 Výstup měření metodou Phased Arrays
Výstupem měření (v případě použití enkodéru) je datový soubor, který je
možné vyhodnocovat přímo na měřicím přístroji nebo pomocí speciálního software
na počítači. Výstupem z přístroje je protokol, viz. obr. 5.
Obr. 5 Protokol měření metodou PA
Z obr. 5 jsou patrné čtyři zobrazení, které metoda Phased Arrays při měření
vytváří. Jedná se o sektorový S-scan, kde se nastavuje úhel dle požadavků měření.
Dalším výstupem metody PA je A-scan, který je shodný s běžně používanými
ultrazvukovými přístroji. B-scan (vpravo dole) zobrazuje indikací v hloubce od
povrchu scanování. C-Scan (vlevo dole) nám zobrazuje indikace na aktivní rovině
viz. obr. 2. Pomocí software TomoVIEWER je možné datové soubory, uložené při
měření, vyhodnocovat na počítači a určovat přesnou polohu indikací ve svarovém
spoji v závislosti na umístění sondy na svarovém spoji a poloze nulového bodu
měření, viz obr. 6.
Obr. 6 Vyhodnocování indikací pomocí software TomoVIEWER
5 Závěr
Pro kontroly montážních i dílenských svarových spojů ocelových konstrukcí, je
ultrazvuková metoda Phased Arrays velice produktivní. Metoda je velice výhodná pro
monitorování rozvíjejících se indikací svarových spojů z důvodu její přesnosti a
možnosti opakování měření s nastavením, které se ukládá do souboru s naměřenými
hodnotami. Tato metoda se také začíná využívat při kontrolách vnějších vláken
ohybu potrubí. V ultrazvukové metodě Phased Arrays stále dochází k intenzivním
modifikacím jako je například lineární scan nebo 3D zobrazení výsledků měření.
Využití této metody ve výrobě ocelových konstrukcí je limitováno absencí norem pro
hodnocení indikací zjištěných touto metodou.
Literatura
[1] Olympus NDT. Advances in Phased Array Ultrasonic Technology Aplications.
USA: Olympus NDT, 48 Woerd Avenue, Walthham, MA 02453. ISBN 09735933-4-2.
STANOVENÍ HLUKOVÉ EMISE VĚTŠÍCH
TECHNOLOGICKÝCH CELKŮ
Determination of noise emission in large
technological units
Milena Hrudičková1, Radim Slanina2
Annotation:
A paper deals with determination of noise emission in large
technological units with use the standards.
Keywords:
noise, emission, technological unit
1. ÚVOD
V technické praxi je běžné, že výrobce je nucen uvádět hlukovou emisi svých
výrobků. Pro stanovení akustického výkonu strojů, přístrojů a zařízení existuje řada
norem, které mimo jiné předepisují jak mezní hodnoty pro provozování v různém
prostředí, tak i metodiku, podle které se předmětné hodnoty získají a následně
deklarují v průvodní dokumentaci. Pro převážnou většinu výrobků lze hodnotu
akustického výkonu stanovit, vzhledem k velikosti výrobku, laboratorně. Nejčastěji se
ve specifikované vzdálenosti od středu výrobku či od jeho povrchu umístí hlukoměr a
snímá se akustický tlak či akustický výkon z 5 směrů (ze 4 na sebe kolmých stran a
shora).
Problém může nastat tehdy, jestliže je výrobek natolik veliký, že např. změřit
hluk shora je technicky velmi obtížné. S tímto problémem se můžeme setkat např. u
výrobců větších technologických celků, např. betonárek. Protože se jedná o celek
dodávaný výrobcem či dodavatelem tzv. na klíč a součástí stavebního řízení je
hluková studie, nejčastěji vyžádaná místním stavebním úřadem, je nutné ještě před
zahájením stavby zahrnout do hlukové studie hlukovou emisi plánovaného
technologického celku. V tomto příspěvku je popsána metodika, která byla vytvořena
a následně úspěšně použita pro stanovení akustické emise u dvou odlišných typů
technologických celků pro výrobu tekutých betonových směsí (obr. 1 a 2).
1
1Ing. Milena Hrudičková, Ph.D.
Katedra částí a mechanismů strojů
tel.: +420-59-732-3285, e-mail: [email protected]
2
Ing. Radim Slanina
Katedra částí a mechanismů strojů
Obr. 1 Pohled na areál betonárny provozovatele Kámen Zbraslav s.r.o.
v Ostravě-Přívoze.
2. VSTUPNÍ ÚDAJE
Provoz betonárky sestává z typických provozních hluků způsobených
nejčastěji:
•
pojezdem nákladních vozů přivážejících štěrk, písek, cement a
odvážejících betonovou směs,
•
navážením těchto přísad do zásobníků (skluzy s vibrátory rozrušujícími
mokrý písek, pojíždění bagru při plnění venkovních kójí,
•
foukáním cementu do zásobníku,
•
samotným mísením betonové směsi.
Každý tento charakteristický provozní hluk trvá po určitou dobu, která se
opakuje. Např. foukání cementu probíhá nejčastěji jednou denně v ranních hodinách
a trvá cca 40 minut. Mísení betonové směsi trvá (podle velikosti dávky) cca 6 až 8
minut. Pojíždění nákladních aut je nutno započítat ke každému mísení směsi a
přivážení surovin. Zbytek pracovního času je vyplněn čekáním na další mísení
směsi, kdy převládajícím hlukem na sledovaném místě je hluk pozadí (tzv. zbytkový
hluk). Z jednotlivých dílčích provozních hluků lze sestavit charakteristický vzorek
pracovního dne tak, jak odpovídá běžnému pracovnímu vytížení konkrétní betonárky.
Nejprve proběhlo měření v terénu (obr. 2) a získání hodnot akustického tlaku
na místě instalovaného typu betonárky, přičemž se průběžně zaznamenával
akustický tlak po dobu trvání charakteristického provozního hluku. Akustický tlak
jednotlivých typických hluků byl měřen z různých vzdáleností a úhlů od zdroje hluku,
až bylo nalezeno místo s nejvyšší hodnotou akustického tlaku. Další výstupní
veličinou z měření byla hodnota ekvivalentní hladiny akustického tlaku každého
typického provozního hluku.
Pak se po sledování provozních zvyklostí, konzultaci se zástupcem výrobce –
znalcem technologického postupu a pohovoru s obsluhou sestavil vzorek typického
pracovního dne betonárky.
Obr. 2 Pohled od výjezdových vrat na výsypku betonárky provozovatele Stafis s.r.o.
v Trenčíně, zvukoměr v místě šipky
3. STANOVENÍ VÝSLEDNÉ HLADINY AKUSTICKÉHO TLAKU
Za předpokladu zjednodušujících kritérií, jako např. ničím neomezeného šíření
hluku vzduchem, se nejprve pro jednotlivé typické provozní hluky přepočtem
stanovila hodnota akustického tlaku v jednotné vzdálenosti 100 m
(1)
kde pALi jsou efektivní hodnoty akustického tlaku změřené v příslušném
měřicím bodě, (Pa),
jsou vzdálenosti hlukoměru v měřicím bodě od zdroje hluku, (m).
Li
Jednotná vzdálenost 100 m byla stanovena podle místních poměrů
zastavěnosti a vzdálenosti nejbližší obytné zástavby.
Na základě principu poměrného zastoupení jednotlivých hodnot akustických
tlaků typických pro určité technologické procesy lze sestavit vzorek pracovního dne
dle následujícího vztahu
(2)
kde pA100n
je akustický tlak typický svou hodnotou i spektrálním složením
pro určitý technologický proces, (Pa)
tn
je časový úsek působení akustického tlaku pA100n., (min.)
Z takto vypočítané souhrnné hodnoty akustického tlaku vzorku pracovního dne
se vypočítá výsledná ekvivalentní hladina akustického tlaku Leq, 8h (dB) s ohledem na
četnost a trvání provozních podmínek každého typického hluku (v souladu s (2)).
