REVISTA CONSTRUCŢIA DE MAŞINI

Transcription

Anul 59, Nr. 4/ 2007
ISSN 0573 – 7419
Din sumar
EDITOR: ICTCM – CITAf - OID.ICM
041303 Bucuresti
Şos. Olteniţei nr. 103, sector 4, O.P. 8
Tel: 332.37.70/234
Fax: 332.07.75; sau 332.31.95
E-mail: ictcm@ictcm.ro, oid@ictcm.ro
Redactor: Elena Baican
Responsabil editor: Irina Rădulescu
Responsabil marketing: Mariana
Craciunoiu
Tehnoredactor: Mihaela Neagu
Coperta:
ing. Ioana Dorobantu – ID Print
INFORMAŢII, ABONAMENTE:
Abonamentele se fac direct, prin dispoziţie de
plată sau mandat poştal, trimis pe adresa
revistei.
CONT – ICTCM:
nr. RO14 RNCB 5040 0000 0031 0001;
BCR sector 4
TIPAR: OID.ICM
COPYRIGHT 2003
Toate
drepturile
asupra
acestei ediţii
sunt rezervate OID.ICM. Nu este permisă
reproducerea integrală sau parţială a
articolelor din revista „Tehnologia Inovativă”
fără consimţământul scris al editorului.
Opiniile
exprimate
în
revistă
aparţin
semnatarilor articolelor, fără să reflecte
obligatoriu şi punctul de vedere al editorului.
TRANSFER TEHNOLOGIC
SI INOVARE
DEZVOLTARE DE PRODUS
CAD / CAM / CAE
TEHNOLOGII INOVATIVE
FABRICATIE VIRTUALA
TRIBOLOGIE
ANUL 59 / 2007 – NR. 4
TEHNOLOGIA INOVATIVĂ
COMITET ŞTIINŢIFIC
Octavian BOLOGA - Universitatea „Lucian Blaga” din Sibiu
Olivier BONNEAU – Universitatea din Poitiers, Franţa
Ion BOSTAN – Universitatea Tehnică a Moldovei
K.D. BOUZAKIS – Aristoteles University of Thessaloniki, Grecia
Doug BRANHAM - Lubrication Systems Company, Houston, Texas, USA
Dan BRÎNDAŞU
- Universitatea „Lucian Blaga” din Sibiu
Mircea CIOBANU - Universitatea „Ştefan cel Mare” din Suceava
George DRĂGHICI - Universitatea „Politehnica” din Timişoara
Valeriu DULGHERU – Universitatea Tehnică a Moldovei
Igor FESENKO - Institute for Superhard Materials , National Academy of Sciences, Ukraine
Dan FILIPOIU - Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Michel FILLON – Universitatea din Poitiers, Franţa
Mohamed HAJJAM – Universitatea din Poitiers, Franţa
Tudor ICLĂNZAN - Universitatea „Politehnica” din Timişoara
Nicolae Valentin IVAN - Universitatea „TRANSILVANIA” din Braşov
Branko IVKOVIC – Universitatea din Kragujevac, Serbia
Gheorghe MOGAN – Universitatea „TRANSILVANIA” din Braşov
Ilie MUSCĂ - Universitatea „Ştefan cel Mare” din Suceava
Nicolae OANCEA - Universitatea „Dunărea de Jos” din Galaţi
Dumitru OLARU - Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iaşi
Juozas PADGURSKAS – Lithuanian University of Agriculture, Lithuania
Tudor PRISĂCARU - Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Vasile PUIU - Universitatea din Bacău
Stanisław PYTKO - University of Science and Technology, Kraków, Poland
R. Raghavendra RAO - University College of Engineering, India
Alexandru RĂDULESCU - Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Minodora RÎPĂ - Universitatea „Dunărea de Jos” din Galaţi
Lucian TUDOSE - Universitatea din Cluj
Thami ZEGHLOUL – Universitatea din Poitiers, Franţa
TEHNOLOGIA INOVATIVĂ – Revista „Construcţia de maşini” nr. 4 / 2007
COMITET ONORIFIC
Gheorghe AMZA - Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Niculae Napoleon ANTONESCU – Universitatea „Petrol şi Gaze” din Ploieşti
Traian AURITE - Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Gavrilă CALEFARIU - Universitatea „TRANSILVANIA” din Braşov
Mircea COZMÎNCĂ - Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iaşi
Emanuel DIACONESCU – Universitatea „Ştefan cel Mare” din Suceava
Marian GHEORGHE - Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Constantin ISPAS - Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Valeriu JINESCU - Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Aurel JULA - Universitatea „TRANSILVANIA” din Braşov
Constantin MINCIU - Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Eugen PAY - Universitatea de Nord din Baia Mare
Iulian POPESCU - Universitatea din Craiova
Aurelian VLASE - Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Ioan VOICA - Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
EDITOR
Oficiul de Informare Documentară pentru Industrie, Cercetare, Management
din cadrul
Centrului Incubator Tehnologic de Afaceri
S.C. ICTCM S.A. BUCUREŞTI
RESPONSABIL EDITOR
Irina Rădulescu
REDACTOR
Irina Rădulescu
TEHNOREDACTOR
Mihaela Neagu
GRAFICA
Ioana Dorobanţu – ID Print
CUPRINS
TRANSFER TEHNOLOGIC SI INOVARE
1.
2.
TRANSFER TEHNOLOGIC SI INOVARE IN DOMENIUL CONSTRUCTIEI DE MASINI
AGRICOLE
Muraru-Ionel Cornelia, Muraru Virgil Marian, Chesaru Mihaela, Dumitrascu Cristina
SC MAT SA Craiova
pag. 5
THE ALTRAN FOUNDATION FOR INNOVATION IS DUE TO LAUNCH ITS 2008 AWARD
ON THE THEME: «REDUCING CO2 LEVELS IN THE ATMOSPHERE: OUR TECHNOLOGICAL
CHALLENGE!».
The «Artificial Retina» project from Pr. José Sahel - Laureate of the Altran Foundation
2007 Award
pag. 9
Baptiste Pavy
Altran Foundation
DEZVOLTARE DE PRODUS
3.
DEZVOLTAREA DE PRODUS ORIENTATĂ ASUPRA COSTURILOR
PE ÎNTREG CICLU DE VIAŢĂ AL ECHIPAMENTELOR
Ioan Dan Filipoiu*, Stephan Műller**, Alexandra Műller ***
*
Universitatea “POLITEHNICA” Bucureşti, România,
**
EMC2 Computer Systems AG Zűrich, Elveţia,
***
Credit Suisse Zűrich, Elveţia
pag. 13
CAD / CAM / CAE
4.
CERCETĂRI PRIVIND MODELAREA SI SIMULAREA PROCESULUI DE NANOFINISARE
A SUPRAFETELOR COMPLEXE PRIN CURGERE ABRAZIVĂ
CU MEDII DE LUCRU REOPECTICE
pag. 19
Valeriu Avramescu1, Nicolae Ionescu2, Norvegia Elena Avramescu3,Constantin Dogariu4,Gheorghe Orasanu1,
Aurelian Visan2, Adrian Dimon3, Roxana Grejdanescu1, Loredana Theodora Paun1, Catalin Horia Orasanu1
1
SC ICTCM Institutul de Cercetare si Proiecatre Tehnologica pentru Constructii Masini SA Bucuresti;
2
Universitatea Politehnica – Centrul de cercetare, Consulting si Asistenta Tehnica in Ingineria Materialelor si Sudura
CAMIS, Bucuresti;
3
Institutul de Cercetare Dezvoltare pentru Sectoare Calde INTEC Bucuresti;
4
SC Tehnicom Group-D SRL Bucuresti
TEHNOLOGII INOVATIVE
5.
6.
ESTABLISHING ASSEMBLING TYPE BETWEEN THE BODIES FROM
METALLIC CARBIDES AND THE TAMPING TOOLS
Cristinel Beşleagă1, Sorin George Badea1, Dumitru Dan Dragoi2
1
S.C. IMCF S.A. Bucureşti, 2University of Bacau
THE HARD PASTE ASSEMBLING BETWEEN THE BODIES FROM
METALLIC CARBIDES AND THE TAMPING TOOLS
S.G.Badea1, C. Beşleagă1 , D.D.Dragoi2
1
S.C. IMCF S.A. Bucureşti, 2University of Bacau
TEHNOLOGIA INOVATIVA – Revista „Construcţia de maşini” nr. 4 / 2007
pag. 31
pag. 39
2
7.
ANALIZA CARACTERISTICILOR MECANO-ELASTICE ŞI ELECTRICE
ALE ALIAJELOR ECOLOGICE CUATERNARE
Vasilescu Dan Dragos1, Constantin Baciu2, Petrica Corabieru3, Anisoara Corabieru3, Mihai Lozovan4,
Viorel Dobrea4
1
SC PROCOMIMPEX Iasi, 2 UNIVERSITATEA TEHNICA GH. ASACHI Iasi,
3
SC PRESUM PROIECT SA Iasi, 4 INCDFT Iasi
pag. 45
8.
ETUDE D’OPTIMISATION ET DE ROBUSTESSE POUR LE PROCESSUS DE SEPARATION
ELECTROSTATIQUE
pag. 49
Alexandra Dogaru* , Lucian Dascalescu** , Alexandru Radulescu*, Sorin Cananau*
*
Université “POLITEHNICA” Bucarest, ROUMANIE,**Université de Poitiers – IUT Angoulême, FRANCE
9.
SPLIT SPHERICAL ROLLER BEARINGS – AN ECOLOGICAL SOLUTION
FOR REDUCING THE COSTS
Luminita Madalina Draganus *, Alexandru Radulescu*, Mircea Despa**
*
University “POLITEHNICA” Bucharest, ROMANIA, **CN Industrial Group Bucharest, ROMANIA
10.
CERCETĂRI PRIVIND REALIZAREA MEDIILOR DE LUCRU LA NANOFINISAREA
PRIN CURGERE ABRAZIVĂ CU MEDII DE LUCRU REOPECTICE
Valeriu Avramescu, Cătălin Horia Orăşanu – ICTCM
Norvegia Elena Avramescu, Adrian Dimon - INTEC
11.
SISTEME SUPERFLEXIBILE ROBOTIZATE – NOI CONCEPTE
Trygve Thomessen – Productive Programming Metods As, Trondheim, Norvegia,
Vladimir Cardei, Valeriu Avramescu, Loredana Păun, Roxana Grejdănescu – ICTCM
12.
ASPECTE PRIVIND FUNCŢIONAREA UNEI INSTALAŢII EXPERIMENTALE BAZATĂ
PE EFECTUL DE SEPARARE ENERGETICĂ A UNUI CURENT TURBIONAR DE AER
Răducanu Petre1, Barbu Valentin2, Popescu Anghel2
1
Universitatea Politehnica din Bucureşti, 2 SC ICTCM SA Bucureşti
pag. 55
pag. 59
pag. 65
pag. 69
13.
CONCEPTIA MODULARA IN CONSTRUCTIA DE MASINI-UNELTE
Gheorghe Marin1, Aurel Costea2, Nicoleta Rachieru2
1
SC ICTCM Institutul de Cercetare si Proiecatre Tehnologica pentru Constructii Masini SA Bucuresti
2
SC APLAST Campulung Muscel
pag. 73
14.
POWER LOSSES ESTIMATION IN PRECESSIONAL GEAR
Ion Bostan, Valeriu Dulgheru, Ion Bodnariuc
Technical University of Moldova, Dept. “Theory of Machines and Machine Parts”, Republic of Moldova
pag. 77
15.
SERVICIU DE DIAGNOSTICARE PRIN VIBRATII
A MASINILOR SI ECHIPAMENTELOR INDUSTRIALE REALIZAT IN SPRIJINUL IMM
Miron Zapciu
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
pag. 81
FABRICATIE VIRTUALA
16.
NEW APPROACHES REGARDING THE CREATION OF VIRTUAL ENTERPRISES
IN THE NATIONAL NETWORK
Marian Topologeanu
SC ICTCM SA Bucuresti
pag. 87
3
17.
ASPECTE PRIVIND FABRICAŢIA VIRTUALĂ INTELIGENTĂ A PROCESELOR
CU GRAD RIDICAT DE RISC DIN INDUSTRIA CONSTRUCTOARE DE MAŞINI
ÎN VEDEREA REDUCERII VULNERABILITĂŢII ŞI COMBATEREA
CONSECINŢELOR ACCIDENTELOR INDUSTRIALE
Avramescu Valeriu, Grejdănescu Roxana,Păun Loredana Theodora
S.C. ICTCM S.A. Bucuresti
pag. 93
TRIBOLOGIE
18.
THE BEHAVIOR OF THE PISTON-CYLINDER TRIBOSYSTEMS
Gheorghe Poştaru1, Andrei Poştaru2, Victor Ceban3
Technical University of Moldova
19.
WEAR BEHAVIOUR OF ALUMINA AND AISI 52100 STEEL AGAINST
MOLYBDENIUM BORIDE COATED AISI D2 STEEL
Ugur Sen, H Unal, A Mimaroglu, S.Yilmaz, S Sen
Sakarya University, Sakarya-Turkey
20.
ELASTO-HYDRODYNAMIC LUBRICATION ANALYSIS
OF PARTIAL ARC BEARINGS USING CFD & FSI
Praveen Bhat, Satish Shenoy B, and R. Pai
Dept. of Mech. & Mfg. Engg., Manipal Institute of Technology, Manipal, India.
pag. 97
pag. 105
pag. 109
4
TRANSFER TEHNOLOGIC SI INOVARE IN DOMENIUL
CONSTRUCTIEI DE MASINI AGRICOLE
Muraru-Ionel Cornelia, Muraru Virgil Marian, Chesaru Mihaela, Dumitrascu Cristina
SC MAT SA Craiova, cmuraru@inma-ita.ro
ABSTRACT: MAT Craiova is currently one of the biggest companies in Romania,
specialized in the production of agricultural and industrial tractors, agricultural
machinery, equipments, installations and tools, specifical equipment for the
agricultural farms, and also big tractors for construction and land improvement
works. Through its competitive product gamma, MAT Craiova is striving to satisfy
the needs of every customer, by offering an excellent price-performance ratio,
professionalism of our employees and the servicing provided.
KEYWORDS: competitiveness, price-performance ratio, innovation.
1. INTRODUCERE
Compania MAT Craiova a fost fondata in anul 1878
prin infiintarea primului atelier de fabricat si reparat
masini agricole, sucursala a firmei ClaytonShussliworth din Anglia.
In anul 1893, o data cu asocierea cu compania austroungara "Richard Graepel", productia si cifra de afaceri
au crescut rapid, ca urmare, in anul 1910 au fost
create noi ateliere pentru a sustine dezvoltarea
productiei.
O data cu terminarea lucrarilor de constructie a
actualui amplasament, in anul 1974, s-au introdus in
productie primele tipuri de tractoare universale
agricole si a fost diversificata semnificativ gama de
produse a companiei.