Tab. 1 Příklad hodnoty hladiny akustického tlaku
ve vzdálenosti 100 m od zdroje hluku
Měřená činnost
Měřicí
bod
Mísení,
dávkování směsi,
pojíždění aut
A
Vzdálenost
měřicího bodu
Li od zdroje
hluku
(m)
17
Ekvivalentní
hladina akustického
tlaku LA v měřicím
bodě
(dB)
(Pa)
69,76
0,061552
Ekvivalentní hladina
akustického tlaku
přepočtená na
vzdálenost 100 m
(Pa)
(dB)
0,001778
38,98
Za předpokladu skladby vzorku pracovního dne, který sestává např. z:
•... 1 foukání cementu - 40 min
pA100,1 = 0,0044454Pa
•... 8 cyklů mísení a dávkování směsi do domíchávačů po 8 min
pA100,2 = 0,0027839Pa
•... 2x denně navážení štěrku nakladačem po 20 min.
pA100,3 = 0,0048157Pa
•... po zbylou dobu zbytkový hluk (hluk pozadí) 53,80 dB pA100,4 = 0,0098002Pa
lze psát pro souhrnnou hodnotu akustického tlaku vzorku pracovního dne
a odpovídající ekvivalentní hladina akustického tlaku vzorku pracovního dne ve
vzdálenosti 100 m od provozovny je
(3)
Vzhledem k tomu, že hodnota hluku pozadí (zbytkový hluk- viz výše), která v
tomto případě pocházela z přilehlého provozu koksovny a železniční trati a její
velikost není schopen výrobce a dodavatel technologie betonárky ovlivnit, není do
výpočtu výsledné ekvivalentní hladiny akustického tlaku vzorku dne dle (3)
započtena, ačkoliv se jedná o největší položku a výrazně převyšuje hodnoty dílčích
složek hluku. Je nutné si uvědomit, že výsledkem tohoto měření má být pouze
hodnota hlukové emise technologického provozu a proto je důležité pečlivě oddělit
hluky nepocházející z provozu technologického celku.
Při postupu výpočtu touto metodou je nutno dodržet všechna ostatní omezení
a kritéria vycházející z norem a předpisů při měření hluku prostředí. Při stanovení
dílčích hodnot akustických tlaků, je-li to nutné, se zpravidla zohledňuje vliv odrazů a
vzdálenost od svislých stěn, pohltivost okolního terénu, rychlost větru, hodnota
atmosférického tlaku, vlhkosti vzduchu a teploty a různé korekce z toho vyplývající.
Obr. 3 Záznam hladiny akustického tlaku ze vzdálenosti 18 m, nakladač nakládá
štěrk do zásobníku, pojíždí, včetně bezpečnostního signálu při couvání (dle [3] se
bezpečnostní signály nezapočítávají)
4. ZÁVĚR
Výše uvedenou metodou lze poměrně snadno stanovit hlukovou emisi
technologického provozu deklarovatelnou výrobcem v průvodní dokumentaci.
Výslednou hodnotu však mohou výrazně ovlivnit dílčí nepřesnosti měření a
vyhodnocení, proto je vhodné, aby měl měřicí personál větší zkušenosti s měřením
hluku v terénu.
LITERATURA
[1] Nařízení vlády č. 148/2006 Sb., o ochraně zdraví před nepříznivými účinky
hluku a vibrací.
[2] ČSN ISO 1996-2 Akustika – Popis, měření a posuzování hluku prostředí – Část 2:
Určování hladin hluku prostředí (08/2009).
[3] Metodický návod MZ ČR ke sjednocení postupu orgánů a zařízení ochrany veřejného
zdraví při měření a hodnocení hluku v pracovním prostředí a vibrací. V Praze dne 26. 4.
2001, č.j. HEM-300-26. 4. 01-16344.
[4] ČSN EN ISO 3744 Akustika - Určování hladin akustického výkonu zdrojů hluku
pomocí akustického tlaku - Technická metoda ve volném poli nad odrazivou rovinou
(03/2010).
[5] Hrudičková, M., Folta, Z.: Měření hlukové emise výrobny betonových směsí. Technická
zpráva. Zpráva číslo: D3-347/2011. Katedra částí a mechanismů strojů. VŠB-TU
Ostrava. Ostrava, 2011.
[6] Hrudičková, M., Slanina, R.: Měření hlukové emise výrobny betonových směsí.
Technická zpráva. Zpráva číslo: D7-347/2011. Katedra částí a mechanismů strojů.
VŠB-TU Ostrava. Ostrava, 2011.
APPLICATION OF GPS TECHNOLOGY IN SURFACE
MINING
Josef Jurman, Dana Sládková1
Annotation:
VŠB – Technical University of Ostrava, institute of geodesy and mine
surveying has been cooperating with Severočeské doly j.s.c. (SD) in
important research project since 2007. The main goal is improve
control system for opencast mining. Two bucket wheel excavators
(K800/103 and KU300/27) were equipped with measurement
hardware at the Libouš Lignite Mine (North Bohemia brown coal
basin). The position of the bucket wheel centre is computed by
means of GPS data, inclinometer and incremental measurements.
Data is transferred to a base. All the values measured are saved in
this database. The surface layout of the mine as well as positions of
underground geological layers are updated on a regular basis in the
digital model of the mine. The main aim of the research is verifying
the system in connection to digital model for short time prognosis of
qualitative parameters of coal (Ad, Sd, Qr, Wr and MS), continuous
automatic computation of mined materials (m3, tons) and continuous
checking of creation of the movement surface/plane of the excavator
and mining goals. Mine surveyors have a lead role in the working
team. The paper describes possibilities of using the GPS for mine
surveying and for production planning.
Keywords:
Analysis, bucket wheel excavator, digital model, GPS, inclinometer,
incremental measurements
Introduction
The fact that the satellite system provides data independently of weather
conditions, round the clock and anywhere in the world is a major advantage of the
system. During the last two decades the satellite technology has been undergoing
fast developments worldwide, which has resulted in the use of GPS technology in
many fields. In the surface mining industry the GPS has proven to be useful mainly at
resolving usual surveying tasks. The option is now investigated of utilisation the GPS
technology also for facilitation of the mining process.
1
prof. Ing. Josef Jurman, CSc., Ing. Dana Sládková, Ph.D.
Institute of Geodesy and Mining Surveying, Faculty of Mining and Geology
VSB-Technical University Ostrava
tel: +420-59-699-5566, e-mail: [email protected]
Use of the GPS for Determination of Excavator Bucket Wheel Position
It is obvious that if the 3D position of excavation elements of mining machinery
and associated mining mechanisms can be determined relatively accurately, multiple
task can be successfully resolved in terms of control of this hardware. As far as
brown coal surface mines are concerned, the following topics are of prime interest:
• Facilitation of the process of control of excavator operation (e.g. prognoses of
qualitative parameters of coal being mined)
• Calculations of volumes of mined materials in nearly real time.
• Very accurate control of creation of the movement plane of the excavator and
immediate control of mining targets.
• Control and checking of associated mining mechanisms (e.g. dozers).
Fig. 1. Surface mining – Libouš mine
In 2006 Severočeské doly j.s.c. launched a research project titled “GPS-Aided
Determination of the Position of the Bucked Wheel of the K800/103/N1 Excavator”. A
project was developed, in which all the components of the system were designed,
including their positions, as well as systems of data transfers and data evaluation.
The system consisted of three basic elements [6]:
• Measurement segment (GPS, inertial sensors, control unit)
• Communication segment (radio or GPRS communication for reception and
transmission of data)
• User segment (evaluation software)
On bucket wheel excavator K800/103 (Fig 2) the measurement segment
originally (2006) consisted of 2 DGPS devices Trimble DSM 232 (Dot 1, Dot 2), 2
inclinometers (Dot 3, Dot 4) and one incremental rotation speed sensor (Dot 5).
Corrections for DGPS were transferred from the reference station to the excavator
employing a radio-modem. A control unit controls the operation of the entire system.
The position of the centre of the bucket wheel axis (Dot 6) is computed from X, Y, Z
coordinates acquired from the GPS devices and on the basis of sensors’ data
(inclinations, rotation speeds) on a 5-second basis. Using radio-modems, the data is
transmitted to the headquarters building of the Surveying and Geology Department,
where it is saved. Then the data is processed by evaluation software (KVAS
Prognosis Models). The system has been operated since December 2006.
Fig. 2. K800/103 excavator
The Research Programme
The data transferred is saved in database file *.DB. All the values measured
are saved in this database. On a five-second basis the database should be updated
with a series of newly measured values. The first tools have already been developed
in the “KVAS - Prognosis Model” programme for visualisation of the excavator and
utilisation of the results of computation of the position of the centre of the bucket
wheel axis.
The section of digital operational map in Fig. 3 shows the position of
schematized K800/103 excavator. On the left hand side, the vertical geological profile
is shown in simplified terms. The position of the bucket wheel in relation to the profile
in the relevant site can be seen. The individual types of coal are colour–discerned on
the basis of qualitative parameters. Mining plan for excavator is also shown (red
lines) as well as boreholes. Another view is on Fig 4. The current status and the
history of qualitative parameters of the coal (Elevation of bucket wheel - 1, Heating
Value Qr – 2 and sulphur content Sd – 3), as derived from the model, can be seen in
the left part of the figure.
Fig. 3. The position of the bucket wheel excavator in real time (map and profile)
Fig. 4. Elevation of bucket wheel and qualitative parameters of the coal (left part of
the figure)
The measured data also serves for detailed analysis of the entire process. The
analysis is developed by the Institute of Geodesy and Mine Surveying of the
Technical University – VŠB Ostrava. The following is carried out in particular:
• Analysis of data transfer (number of measurements received)
• Analysis of accuracy of individual meters
o Analysis of gross errors
o Analysis of the mean errors of individual measurements and
identification of the critical point
o Comparison of computed mean errors with values identified by the
manufacturers of all the used meters
• Analysis of the accuracy of the calculation of the bucket wheel axis centre
(mean error propagation)
• Analysis of data during operation of the excavator
Fig. 5. Positions of GPS and inertial sensors at the K800/103 excavator
The basic equations for determination of 3D (XK, YK and ZK) bucket wheel axis
position were derived from geometry of excavator and positions of GPS and inertial
sensors at the K800/103/N1 (fig 5) excavator:
⎛
− YGPS1 ⎞
Y
⎟⋅
YK = YGPS1 + sin ⎜⎜ arctg GPS 2
X GPS 2 − X GPS1 ⎟⎠
⎝
(1)
⎡⎛
⎤
12,03 ⎞
⋅ ⎢⎜ 7,557 + IRC
⎟ ⋅ cos (19,648 − SKL2 _ X ) + (35,966 ⋅ cos SKL1)⎥
40423 ⎠
⎣⎝
⎦
⎛
X K = X GPS 1 + cos ⎜⎜ arctg
⎝
YGPS 2 − YGPS 1
X GPS 2 − X GPS 1
⎡⎛
12,03
⋅ ⎢⎜ 7,557 + IRC
40423
⎣⎝
⎞
⎟⎟ ⋅
⎠
(2)
⎤
⎞
⎟ ⋅ cos (19,648 − SKL 2 _ X ) + (35,966 ⋅ cos SKL1)⎥
⎠
⎦
⎧⎡
⎫
12,03 ⎞⎤
⎛
Z K = Z GPS 1 − ⎨⎢1,77 + sin (19,648 − SKL 2 _ X ) ⋅ ⎜ 7,557 + IRC
⎟⎥ + 35,966 ⋅ sin SKL1⎬
40423 ⎠⎦
⎝
⎩⎣
⎭
(3)
Accuracy of calculation 3D bucket wheel axis position was derived using of
mean error propagation method:
2
2
⎞
⎛ ∂YK
⎞ ⎛ ∂Y
⎜⎜
⋅ mYGPS1 ⎟⎟ + ⎜⎜ K ⋅ mYGPS2 ⎟⎟ +
⎠
⎝ ∂YGPS1
⎠ ⎝ ∂YGPS2
2
2
2
⎞
⎞ ⎛ ∂Y
⎛ ∂YK
⎞ ⎛ ∂YK
mYK = ± + ⎜⎜
⋅ mXGPS2 ⎟⎟ + ⎜ K ⋅ mIRC ⎟ +
⋅ mXGPS1 ⎟⎟ + ⎜⎜
⎟
⎜
⎠ ⎝ ∂IRC
⎝ ∂X GPS1
⎠ ⎝ ∂X GPS2
⎠
2
⎞ ⎛ ∂Y
⎛ ∂YK
⎞
+ ⎜⎜
⋅ mSKL2 _ X ⎟⎟ + ⎜ K ⋅ mSKL1 ⎟
⎠
⎠ ⎝ ∂SKL1
⎝ ∂SKL2 _ X
2
(4)
2
2
⎛ ∂X K
⎞ ⎛ ∂X K
⎞
⎜⎜
⋅ mYGPS1 ⎟⎟ + ⎜⎜
⋅ mYGPS2 ⎟⎟ +
⎝ ∂YGPS1
⎠ ⎝ ∂YGPS2
⎠
2
mX K = ±
2
2
⎛ ∂X K
⎞ ⎛ ∂X K
⎞ ⎛ ∂X
⎞
+ ⎜⎜
⋅ mXGPS1 ⎟⎟ + ⎜⎜
⋅ mXGPS2 ⎟⎟ + ⎜ K ⋅ mIRC ⎟ +
⎠
⎝ ∂X GPS1
⎠ ⎝ ∂X GPS2
⎠ ⎝ ∂IRC
2
⎛ ∂X K
⎞ ⎛ ∂X K
⎞
+ ⎜⎜
⋅ mSKL2 _ X ⎟⎟ + ⎜
⋅ mSKL1 ⎟
SKL
X
SKL
2
_
1
∂
∂
⎠
⎝
⎠ ⎝
2
mZ K
(5)
2
2
2
⎛ ∂Z K
⎞ ⎛ ∂Z K
⎞ ⎛ ∂Z K
∂Z K
⎞ ⎛
⎞
= ± ⎜⎜
⋅ mZGPS 1 ⎟⎟ + ⎜
⋅ mSKL 2 _ X ⎟⎟ + ⎜
⋅ mIRC ⎟ + ⎜⎜
⋅ mSKL1 ⎟
⎠ ⎝ ∂SKL 2 _ X
⎠
⎠ ⎝ ∂SKL1
⎝ ∂Z GPS1
⎠ ⎝ ∂IRC
2
(6)
The equations (4-6) for mean errors m X , mY and mZ of XK, YK a ZK
calculation we got using partial derivation. The final equations are quite extensive
therefore we do not bring them in the article. We appointed values of mean errors
individual measurement instruments to equations (4), (5), (6) (final version) and have
obtained mean errors
m X , mY and mZ influenced by accuracy of individual
K
K
K
K
K
K
measurement instruments.
Partial Conclusions from the Research Project (2007)
• The accuracy of determination of the position and elevation of the centre of the
wheel axis depends also on the reliability of transfer of corrections from the
reference station to the excavator as, unless the corrections are transferred
from the reference station to the excavator, GPS receivers switch automatically
from the DGPS mode to the “navigation” mode - with considerably
compromised accuracy. The first results of data analyses showed that it would
be necessary to ensure better quality transfer of corrections from the base to
the excavator and vice versa – the success rate was about 70%. This,
consequently, had a negative impact on the accuracy of the GPS
measurements.
• The first results already suggest that for the purpose of routine application, the
RTK regime will have to be used and the GPS receivers will have to be
upgraded, particularly due to the need to increase the accuracy 3D position
determinations. Using D-GPS technology we achieved average accuracy of
determination of the position and elevation of the centre of the wheel axis:
m X K = ±0,164 m
mYK = ±0,143 m
mZ K = ±0,265 m
The Results of development in 2009
On the results of our analysis, SD Company has realized two important
changes:
- Radio communication for reception and transmission of data was displaced by
GPRS system
- 2 DGPS devices Trimble DSM 232 were changed by 2 RTK Leica MNS1230 GG.
The Leica MNS1200 GNSS is specifically designed for construction and mining
machine operation at toughest conditions.
• The results of accuracy analysis are better now and for main future purpose –
prognosis of qualitative parameters of coal to be mined in near future (short
term prognoses) – are satisfying. Data transfer success rate is better than 99%
and average accuracy (RMS) of determination of the 3D position of the centre
of the wheel axis:
m X K = ±0,025 m
mYK = ±0,012 m
mZ K = ±0,041 m
The main goals
After the research programme is completed, a complex system can come into
being of measurement of positions of mining mechanisms, which could be beneficial
in multiple areas:
Mining of coal, striping and combined haulage levels
• Visualisation of the positions of excavators and their movements and elevations in
real time at earmarked computers connected to the network and provided with
relevant software.
• Information on the position of the wheel in relationship to the stratum profile or
stripping level.
• Saving of mining procedures and their retroactive retrieval in both graphic and
numerical forms (checking and analytical purposes).
• Control of creation of movement surface/plane in real time and its immediate
checks.
• Computation of qualitative parameters of coal in real time with all excavators and
simulation of the functions of the qualitative parameter meters.
• Development of prognosis of qualitative parameters of coal to be mined in near
future (short term prognoses).
• Computation of volumes of mined materials in real time (the volumes of mined
materials will be known with almost “surveying” accuracy immediately after the
relevant period – day/month).
• Measurement of extension of the wheel boom.
Facilitation of the Operative Control of Mining
• In a modified form, the applications can also by used in notebooks and PDA. The
data can hence be available anywhere in the field.
Mine planning
• Automatic and continuous updates of the condition of haulage levels in the
MINING MODEL.
• Checking of adherence to technical regimes, including mine planning maps or long
term mining goals (position and elevation parameters of advances).