Astazi, MAT Craiova, avand in spate peste 128 de ani
de experienta in producerea de tehnica agricola si
dispunand de capacitati moderne de productie, vine in
intampinarea clientilor proprii cu solutii performante
in domeniu.
Compania este situata pe cea mai mare platforma
industriala a municipiului Craiova, avand o suprafata
de peste 16,5 hectare, compusa din hale industriale,
cladiri administrative si alte constructii sau terenuri.
In plus, compania are acces direct la magistralele
feroviare si drumurile nationale si europene.
Productia de pluguri in SC MAT SA
Craiova
Unul din obiectivele de activitate in MAT
SA Craiova este si proiectarea de masini agricole
pentru lucrarile solului.
In evolutia lor masinile pentru lucrarile
solului au suferit o serie de modificari si perfectionari.
Treptat constructia acestora a largit domeniul lor de
utilizare si a usurat deservirea si comanda acestora.
La MAT Craiova productia de pluguri este structurata
astfel:
- pluguri universale
- pluguri universale cu discuri
- pluguri pentru vie.
Fluxul de fabricatie actual
In prezent fluxul de fabricatie necesar
executiei plugurilor se realizeaza pe linii de
fabricatie care au in componenta lor utilaje clasice,
universale, in sectii de productie diferite, amplasate in
locatii diferite, folosind tehnologia de grup.
5
Fluxurile tehnologice de fabricatie au un
circuit mare si greoi, drum critic neoptimizat, cu
multe intretaieri, ingustari ale circuitului, cu tacte
multiple, timpi interoperationali de lunga durata,
executie pe loturi.
Utilajele din fluxurile tehnologice sunt echipate cu
dispozitive specifie produsului respectiv, au o
productivitate scazuta si sunt depasite moral si fizic.
Fluxul de fabricatie modernizat
Pentru realizarea unor produse performante
se impune modernizarea fluxurilor tehnologice prin
achizitionarea de utilaje noi care sa realizeze produse
la un nivel tehnic calitativ superior si la un pret de
cost cat mai mic.
Prin produsele oferite, MAT Craiova
urmareste satisfacerea in totalitate a cerintelor
cumparatorilor, in primul rand prin oferirea unui
raport pret-performanta extrem de competitiv, printr-o
gama de produse diversificata, prin inaltul
profesionalism de care personalul da dovada si prin
serviciile aditionale oferite.
2. PREMISE FAVORABILE
TRANSFERULUI TEHNOLOGIC
In viitor startegia firmei, serviciile oferite de
INMA-ITA, suportul tehnic oferit de specialistii din
cadrul INMA, realizarea proiectului de servicii
specializate din cadrul programului INFRATECH,
reprezinta premise favorabile pentru realizarea
obiectivelor prezentate si pentru castigarea unui nou
segment de piata considerabil.
Avantajele si dezavantajele
principale ale
produselor SC MAT SA sunt:
Avantaje:
• potentialul productiv important in
domeniu, oferta diversificata, o calitate
deosebita a produselor, peste nivelul
concurentei interne, raport pret/calitate
atractiv, cresterea volumului la export,
incadrarea in standarde, imbunatatirea
designului, modalitati diverse de
achizitionare si plata, garantie si
postgarantie, service.
Dezavantaje:
• imaginea nu tocmai favorabila a
produselor romanesti, lipsa promovarii
unor programe nationale clare, costuri
relativ mari, un design uneori perimat,
inglobarea in produse a unor colaborari
ce nu au fiabilitatea scontata.
MAT Craiova este dotata cu aparatura de
ultima generatie, linii de productie automate, un
departament propriu de cercetare-proiectare si un
personal profesionist, cu un inalt nivel de
calificare.Gama de produse fabricate de MAT Craiova
este in conformitate cu standardele europene in
domeniu, fiind adaptata si diversificata in functie de
cerintele pietei.
Sistemul propriu de Management al
Asigurarii Calitatii este aliniat la nivel european, fiind
certificat in conformitate cu cerintele standardului
ISO 9001:2000 de catre SGS/UKAS.
Avand in vedere utilajele moderne, de ultima
generatie de care MAT Craiova dispune, societatea
are capacitatea de a oferi urmatoarele servicii:
• Prelucrare prin aschiere, in serie mare
• Debitare cu laser
• Deformari plastice la rece
• Deformari plastice la cald
• Constructii metalice sudate
• Acoperiri metalice
• Tratamente termice
Incubarea afacerii in cadrul INMA-ITA creaza
premisele realizarii de linii tehnologice dotate cu
utilaje corespunzatoare, la nivelul calitativ si de
securitate cerut de Piata Unica europeana.
6
3.
STRATEGIE SI TRANSFER
TEHNOLOGIC
Strategia SC MAT SA Craiova in domeniul
transferului tehnologic si incubarii este de a dezvolta
fluxurile tehnologice de fabricatie pentru produse
inovative - Plug purtat cu latime de lucu variabila sau
fixa, pentru tractor de mare putere (brevet de inventie
nr.113920C1/30.05.2000).
In acest sens MAT CRAIOVA a infiintat un
punct de lucru in cadrul Incubatorului Tehnologic si
de Afaceri INMA-ITA utilitatile fiind asigurate de
acesta conform Contractului de incubare nr.
02/01.09.2006, pentru a avea acces rapid la tehnologia
si produsele inovative aflata in portofoliul Institutului
National de Cercetare Dezvoltare pentru Masini si
Instalatii Destinate Agriculturii si Industriei
Alimentare INMA.
Intr-o prima etapa se realizeaza transferal
tehnologic pentru produsul inovativ, marketingul
pentru acest produs se va realiza la punctual de lucru
de la INMA-ITA.
Fluxurile de fabricatie aplicate acestui produs vor
fi dotate cu echipamente tehnice corespunzătoare
nivelului calitativ şi de securitate cerut de Piata Unica
Europeana, in scopul realizarii produselor inovative in
conditiile utilizarii de tehnologii performante, inclusiv
echipamente tehnice care inglobeaza Know-How.
Printre acestea se numara urmatoarele utilaje
performante achizitionate in cadrul proiectului:
- masina de debitat oxigaz (1 cap plasma + 1
cap oxigaz)
- centru de strunjire si frezare multifunctional
- convertizor sudura
- masina de sudat CO2
- cuptor cementare
- masina de prereglat scule pentru utilaje cu
comanda numerica
- cuantovac
- masina de ascutit scule pentru comanda
numerica
- cabina sablare cu rezervor sub presiune.
Fiind executat in tara pretul produsului va fi
accesibil, la o calitate aliniata la cerinte si la standarde
europene. Se va asigura service in garantie si
postgarantie precum si piesele de schimb necesare
intretinerii si repararii, respectandu-se normele
europene de securitate,calitate si de mediu.
Calitatea produselor MAT Craiova este in
deplina conformitate cu standardele europene, fiind
garantata si de principalii partenerii ai companiei
printre care amintim: Deutz, Agrocelli.
Tehnologia moderna folosita precum si
testele riguroase la care sunt supuse produsele ofera o
garantie suplimentara asupra calitatii.
In plus, gama cuprinzatoare de produse
oferita si raportul deosebit de avantajos pretperformanta asigura fiecarui client garantia ca va gasi
produsele de care are nevoie.
In prezent firma SC MAT Craiova SA are o
evolutie buna, este intr-un proces de modernizare si
dezvoltare a produselor proprii si liniilor de fabricatie,
exista un portofoliu substantial de cereri de oferta.
Reteaua de distributie MAT Craiova
cuprinde 40 de dealeri autorizati, dispusi pe intreg
teritoriul Romaniei, dar si o echipa proprie de agenti
de vanzari care se pot deplasa in toate colturile tarii,
pentru a fi mai aproape de fiecare client.
Grupurile tinta carora li se adreseaza
serviciile SC MAT SA Craiova sunt:
- persoane fizice care presteaza sevicii in
agricultura;
- persoane juridice care presteaza lucrari in
agricultura, atat pentru piata interna cat si
externa.
“Punctele tari” ale ratei de succes inalte estimate
de catre firma SC MAT SA Craiova sunt:
- capacitatea de muncă
si de productie
modernizata
- cunoştinţe tehnologice in domeniul CNC
- cunoştinţe de piaţă reale si aprofundate
- capital
disponibil pentru actiuni de
dezvoltare
- relaţii in toate mediile agricole
- produsul este nou, valorifica un brevet de
inventie INMA si rezultatele cercetarii in
cadrul unui proiect finantat
- exista piata si potentiali clienti
- produsele se utilizeaza pentru agricultura pe
mari suprafete, economica, eficienta, pentru
culturile tehnice care au din ce in ce mai
multa utilizare
- procesele nu afecteaza mediul inconjurator,
emisiile in aer, sol si apa fiind in parametrii
normali aliniati la Programul de conformare
stabilit cu Agentia de Mediu Dolj”.
4. CONCLUZII
Rata de success a transferului tehnologic a
produsului inovativ – “Plug purtat cu latime de lucu
variabila sau fixa, pentru tractor de mare putere “, cu
brevetul inventie nr.113920C1/30.05.2000, este
asigurata de:
- derularea transferului tehnologic prin
intermediul unui incubator tehnologic si
de afaceri inovativ;
- experienta tehnologica deosebita a
beneficiarului transferului tehnologic;
- capacitatea de cercetare, dezvoltare si
inovare a titularului brevetului;
- calitatea
produsului
precum
si
respectarea conditiilor de mediu.
BIBLIOGRAFIE
1.
2.
http://www.matcraiova.ro/
Plan de afaceri SC MAT CRAIOVA SA
7
Quick Info
The heavy-duty CXP III and CXA III belts also
include an aramide reinforced polychloroprene
elastomer tooth profile coated with a polyamide fabric
for maximum durability. Its suitability to high-torque
or high-speed applications is claimed to result in a
300 per cent extended life, reduced noise levels and
high resistance to abrasion.
Double-sided timing belts in range of
variants
Transdev is adding the Conti Synchrotwin doublesided timing belt to its already wide range of power
transmission products.
Aimed at multiple synchronous drive applications
where space and weight are at a premium, the doublesided timing belt can power same-direction or
opposing-direction rotary systems with force
distributed on both sides - and with efficiency to 98
per cent.
The range is offered with a choice of tooth profiles
and with materials and construction technologies to
suit heavy-duty, high-torque or high-stress/high-speed
drives. A standard version is also available for
economic low- to mid-power performance.
The maintenance-free timing belt does not require
lubrication or retensioning, is anti-static to ISO 9563
and is also partially resistant to oils. The high-torque
CXP III version can achieve the same power rating
with a 20 per cent narrower belt width when
compared to the standard version.
Conti Synchrotwin double-sided timing belts are
offered in HTD and STD tooth profiles in 5, 8, and
14mm pitches, in lengths to 2310mm. The standard
version is also available with the H 12.7mm (1/2inch)
pitch trapezoidal tooth profile.
Application areas for this range include printing,
packaging and textile machinery, office automation
equipment, heavy-duty roller conveyors, machine
tools, compressors and chain drive replacements.
(http://www.engineerlive.com/news)
The Conti Synchrotwin double-sided timing belt
range utilises a polychloroprene backing with aramide
or glass cord tension members.
In particular, the aramide tension member maintains a
constant belt length with maximum resistance to tooth
deformation that is especially advantageous under
rapid direction reversal conditions.
8
THE ALTRAN FOUNDATION FOR INNOVATION
IS DUE TO LAUNCH ITS 2008 AWARD ON THE THEME:
« REDUCING CO2 LEVELS IN THE ATMOSPHERE:
OUR TECHNOLOGICAL CHALLENGE! »
Baptiste Pavy,
In Charge of Marketing, Communication and Knowledge Management, Altran Foundation
baptiste.pavy@altran.com
The Altran Foundation for Innovation launches its
2008 Award to get onto the issue of reducing CO2
concentration in the atmosphere. Today, climate
warming is accepted as a major issue by the
international community and we have no choice but
to try and tackle it, and tackle it quickly. As we know,
global warming is due to rising CO2 levels in the
atmosphere, and many now accept that this increase is
caused by our own day-to-day activities.
9
Reducing energy consumption
9
Reducing CO2 production and improving
energy
efficiency
through
process
optimization
9
Improving CO2 capture technologies
9
Improving CO2 storage technologies
During the last century, emissions of greenhouse
gases have increased by 50% 1 reaching
unprecedented heights. Mankind is now living on an
endangered planet where CO2 concentration means
greenhouse gases and global warming… This
situation disrupts climates and ecological balances. In
this context, what can we do to stop this disaster?
9
Recycling through development of CO2
conversion techniques
WHAT IF TECHNOLOGICAL INNOVATION
WERE THE SOLUTION?
As with previous years, the Altran Foundation has
focussed on key issues that have wide ranging effect
on everyday lives. This year is no different, and the
theme for 2008 is: “Reducing CO2 levels in the
atmosphere: our technological challenge!”
The Award is open to international project leaders
working on this theme and coming from environment,
energy, transport, building, manufacturing industry,
or aeronautics…
An international jury composed of independent
specialists is responsible for the selection of the best
projects and the final Laureate.
This international competition will reward an
innovative technology-related project that takes into
account one of the following issues:
1
Source CO2 solidaire : www.co2solidaire.org
A UNIQUE AND ORIGINAL GRANT
A scientific and technological support that
could value up to €1 million!
As every year, the award winner will be offered a
financial grant of €16.000 plus one year of
technological and personalised support, for use in
the furtherance of the project. More precisely, the
winner benefits from the unique expertise and knowhow of the 17.000 international consultants and
managers at Altran, in terms of research and
scientific innovation: technological development,
design, industrialisation, cost optimisation, project
management, market studies, marketing, partnership
searches, fund raising, communication, multimedia,
corporate strategy, etc.
SOME KEY FIGURES
•
Atmospheric CO2 continue to increase: up by
more than 20% in 50 years (Source: ONF National Office of Forests)
•
Emissions of carbon dioxide (CO2) from human
activity have increased from an insignificant
level two centuries ago to over 25 billion tons
worldwide today. (Source: US department of
Energy )
9
•
CO2 consumption increases every year. Even if
this growth is arrested now, our consumption will
rise by 70% between 2000 and 2030. (Source:
IEA - International Energy Agency)
•
If nothing is done to fight against greenhouse
gases emissions, temperatures are predicted to
increase 1.4 to 5.8 degrees (2.52–10.44°F) by
2100. (Source: CEA - Commissariat à l’Energie
Atomique)
•
CO2 emissions caused by fossil fuels have
accelerated much faster than expected: by 1.1%
per year in the 1990s and 3% per year between
2000
and
2005.
(Source:
IPCC
Intergovernmental Panel on Climate Change).