• Determination of the initial conditions for preparation of next month’s advance on
the basis of actual advance in the ongoing month. Continuous calculation and
detailing of the limits of start and end of advance in the next month (period).
Conclusions
The process of mining of industrial minerals in rather complicated geological
conditions (variable morphology and qualitative parameters – both vertically and
horizontally, occurrence of idle underground mines etc.) cannot be presently fully
automated, as is nowadays commonplace in. e.g. electrical engineering, in industry
of manufacture of simple mechanical engineering products or in the food industry.
Nevertheless, the developments in information technologies as well as in other
technologies enable to expedite the feedback within the line of “planning –
implementation-check”. Information on where an excavator operates and what is
being mined can be acquired (with some degree of inaccuracy) immediately. It is
critical now if such mechanisms can be created that can exploit this data and
influence the production process. In the meantime we are at the beginning of
resolving the task, to which multiple disciplines will have to contribute. Through
resolving the issue of accurate and reliable determination of the 3D position of the
operating machineries and associated mechanisms in mines, the mining engineers,
surveyors, geologists, reclamation engineers and managerial staff will acquire a tool
for better control and ensuing checks of production processes during open cast
mining of industrial minerals.
References:
[1] Rucký P., Blovský J., Vrubel M.: NĚKTERÉ ZKUŠENOSTI S APLIKACÍ GPS V
POVRCHOVÉM DOBÝVÁNÍ NA DNT–SD A.S. A V PORÝNSKÉM REVÍRU
(Experience about application of GPS during open cast mining at DNT-SD PLC
and in the Rhineland Coal Basin). In Uhlí-Rudy-Geologický průzkum, 2/2004
[2] Rucký P.: VÝZKUMNÁ ZPRÁVA VÚHU Č.262/97 „KOMPLEXNÍ OVĚŘENÍ
APLIKACE SYSTÉMU GPS NA KOLESOVÝCH RÝPADLECH DNT-SD, A.S.
PRO OPERATIVNÍ ŘÍZENÍ A KONTROLU TĚŽBY UHLÍ A SKRÝVKY“
(Complex verification of application of the GPS systems at NDT-SD PLC bucket
wheel excavators for the purpose of operative control and checking of coal
mining and stripping.), 12/1997
[3] Vrubel M.: GEOLOGICKÝ MODEL (Geological Model). In Zpravodaj SHD,
3/1991, ISSN 0323-0368
[4] Vrubel M.: OBJEMOVÝ A BÁŇSKÝ MODEL LOMU (Volume and mining model
of a mine). In Zpravodaj SHD 3/1992, ISSN 0323-0368
[5] Vrubel M.: PROGNÓZNÍ MODEL A MOŽNOSTI JEHO VYUŽITÍ (Prognosis
Model and the possibilities of its use). In proceedings of conference „Brown coal
1994“, 10/94
[6] Talácko M.: SYSTÉM PRO SLEDOVÁNÍ PROSTOROVÉ POLOHY KOLESA
RYPADLA K 800/N1. (System for monitoring of the spatial position of the
K800/N1 excavator wheel). Technical Report, 3/2007
[7] Vrubel M., Sládková D., Talácko M.: NEW POSSIBILITIES OF GPS
TECHNOLOGY IN MINE SURVEYING. In Proceedings of the 13th International
Congress of ISM, Budapest, 9/2007, ISBN 978-963-9038-18-9
MĚŘENÍ INTENZITY POHYBU LÁZNĚ NA IZOTERMNÍM
MODELU TANDEMOVÉ PECE
Measuring of bath motion intensity in isothermal model of
tandem furnace
Ladislav Kovář1
Anotace:
Předložený
příspěvek
souvisí
se záměrem
intenzifikovat
technologické pochody probíhající v tandemové peci (T-peci)
použitím kyslíkopalivových hořáků. Protože výsledky použití hořáků
jsou ověřeny především v případě elektrických pecí, bylo záměrem
modelovat tuto situaci nejprve na fyzikálním modelu T-pece.
Výsledky měření budou sloužit investorovi při jeho rozhodování o
realizaci investice.
Klíčová slova: homogenizace; kyslíkopalivové hořáky, tandemová pec
Annotation:
Submitted contribution relates with the intention of intensification of
technological process ongoing in tandem furnace by using of oxy-fuel
burners. Because results of using burners are tested first of all in
case of electric furnaces, there was intention to simulate this situation
first on physical model tandem furnace. Results of measurement will
serve to investor in his decision about realization of this capital
investments.
Keywords:
homogenization; oxy-fuel burners, tancem furnace
1. Úvod
Snaha modernizovat konstrukci a intenzifikovat technologické pochody je
patrná i v oblasti ocelářských pecních agregátů. Protože se jedná o záměry
investičně velmi nákladné, je snaha dozvědět se o dopadu změn na konstrukci a
provoz více prostřednictvím modelování příslušných dějů probíhajících v agregátu a
na základě výsledků se následně rozhodnout, zda změnu realizovat, či ne. Co se
týká ocelářských pecí, pak jsou s kyslíkopalivovými hořáky zkušenosti především u
pecí elektrických – obrázek 1.
1
doc. Dr. Ing. Ladislav Kovář
Protože dokonalá homogenizace lázně (tekuté oceli) je z technologického
hlediska velmi důležitým faktorem, který má vliv na kvalitu vyráběného materiálu, byl
experimentální výzkum zaměřen na zhodnocení přenosu hybnosti výtokových proudů
z trysek a hořáků do tekuté lázně.
Obrázek 1 – příklad použití a umístění kyslíkopalivových hořáků na elektrické
obloukové peci
2. Měření pohybu taveniny na fyzikálním modelu stávající nístěje T-pece pro
vybrané varianty dmýchání plynu
Cílem měření pohybu taveniny na fyzikálním modelu T–pece bylo posouzení
míchacího účinku vybraných variant přívodu plynu, jeho srovnání s referenčními
variantami a vyhodnocení nejvhodnější varianty kombinovaného dmýchání plynu do
lázně realizovatelné na díle. Byla užita stejná metodika měření a vyhodnocení
naměřených výsledků fyzikálního modelování jako v předchozích pracích [2]
zabývajících se modelováním hydrodynamiky lázně v nístěji T-pece. Izotermický
fyzikální model vybavený měřícím a vyhodnocovacím systémem umožňuje
analyzovat vlastnosti proudových polí vzniklých v tavenině při různých variantách
dmýchání kyslíku kyslíkopalivovými hořáky.
K samotnému měření byly užity snímače el. signálu (napětí) umístěné
v kritických místech lázně. Schéma snímače a příklad průběhu výstupního signálu
z osmi měřených snímačů v průběhu měření je na obrázku 2.
Měřící aparatura byla navržena, smontována a uvedena do provozu na
katedře výrobních strojů a konstruování – 340, Fakulty strojní VŠB-TU Ostrava. Jako
kapalina simulující taveninu byla u izotermního modelu použita pitná voda.
Dmychaným médiem byl stlačený vzduch. Rozvod stlačeného vzduchu byl proveden
takovým způsobem, že umožňoval regulaci tlaku vzduchu (a tím i jeho množství)
vstupujícího do dmyšných elementů.
0,3
Nosná
Izolace
část snímače
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0
Zlaté kontakty
10
20
IN1
30
IN2
40
IN3
50
IN4
IN5
60
IN6
IN7
70
IN8
80
90
průměr
Obrázek 2 – schéma použitého snímače a příklad změn výstupního signálu ze
snímačů v průběhu měření
Při posuzování míchacího účinku výtokových proudů z modelové trysky(trysek) a
hořáků(u) na lázeň kapaliny se porovnávala následující data:
-
rychlost nárůstu signálu,
-
dosažená maximální úroveň napětí,
-
rychlost poklesu napětí na snímačích po ukončení dmýchání plynu.
Dmýchání lázně se od 51 sekundy dmýchání plynu přerušilo a měřena byla
odezva (doba proudění) kapaliny na předchozí silový účinek výstupních proudů plynu
z trysky (trysek) a hořáků(u). Směrnice jednotlivých úseků závislosti V=f(t) pak
udávají rychlost přenosu průtočné hybnosti z proudícího plynu do modelové taveniny.
Linearizace naměřených dat umožňuje jejich automatické vyhodnocení. Výsledné
průběhy závislosti výstupního napětí snímačů na čase byly dále v úsecích po 20s
nahrazeny přímkami – obrázek 3.
Data 13 - Varianta 4
Změna napětí [V]
0,3
0,2
0,1
prům ěr; 0,053
VARIANTA
4
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Čas [s]
Obrázek 3 – příklad změny napětí na čase dmýchání včetně linearizace průběhu a
průměrné hodnoty napětí – varianta 4 (V4), tlak před tryskou 314mm v.sl., tlak před
hořáky 450mm v.sl.