About the Altran Foundation
About Altran
Altran is the European leader in innovation consulting
and high technology. The Group’s 17,000
consultants, operating worldwide, cover the entire
range of engineering specialities, including
electronics, information technology, quality and
organisation. Altran offers its clients ongoing
support throughout the innovation cycle, from
technology watch, applied basic research and
management
consulting to industrial systems
engineering and information systems. The Group
provides services to most industries, including the
automotive,
aeronautics,
space
and
telecommunications sectors.
Founded in 1982, Altran operates in 20 countries.
In 2006, it generated a turnover of €1,495.4 million.
(www.altran-foundation.org)
Since it was created in 1996, the Altran Foundation
has been intended to support and promote innovation
for the general good, in several areas of application.
Altran wishes to be socially committed by mobilizing
and uniting the group’s strengths around strong
values such as creativity, innovation, independence,
etc. The Foundation Award is international, with
candidate projects coming from some twenty
European countries as well as the United States and
Brazil.
The jury that decides who deserves the Foundation’s
Innovation Award each year is totally independent
from Altran. It consists of international experts
chosen for their reputation and skill in the fields
encompassed by the theme specific to the year. The
members of the jury base their decision on several
selection criteria. These include the response to the
problem posed by the theme, the general interest of
the project, its innovative nature, viability and the
motives and competence of the project owner.
A pioneer in the field of sponsoring competence, the
Altran Foundation experience has been widely
recognized, as evidenced by the 2006 Award of
Admical (a corporate philanthropy association) Fondation de France, which rewards the originality
and durability of the Altran Foundation actions.
Moreover, it won the 2002 Special Jury Prize. These
awards recognize philanthropic and sponsorship
programmes in all fields.
10
The «Artificial Retina» project from
Pr. José Sahel
Laureate of the Altran Foundation
2007 Award
Press release
On Monday October 1st, the Award Ceremony took
place at the Maison de la Chimie in Paris. On this
occasion the name of the 2007Altran Foundation
Award Laureate on the theme “Mending the human
body, through technological innovation” was
revealed. The Award went to the “Artificial
Retina”project from Pr. José Sahel. After auditing
the 6 finalists on September 7th, the jury headed by
Pierre Tambourin - Chief Executive of Genopole decided to reward the exceptional innovation
supported by Pr. Sahel and his team.
AN “ARTIFICIAL RETINA” THAT ENABLES
BLIND PEOPLE TO PARTLY RECOVER VISION
Nowadays, 1.5 million people in the world suffer
from retinal photoreceptor degeneration and this
number is constantly increasing because of the
extension of life expectancy. Professor Sahel and his
team at the Vision Institute from the Quinze-Vingts
hospital in Paris have set up an artificial retina. This
project aims at enabling visually impaired and blind
people to read big characters and to move in a limited
space.
The retinal prosthesis will be introduced at the
original position of the photoreceptor to stimulate
the remaining retinal cell layers and thus produce
visual images. The current prototypes underline the
need for a technological step at the tissue/implant
interface. A multidisciplinary consortium - composed
of physicians, ophthalmologists, chemists, microelectricians, biologists, patients… - has therefore
been constituted to produce retinal implants, new
biocompatible diamond structures and highly
photosensitive materials.
Industrial partners will soon be involved with the
project to handle production constraints regarding the
prototypes’ realisation planned in 2009. The first
artificial retina is intended to be available in 2011.
A UNIQUE AND ORIGINAL GRANT
A SCIENTIFIC AND
TECHNOLOGICAL SUPPORT THAT
COULD VALUE UP TO €1 MILLION!
As every year, the award winner will be offered a
financial grant of €16.000 plus one year of
technological and personalised support, for use in
the furtherance of the project. More precisely, the
winner benefits from the unique expertise and knowhow of the 17.000 international consultants and
managers at Altran, in terms of research and
scientific innovation: technological development,
design, industrialisation, cost optimisation, project
management, market studies, marketing, partnership
searches, fund raising, communication, multimedia,
corporate strategy, ...
An audit of the laureate project will be conducted
soon in order to define the objectives of our
collaboration.
SOME FIGURES ON THE 2007 AWARD
This year again, the Altran Foundation Award has
been a huge success.
More than 500 people downloaded the application
form on www.altran-foundation.org and finally 137
project leaders applied.
During the different selection steps, the best 40
projects had been short listed in Mai and last June the
6 finalists were chosen.
11
Mission and action
The mission
A recognized humankind commitment
In 1996, the Altran group created the Altran
Foundation for Innovation with a sole aim of :
Promoting technological innovation for
the benefit of all.
This mission is in accordance with Altran’s policy to
create and develop Technological Innovation
Consulting. Since its creation in 1982, the Group has
taken part in major innovations that have emerged
over the last years and contributes to tomorrow’s
innovations. Renewable energies, road safety,
sustainable development are wide rang of subjects we
tackle besides our clients.
As the European leader in Innovation Consulting,
Altran has, naturally decided to make available its
collaborators’ skills to all in order to:
•
•
•
to promote the development of creative ideas
help and ensure project development
and finally guarantee achievement of these
ideas
Our action
an international scientific competition
To accomplish this mission, the Altran Foundation
organizes every year an international scientific
competition on a specific theme, which rewards the
most innovative project.
11 years of technological innovation for the interest
of all:
- 1997 : Memory and heritage
- 1998 : Pain and physical handicap
- 1999 : Water quality and water access
- 2000 : Food quality and safety
- 2001 : Improving living conditions in urban areas
- 2002 : Developing countries
- 2003 : Early childhood
- 2004 : Discovering, understanding and enjoying
Science through innovation
- 2005 : Overcoming social exclusion through
scientific and technological innovation
- 2006 : Technological innovation and energy
- 2007 : Mending the human body through
technological innovation
The Foundation has gained a wealth of experience
over the past 11 years.
This experience has been widely recognized, as
evidenced by the 2006 Admical* - Fondation de
France Award,, rewarding the originality and
durability of the Altran Foundation’s actions.
Furthermore, the Altran Foundation has also been
steadily supported by the European Commission.
*Association pour le Développement du Mécénat
Industriel et Commercial - a corporate philanthropy
association.
The reward
Involving Altran's consultants and managers, this
support is adapted to the laureate’s needs and covers
all the areas of Altran know-how, in terms of research
and scientific innovation:
•
technologies development
•
design
•
industrialisation
•
costs optimisation
•
project management optimisation
•
market studies, marketing
partnerships researches, fund raising
•
•
communication, multimedia
•
corporate strategy
•
...
A personalized support
The support process starts with an audit of the
winning project by Altran to identify its strengths,
its weaknesses, its opportunities and its risks.
Then, with the laureates, the Altran team defines the
objectives to reach during the year of support and
subsequent
action
plan.
the
A team of expert consultants in their field is put in
place. It can gather up to ten consultants, meaning its
total value can reach 1 million euros.
After set-up phase, the consulting support can start.
A real synergy builds up and final results are
remarkable.
12
DEZVOLTAREA DE PRODUS ORIENTATĂ
ASUPRA COSTURILOR PE ÎNTREG CICLU
DE VIAŢĂ AL ECHIPAMENTELOR
Ioan Dan Filipoiu*, Stephan Műller**, Alexandra Műller ***
*
**
Universitatea “POLITEHNICA” Bucureşti, România, e-mail: filipoiu@amcsit.ro
EMC2 Computer Systems AG Zűrich, Elveţia, e-mail: mueller_stephan@emc.com
***
Credit Suisse Zűrich, Elveţia, e-mail: alexandra.d.mueller@credit-suisse.com
REZUMAT
Pentru a optimiza din punct de vedere economic echipamentele de producţie, adiţional costului
de achiziţie, în decizia de cumpărare, trebuie să se ia în considerare – acolo unde performanţa
echipamentelor variază – diferite costuri şi venituri specifice diverselor etape din ciclul de
viaţă al produsului. Necesitatea producătorilor de a ţine cont de costul ciclului de viaţă al
echipamentului în faza de dezvoltare de noi produse devine importantă, deoarece tot mai mulţi
clienţi decid să cumpere bazându-se pe analiza costurilor ciclului de viaţă şi cer informaţii
legate de LCC de la producători. Scopul acestei lucrări este pe de-o parte de a sprijini
utilizatorul în selectarea variantei optime dintre mai multe alternative, iar pe de altă parte
oferă producătorilor metodologii aplicabile în dezvoltarea de produs pentru obţinerea unor
configuraţii inovative de echipamente de producţie, raportate la calculul costului ciclului de
viaţă.
ABSTRACT
In order to optimise procurement of production equipment from an economic point of view, in
addition to acquisition cost, the procurement decision must also take into consideration such
costs and – where performance of the production equipment varies – yields which result from
the various life cycles of the investment good. The necessity of taking life cycle costs into
account in the development of new machines and systems by the manufacturer becomes all the
more urgent, the more customers make their procurement decisions on the basis of an LCC
from the manufacturer. The goals of this paper are, on the one hand, supporting the operator
in making a selection between various and on other hand for manufacturers provides a
methodical framework for the development of innovative configurations of production
equipment against the background of life cycle costs calculation.
KEY WORDS: Life Cycle Costing; Optimised design; Product development;
Manufacturer; Operator.
Configuraţia şi funcţionalitatea unui sistem
tehnic, la fel ca şi materialele utilizate în procesul de
fabricaţie, componentele cumpărate şi procese de
Metoda Costului Ciclului de Viaţă (Life Cycle
producţie folosite, sunt toate stabilite în primele etape
Costing – LCC) a fost dezvoltată în SUA, în
ale ciclului de viaţă al produsului. În diverse studii se
managementul proiectelor complexe de dezvoltare de
arată că 70% până la 85% din costurile totale ale unui
produs, pentru calculul fezabilităţii economice a unor
nou produs sunt stabilite prin decizii luate în faza de
noi produse aflate în faza de concepţie [4]. Această
concepţie. Oricum, costurile care rezultă în urma
idee iniţial formulată din punctul de vedere al
deciziilor luate în dezvoltarea de produs şi de
utilizatorilor maşinilor şi sistemelor, producătorii au
fabricaţie curentă au implicaţii majore în faza de
fost sfătuiţi să o folosească şi ei, pentru a putea
utilizare şi exploatare a echipamentului. Din punctul
calcula costul total al produsului pe întreg ciclul de
de vedere al producătorului asta înseamnă că o
viaţă din motive de politică a creşterii vânzărilor, iar
maşină sau un sistem poate fi optimizat în termenii
apoi pentru a folosi aceste date în dezvoltarea
costului total, dacă performanţele şi costurile
produselor viitoare. Necesitatea producătorilor de a
presupuse pe termen lung pot fi estimate şi luate în
ţine cont de costul total al ciclului de viaţă (LCC) în
considerare. Devine clar faptul că determinarea
faza de dezvoltare a maşinilor şi echipamentelor noi
costului ciclului de viaţă al unui produs poate fi făcut
devine importantă, deoarece tot mai mulţi clienţi iau
atât din perspectiva producătorului, cât şi a
decizia de cumpărare bazându-se pe analiza LCC şi
utilizatorului, a clientului. Trebuie făcută o distincţie
cer informaţii legate de LCC de la producători.
13
1.
INTRODUCERE
între cele două puncte de vedere: clientul este interesat să
facă o selecţie între diversele oferte existente pe piaţă, iar
producătorul trebuie să realizeze produse care să-i aducă
profit şi să fie competitive. Drept urmare este necesar ca
utilizatorul şi producătorul să dezvolte şi să aplice
împreună, metode şi modele cu care – în funcţie de
condiţiile specifice de aplicare – costurile pe de o parte şi
performanţele şi beneficiile pe de altă parte, pot fi luate în
considerare pe întreg ciclu de viaţă al produsului.
2. DEZVOLTAREA DE PRODUS
În multe domenii ale ingineriei desfăşurarea
activităţilor şi proceselor reprezintă rezultatul unei
evoluţii istorice, care a marcat de-a lungul timpului
aplicarea de legi şi principii ştiinţifice în desfăşurarea
celor mai multe procese ale activităţii umane. Se
poate spune că inginerul lucrează cu legi şi principii
în realizarea activităţilor sale, între care este inclusă şi
dezvoltarea de produs. Rezultă, de aici, componenta
ştiinţifică a dezvoltării de produs.
Dezvoltarea de produs reprezintă una din
etapele semnificative ale ciclului de viaţă al unui
produs şi cuprinde totalitatea activităţilor desfăşurate
în mod ştiinţific, prin aplicarea de legi, reguli şi
principii ştiinţifice specifice, pornindu-se de la ideea
de realizare a unui nou produs, clarificarea şi
elucidarea temei şi încheindu-se cu omologarea şi
certificarea acestuia cu scopul introducerii în
fabricaţie. În dezvoltarea de produs, activităţile
specifice, sunt într-o interacţiune continuă cu nivelul
de cunoştinţe anterioare şi colaterale.
Pe de altă parte, activităţile desfăşurate în
dezvoltarea de produs se realizează pe baza unor
procese specifice care au caracter metodic.
Cel mai adesea, metodologia aplicată în
desfăşurarea proceselor cuprinde paşi secvenţiali.
Trebuie remarcat că metodologia include implicit
latura ştiinţifică prin: aplicarea de legi, reguli şi
principii ştiinţifice specifice, la care se adaugă adesea
principii (reguli) ergonomice şi estetice.
Este relevant faptul că metodologia proceselor
specifice dezvoltării de produs se bazează pe
experienţă în domeniu. Spiritul creativ, intuiţia şi
experienţa echipei de lucru sunt hotărâtoare sub
aspectul calităţii produsului dezvoltat chiar în
contextul aplicării principiilor ştiinţifice.
Piaţă-client
(cerinţe social – economice)
Mediu
(resurse, protecţie, condiţii)
Ideea de produs
PRODUS NOU
Organizaţie
(resurse, ţintă – scop)
ACTIVITĂŢI
ETAPE
Ideea şi tema pentru un nou produs
Fabricaţie
Dezvoltarea de produs
Clarificarea şi elucidarea temei
Cercetare industrială
(aplicativă)
Elaborare concepte, studii, metode, proceduri,
analize tehnico-economice,
Elaborare planuri, scheme, documentaţii privind
produsele şi tehnologiile. Elaborare referenţial iniţial
Dezvoltare experimentală
(tehnologică)
Proiectare, realizare, experimentare model experimental, model
funcţional, prototip/ Instalaţie pilot. Definitivare referenţial.
Certificare prototip / Instalaţie pilot.
Transfer tehnologic
Consultanţă şi asistenţă tehnică. Elaborare documentaţie de analiză
tehnico-economică. Transfer de cunoştinţe. Diseminare informaţii.
Valorificarea rezultatelor
la agenţi economici
Proiectare serie zero. Pregătire de fabricaţie.
Execuţie, experimentare şi certificate serie zero. Punere în fabricaţie.
Fig. 1. Etapele şi activităţile specifice dezvoltării de produs
Practic, experienţa membrilor echipei este asociată cu
aplicarea de legi şi principii ştiinţifice în cursa pentru
obţinerea unui nou produs, în timpul impus, având
soluţii performante cerute de piaţă, la costuri minime
14
pe durata ciclului de viaţă, astfel încât să fie
îndeplinite în totalitate exigenţele clientului.
Aplicarea metodică a cunoaşterii, bazate pe
experienţă, este determinantă pentru calitatea
produsului dezvoltat şi pentru creşterea valorii de
întrebuinţare a acestuia. Pornind de la ideea de
realizare a unui nou produs etapele şi activităţile
specifice dezvoltării de produs sunt prezentate în
figura 1 [1], [2].
3. COSTUL CICLULUI DE VIAŢĂ
Costul Ciclului de Viaţă defineşte totalul
costurilor generate de un sistem în timpul duratei sale
de funcţionare, din punctul de vedere al utilizatorului.
Această metodă ţinteşte optimizarea costului total şi
vizează întregul sistem, dar şi activităţile şi procesele
conexe ce se desfăşoară pe durata de funcţionare a
echipamentului [3]. Metoda are în vedere:
• Prognoza: Costul ciclului de viaţă, ca şi
urmărirea efectelor deciziilor alternative ce
nu pot fi cuantificate în bani, trebuie să fie
prevăzute. Aceasta permite o evaluare
comparativă a alternativelor.
• Reprezentarea: Factorii ce urmează a fi
calculaţi trebuie reprezentaţi în aşa fel încât
să ofere un sprijin real procesului decizional.
• Explicarea: Relaţia între costuri şi producţie
trebuie nu doar să fie recunoscută, ci să fie
explicată, pentru că doar aşa se poate
influenţa în mod activ costul şi calitatea.
• Design-ul: De la începutul procesului
decizional, opţiunile variate de design
optimizat şi influenţa acestuia asupra
costului trebuie recunoscut, iar potenţialul de
scădere a costului trebuie valorificat.
Domeniile de aplicare ale Costului Ciclului de
Viaţă sunt foarte variate şi pot fi abordate astfel:
• Din punctul de vedere al utilizatorului prin:
-
decizii asupra proceselor de producţie
alternativă;
- decizii asupra conceptelor de producţie
alternativă (de exemplu: producţie
continuă sau discontinuă, numărul de linii
de producţie etc.);
- decizii asupra conceptelor de mentenanţă şi
logistică alternative.
• Din punctul de vedere al producătorului prin:
- decizii asupra configuraţiilor alternative
ale echipamentelor de producţie (de
exemplu: sisteme complementare de
diagnoză,
de
automatizare
pentru
monitorizarea calităţii componentelor
individuale şi a funcţiilor automate şi
manuale);
- decizii asupra procedeelor alternative de
refolosire şi reciclare a materialelor
componente ale echipamentului realizat;
- decizii privind alegerea furnizorilor,
respectiv a surselor alternative de achiziţii.
În Figura 2 sunt ilustrate diferite perspective ale
producătorilor şi utilizatorilor cu privire la costurile
echipamentelor de producţie pe întreaga durată de
viaţă [2], [6]. Practica industrială arată că achiziţia
echipamentelor de producţie este adesea caracterizată
de opiniile divergente ale personalului din cadrul
departamentelor: comercial, de producţie şi tehnic.
Cu toate că specificaţiile echipamentelor sunt
publicate cu detalii tehnice şi chestiuni legate de
performanţă, acestea nu sunt suficiente pentru a lua o
hotărâre privitoare la achiziţie, pe baza costurilor
totale. În mod deosebit, acele caracteristici care
conduc la costuri diferite în etapa de utilizare şi deci
care au o influenţă substanţială asupra profitabilităţii,
sunt comunicate pe cale verbală, ceea ce nu este
suficient.
Cost
producător
utilizator
transfer – vânzare produs
cost operare
preţul ţintă de vânzare a produsului
cost mentenanţă
cost de producţie
cost pentru dezvoltare produs
dezvoltare
realizare
dezvoltare de produs şi fabricaţie
durata de realizare a produsului
iniţiere
preţul de cumpărare – valoarea investiţiei
Costul ciclului de viaţă
cost dezmembrare
timp
planificare
durata de utilizare a produsului la
beneficiar
după
utilizare
Fig. 2. Reprezentarea grafică a Costului pe întreg ciclul de viaţă al produsului
15
Procese de achiziţie şi aprovizionare
Caiet de
sarcini
Depunere
de oferte
Analiza
ofertelor
Înaintarea
comenzii
Acceptarea
1. Decizia pentru LCC
3. Stabilirea strategiei
de mentenanţă
2. Identificarea echipamentelor
alternative de producţie
5.
Identificarea factorilor
relevanţi pentru LCC
6.
Înregistrarea costurilor
şi a rezultatelor
4. Condiţii de funcţionare /
durata de viaţă
7. Evaluarea documentelor
obţinute
8. Luarea deciziei şi implementarea
deciziei
Fig. 3. Influenţa LCC asupra proceselor de aprovizionare
Costurile totale ale echipamentelor alternative
de producţie pe durata ciclului de viaţă, asigură faptul
că, în afară de cerinţe de performanţă, calitate şi
aspecte legate de fiabilitate, la fel ca şi costurile ce
rezultă din operare şi mentenanţă, pot fi luate în
considerare în decizia de cumpărare.
Doar prin intensa colaborare a părţilor
implicate, informaţiile necesare pot fi obţinute. În
aceste condiţii, variantele alternative sunt identificate
şi evaluate prin: procesarea informaţiilor şi o analiză
amănunţită a documentelor elaborate. Figura 3 arată
cum LCC se încadrează în ciclul de achiziţie.
Factorii ce trebuie luaţi în considerare variază în
funcţie de echipamentul de producţie ce urmează a fi
achiziţionat. În paragrafele următoare sunt explicaţi
paşii individuali ce trebuiesc făcuţi pentru achiziţie,
reprezentaţi schematic în figura 3. Completările oferă
ajutor pentru implementarea practică a lor.
Pentru a putea decide dacă trebuie aplicată
metoda LCC, trebuie răspuns la următoarele întrebări:
•
Va genera echipamentul de producţie costuri
recurente mari şi costuri ulterioare relative la
costurile de achiziţie?
•
Echipamentul de producţie are o durată de
folosire îndelungată?
•
Costurile
ulterioare
achiziţiei
devin
semnificative pe măsura trecerii timpului?
•
Echipamentul de producţie necesită cheltuieli
mari după ce este scos din folosinţă?
•
Există vre-un potenţial de reducere a
costurilor care să poată fi identificat prin
aplicarea LCC?
Dacă la aceste întrebări se răspunde mai mult cu
„da”, atunci se poate presupune că este utilă aplicarea
LCC. Trebuie notat faptul că respectivele răspunsuri
depind de discreţia subiectivă a celui ce ia decizia, şi
deci, poate fi folosit în special pentru a aduce
argumente împotriva utilizării LCC. Obiective clasice
pentru care se aplică LCC în urma răspunsurilor
pozitive la întrebările de mai sus sunt: sisteme mari,
echipamente de producţie, clădiri, infrastructură
pentru transport sau vehicule.
Timpul şi efortul depus pentru achiziţia si
evaluarea de date erau destul de mari în trecut, dar pe
măsură ce se foloseşte din ce în ce mai mult tehnica
modernă de calcul, acest aspect nu mai este relevant
în multe dintre cazuri. Chiar şi din punctul de vedere
al producătorului, accesul la informaţii relevante a
devenit mult mai facil, datorită orientării către client.
Din acest motiv, aplicarea LCC devine fezabil din
punct de vedere economic pentru o gamă largă de
echipamente de producţie.
Exemplu:
Se explică criteriile pentru aplicarea LCC
pentru produsul „motostivuitor”.
Costul mentenanţei pentru benzile transportoare
(peste 16% din costul total) este foarte ridicat în
comparaţie cu alte echipamente de producţie. De
aceea, în multe cazuri merită ca în procesul de
achiziţie să se facă o comparaţie între un
motostivuitor care ar lucra în mod frecvent la
capacitatea de încărcare maximă, şi unul care are
capacitate de încărcare mai mare.
Chiar dacă motostivuitoarele mai puternice necesită
în general o investiţie mai mare, vehiculele care
16
lucrează în mod constant la capacitatea maximă tind
să se defecteze mai des. În practică, s-a observat că
atunci când costul total pe durata ciclului de viaţă este
luat în calcul, versiunea mai puternică este de multe
ori mai economică.
În general, folosirea LCC, din punctul de vedere
al utilizatorului, serveşte ca ajutor în luarea unei
decizii cu privire la echipamentele alternative de
producţie. Pentru acest scop, echipamentul de
producţie aflat pe piaţă, care corespunde cerinţelor,
trebuie identificat. Este obligatoriu îndeplinirea
cerinţelor din caietul de sarcini privitoare la
performanţă şi calitate, pentru a fi eligibil într-o
analiză ulterioară. Această primă selecţie adesea se
face pe baza datelor legate de performanţă. Dacă
datele
despre
performanţele
echipamentelor
alternative de producţie se potrivesc cu cerinţele,
analiza LCC poate să contribuie la găsirea alternativei
optime din punct de vedere economic.
Pentru a putea face o prognoză despre costurile
de mentenanţă, trebuie stabilită o strategie de analiză
a mentenanţei printr-o colaborare între producător şi
utilizator. Strategia de mentenanţă se stabileşte în
funcţie de principiile de bază ce vor fi aplicate
procesului de mentenanţă, aşa cum se arată în figura 4
[5]. O gamă variată de factori de influenţă trebuie
luaţi în considerare pentru această decizie. O
importanţă deosebită o au:
- disponibilitatea tehnică convenită între părţi;
- operaţiile de service se vor face de
personalul propriu, sau aceste sarcini se
externalizează.
Strategia de mentenanţă
Strategia de mentenanţă corectivă
Strategia de mentenanţă preventivă
Eliminarea defectelor când apar
Mentenanţă planificată periodică
Mentenanţă diferenţiată
Mentenanţă în funcţie de condiţii
Utilizarea sistemelor redundante
Mentenanţă predictivă
Fig. 4. Strategia privind mentenanţa produsului
Costurile de mentenanţă pot fi previzionate pe
Rezultatele variatelor consideraţii asupra
baza cerinţelor de mentenanţă specifice. Descrierea
strategiei de mentenanţă trebuie aplicate şi luate în
condiţiilor de funcţionare este de asemenea necesară
considerare pas cu pas. Strategiile alternative de
pentru a previziona cheltuielile de operare, ca şi
mentenanţă pot fi şi ele analizate cu ajutorul LCC.
câştigurile din diversele stadii de viaţă a produsului.
Pe lângă specificaţiile tehnice şi datele legate de
Pentru a simplifica aplicarea LCC se poate presupune
performanţă, mai trebuie specificate condiţiile de
că, condiţiile de funcţionare rămân constante de-a lungul
funcţionare sub care sistemul va fi folosit şi durata de
duratei de funcţionare. Cu toate acestea, nu este o
funcţionare a acestuia. De aici rezultă mai multe
condiţie în sine ci doar ridică semne de întrebare cu
interdependenţe, care vor fi explicate pe scurt în cele
privire la timpul şi efortul ce trebuiesc depuse.
ce urmează.
Durata de funcţionare planificată este principala
Condiţiile de funcţionare specifice pot fi caracterizate
referinţă legată de timp pentru o aplicaţie LCC şi un
prin: frecventa utilizării, intensitatea utilizării, mediul
factor decisiv când vine vorba de a opta între ofertele
de lucru, şi condiţiile ambientale. Aceştia sunt factori
diverşilor producători de echipamente de producţie.
cu influenţă puternică asupra fiabilităţii unui sistem.
Acest factor care intervine în planificare, determină
Asta înseamnă că, condiţiile de funcţionare specifice
de exemplu, dacă un echipament de producţie cu un
în care lucrează echipamentul de producţie,
preţ de achiziţie mai mare, dar cu costuri mai mici de
influenţează în mod direct operaţiunile de
operare, întreţinere şi casare, reprezintă o alternativă
mentenanţă, si deci costul mentenanţei şi producţiei.
viabilă din punct de vedere economic faţă de
Condiţiile de funcţionare relevante pentru
procurarea unui echipament la preţ iniţial mai redus,
mentenanţă pot fi descrise în concordanţă cu
dar cu costuri de întreţinere mai mari. Determinarea
standardul VDI 2885 [7]. Informaţiile din fişa tehnică
duratei de viaţă planificate a echipamentelor de
şi specificaţiile producătorului pot fi folosite pentru
producţie este influenţată de o gamă largă de factori,
determinarea condiţiilor de funcţionare. Descrierea
cum ar fi: pronosticul de marketing şi vânzare,
condiţiilor de funcţionare trebuie privite de către
avantaje tehnologice, sau decizii strategice.
cumpărător ca un service preliminar, care permite
Din această cauză, determinarea duratei de
producătorului să furnizeze date concrete despre
funcţionare trebuie acceptată ca un criteriu de
cerinţele de mentenanţă. În prezent, un producător
comparaţie. Cum numeroşi factori intervin în
competent, orientat spre client, poate să furnizeze
determinarea duratei de funcţionare planificată a
aceste date.
17
echipamentelor de producţie, este recomandat ca toţi
factorii de decizie relevanţi dintr-o companie să fie
implicaţi în estimarea duratei de funcţionare
planificate.
Trebuie luată o decizie individuală în cazul
fiecărei achiziţii cu privire la costuri şi alţi factori ce nu
pot fi cuantificaţi în termeni monetari de care trebuie să
se ţină cont în evaluarea alternativelor. Costurile
relevante şi restul factorilor trebuie determinate în
comun de către departamentele comerciale şi tehnice
implicate în procesul de achiziţie.
Cum timpul şi efortul necesare pentru stabilirea
unui LCC în general cresc cu numărul tipului de
costuri şi de criterii de care trebuie să se ţină cont,
aceste costuri şi factori în special trebuie să fie aduşi
în atenţie numai dacă sunt cu adevărat relevanţi, adică
dacă au cu adevărat o influenţă substanţială la costul
total estimat şi deci dacă au un rol în diferenţierea
diverselor variante posibile.
Evaluarea
echipamentelor
de
producţie
alternative este bazată în principal pe compararea
costurilor şi veniturilor anticipate pentru întregul
ciclu de viaţă. Metodele statice de analiză sunt
folosite frecvent în practica industrială datorită
modului simplu de aplicare; totuşi există opinii
contradictorii despre avantajele lor. Această abordare
conduce la o situaţie în care numai veniturile şi
cheltuielile care intervin pe durata ciclului de viaţă
sunt luate în considerare. În realitate, veniturile şi
cheltuielile nu sunt uniform distribuite pe perioada de
viaţă, astfel încât va trebui luată în calcul o perioadă
medie. Această perioadă medie nu oferă concluzii
despre plăţile pe durata de funcţionare. În metodele
statice, dobânda şi lichidităţile rezultate în urma
plăţilor şi veniturilor sunt ignorate, deoarece aceste
metode nu iau în considerare factorul de timp.