Varianty referenční:
1 Tryska
2 Trysky
Varianty vybrané:
VARIANTA
1
VARIANTA
3
VARIANTA
2
VARIANTA
4
hlavní zkujňovací
tryska
kyslíko-palivová
tryska (hořák)
Varianty doplňkové:
VARIANTA
VARIANTA
6
5
Obrázek 4 – testované varianty uspořádání hlavních zkujňovacích trysek a hořáků
Pro stejné umístění měřících sond v nístěji bylo provedeno měření pro různé
varianty uspořádání trysek a hořáků – obrázek 4.
Naměřené hodnoty ukázaly na rozdíly v kvalitě homogenizace (míchání)
(vyjádřeny úrovní elektrického signálu) pro různé varianty uspořádání trysek a
hořáků.
Porovnáním výsledků měření a s ohledem na současné možnosti provozní
realizace byly vybrány dvě varianty kombinovaného dmýchání plynu do lázně a to
jedno a dvou tryskové dmýchání kyslíku s jedním či dvěma hořáky zabudovanými
v přední stěně pece s označením V4 a V2. Naměřená data pro dva různé tlaky média
před modelovými kyslíkopalivovými hořáky a obě varianty jsou uvedena v tabulce 1.
Detailní pohled na uspořádání měření a celou měřící aparaturu pro měření na
klasické nístěji tandemové pece je na obrázku 5.
Naměřená data, jejich linearizace a průměrné
hodnoty
Číslo
měření
Směrnice Směrnice
náběhu
doběhu
Průměr
Varianta
Data 13
0,001714
-0,00151 0,052855
V4
Data 12
0,001554
-0,00113 0,042908
V4
Data 11
0,002445
-0,00192 0,059779
V2
Data 10
0,001674
-0,00183 0,042239
V2
Tabulka 1 – Naměřená data, jejich linearizace a průměrné hodnoty napětí pro
variantu V4 a V2
Obrázek 5
– detail modelové nístěje s horními tryskami a hořáky a celkový pohled
na měřící zařízení
3. Závěr
Při hodnocení výsledků fyzikálního modelování pohybu taveniny v nístěji Tpece nutno mít na zřeteli, že používaný fyzikální model T-pece je izotermním
modelem s neúplnou podobností s dílem vzhledem k nepodobnosti invariant vazkosti
a měrné hmotnosti taveniny. S přihlédnutím k této skutečnosti byl analyzován pouze
vliv účinků dmýchaného média na přenos hybnosti v lázni taveniny.
Z výsledků experimentu je dále patrno, že při kombinaci jednotryskového
dmýchání se dvěma stabilně zabudovanými palivokyslíkovými hořáky v přední stěně
pece s označením Varianta4(V4) se zvyšuje míchací efekt lázně oproti dmýchání
kyslíku pouze jednou hlavní kyslíkovou zkujňovací tryskou. Znamená to, že v daném
případě lze za jistých okolností uvažovat s realizací této varianty dmýchání plynů na
T-peci. Podobně je v daných podmínkách realizovatelný systém dvoutryskového
foukání s jedním instalovaným hořákem v přední stěně pece s označením
Varianta2(V2). Obě tyto, za jistých podmínek realizovatelné, varianty jsou
znázorněny na obrázku 6.
Kyslíkopalivové hořáky
Nístěj T-pece
Hlavní
kyslíková
zkujňovací
tryska
tavenina
Varianta 4 (V4)
Varianta 2 (V2)
Obrázek 6 – axonometrické znázornění nístěje se zkujňovacími tryskami a
kyslíkopalivovými hořáky
Tento příspěvek byl realizován za finanční podpory z prostředků státního
rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu.
Literatura:
[1] KOVÁŘ, L. ROZUM, K.:Možnost posouzení intenzity pohybu lázně v nístějové
peci. Review alternative of bath motion intensity in hearth turbace. In Technická
diagnostika strojů a výrobních zařízení: sborník příspěvků mezinárodní
konference „DIAGO 2005“ (CD ROM), VŠB – TU Ostrava, Fakulta strojní, 2005,
Sborník anotací s.22, ISBN 80-248-02310-4.
[2] MIKOLAJEK, et al. : Technické řešení zařízení pro dmýchání argonu do
tandemové pece. Závěrečná zpráva, VŠB – TU Ostrava, HS č. 390770, 45 s.
[3] KOVÁŘ, L., et al.: Studium pohybu taveniny v nístěji tandemové pece pro
vybrané varianty dmýchání plynů. Výzkumná zpráva projektu MPO ČR, ev. č.
projektu FT-TA/082: Výzkum, vývoj a modernizace výroby oceli na
tandemových pecích. FS VŠB-TU Ostrava. 2005. 54s., 8 lit.
SKOK V REVERZNÍM INŽENÝRSTVÍ SE JMENUJE
METRASCAN
Jump for reverse engineering is called METRASCAN
Tomáš Kubín1
Anotace:
Příspěvek aktuálně reaguje na nové trendy, které se objevují
v oblasti skenování prostorových objektů a tím i v reverzním
inženýrství. V článku se čtenář seznámí s novým typem optického
skeneru - s metraskenem od firmy Creaform.
Klíčová slova: metrascan
Annotation:
Post responds to the new trends that are emerging in the scanning of
spatial objects and thus in reverse engineering. In this article, the
reader familiar with the new type of optical scanner - with
metraskenem made by Creaform..
Keywords:
metrascan
1. Metrascan poprvé v akci
V rámci projektu byl na půdě Vysoké školy báňské – Technické univerzity
Ostrava pořádán kooperativní workshop, na kterém byla představena novinka z
oblasti reverzního inženýrství a 3D skenování. Jednalo se o Metrascan (obr. 1) od
známého
výrobce
laserových
skenerů
firmy
CREAFORM
(http://www.creaform3d.com). Tento výrobek se dostal do České republiky teprve v
dubnu tohoto roku. Jednalo se tedy o jednu z prvních prezentací, pro kterou skener
poskytla firma SolidVision (http://www.solidvision.cz/ ). Během prezentace byla
provedena i názorná ukázka a nastíněny možnosti využití. Parametry, které výrobce
uvádí, jsou ohromující.
1
Ing. Tomáš kubín, Ph.D.
2. Vlastní seznámení
Řešení, které je jednoslovně uváděno jako MetraSCAN, se ve skutečnosti
skládá ze dvou částí. Jednou je samotná snímací hlava MetraSCAN a druhou je
samostatně stojící reference s názvem C-Track (obr. 2). Tato kombinace realizuje
bezdotykové snímání plochy. Umožní naskenovat model, ze všech opticky
dostupných stran. Pro orientaci v prostoru využívá MetraSCAN referenčních značek,
které jsou umístěny přímo na snímací hlavě, nebo mohou být pomocně nalepeny ve
snímaném prostoru a na snímané geometrii.
Obr. 1 Snímací hlava MetraSCANU
Velkou výhodou reference C-Track je možnost komunikovat se zařízením
HandyPROBE, které slouží pro velmi přesné dotykové měření. Tuto variantu lze
použít při vytváření entit, získávání souřadnic nebo jen pro kontrolu rozměrů.
Obr. 2 Stojící reference C-Track
3. Parametry skeneru
Otázka, která je pro využitelnost zásadní, je definování velikosti pracovního
prostoru. Ani v tom MetraSCAN nezklamal. Díky referenčnímu senzoru C-Track má
zařízení jednak přesně ohraničený pracovní prostor v rozměrech znázorněných
obrázkem (obr. 3) a jednak pracovní prostor, kterého lze dosáhnout posouváním
reference. Pomocí dynamických značek umístěných v pracovním prostoru, lze
pohybovat s C-Trackem, aniž by došlo ke ztrátě pozice a přerušení souvislosti
skenování. Kamery, které jsou připevněny na trojnožce jsou otočné v rozsahu 360° a
zvětšují tak významně pracovní prostor. Ve srovnání s jinými 3D skenery o podobné
přesnosti, nabízí MetraSCAN mnohem větší pracovní prostor.
Obr. 3 Parametry
3. Použití skeneru
Reverzní inženýrství se v oblasti návrhu nesnaží změnit a nahradit doposud
používanou inženýrskou metodiku, ale nabízí nový nástroj a tím i nové možnosti. Na
obrázku 4 je zjednodušený proces návrhu jak pro reverzní inženýrství, tak pro
klasické - majoritní inženýrství. Z obrázku je zřejmé, že zvolení vhodného
návrhového procesu závisí na konkrétním zadání. Kombinací, které mohou
vzniknout, je mnoho. V případě, že budeme navrhovat například podvozek rypadla,
je obrácený proces nepoužitelný. Jiná situace při rozhodování nastane, když budeme
navrhovat tvarově složitější součásti. Příkladem mohou být ergonomické prvky, jako
jsou sedačky, madla, designově náročné tvary nebo jen ve strojařině běžné odlitky.