În contrast cu metodele statice, metodele
dinamice se bazează pe observarea duratei de utilizare
totale. Această abordare corespunde unei viziuni largi
a metodei Costului Ciclului de Viaţă, deoarece timpul
total de funcţionare este luat drept bază.
Factorii calitativi, cum ar fi timpul de livrare,
poziţionarea producătorului pe piaţă, certificarea
furnizorilor, trebuie aplicate în alte metode de evaluare.
Pentru evaluarea factorilor calitativi, literatura de
specialitate descrie metode – de exemplu analiza
beneficilor – care şi-au demonstrat utilitatea în practica
industrială. Este de notat faptul că, prin comparaţie cu
analiza LCC, evaluarea factorilor calitativi trebuie făcută
pe baza unui consens între părţile implicate.
Evaluarea făcută reprezintă o bază în luarea
unei decizii pentru alternativa de achiziţie potrivită.
Decizia de a cumpăra un echipament de
producţie se bazează pe un pronostic, şi de aceea o
contribuţie importantă o are managementul riscului.
Modelul de analiză prezentat este potrivit pentru a
reduce gradul de incertitudine, şi pentru a lua în
considerare aspectele importante legate de
mentenanţă.
Pentru creşterea pe viitor a fiabilităţii metodei
LCC, se poate face o analiză a sensibilităţii. Scopul
analizei sensibilităţii este de a demonstra cum sunt
interconectaţi parametrii folosiţi în analiza LCC şi
rezultatele realizate.
4. CONCLUZII
Creşterea performanţelor echipamentelor de
producţie impun atât producătorilor cât şi
utilizatorilor analiza Costului Ciclului de Viaţă al
produselor pentru eficientizarea activităţilor la nivelul
agenţilor economici.
În dezvoltarea de produs cel care concepe un nou
echipament de producţie trebuie să ia în calcul nu
numai costul de producţie şi preţului de vânzare, ci şi
a costul total pe întreg ciclu de viaţă. El trebuie să fie
orientat asupra pieţei, a potenţialilor clienţi, a
condiţiilor ecologice şi a implicaţiilor utilizării
produsului asupra mediului
Utilizatorul în procesele de achiziţie şi
aprovizionare trebuie să facă o analiză a Costului
Ciclului de Viaţă pentru variantele alternative de
echipamente de producţie existente pe piaţă în
condiţiile globalizării şi a tehnologiei informatice
existente. El trebuie să aibă în vedere nu numai costul
de cumpărare, aprovizionare, de transport, ci şi
cheltuielile de punere în funcţiune, de pregătire a
personalului, de exploatare, de protecţie a mediului,
de menţinere în bună funcţionare, de întreţinere şi
reparaţii, de scoatere din funcţionare, de
dezmembrare şi de dezafectare.
BIBLIOGRAFIE
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Filipoiu I.D., Transferul tehnologic – strategie promovată de
Programul RELANSIN, în Transferul tehnologic prin
Programul RELANSIN proiecte realizate vol.1, Bucureşti,
2006, pag. 9 – 11.
Filipoiu I.D., Meier M., Kunz A., Müler St., - Tehnologii şi
utilaje tehnologice * Fabricaţie şi costuri, ed. PRINTEH
Bucureşti, 2003.
Gűnther, T., Life Cycle Costing, WISU Das
Wirtschaftsstudium, 10/1997, pp. 900-912.
Kremin-Buch, B., Strategisches Kostmanagement –
Grundlagen und moderne Instrumente. Wiesbaden,
Gabler Verlag, 1998.
* * *DIN EN 13306:2001 – 09 Begriffe der
Instandhaltung, Dreisprachige Fassung EN13306:2001
(Maintenance terminology, Trilingual version EN
13306:2001),Berlin, Beuth Verlag.
* * *VDI 2884:2005 Beschaffung, Betrieb und
Instandhaltung
von
Produktionsmitteln
unter
Anwendung von Life Cycle Costing (LCC), Berlin,
Beuth Verlag.
* * * VDI 2885:2003-12, Einheitliche Daten fűr die
Instandhaltungsplanung
und
Ermittlung
von
Instandhaltungskostenş Daten und Datenermitlung, Berlin,
Beuth Verlag.
18
CERCETARI PRIVIND MODELAREA SI SIMULAREA
PROCESULUI DE NANOFINISARE A SUPRAFETELOR
COMPLEXE PRIN CURGERE ABRAZIVA
Valeriu Avramescu1, Nicolae Ionescu2, Norvegia Elena Avramescu3,
Constantin Dogariu4, Gheorghe Orasanu1, Aurelian Visan2, Adrian Dimon3,
Roxana Grejdanescu1, Loredana Theodora Paun1, Catalin Horia Orasanu1
1
SC ICTCM Institutul de Cercetare si Proiecatre Tehnologica pentru Constructii
Masini SA Bucuresti; vavramescu@ ictcm.ro
2
Universitatea Politehnica – Centrul de cercetare, Consulting si Asistenta Tehnica
in Ingineria Materialelor si Sudura CAMIS, Bucuresti;
3
Institutul de Cercetare Dezvoltare pentru Sectoare Calde INTEC Bucuresti;
4
SC Tehnicom Group-D SRL Bucuresti
REZUMAT
Prezenta lucrare are la baza dezvoltarea unui concept integrator de nanoprelucrare
AFM, in special nanofinisare prin medii ce utilizeaza nanomateriale, realizarea unei
tehnologii si a unui echipament de nanofinisare a suprafetelor complexe folosind
medii de lucru reopectice.
CUVINTE CHEIE : modelare, simulare, nanofinisare, suprafete complexe, curgere
abraziva, medii de lucru reopectice
ABSTRACT
This paper presents a new integrator concept about nanoprocessing AFM, specially
nanofinishing, using nanomaterials medium and using technologies and equipment
for nanofinishing complex surfaces with rheopectics mediums.
KEY WORDS : modelling, simulation, nanofinishing, complex surfaces, abrasive flow,
rheopectics mediums
.
1. INTRODUCERE
Prezenta lucrare are la baza dezvoltarea unui
concept integrator de nanoprelucrare, in special
nanofinisare prin medii ce utilizeaza nanomateriale,
realizarea unei tehnologii si a unui echipament de
nanofinisare a suprafetelor complexe folosind
medii de lucru reopectice, care sa asigure o
productivitate superioara celei obtinute prin
aplicarea tehnologiei actuale si sa fie o tehnologie
perfect ecologica, comparativ cu tehnologiile
similare de pe plan mondial. Proiectul este relevant
pentru dezvoltarea premiselor unei tehnologii
specifice fabricatiei pieselor cu suprafete complexe
care necesita nanofinisarea in industrii precum cea
alimentara, electronica, realizarea de stante si
matrite, farmacie, medicina etc.
2. PROCEDEUL DE NANOFINISARE
A SUPRAFETELOR COMPLEXE
PRN CURGERE ABRAZIVA
CU MEDIU DE LUCRU REOPECTICE
Există, pe plan mondial, un efort constant de reducere
a costurilor producţiei în paralel cu ridicarea nivelului
calitativ al produselor. Procedeele de nanoprelucrare sunt
încă în fază de cunoaştere din lipsa unor concepte clare
corelate cu o bază tehnico-ştiinţifică corespunzătoare.
Procedeul de “Prelucrare prin Curgere Abrazivă”
(Abrasive Flow Machining - A.F.M), utilizează un mediu
de lucru reopectic care, conform denumirii, are drept
proprietate fundamentală creşterea vâscozităţii la acţiunea
unor forţe de compresiune.
Prin procedeul AFM pot fi finisate suprafeţe şi
muchii prin extrudarea unui mediu abraziv cu
vâscozitate variabilă, dependentă de presiunea la care
este supus, direcţionat corespunzător pe zonele în care
se doreşte realizarea finisării. Procesul de finisare prin
abraziune se produce numai în porţiunile în care mediul
19
de lucru este direcţionat şi forţat să curgă prin
secţiunea mai mică a suprafeţei care se prelucrează,
fără a fi afectate alte suprafeţe.
In principiu, pentru o slefuire cu un mediu
reopectic, de o anumita consistenta, este nevoie ca
acesta din urma sa fie directionat, printr-un ajutaj, pe
suprafata piesei ce se doreste a fi finisata. In functie de
proprietatile materialului din care este confectionata
piesa ale carei suprafete vor fi slefuite, de
caracteristicile mediului reopectic si de calitatea ce se
doreste a fi obtinuta in urma operatiei, se vor
determina numarul de cicluri corespunzatoare. Astfel,
cu ajutorul acestui mediu reopectic, se pot obtine
finisari chiar si in zona nano.
Mediul de lucru folosit pentru realizarea
prelucrarilor este un mediu reopectic si consta intrun polimer in care se afla in dispersie particule
abrazive intr-o anumita concentratie.
Granulele utilizate la prelucrarea prin curgere
abraziva sunt din cele utilizate in mod frecvent:
granule din carbura de siliciu, carbura de bor sau
oxid de aluminiu si diamant.
Obiectivele principale urmarite sunt:
• sa asigure o nanofinisare-curatare de
calitate ridicata;
• sa permita realizarea unui grad marit
de flexibilitate in organizarea
tehnologica;
• fiabilitate mare si pret de cost redus;
• ecologizarea procesului,
• protectia operatorilor umani.
Dintre avantajele aplicarii acestei tehnologii se
pot enumera:
• obtinerea unei suprafete cu rugozitate
foarte mica;
• productivitate mare obtinuta prin
automatizarea intergrala a operatiei;
• flexibilitate mare prin aplicarea unei
game dimensionale diverse de piese
cu investitii minime;
• tehnologie nepoluanta cu respectarea
normelor de protectie a mediului.
3. ELEMENTE CONSTRUCTIVE
SI METODE DE ANALIZA
STRUCTURALA A
COMPONENTELOR PRINCIPALE
Sasiul echipamentului de prelucrat prin curgere
abraziva se comporta ca un batiu pentru sistem, pe
acesta asezandu-se celelalte elemente ale masinii,
determinand astfel orientarea piesei de prelucrat
precum si rezistenta sistemului in fata fortelor care
apar in proces, sasiul reprezentand elementul
fundamental de rezistenta a sistemului.
Cu ajutorul programului Catia v 5, editia 16, mai
precis cu ajutorul modulului Analysis & Simulation,
Generative Structural Analysis, s-a realizat o analiza
structurala a sasiului, incercand sa se obtina o imagine
precisa a fortelor principale la care acesta este supus
precum si comportamentul in timpul prelucrarii. Aceasta
analiza cu element finit este necesara pentru a gasi
metoda cea mai buna de fabricare a elementului
principal de rezistenta sau de a gasi solutii care sa
contracareze efectele deformarilor ce apar in sistem,
deoarece o rezistenta scazuta si implicit o deformare a
sasiului, poate conduce la o prelucrare cu randament
scazut prin scaderea presiunii de extrudare a mediului
reopectic, la o prelucrare nedorita a unor susprafete,
precum si la cedarea sistemului in timp ca urmare a
solicitarilor la oboseala.
Pe sasiul masinii sunt montati cilindrii care creaza
preziunea si imping mediul de lucru prin orificiile piesei
de prelucrat, tijele cu ajutorul carora se transmite
miscarea catre cilindrii, piesa de prelucrat precum si alte
elemente care fac posibila realizarea ansamblului.
Cunoscand solicitarile care apar in sistem precum si
constrangerile intre elemente, softul realizeaza reteaua de
analiza formata din noduri si elemente, obtinandu-e o
structura optimizata a modelului pentru a oferi, la final,
date vizuale asupra evolutiei eforturilor precum si date
numerice cu ajutorul carora se pot trage concluzii
functionale.
Prin reducerea modelului la o retea de elemente
unitare programul ofera informatii despre tensiunile la care
este solicitat fiecare nod de retea, precum si o valoare
maxima a acestora cu localizarea exacta a nodului in care
sunt exercitate.
Primul pas al analizei a constat in realizarea
modelului CAD si importarea acestuia in modulul
Analysis & Simulation, urmand apoi algoritmul
propriu-zis. Pasul urmaror a fost realizat prin aplicarea
asupra modelului a constrangerilor si legaturilor dintre
elemente pentru a-i preciza programului gradele de
libertate admise si natura legaturilor care fac posibila
constructia, considerand placa de baza a sasiului ca fiind
incastrata deoarece, in realizate, aceasta este rigida, fara
grade de libertate.
In Figura 1 este prezentata reteaua cu noduri si
elemente si zonele de solicitare extrema ale sasiului, iar
in Figura 2 sunt prezentate rezultatele aplicarii fortei
asupra sasiului.
Avand in vedere rezultatele obtinute in urma
analizei celor doua solutii constructive, se observa ca in
zona de imbinare ale celor doua elemente principale
care alcatuiesc sasiul, nodurile si elementele retelei sunt
cel mai mult solicitate, exprimand in realitate o
solicitare extrema a materialului in acele zone; in acelasi
timp, alte zone raman nesolicitate; exista astfel riscul
unei ruperi la oboseala in zona de imbinare sau o
comportare neadecvata a sasiului, ceea ce poate duce la
o functionare incorecta.
20
Astfel se constata nevoia unei solutii care sa
faca posibila reducerea solicitarii materialului sau
anularea fortelor din sistem.
Figura 1. Reteua de noduri si zonele de solicitare extrema
Figura 2. Rezultatele aplicarii fortelor de vascozitate
4. MODELARE ŞI SIMULARE
PROCESE TEHNOLOGICE
SPECIFICE DE NANOFINISARE
CU MEDII REOPECTICE
Simularea proceselor de nanofinisare utilizând
medii reopectice reprezintă un domeniu nou în
inginerie. Mediul fluid este o structura complexă de
diverse fluide în combinaţie cu particule solide de
foarte mici dimensiuni. Corectitudinea rezultatelor
simulării depinde foarte mult de definirea corectă a
caracteristicilor materialului reopectic.
Suspensia de particule solide foarte fine este dificil
de modelat.
Pentru o cat mai bună corelare cu rezultatele
experimentale, modelul teoretic iniţial a fost
realizat ca model 3D al sistemului experimental,
figura 3, astfel încât rezultatele teoretice să poată fi
comparate cu cele experimentale.
21
Figura 3. Model dispozitiv pentru nanofinisare AFM. Componente
1 – Piesa de prelucrat;
2 – Caseta pentru fixarea piesei formată din două piese;
3 – Corp dispozitiv cu două flanşe;
4 – Cilindri pneumatici (reprezentaţi simplificat);
5 – Nipluri de legătură ale cilindrilor pneumatici cu corpul dispozitivului;
6 – Fluid reopectic.
Principiul de lucru al dispozitivului constă în
vehicularea fluidului prin alezajul piesei, de către
pistoanele celor doi cilindri acţionaţi pneumatic. În
funcţie de presiunea şi de debitul aerului din cei doi
cilindri, mediul reopectic va trece prin alezaj cu o
anumită
presiune şi cu o anumită viteză. Presiunea fluidului
va da apăsarea nanoparticulelor pe suprafaţa
prelucrată, iar viteza va determina gradul de
finisare.
Figura 4. Modele simplificate ale dispozitivului de nanofinisare AFM
Pozitia 1 reprezintă mediul reopectic, 2 sunt
pistoanele din cilindrii pneumatici care vehiculează
fluidul reopectic, iar 3 reprezintă modelul aerului
din cei doi cilindri.
În cea de-a doua imagine se prezinta si modelul
simplificat al dispozitivului de nanofonisare.
Analiza procesului de nanofonisare s-a făcut
utilizând sistemul de analiză ANSYS CFD, iar
modelul discretizat al mediului reopectic este
reprezentat in figura 5.
22
Figura 5. Modelul discretizat al mediului reopectic
În figurile următoare este reprezentată
variaţia unor parametri pe timpul rulării
Figura 6. Media maselor şi momentelor
Figura 8. Transferul de căldură
programului până la atingerea convergenţei
soluţiilor.
Figura 7. Variatia vâscozităţii cu viteza
Figura 9. Turbulenţe
(Disipare Eddy şi Energie cinetică)
23
Toate acestea au fost obţinute doar într-o
singură analiză. La fiecare modificare, diagramele
se schimbă în funcţie de parametrii procesului de
lucru.
În urma analizei prin metoda elementelor finite
se determină variaţiile presiunii, variaţiile vitezei
precum şi turbulenţele ce apar în orice punct al
domeniului analizat. Prin interpretarea acestor
rezultate se poate vedea dacă procesul de
nanofinisare se desfăşoară în bune condiţii. Prin
Figura 10. Variaţia presiunii in masa de fluid
reopectic
modificarea parametrilor de intrare se poate deduce
cum aceştia influenţează procesul de nanofinisare,
ceea ce se prezinta in detaliu in cele ce urmeaza.
S-a efectuat o simulare a procesului luandu-se
ca presiune de lucru, pentru aer, o valoare de 6 bari
(asupra pistonului care împinge) şi o contrapresiune de 1,5 bari asupra celuilalt piston. De
acest culpu de presiuni depinde foarte mult
desfăşurarea procesului.
Figura 11. Detaliu variaţie presiune în zona piesei
de finisat
Figura 12. Apăsarea exercitată asupra pereţilor alezajului de către fluidul reopectic
In figurile 10 si 11 se poate observa ca variatia
presiunii in masa de fluid reopectic este uniform
distribuita insa, in zona suprafetei de prelucrat apar
turbulente care modifica presiunea si efectul
acesteia trebuie luat in considerare. In figura 12 se
observă că în zona piesei apasarea este mult mai
mare decât in celelalte zone ale dispozitivului, iar
maximul are orientare in jos.
O analiza primara a fenomenului simulat arata
ca exista posibilitatea unei prelucrari neuniforme a
suprafetei alezajului, ceea ce aduce prejudicii
asupra prelucrarii propriu-zise dar, exista si un
potential de uzura a anumitor suprafete ale
dispozitivului cu repercursiuni asupra parametrilor
procesului care nu mai pot fi controlati.
Situatia nu este acceptabila impunandu-se
conditii specifice de constructie a dispozitivului si
omogenitate a mediului.
O analiza a variaţiilor vitezei fluidului de lucru
în diferite zone ale dispozitivului va da mai multe
informatii asupra solutiilor constructive ce trebuie
adoptate. In figura 13 se prezinta variatia vitezei
fluidului de lucru.
24
Figura 13. Variatia vitezei in zona de diametru minim (vmax =12,73 m/sec)
In figurile 13a si 13b sunt detaliate zonele de
viteza interesante. Se constata că în zonele de colţ
suprafeţele nu sunt bine acoperite de fluid, iar
particulele abrazive pentru finisare nu ajung să
Figura 13a. Detaliu a
Variatia vitezelor liniilor de curent ale fluidului
de lucru are caracter de neregularitate si neliniaritate in
zonele in care diametrul curgerii se micsoreaza.
Teoretic s-ar putea presupune ca exista
aglomerari de particule, neomogenitati ale mediului,
comportament neliniar al curgerii, constrangeri
constructive prin ingustare rapida a ajutajului,
parametrii de lucru necorelati cu parametrii de proces,
aparitia de fenomene suplimentare neluate in calcul
precum variatia necontrolata a vascozitatii si
comportamentul real al mediului reopectic.
lucreze eficient în acele zone. Se recomandă
creşterea contrapresiunii, ceea ce simularea a
confirmat).
Figura 13b. Detaliu b
In figurile 13c si 13d se prezinta detalii
mai pronuntate privind zona cea mai ingusta a
ajutajului de curgere, chiar din zona de intrareiesire in ajutajul piesei de prelucrat, o bucsa in
acest caz. Se poate observa o curgere nelaminara in
zona de prelucrare a piesei iar suprafata reala
prelucrata are mici neregularitati observabile la
microscop (vezi figura 13c). In figura 13d sunt
observabile liniile de viteza specifice curgerii, cu o
aglomerare centrala si rarefiere sau chiar lipsa
locala pe diametrul exterior.
25
Figura 13c. Detaliu c
In figura 13e sunt mai bine detaliate curbele
de viteza, observandu-se zone de aglomerare a
acestora. Interesant este faptul ca in zonele unde
curbele de viteza sunt mai multe exista si o
incalzire locala a mediului de lucru.
In figura 13f sunt prezentate liniile de curgere
ale particulelor abrazive, adica traiectoriile de lucru
ale acestora. Si aici se observa ca exista o mai mare
Figura 13e. Detaliu e
Cresterea vascozitatii locale a mediului de
lucru nu ar trebui sa aibă loc. Prelucrarea AFM
presupune o crestere uniforma si in masa a
vascozitatii, crestere care sa confere mediului forte
de aschiere de aceeasi intensitate pentru a se
produce prelucrare uniforma si liniara.
Orice discontinuitate a vascozitatii duce la
variatia presiunii care actioneaza asupra particulei
abrazive si deregleaza traiectoria acesteia si induce
variatii a curbelor de viteza.
In figura 13g se prezinta o sectiune
transversala intr-o zona de curgere ingustata. Se
observa ca exista o distributie a vitezelor
nesimetrica. In modelul de analiza s-a considerat o
Figura 13d. Detaliu d
distributie a particulelor abrazive in zona centrala
ceea ce indica o neomogenitate a mediului de lucru.
In aceeasi unitate de timp, unele particule parcurg o
distanta mai mare decat altele, ceea ce induce ideea
ca prelucrarea este data de actiunea combinata a
foarte multe microaschieri ale particulelor abrazive
ca urmare a cresterii vascozitatii locale a mediului.
Figura 13f. Detaliu f
distributie aleatoare pentru particulele abrazive,
omogenitatea mediului de lucru presupunandu-se
dicil de obtinut in realitate.
Se pot face insa unele observatii legate de faptul ca
exista o deplasare a liniilor de curent catre exterior, in
sensul actiunii microaschierii, cresterea vascozitatii
actionand radial. Datorita vitezelor neliniare si actiunii
aleatorii a particulelor abrazive, in aceeasi sectiune doar
unele sectoare asigura prelucrabilitate. Daca, in timp,
situatia se prezinta de acelasi aspect, zone din suprafata
raman neprelucrate suficient ceea ce ar putea conduce la
nerealizarea procesului de prelucrare la parametrii doriti.
26
Figura 13g. Detaliu g
Trecerea fluidului cu viteză prin ajustajele
piesei şi ale dispozitivului conduce la încălzirea,
atât a fluidului, cât şi a pieselor metalice. Aceasta
influenta este importanta deoarece poate induce
aspecte care modifica procesul de prelucrare. În
figurile 14, 14a, 14b, 14c si 14d este reprezentată
variaţia temperaturii în domeniul analizat, inclusiv
detalii reprezentative si explicative.
Figura 14. Variatia temperaturii in procesul AFM
In cazul analizat variatia temperaturii atinge elementele
dispozitivului
valoarea de aprox. 20oC, ceea ce nu inflenteaza vascozitatea mediului.
foarte mult materialele din care sunt confectionate
dar
influenteaza
27
Figura 14a. Detaliu a
In figura 14a se observa ca are loc o crestere a
temperaturii dupa intrarea in ajutajul piesei de
prelucrat si, mai ales, in zona de iesire din acest
ajutaj. Aceasta conduce la o prelucrare buna la
intrarea in zona de prelucrare si o prelucrare mai
slaba la iesire, lucru confirmat si practic.
Figura 14c. Detaliu c
Figura 14b. Detaliu b
Cresterea de temperatura de aproape 20oC
conduce la variaţia importanta a vâscozităţii
fluidului, dar şi la o modificare a turbulenţelor ce
apar, aşa cum rezultă din figurile 14 b, 14c si 14d.
Figura 14d. Detaliu d
28
5. CONCLUZII
Pe plan mondial finisarea prin curgere abrazivă este
larg utilizată pentru operaţii precum debavurarea,
lustruirea, şi rotunjirea muchiilor în domenii ca
industria aeronautică, construcţia de automobile,
prelucrarea ştanţelor şi matriţelor etc.;
Una dintre cele mai importante aplicaţii o
constituie lustruirea orificiilor de foarte mici
dimensiuni ale injectorelor de combustibil cu
avantaje privind creşterea randamentului şi
reducerea emisiei de noxe a motorului;
influenţează procesul de nanofinisare (presiune,
viteză, temperatură, vâscozitate, turbulenţe etc.).
Cunoasterea dependenţei între aceşti parametri
şi calitatea suprafeţelor prelucrate, cunoasterea
bilanţului energetic al procesului si analiza mai
multor medii reopectice bazate pe constituenti
diferiti va permite o aprofundare a analizei
procesului si optimizare prin simulare adaptiva a
acestuia.
BIBLIOGRAFIE
[1].
În literatura de specialitate există foarte puţine
preocupări privind modelarea şi optimizarea
procesului de prelucrare prin curgere abraziva;
Datorita utilizarii unui program CAD pentru
proiectarea echipamentului, adica CATIA
versiunea V5 R16, se pot face simulari ale
functionarii intregului echipament ce pot preveni
eventualele neconcordante intre elementele ce il
compun precum si modificarea si imbunatatorea
continua a acestuia;
Datorita flexibilitatii programului de proiectare
se poate modifica intregul sistem in functie de
cerinta pietii, de tipo-dimensiunile pieselor de
prelucrat si de modul de actionare a
echipamentului pe diferite tipuri de masini.
[2].
[3].
[4].
[5].
[6].
[7].
[8].
Liebke, W.R., Method of Removing Excess Overlay
Coating from within Cooling Holes of Aluminide
Coated Gas Turbine Engine Components, Brevet
USA.
Petri, K. L., Billo, R.E., Bidanda, B., Neural
network process model for abrasive flow
operations, Journal of Manufacturing Systems,
Vol. 17, No.1, 1998.
Perry, K.E. Abrasive Flow Machining Method and
Tooling, Brevet USA.
Rhoades, L.J., Method of Controlling Flow
Resistance in Fluid Orifice Manufacture, Brevet
USA.
Rhoades, L.J., AFM International, the Materials
Information Society. operations, Journal of
Manufacturing Systems, Vol. 17, No.1, 1998.
Rhoades, L.J., Brocess and Apparatus of Abrading
by Extrusion, Brevet USA.
Ionescu. N., Curs Tehnologii Speciale, U.P.B.,
Romania.
Internet, http://www.extrudehone.com/
Realizarea unor modele care să permită simularea
procesului de nanofinisare cu fluide reopectice
confirma posibilitatea determinarii parametrilor ce
QUICK INFO
Intelligent software helps build perfect robotic hand
Scientists in Portsmouth and Shanghai are working on intelligent
software that will take them a step closer to building the perfect robotic
hand.
Using artificial intelligence, they are creating software which will learn and
copy human hand movements.
29
They hope to replicate this in a robotic device which will be able to perform the dexterous actions only
capable today by the human hand.
Dr Honghai Liu, senior lecturer at the University of Portsmouth’s Institute of Industrial Research, and
Professor Xiangyang Zhu from the Robotics Institute at Shanghai Jiao Tong University in China, were
awarded a Royal Society grant to further their research.
The technology has the potential to revolutionise the manufacturing industry and medicine and scientists
hope that in the future it could be used to produce the perfect artificial limb.
“A robotic hand which can perform tasks with the dexterity of a human hand is one of the holy grails of
science,” said Dr Honghai Liu, who lectures artificial intelligence at the University’s Institute of Industrial
Research. The Institute specialises in artificial intelligence including intelligent robotics, image processing
and intelligent data analysis.
He said: “We are talking about having super high level control of a robotic device. Nothing which exists
today even comes close.”
Dr Liu used a cyberglove covered in tiny sensors to capture data about how the human hand moves. It was
filmed in a motion capture suite by eight high-resolution CCD cameras with infrared illumination and
measurement accuracy up to a few millimetres.
Professor Xiangyang Zhu from The Robotics Institute at the Jiao Tong University in Shanghai, which is
recognised as one of the world-class research institutions on robotics, said that the research partnership
would strengthen the interface between artificial intelligence techniques and robotics and pave the way for
a new chapter in robotics technology.
“Humans move efficiently and effectively in a continuous flowing motion, something we have perfected
over generations of evolution and which we all learn to do as babies. Developments in science mean we
will teach robots to move in the same way.”
(from Software Tech Briefs Newsletter)
30
ESTABLISHING ASSEMBLING TYPE
BETWEEN THE BODIES FROM METALLIC CARBIDES
AND THE TAMPING TOOLS
Cristinel Beşleagă1, Sorin George Badea1, Dumitru Dan Dragoi2
1
S.C. IMCF S.A. Bucureşti, cristibesleaga@yahoo.com
2
University of Bacau
ABSTRACT
The researches regarding to the utilization of some assembling types of the bodies
from metallic carbides to the active part (tine) of the tamping tools have as the
main purpose the establishing of some adequate assembling type which are lead
to a very good mechanical properties and in the end to increasing the lastingness
of the active part of the tamping tools.
KEYWORDS: tamping tools, assembling types, metallic carbides, lastingness
1. INTRODUCTION
Tamping is a technological operation of realizing a
support under the inferior part of a sleeper [1], with
the main purpose to assure a specific geometry and
resistance of the railway (Fig.1).
- a and P&T 08-275 UM
- b for the mechanized tamping:
1-active part – tine;
2 - body of the tool;
3 - the part of the tamping tool which is attach to the
port tool;
4 - part of the tamping tool which prevent the rotate
of the tamping tool into the port tool ;
5 - special part of tool for drawing out the tool from
the port tool
Mechanized tamping consists [3] in the
vibration (oscillation) and squeeze of the ballast
under the inferior part of the sleeper, at frequencies
by 35 Hz, amplitude of the oscillation is 3÷5 mm and
the force is 1000 kgf (10 kN) – Fig.3.