Vymodelovat v CAD softwaru složitý tvar odlitku je velmi obtížné a časově náročné.
Výsledek je navíc pořád pouze v počítačové podobě. V těchto případech je obrácený
návrhový postup velkým přínosem. Pro představu - reverzní postup při výrobě odlitku
by vypadal například takto:
Obr. 4 Reverzní inženýrství
1) Vytvoří se model z běžného, dobře tvarovatelného a obrobitelného materiálu,
jehož cena je obvykle daleko nižší než bude cena materiálu použitého při výrobě
(dřevo, sádra) x (bronz, mosaz, litina …). Model může být vyroben v libovolném
měřítku.
2) Z fyzického modelu se získají digitální data.
3) Pomocí speciálního softwaru se získaná souřadnicová data převedou na
polygonovou síť.
4) Polygonová síť se upraví a pro další práci převede na definované plochy. V této
fázi lze vyhlazovat, optimalizovat a dále přizpůsobovat tvar.
5) Převod na CAD model a doplnění chybějících prvků (například reliéfů, obrobených
a vnitřních ploch).
6) Metodou Rapid Prototyping (3D tisk) se získá reálný model, který využijeme pro
tvorbu formy.
Obr. 5 Samotné skenování
5. Závěr
MetraSCAN je svou konstrukcí přizpůsoben pro zajištění 100%
přenositelnosti. Práce při skenování je plně intuitivní a snadná pro obsluhu. Obrázek
(obr. 3 ) nabízí slovní spojení „zvládne to i žena“. Tím se nechceme dotknout
odborné způsobilosti žen, ale dokázat, že i když hlava Metrascanu působí těžce,
není tomu tak. Softwarová obsluha je zajištěna speciálním programem VXelements,
jehož intuitivní ovládání si mohli účastníci workshopu ověřit.
Literatura:
[1] Propagační materiály firmy SolidVision
MOTOROVÁ PALIVA JAKO JEDNA Z PŘÍČIN PROVOZNÍCH
PROBLÉMŮ MOTOROVÝCH VOZIDEL
Vladislav Marek1, Ladislav Hrabec2
Anotace:
Motorová paliva můžeme zcela jistě zařadit mezi několik velice
významných prvků, které podstatnou měrou ovlivňují provoz
motorového vozidla, a to nejen z pohledu spolehlivosti a životnosti.
Úvod
Třebaže se výrobci motorových vozidel v poslední době doslova předhánějí
v nabídce automobilů využívajících tzv. alternativních paliv, jsou a také ještě po určitý
čas patrně budou v našich podmínkách nejpoužívanějšími palivy automobilový
benzin a motorová nafta.
Stejně, jako dochází k vývoji v oblasti spalovacích motorů, musí být prováděny
inovace v oblasti motorových paliv tak, aby tyto vyhověly novým požadavkům, což se
projevuje v úpravách příslušných norem. Pro automobilový benzin se dnes jedná
o normu ČSN EN 228 a pro motorovou naftu ČSN EN 590.
Mimo tyto dva základní druhy motorových paliv se na trh protlačuje dále palivo
E-85 a směsná motorová nafta ČSN 65 6508. Řada dopravních společností používá
jako palivo také čistý metylester rostlinných olejů ČSN EN 14214 (ČSN 656507).
Kvalita motorových paliv
Kvalita prodávaných paliv je dnes kontrolována Českou obchodní inspekcí
(ČOI). Počty zjištěných nedostatků jsou pravidelně vyhodnocovány podle platných
norem a konečně jsme se jako spotřebitelé dočkali toho, že jsou jména a adresy
jednotlivých čerpacích stanic, které nesplňují jakost, zveřejňovány.
Podle údajů publikovaných v roce 2011 nesplnilo požadavky norem
motorových paliv 4,4 % ze zkoušených vzorků. A jaké byly nejčastější nedostatky?
U benzinů se jedná především o konec destilace a zvýšený obsah etanolu,
v případě motorové nafty pak již tradičně jde o nižší bod vzplanutí. U zahraničních
1
Vladislav Marek
TRIFOSERVIS Vladislav Marek, Čelákovice
Rumunská 1457, 250 88 Čelákovice
tel. : +420 326 991 085, e-mail : [email protected]
2
Ing. Ladislav Hrabec, Ph.D.
VŠB - Technická univerzita Ostrava, FS
17. listopadu 15/2172, 708 33 Ostrava – Poruba
tel.: +420 597 324 600, e-mail : [email protected]
dodávek se ještě můžeme setkat s přimícháním různých olejů, což ovlivní konec
destilace a větší destilační zbytek.
Celkově je však možno konstatovat, že prodej motorových paliv je vzhledem
k objemu dodávek na dobré úrovni a uvedené závady v jakosti mají jen malý vliv na
provoz vozidel. Důležité je také zjištění, že klasické čerpací stanice významných
a tradičních dodavatelů mají velmi malý podíl na zjištěných nedostatcích.
Aditivace motorových paliv
Současná paliva mají již od výrobců odpovídající množství přísad pro zlepšení
svých základních vlastností. Prováděné úpravy všech druhů motorových paliv musí
splnit základní normy a vyhovět všem evropským státům z hlediska základních
jakostních parametrů. Současně se výrobci paliv snaží o to, aby byly splněny nejen
všechny požadavky výrobců vozidel, ale také zohledněny tlaky na ekologii provozu.
Přísad do paliv je dnes celá řada. Úprava přísadami se prováděla již při vzniku
motorových paliv a první informace o jejich použití se objevily již okolo roku 1919.
Sortiment se postupně rozšiřoval s tím, jak se zvyšoval výkon motorů a stoupaly
požadavky na zajištění bezporuchového provozu.
Mezi základní přísady využívané u automobilových benzínů patří:
přísady pro úpravu - zvýšení oktanového čísla,
antioxidanty, které zajišťují stabilitu paliva při skladování a dále zamezují
tvorbě oxidačních zplodin, kdy výsledkem je zalepování funkční části motoru,
detergenty jsou významnou složkou paliva a zajišťují čistotu celého palivového
systému,
antikorodanty se přidávají pro ochranu povrchu před agresivní vodou,
přísady proti tzv. zatloukání ventilových sedel,
přísady pro zlepšení mazací schopnosti,
přísady proti zamrzání vody.
Pro motorovou naftu jsou významné zejména přísady pro zlepšení
filtrovatelnosti paliva, zvyšovače cetanového čísla, přísady deemulgační,
protipěnivostní, antioxidanty, detergenty, biocidy a další.
U řady výrobců se setkáváme s barvením paliva, a to předně u
nadstandardních motorových paliv, případně s prováděním další aditivace tak, aby
bylo dosaženo nadstandardní jakosti, která by zajistila výrobci zvýšený prodej.
Dalším možným způsobem vylepšení vlastností paliva je jeho dodatečná
doaditivace aplikací zvláštních přísad přímo do paliva v nádrži. Zde se však nabízí
otázka, zda je toto nejlepší řešení. Je totiž známo, že provedená aditivace paliv je
udělána tak, aby byla dodržena rovnováha jednotlivých přísad, a tím zajištěny jen ty
nejvhodnější vlastnosti. Necitlivé vylepšení nevhodným doplněním přísad může
narušit synergismus přísad v palivu a toto pak ztrácí některé ze svých vlastnosti,
například oxidační stabilitu, projeví se větší korozivost, vypadání kalů, pryskyřic a
podobně.
Motorová paliva jako příčina poruch motorových vozidel
Největší problémy jsou v systémech motorových vozidel z pohledu paliv
způsobovány nečistotami, vodou, zalepením palivových čističů vlivem polymerních
úsad a parafínů. Bylo prokázáno, že při zvýšených teplotách a delším skladování
motorové nafty se vytvoří polární polymery, které tvoří nepropustnou vrstvu na
jemném filtračním materiálu čističe (viz obr.1). Výsledkem je následné omezení
průchodnosti filtru, což ve svém důsledku je příčinou snížení výkonu motoru.