Fig.1. Tamping operation
Tamping is being executed [2] with the help of the
tamping tools (Fig.2).
a
b
Fig.2. The tamping tool P&T 09-32 CSM curved
Fig. 3. Tamping mechanism:
31
1- tamping tool;
2 - port tool;
3 - hydraulic cylinder for squeeze movement;
4 - mechanical limitation for squeeze movement;
5 - pneumatic cylinder for mechanical limitation
movement;
6 - axle with eccentric for vibration movement;
7 - guiding for vertical movement of the tamping
mechanism;
8,9 - joints;
10 - chassis of the tamping mechanism.
2. TAMPING TOOLS TYPE
In the world are use many types of the
tamping tools which are included many types of
assembling. Some of them are presented below,
with their particularity.
Johansson - Sweden solution [4] is present
in the following picture – Fig. 4. His particularity is
a dismountable assembling between the body of the
tamping tool and the active part of this (tine,
blade).
Fig. 4. Johansson - Sweden tamping tool
A Plasser solution (Austria) [5] is present
in the following picture – Fig. 5. His particularity is
a removable tine (blade) from the body (shaft) of
the tamping tool.
Fig 5. Plasser – Austrian tamping tool
Crowell U.S. solution [6] is present in the
following picture – Fig. 6. His particularities are
using a special shape for the body and the tine (blade)
with certain positions between them and the axle of
the tamping tools, using the tungsten carbides and a
special method for applied at the surfaces which are
exposed to abrasion wear.
Fig. 6. Crowell - U.S. tamping tool
Richard – U.S. solution [7] is present in the
using more bodies from tungsten carbides, with a
special geometry and which are positioned at the end
of the tine (blade) where the abrasive weariness and
shock is intensive. The protection at the abrasive
weariness and shock is on the front and rear surfaces.
32
Williams – U.S. solution [10] is present in
the picture – Fig. 10. His particularities are using a
many various arrangements from bodies of wear –
resistant material which are placed in all zones which
are exposed at the abrasive wear and shock. It has
also a special geometry at the end of the tine because
the geometry of the bodies are specifically, and the
wear – resistant material cover the front surface, the
rear surface and the lateral surfaces.
Fig. 7. Richard – U.S. tamping tool
Glenn – U.S. solution [8] is present in the
using hardened steel for tine (blade or pad) and a
wear resistant coating covers. The wear resistant
bodies are placed at the inferior side of the tine,
where absorb the shock and reduce the abrasive
weariness.
Fig. 10. Williams – U.S. tamping tool
Fig. 8. Glenn – U.S. tine (blade) for tamping tool
Ruban – Russia solution [9] is present in
the picture – Fig. 9. His particularities are using a
special casing from wear – resistant material, for
increasing the abrasion resistance of the tine / pad
of the tamping tool, and the core material for filling
the tine / pad casing. The core material of the tine /
pad is used for attach the tine / pad to the body of
the tamping tool through welding.
Isakov – U.S. solution [11] is present in the
picture – Fig. 11. His particularities are using a
plurality of insert bodies which are resisted at
abrasive wear and shock (carbides material). The
insert bodies are rigidly positioned therein at the end
of the tine/ blade. The shape of the leading edge is
arcuate between the opposed shoulders. Each insert
body has a leading edge with a radius and from this
composition result the leading edge of the tine / blade.
Fig. 11. Isakov – U.S. tamping tool
Fig. 9. Ruban – Russia tine / pad for tamping tool
Another solution for the tine / blade of the
tamping tool for Plasser& Theurer tamping machine
[5] is present in the picture – Fig. 12. His
particularities are using a special case / cover for tine/
blade from wear – resistant material, for increasing
the resistance at the abrasive wear and shock. This
33
fastening and squeezing bases of the bodies
from CMS – Fig. 13.
case/ cover are composed from many and variously
shapes of bodies which are attached rigidly at the
tine/ blade.
Fig. 12. Tamping tool for Plasser &Theurer
tamping machine
3. THE ESTABLISHING
ASSEMBLING TYPES
Fig. 13. The tine/blade movements and main stress
-
the small space for realizing the assembling.
This space is limited by the dimensions and
the shape of the active part (tine) of the
tamping tools.
- decreasing the mechanical resistance of the
bodies from CMS and the tine, especially to
the bending and shock stress, in the case of
designing of some shapes, channels,
thresholds, grooves / slots s.a. for seating,
fastening and squeezing of the bodies from
CMS on the tine.
Because of these reasons it is better to use
some undismountable assembling, stiffs and
resistances, which it can realize the conditions to use
at the tamping tools and in this way it is possible to
increase the lastingness of these [12].
Among the undismountable assembling
(with rivet, welding, pasting, brazing) depending by
the materials which are assembled, the advantages
and disadvantages of each undismountable
assembling methods which are assembled and the
experience which is been accumulated in the
industrial field / area for the assembling of this couple
by materials it can use the assembling through
pasting/ brazing.
The assembling method through pasting, by
comparison with the other types of the
undismountable assembling methods has some
advantage as follows:
- the fissures are missing or are very little
- the stress concentrators are missing or are
very small
- it can paste the different materials
- the thermo stress and remanences stress are
small
For assembling the tine/ blade at the
shank/ body of the tamping tool it can be use, in
generally, two types by assembling:
- dismountable assembling
- undismountable assembling
The
most
producers
use
the
undismountable assembling between those two
pieces, because it is sure. In Romania, we use since
today, only the undismountable assembling
between the tine and the body of the tamping tool
which is realized through electrical welding or the
tamping tool and the tine are realized together in
the one piece version.
For assembling the bodies from metallic
carbides (CMS) at the different types of tamping
tools it can be use, in generally, two types by
assembling:
- dismountable assembling
- undismountable assembling
The dismountable assembling (with cotter,
grooves, bolts or peg, thread, with pressing s.a.) in
the case of plating / reinforcing the active part
(tine) of the tamping tools are very difficult to use
because:
- function in permanence in the vibrating
conditions (f=35 Hz) of the tamping tools,
because the tamping operation which
contain the vibrating movement and which
lead to the difficulties regarding to assure
against dismountable of assembling and
also to the mechanical strength – Fig. 13.
- the high stress on the different directions,
with variable characteristics, fact which
made difficult to realize the seating,
34
For the paste assembling method is very
important to prepare very well the surfaces of the
pieces which follow to be paste. For this it is
necessary to clean very well by the oxides, stranger
materials s.a. for it produce a very good diffusion
and interpenetration (Fig. 14) between the paste
alloy and the base materials which follow to be
paste, for don’t be produced the cold brazing which
don’t assure a good mechanical resistance [13].
the role for decreasing the superficial tension for
realize/make diffusion much better.
In the experimental researches we have use
the types of tine / blade which are presented below
(Fig. 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21).
bodies from
metallic carbides
paste alloy
diffusion area
material of active
part (tine) of the
tamping tool
Fig. 14. Section in the paste assembling
For pasting the bodies from CMS by the
active part (tine) of the tamping tools it use the
hard paste method or brazing for which it use paste
alloys with fusion temperature more than 500 °C
(620°C ÷ 900°C). Because of the properties of the
paste alloy the mechanical resistance of some
brazing it can reach the mechanical resistance of
welding.
Having in view the fact that the hard paste
method/brazing is used for pasting between the
bodies from metallic carbides and the metallic alloy
like support for many tools and also that for
important brazing, it use especially paste alloy base
on precious metals like Ag or alloy of this, in the
case of the tamping tools it use a similar method.
The problems consist in the establishing
what paste alloy it can use exactly, what
method/process for paste it can use, what type of
metallic carbides it can use, what type of metal it
can use for tine (active part of the tamping tool) or
for the whole tamping tool, what thermo treatment
it can use for to obtain the mechanical properties
for the material of the tamping tool s.a.
The paste methods are very many and
different depending on by the mode of realizing the
heating of the pieces and the fusing of the paste
alloy: with flame (in the welding case); through the
immersing of the pieces into the bath with fusing
salts; with soldering hammer; through the heating
into furnace or through induction.
Fig. 15. Tine/blade covered with bodies from metallic
carbides – version 1
For remove the oxides which are form
during the pasting process and also for improving
of moistening of the surfaces for pasting, its use
together with the paste alloy, the tides for pasting.
These tides contain also the additions which have
35
Fig. 17. Tine/blade covered with bodies from
metallic carbides – version 3
36
REFERENCES
4. CONCLUSIONS
The world wide using of some materials
and technologies to increase the lastingness of
active part of the tamping tools is less known and
wide spread, an example in this way is using
metallic carbide like the tungsten carbide. Internal
matter doesn’t exists achievements in this area, this
problem is ignored because the information is less
and there are a lot of difficulties at technical level.
We have achieved so, for the firs time in Romania,
the first tamping tools having the active part (tine)
plated with plates of metallic carbide through
brazing.
By experimentally covering with plates from
metallic carbide of the tamping tools type P & T 09
– 32 CSM, using hard paste process (brazing), the
obtained lastingness is until 270 % higher than the
lastingness obtained in the present.
1. ***Plasser&Theurer, Tamping depth control SDA-03/2-23,
Adjusting instruction, Plasser&Theurer, Linz, 1994
2. ***Plasser&Theurer, Stopfpickel service vorschrift, ein-u,
Ausbau, Regenerierung, S19-01, Plasser&Theurer, Linz, 1994
3. ***Instructiuni privind executarea lucrarilor de buraj, ridicarea
caii la nivel longitudinal si tranversal si riparea caii cu masinile
grele de cale tip BNRI sau BMNRI nr. 465/277-1973,
Departamentul cailor ferate/Directia Linii si Instalatii, Bucuresti,
1980
4. Arne Johansson, Torsten Larsson, Tamping tool, Aktiebolaget
Bofors, Bofors, Sweden, 1984
5. Franz Plasser Bahnbaumaschinen – Industriegesellschaft
M.B.H., Stopfpickel s.a., Wien, Austria
6. Crowell James, Tool for tamping ballast and the like, Atherton,
U.S., 1990
7. Richard W. Beiswenger, Tamping blade and a hard wear –
resistant insert therefor, Penn Hills Township, U.S., 1975
8. Glenn Gevik, Tamping blade for a railroad tamping machine,
Duluth, MN, U.S., 2006
9. Anatolij Ruban, Tamping tine for a tamping unit, Dlinnaja,
Russia, 2003
10. Williams Edward, Tamping tool, Fair Oaks, St. Louis,
U.S., 2004
11. Isakov Edmund, Manway Terry, Improved tamping blade
with improved inserts, Raleigh, Monroeville, U.S., 1989
12. Cristinel Besleaga, Contributii privind marirea durabilitatii
sculelor de burare, Teza de doctorat, Bucuresti, 2006
13.Pavelescu D., Radulescu Gh., s.a., Organe de masini (Machine
Elements), Didactics and Pedagogical Publishing, Bucharest, 1985
37
In addition, CAE software now provides tools
designed specifically for analyzing multiple effects on
a single model.
Quick Info
New Software
ALGOR (Pittsburgh, PA) announced
ALGOR V21 finite-element analysis software that
includes new and improved features such as a
behind-the-scenes representation of the CAD
model (called the "virtual CAD" modeling layer)
and meshing algorithms for better mesh matching
and automatic contact in complex assemblies;
calculation of mass transfer due to diffusion in 3-D
transient analysis; full 3D display of 2D
axisymmetric and planar model results; and
enhanced reporting capabilities.
ALGOR, Inc. announced that its latest, major finite
element analysis (FEA) software release, ALGOR
V21, significantly upgrades the entire spectrum of
FEA: modeling, solution and results evaluation and
presentation. V21 provides ALGOR users with
increased power, flexibility and ease-of-use for
simulating engineering analyses of their product
designs. New and improved features include a
behind-the-scenes representation of the CAD
model (called the "virtual CAD" modeling layer)
and meshing algorithms for better mesh matching
and automatic contact in complex assemblies;
calculation of mass transfer due to diffusion in 3-D
transient analysis; full 3-D display of 2-D
axisymmetric and planar model results (using
rotation or thickness values); and enhanced
reporting capabilities including a WYSIWYG
(What You See Is What You Get) dialog.
ALGOR Product Manager Bob Williams said,
"V21 provides extensive additions to our modeling,
meshing, analysis and presentation tools based on
customer requests. In particular, this major
software release's expanded analysis capabilities -including mass transfer, phase change, fracture
mechanics and cyclic symmetry -- open up new
areas that can be examined with our software,
allowing users to perform more realistic and
sophisticated simulations than ever before."
For years, computer-aided engineering (CAE)
software vendors have been telling users, "You
should be studying everything in a product's
operating environment, not just a single physical
effect."
Meanwhile, analysis software has been largely
geared towards analyzing only one effect at a time.
However, recent developments in computer
hardware and software have produced powerful,
affordable systems that can handle complex
analyses in a practical amount of time.
ALGOR's latest finite element analysis (FEA)
software allows you to define and analyze multiple
design scenarios within a single FEA model.
For example, using this capability, you can perform a
variety of linear dynamic analyses – modal, response
spectrum, random vibration, frequency response,
critical buckling load and more – all on the same
model without ever leaving the user interface.
The results of each scenario are saved in a separate
folder under the main model folder. This allows you
to switch between design scenarios and access the
results immediately.
(http://www.validatecad.com/examples.html)
38
THE HARD PASTE ASSEMBLING BETWEEN
THE BODIES FROM METALLIC CARBIDES
AND THE TAMPING TOOLS
S.G.Badea1, C. Beşleagă1 , D.D.Dragoi2
1
S.C. IMCF S.A. Bucureşti, cristibesleaga@yahoo.com
2
University of Bacau
ABSTRACT
By the quality of the paste assembling between the bodies from metallic carbides
and the active part (the tine) of the tamping tool, and also the geometry of these
depend very much the behavior in exploitation in a good / optimal conditions of
the tamping tools and, in consequence the lastingness of these. That why it must
to accord a special attention to the paste operation of the bodies from metallic
carbides in a very good conditions.
KEYWORDS: metallic carbides, tamping tools, paste assembling, constructive
design
1. INTRODUCTION
The paste assembling is a technological
process with his specifically characteristics by
which it must care at the dimension and especially
at the constructive design.
The constructive design of the assembling
through pasting, depend by the purpose and it is
necessary to having in view the following:
- for to increase the mechanical resistance
of the assembling through pasting, it is
necessary to increase the size of the shape
for pasting or to utilize a some
combination of the geometries shapes.
Also it is important the form of the bodies
which will be paste.
- realizing a small space / distance between
that two shapes which will be paste. This
space / distance is 0,025 ÷ 0,25 mm.
- realizing the running of the paste alloy in
the small space between the two shapes
for pasting.
- realizing of some shapes forms for going
out of gases
The tamping tools brazed at the active part
of these (tine / blade) with different bodies from
metallic carbides and which are mounted on the
tamping mechanism / tamping machine are showed
in Figure 1.