Obr.1 Polymery na povrchu filtrační vložky palivového filtru
Daleko horší případ však nastane, když se filtrační vrstva úplně poruší a
vlivem tlaku se všechny nečistoty uvolní do palivového systému a pak doputují až do
vlastních vstřikovačů. Zde nečistoty způsobují značné opotřebení, případně až
havárii těchto velmi složitých, přesných a finančně nákladných systémů. Příklady
zjištěných nečistot v motorovém palivu (naftě) jsou na obr. č.2.
Zejména v zimních měsících se můžeme setkat s dalším problémem, jehož
základem je letní nebo přechodová nafta v nádrži motorového vozidla a dále v
palivovém systému již znečištěný filtr. Na filtrační ploše se vlivem nízkých teplot
usazují jemné parafíny, které postupně zalepí celý filtr a ten se stane zcela
neprůchodným (obr.3). To samozřejmě způsobí, že se další palivo nedostane do
motoru a vozidlo se úplně zastaví. Nápravou v tomto případě není dodatečné použití
přísady do paliva, ale jednoznačně musí dojít k výměně filtru a nevhodného paliva.
Obr.2 Nečistoty zjištěné v motorové naftě
Obr.3 Příklad filtru zalepeného jemnými parafíny
V poslední době se u některých benzinových motorů setkáváme s novým
problémem. U řady čerpacích stanic se dnes objevuje stále více benzínu E-85. Toto
palivo obsahuje 70 až 80% etanolu a je tudíž určeno výhradně pro motorová vozidla,
která jsou pro jeho použití uzpůsobena. Do klasického vozidla se toto palivo používat
nesmí, protože obsahuje již zmiňovaný etanol, tedy hodně kyslíku. Je to v podstatě
chudá směs a vozidlo, pokud není tomuto přizpůsobeno, ji neumí dobře spalovat.
Mimo jiné dochází k jinému rytmu spálení, což vede k propálení pístu, nánosu
karbonu a zapečení pístních kroužků (obr.4). Nevhodný tlak par pak způsobí, že
automobil bude špatně startovat.
Dalším negativním jevem je chování paliva s etanolem k různým konstrukčním
materiálům, kdy dochází k napadání různých pryžových hadiček, plastických
materiálů a také k reakci s barevnými kovy. Díky nižší výhřevnosti tohoto paliva
dochází navíc ke zvýšení spotřeby. Nezanedbatelná je také skutečnost, že se při této
změně paliva z etanolu uvolňuje voda, která ohrožuje celý palivový systém.
Z výše uvedených důvodů se výrobci automobilů volnému přechodu na toto
palivo, včetně jeho směsi s klasickým benzinem, brání a případné reklamace, u
kterých je podezření na použití těchto paliv, neuznávají.
Obr.4 Příklad poškození pístu vlivem použití nevhodného paliva
Závěr
Pro zajištění bezporuchového celoročního provozu motorového vozidla je
nutné věnovat potřebnou pozornost jak palivu, tak celému palivovému systému.
Palivo je třeba čerpat u standardních, chcete-li klasických a ověřených
čerpacích stanic, kde je vyšší předpoklad dodržování všech jakostních parametrů. Je
důležité neprovádět žádné experimenty s mícháním různých paliv. Současně je
nutné věnovat pozornost filtraci paliva a vzduchu. Včas vyměnit palivové čističe je
důležité zvláště u dieselových motorů před zimní sezonou.
Vzhledem k tomu, že palivové nádrže dnes nejde samostatně čistit, je
výhodné doplňovat velké množství paliva, což způsobí naředění nečistot a vody v
nádrži. Jen kombinace správného maziva, vhodného paliva a dobře ošetřeného
palivového systému zajistí celoroční bezproblémový provoz námi provozovaného
vozidla.
KONSTRUKČNÍ ÚPRAVY PRVKŮ KRUHOVÉHO FIXÁTORU
Design modifications of individual fixator components
Jaroslav Melecký1
Anotace:
Příspěvek se zabývá reálným fixátorem holenních kostí. Na základě
požadavků lékařské praxe jsou v současné době prováděny
konstrukční úpravy jednotlivých prvků fixátoru.
Klíčová slova: fixátor; konstrukce
Annotation:
The contribution is concerning with real fixator for shin-bone. On
base of medical praxis are in this time performed design
modifications of individual fixator components.
Keywords:
fixator; design
1. Fixátory pro léčbu otevřených nestabilních zlomenin
Zevní fixátory patří v současnosti mezi hlavní léčebné metody v léčbě
otevřených, komplikovaných a nestabilních zlomenin v traumatologii, ortopedii a
chirurgii (končetiny, klouby, pánev, čelisti, ...). Výhodou této léčebné metody je
jednoduchost aplikace zevního fixátoru při dokonalé stabilizaci zlomeniny, čímž je
umožněna včasná rehabilitace pacienta. Zevní fixátory pomáhají krátit potřebný čas
při léčení pacientů, především fraktur při vysoko-energetických pádech a
automobilových úrazech. Lze je rovněž používat pro prodlužování končetin nebo při
korekci osových deformací. Od roku 2000 se zevní fixátory používají i k operační
léčbě zlomenin.
V souladu s novými trendy a metodami biomechaniky je třeba vytvořit nové
typy fixátorů s využitím nanotechnologií při vývoji nové generace různých zevních
fixátorů, které aktuálně reagují na nové poznatky v regenerativní medicíně a na
požadavky lékařské praxe. S tím souvisí také vývoj nových a konstrukční úpravy
stávajících komponent zevních fixátorů.
1
Dr. Ing. Jaroslav Melecký
Obr. 1. Pohled na zrekonstruovaný celek fixátoru horní končetiny
Na obr. 1 je zobrazeno provedení rekonstrukce fixátoru na loket. Zejména jeho
nové zpracování řídící jednotky pro pohyb ruky včetně vývoje nového softwaru
k řízení pohybu. Přístroj nyní umožňuje redukovat rychlost, úhel a počet cyklů
pohybu horní končetiny za pomocí výpočetní techniky. Umožňuje individuální
nastavení fixátoru pro léčebné účely za pomoci přizpůsobení se pacientovi a typu a
rozsahu zlomeniny. Upravený aparát má pomáhat nejen lidem po komplikovaných
úrazech zlomenin horních končetin. Má usnadnit a zjednodušit práci i obsluze, která
léčebný proces na těchto typech fixátorů zajišťuje.
2. Kruhový fixátor stávající konstrukce
- celokovová konstrukce, zdlouhavá montáž a manipulace
- změna vzdálenosti kruhů pomocí matic
Obr. 2. Kruhový fixátor na bérec (model v SW Catia)
3. Upínka drátu stávající konstrukce
- celokovová konstrukce
- uchycení upínky, Kirschnerova drátu a jeho napínání pomocí šroubů
Obr. 3. Celokovová upínka drátu (systém tří šroubů)
4. Požadavky současné doby
- volba RTG-transparentních materiálů
- univerzální použití
- snadná a rychlá montáž jednotlivých částí fixátoru
- jednoduchá manipulace:
a) systém napínání drátu
b) systém změny vzdálenosti kruhů
- odolnost komponent při teplotě do 150 °C
- zajištění baktericity
- snížení hmotnosti
- lepší komfort pro pacienta
5. Vývoj nových komponent kruhového fixátoru
V souladu s požadavky lékařů a možnostmi výrobců fixátorů jsou v současné
době vyvíjeny nové typy jednotlivých komponent zevních fixátorů. Na následujících
snímcích budou představeny některé nové typy prvků fixátoru včetně modifikací
upínky drátu.
Obr. 4. Půlkruh fixátoru s pružným elementem (varianta s osmihranem)
Obr. 5. Upínka drátu a nosné tyče
Obr. 6. Sestava fixátoru (modelová situace)
Obr. 7. Princip napínání drátu - krajní polohy
Obr. 8. Upínka s kuželovým šroubem - varianta 1
Obr. 11. Upínka se zadním napínáním šroubem - varianta 4 (drát nad šroubem)
Obr. 12. Upínka se zadním napínáním šroubem - varianta 5 (drát pod šroubem)
Obr. 13. Upínka se zadním napínáním šroubem - varianta 6 (opora o přední stěnu)
Obr. 14. Systém pro změnu vzdálenosti kruhů
1 – šroub s pravám a levým závitem, 2, 3 – matice s opačnými závity s možností uchycení ke kruhu
6. Závěr
Na téma zevní fixace probíhájí následující aktivity:
-
Spolupráce s firmou
ve FNsP Ostrava-Poruba.
Medin,
a.s.
-
Ve školním roce 2011/12 zpracováno na téma zevní fixace 5 závěrečných
prací (3xBP + 2xDP), výsledky budou uplatněny. Předpokládá se zapojení
studentů i v roce 2012/13.
-
Návrh a vývoj nových
(pracoviště VŠB-TUO)
konstrukčních
a
traumatologickým
úprav,
materiálů
a
centrem
povlaků
SPOLUPRÁCE S PRAXÍ V OBLASTI PRŮMYSLOVÉHO
DESIGNU
Cooperation with Practise in the Field of Industrial Design
Anna Plchová1
Anotace:
Rok 2012 je jubilejním pro specializaci „Průmyslový design“ oboru
„Konstrukce strojů a zařízení“ bakalářského studijního programu
„Strojírenství“. Studenti řeší problematiku navázanou na potřeby
praxe.
Klíčová slova: výzkum; strojírenství; design
Annotation:
2012 is the Year of Jubilee for the specialization of "Industrial
Design" field "Design of Machines and Equipment" bachelor study
program "Engineering". Students solve problems attached to a
necessary practice.
Keywords:
research; mechanical engineering; design
1. Úvod
V červnu roku 2012 skládali státní závěrečné zkoušky studenti specializace
„Průmyslový design“ oboru „Konstrukce strojů a zařízení“ bakalářského studijního
programu „Strojírenství“. V tomto roce se jednalo o malé jubileum, byly to již páté
závěrečné zkoušky v pořadí. Jedná se o atraktivní specializaci s významným
prvkem, kterou je spolupráce dvou kateder: Katedry výrobních strojů a konstruování
s Katedrou částí a mechanizmů strojů Fakulty strojní Vysoké školy báňské –
Technické univerzity Ostrava. Absolventi získají znalosti základních oborů
strojírenství, z oblasti výtvarnictví, ergonomie, speciálních grafických systémů a
průmyslového designu. Po absolvování mají širokou možnost uplatnění. Práce
absolventů dokladují přímé propojení s praxí, uplatnitelnost jejich návrhů, úspěšnou
aplikaci nabytých znalostí a dovedností při realizaci, jak počítačových 3D modelů, tak
při výrobě fyzických modelů, kde je vyžadována jistá dávka zručnosti a zkušeností.
1
Dr. Ing. Anna Plchová
2. Významné výsledky studentských prací
Práce Jakuba Černocha řešila problematiku návrhu vozíku pro zavazadla pro
pasažéry letištní haly. Tak jako každá ze závěrečných prací studentů obsahuje
návrhy několika variant řešení, jak je patrno na obr. 1. Při návrhu vozíku je dbán
zřetel hlavně na ergonomické normy, vztah člověka k výrobku a také jeho celkový
vzhled, jemuž je věnována zvláštní pozornost, to vše ve spojení s funkčností,
spolehlivostí a zajištění příjemného vzhledu vozíku. Návrhy studenta jsou podpořeny
příslušnými výpočty [1].
Obr. 1 Variantní řešení vozíku pro zavazadla pro pasažéry letištní haly [1]
Obr. 2 Vizualizace závěrečného návrhu [1]
Přímo na požadavky praxe je vztažena práce Jakuba Bruzka [2], který je řešil
ve své závěrečné práci „Informační panel pro zastávky MHD“. Některé otázky měl
příležitost konzultovat se zaměstnanci Dopravního podniku Ostrava, a.s., kteří mu
poskytli informace o výrobě těchto panelů a také jejich povrchových úpravách.
Úkolem bylo vylepšit panely z hlediska designu a řešit i konstrukční stránku. Cílem
vylepšení by mělo být zakomponování velké informační plochy do konstrukce
stojanu. Řešení by mělo výhledově dovolovat také použití LCD informačních panelů,
které se začínají uplatňovat ve stále širší míře. Největší problém při návrhu panelů
MHD je správná volba materiálu a úprav proti působení povětrnostních podmínek i
vandalů.
Obr. 3. Využití Metody konečných prvků při návrhu informačního panelu [2]
.
Obr. 4 Závěrečná vizualizace navrženého informačního panelu [2]
Návrh stojanu pro datapojektor [3] řešil ve své závěrečné práci Ondřej
Polomský. Hlavním cílem byl návrh kancelářského nábytku, do kterého dataprojektor
může být zařazen. Podstatou řešeného problému bylo navržení nábytkového celku,
který má primárně sloužit jako stojan při projekci z datového projektoru běžné
dostupného na trhu, jehož hmotnost je maximálně 13 kilogramů. Navrhovaný stojan
má také zajistit bezpečný provoz a snadnou montáž. Nezbytné jsou také pevnostní
výpočty namáhaných součástí.
Obr. 5 Vizualizace jednoho z mnoha variantních řešení [3]
Podrobný záznam, jak vznikal fyzický model zdravotní pomůcky, který
podrobně popsala ve své závěrečné práci Veronika Mužná ukazuje nejen na
dokonalé zvládnutí teoretických znalostí a schopností pracovat v grafických a
vizualizačních systémech, ale dokladuje i schopnosti absolventů specializace poradit
si v oblasti zhotovení fyzického modelu pomocí dostupných prostředků a
technologických postupů. Ve své práci o názvu „Návrh zdravotní pomůcky –
francouzská hůl, s využitím workbench Human Builder“ využila pro zhodnocení
svých navrhovaných variantních řešení i softwarovou podporu CAD/CAM/CAE
systému CATIA s modulem Ergonomics Design & Analysis, dále pak workbench
Human Builder. [4]
Obr. 6 Kroky při tvorbě fyzického modelu [4]
Závěrečná práce Radka Ďuriana „Designérské řešení výtahové šachty“ je
přímo navázána na zadání praxe, disponuje řadou variantních řešení výtahových
šachet umístěných vně stavby, které se používají hlavně u rekonstrukcí domů starší
bytové zástavby. [5]
Obr. 7 Vizualizace uchycení vnějšího pláště výtahové šachty [5]
Na obrázku obr. 8 je možno vidět jak finální variantní řešení, tak vizualizaci 3D
modelu závěrečné práce Jindřicha Kostelného o názvu „Univerzální taktická svítilna“.
Taktické svítilny jsou nedílnou součástí výstroje všech bezpečnostních složek,
naleznou však uplatnění i v myslivosti a bojových hrách a simulacích, jako je airsoft,
či paintball. Taktické svítilny umožňují částečně překonávat nesnáze při zhoršené či
minimální viditelnosti, navíc díky možnosti upnutí svítilny na výstroj nebo zbraň
jednotlivce poskytují uživateli světlo, aniž by musel přímo manipulovat se svítilnou.
Ve své práci se zabýval návrhem takové svítilny, která by vyhovovala potřebám
armády a policie. Pracoval s myšlenkou možnosti upnout svítilnu ke zbrani bez
externích montážních prvků. Taktéž se zaměřil na návrh konstrukce kloubu, který by
umožňoval změnu osy svícení. [6]
Obr. 8 Návrh univerzální taktické svítilny [6]
3. Závěr
Uvedený výčet závěrečných prací, není vyčerpávající, ale naznačuje
rozmanitost témat, která jsou řešena studenty specializace „Průmyslový design“.
Práce jsou navázány na průmyslovou praxi, řeší konkrétní zadání. Jsou hledána
nová technická řešení ve spojení s neotřelým a inovativním designem, uvedené
popisy, byť stručné, jsou toho důkazem.
Literatura:
[1] Č nernoch, Jakub. Návrh vozíku pro zavazadla pro pasažéry letištní haly.
Ostrava, 2007. Bakalářská práce. VŠB-Technická univerzita Ostrava, Fakulta
strojní
[2] Bruzek, Jakub. Informační panel pro zastávky MHD. Ostrava, 2009. Bakalářská
práce. VŠB-Technická univerzita Ostrava, Fakulta strojní
[3] Polomský, Ondřej. Návrh stojanu pro dataprojektor. Ostrava, 2010. Bakalářská
[4] Mužná, Veronika. Návrh zdravotní pomůcky - francouzská hůl, s využitím
workbench Human Builder, Ostrava, 2010. Bakalářská práce. VŠB-Technická
univerzita Ostrava, Fakulta strojní
[5] Ďurian, Radek. Designérské řešení výtahové šachty. Ostrava, 2011. Bakalářská
[6] Kostelný, Jindřich. Univerzální taktická svítilna, Ostrava, 2012. Bakalářská
Autor:
Kolektiv autorů
Katedra, institut:
Název:
Prezentace výsledků vědy a výzkumu dosažených
ve spolupráci s praxí
Místo, rok, vydání:
Ostrava, 2012, 1. vydání
Počet stran:
73
Vydala:
VŠB – Technická univerzita Ostrava
Tisk:
Náklad:
30 ks
Neprodejné
ISBN 978-80-248-2767-4

prezentace výsledků vědy a výzkumu dosažených ve

Transkript

Podobné dokumenty