Fig. 1. Tamping tools brazed with metallic carbides
2. CONSTRUCTIVE DESIGN
Having in view the specifically characteristics
of the hard paste assembling, for a good constructive
design it is necessary to go the following steps:
1) - the finding and identification of the real
conditions for the functions of assembling between
the bodies of metallic carbides (CMS) and the active
part (tine) of the tamping tools.
In this case it must having in view that the
tamping tools work in the hard conditions and its are
subdue to the high stress like shock, vibrations,
bending, flexion s.a. Also it’s no very important the
aspect / appearance of the assembling and about the
techno economical conditions it is necessary to
having in view the obtaining a high resistance of the
39
assembling. The functional conditions of the
tamping tools are showed in picture – Fig. 2
Mechanized tamping [1, 2, 3] consists in
the vibration (oscillation) and squeeze of the ballast
under the inferior part of the sleeper, at frequencies
by 35 Hz, amplitude of the oscillation is 3÷5 mm
and the force is 1000 kgf (10 kN) – Fig. 2
Fig. 2. Tamping operation
2) - choosing of the paste alloy. For this it must
having in view the following:
- the capacity at paste of the materials which will
be paste (the bodies from metallic carbides and the
main material of the tine of the tamping tool);
- running and moistening properties;
- the temperature of melting (the melting
temperature of the paste alloy it must be with 50 °C
less than the temperature of melting of the tine’
material);
- absence of the chemical reaction between the
paste alloy and the main material of the tine;
- the resistance properties of the paste alloy.
In the case of the pasting of the bodies from
metallic carbides (CMS) to the tine of the tamping
tools, the paste alloys which can be use are
according with the technical indications:
-BAg40ZnCdCu, with temperature of work = 610 °C
-BAg70CuZn, with temperature of work = 755 °C
-BAg48CdNi, with temperature of work = 680 °C
These entire paste alloys are indicated for pasting
of the hard metals, steels, steels alloy, tungsten
alloys.
surfaces and to decrease the superficial tension for to
realize / make a diffusion much better. The tides
which have been used are the “borax”
(Na2B4O710H2O) or a mixture which is realize from
50 % Na2B4O710H2O, 40 % KF, 10 % B(OH)3.
For decreasing the tension which are produced
between the bodies from metallic carbides and the
main material of the tine (steel alloy), in course of the
paste process thanks to the different coefficients by
the thermical dilatation between the metallic carbides
(6 ÷ 7 • 10 -6) and the base material of the tine which
is from steel alloy (11 ÷ 12 • 10 -6), it can use some
special alloy between these two material like
“permaloy” – Fe and Ni alloy which has coefficient
by the thermical dilatation (8 ÷ 9 • 10 -6).
For heating the pieces which will be paste
and the fuzion of the paste alloy we have selected the
paste process with high frequencies current (105 Hz);
The inductor has a shape similar with the shape of the
bodies from metallic carbides.
For to execute a good assembling through
pasting of the bodies from metallic carbides at the
active part of the tamping tools (tine / blade) it must
be executed before some operations which must to
assure a quality, mechanical resistance and
lastingness more high. It had in view so, especially, to
prepare the channels / places from the tine / blade of
the tamping tool, in which will be paste the bodies /
plates from metallic carbides. The dimensions of the
channels / places are very important and these it must
be adjusted according with the optimal dimensions of
the bodies from metallic carbides and the thickness of
the paste alloy in the assembling (Fig. 3, 4, 5).
Fig. 3. Channels (places) at the tine (blade) for
tamping tool – version 1
3) - establishing the type of paste process. Having
in view the real conditions for the functions of
assembling which are present at point 1, the paste
alloys which is choice and present at point 2 and
the fact that for to increase the resistance of the
paste assembling it is necessary to use the tides for
remove the oxides which are form during the paste
process and also for improving of moistening of the
40
Fig. 7. The tine (blade) surfaces
4) - the calculation for dimensions and check of the
paste assembling (Fig. 7, 8). This calculation for
dimensions and resistance of the paste assembling
it is influenced by the diffusion phenomenon (Fig.
6), by the parallelism between these two surfaces,
by the thickness of the paste alloy.
bodies from
metallic carbides
paste alloy
diffusion area
material of active
part (tine) of the
tamping tool
Fig. 6. The diffusion phenomenon
The critical element into the assembling
between the bodies of metallic carbides and the
active part of the tamping tool are the layer of the
paste alloy and that two zones of the diffusion, on
the one side between the paste alloy and the bodies
from CMS and the other side between paste alloy
and the base material of the active part (tine) of the
tamping tool [4].
Fig. 8. The system’ forces which action on the tine [4]
Frv = F ′′rp + F ′′rs + F ′′f p + F ′′f s + 2 ⋅ ( F ′′r1 + F ′′f1 ) + Fi (1)
Frv = p ⋅ Ap ⋅ sin γ + p ⋅ As ⋅ cos α + µ ⋅ p ⋅ Ap ⋅ cos γ
+ µ ⋅ p ⋅ As ⋅ sin α + 2 ⋅ ( p ⋅ Al ⋅ cos K + µ ⋅ p ⋅ Al ⋅ sin K )
+ ρ ⋅ L ⋅ At ⋅
(2)
p1 ⋅ S + m ⋅ g
m
µ – the friction coefficient between the ballast and the
tamping tool (µ = 0,5 ÷ 0,7 steel-ballast)
p – the pressure into the ballast (p ≤ 2 N/mm2)
Ap – the main surface area
As – the secondary surface area
α, β, γ – the functional angles of active part of the
tamping tool
Al – the lateral surfaces areas
K – the functional inclination angle on the lateral
surfaces
ρ – the ballast density ρmin = min. 2400 [kg/m3]
L – the penetration drive of the tamping tool into the
ballast L = 0,3 [m]
At – the transversely section area of the tine, on the
penetration direction into the ballast
At = 140 · 30 [mm2] = 4,2 · 10-3 [m2] – the
transversely section area of tine of the tamping tool P
& T 09-32 type
41
p1 – pressure in the hydraulic cylinder which
actions on the tamping mechanism to penetrate the
tamping tools into the ballast
S – the stroke area
m – total weigh of the tamping mechanism,
including the tamping tools
g – the gravitational acceleration
For obtaining a high resistance in the layers
of the paste alloy, it is necessary to realize an
optimal surface for pasting. For these reason it is
necessary to increase the dimensions of the
surfaces for pasting which means the utilization by
the bodies from CMS with a certain surface
dimensions. These dimensions are limited by the
technological conditions for obtaining of the bodies
from CMS and that which appear in the paste
assembling.
For the cutting solicitation [5] between the
body from metallic carbides and the tine/ blade of
the tamping tool (Fig. 9), the tension is:
For the stretch solicitation [5] between the
body from metallic carbides and the tine/ blade of the
tamping tool (Fig. 11), the tension is:
σtl = F / b · s
≤ σatl
(9)
Fig. 11. The stretch solicitation
For the bending solicitation between the
body from metallic carbides and the tine/ blade of the
tamping tool (Fig. 12), the tension is:
σil = Mi / W = 6 F · l / b · s2 ≤ σail
(10)
τfl = F / b · l ≤ τafl
(3)
For the condition by the equal resistance
between pasting and the pieces:
F = b · s · σatt = b · l · τafl
l = s · σatt / τafl
(4)
Fig. 12. The bending solicitation
(5)
Fig. 9. The cutting solicitation
In situation like in picture (Fig. 10), the
tension in the pasting for the cutting solicitation is:
τfl = F · cos α / b · l ≤ τafl
(6)
For the condition by the equal resistance
between pasting and the pieces:
F = b · s · σatt = b · l · τafl / cos α (7)
l = s · σatt · cos α / τafl
(8)
σatt , σatl – the addmisible resistences at the stretch for
tine material and the paste alloy
τafl – the addmisible resistence at the cutting
solicitation of the paste alloy
σail – the addmisible resistence at the bending
solicitation of the paste alloy
σtl , σil , τfl - the real tensions from assembling/
pasting at the stretch, bending and cutting tensions
For the paste alloy from Ag:
- the breakage resistence at the static cutting
solicitation, τrf = 220 Mpa,
- the breakage resistence at the stretch solicitation,
σr = 300 ÷ 400 Mpa
- the breakage resistence at the cutting solicitation,
τr = 150 ÷ 280 Mpa
For the safety coefficient Srl = 2 ÷ 4
τ afl = τrf / Srl
At the dinamic solicitations,
τ -1fl = 30 MPa, τ -1tl = 65 MPa, σ-1l = 50 MPa.
The safety coefficient at the tiredness Srl = 2 ÷ 3.
Fig. 10. The cutting solicitation
42
The metallic carbides which have been used are:
- group of utilization: G 40
- composition: 80% WC, 20% Co
- density: 13,5 [g/cm3]
- hardness: 1100 [50HV]
- resistance at bending: 2600 [N/mm2]
- elasticity module: 500000 [N/mm2]
- resistance at compression: 3800 [N/mm2]
- thermic dilatation (0 – 600 °C) : 6,5 • 10-6
3. CONCLUSIONS
Fig. 13. Tamping tool, brazing with metallic
Fig. 14. Tamping tool brazing with metallic
The researches in specialized literature
regarding at the actual stage of the researches, design,
manufacture and exploitation of the tamping tools
have showed a low level of information and technical
details regarding these types of tools.
Worldwide using of some hard or extra hard
materials and technologies to increase the wear
resistance of the active part (tine) of the tamping tools
is less known and spread, one example in this case is
the usage of tungsten carbides.
For the first time in Romania, we have
obtained the first tamping tools having the active part
(tine) plated with plates of metallic carbide (Fig. 13,
14, 15) through brazing [4].
REFERENCES
1. ***Plasser&Theurer, Tamping depth control SDA-03/2-23,
Adjusting instruction, Plasser&Theurer, Linz, 1994
2. ***Plasser&Theurer, Stopfpickel service vorschrift, ein-u,
Ausbau, Regenerierung, S19-01, Plasser&Theurer, Linz, 1994
3. ***Instructiuni privind executarea lucrarilor de buraj, ridicarea
caii la nivel longitudinal si tranversal si riparea caii cu masinile
grele de cale tip BNRI sau BMNRI nr. 465/277-1973,
Departamentul cailor ferate/Directia Linii si Instalatii, Bucuresti,
1980
4.Cristinel Besleaga, Contributii privind marirea durabilitatii
sculelor de burare, Teza de doctorat, Bucuresti, 2006
5.Pavelescu D., Radulescu Gh., s.a., Organe de masini (Machine
Elements), Didactics and Pedagogical Publishing, Bucharest, 1985
Fig. 15. Tamping tool brazing with metallic
43
Integration
enhancement:
environment extensions
Quick Info
Transforming the process of innovation
PLM COMPONENTS
UGS PLM Software announces the latest release of the
D-Cubed 3D Dimensional Constraint Manager (3D
DCM), a software component that positions parts in
assemblies, simulates their kinematic motion, and
parametrically controls the configuration of 3D sketches
and the shape of parts. New enhancements specific to
version 37.0 are listed below.
Functional enhancement: introduction of directed
distances
The 3D DCM is widely used to support 3D sketching,
an important tool for mechanical, architectural and
industrial designers. 3D sketching supports the creation
of new parts and features, the routing of piping,
electrical and HVAC systems, and sweep paths and
guide curves for surface construction.
This release of the 3D DCM sees the addition of
directed distance dimensions between points. A
standard distance dimension between points is measured
along the vector between the points. A directed distance
is more flexible in that it can be measured along any
given vector. One use is to support axis aligned
dimension types - see the illustration below.
Directed distances are also relevant to other 3D DCM
applications, such as assembly part positioning.
development
The D-Cubed components are integrated into a
wide range of applications. Hence, they are
available for a wide range of application
development environments which are continually
being extended to keep pace with customer
requirements. This release sees the addition of
support for 32 and 64 bit versions of Windows
Vista, Linux Suse v10, Linux Red Hat Enterprise 5
and the Intel 32-bit processor version of Mac OS X.
About the D-Cubed 3D DCM
First released in 1995, the 3D DCM is used in most
major CAD applications and is widely
acknowledged as the leading 3D geometric
constraint solving technology. It provides a
genuinely three-dimensional, variational (nonsequential) approach to solving a broad range of
dimension and constraint schemes. It is the
foundation of the latest interactive approaches to
assembly part positioning and kinematic simulation,
3D sketching and direct (non-history based) part
shape modification.
About UGS PLM Components; Parasolid
and D-Cubed
UGS PLM Components are software tools that can
help increase the profitability of software
applications in the CAD, CAM, CAE and PLM
marketplace by raising their value and lowering
their costs. This is achieved by supporting
innovation and interoperability with standard tools
that ensure quality and reduce time to market. UGS
PLM Software develops these components, uses
them throughout its own applications and licenses
them to independent software vendors and end-user
organizations. Flexible licensing arrangements and
a simple, proven integration process enable any
organisation, large or small, to bring innovative
capabilities to their applications quickly and
economically. Part of the UGS PLM Components
family of products, the Parasolid and D-Cubed
components provide 3D part and assembly
modeling, editing and interoperability, 2D/3D
parametric sketching, motion simulation, collision
detection, clearance measurement and visualization.
Applications include mechanical CAD, CAM,
CAE, mold design, sheet metal, AEC, GIS,
structural, plant and ship design, CMM, reverse
engineering and sales configuration.
(www.ugs.com/en_us/products/open)
44
ANALIZA CARACTERISTICILOR MECANO-ELASTICE ŞI
ELECTRICE ALE ALIAJELOR ECOLOGICE CUATERNARE
Vasilescu Dan Dragos1, Constantin Baciu2, Petrica Corabieru3, Anisoara Corabieru3, Mihai Lozovan4,
Viorel Dobrea4
1
SC PROCOMIMPEX IASI, e-mail: oficeprocom@yahoo.com, 2 UNIVERSITATEA TEHNICA GH. ASACHI
IASi, 3 SC PRESUM PROIECT SA Iasi, 4 INCDFT Iasi
REZUMAT
Valorile caracteristicilor mecano-electrice ale aliajelor speciale ecologice
cuaternare de tipul CuNiSiMn şi CuNi4AlSi se situează la limita inferioară a
bronzurilor cu beriliu clasice.Valorile caracteristicilor mecano-elastice ale aliajelor
de înlocuire pot fi crescute prin durificare mecanică ulterioară fără a influenţa
valoarea conductivităţii electrice.Determinarea modulului de elasticitate E funcţie
de temperatură al aliajelor speciale ecologice cuaternare s-a realizat folosind
metoda neconvenţională a rezonanţei oscilaţiilor mecanice.Lucrarea analizează
modulul de elasticitate E şi conductivitatea electrică ale aliajelor ecologice
cuaternare.
ABSTRACT
The values of the mechanic-electric characteristics of the special ecological
quaternary alloys of type CuNiSiMn and CuNi4AlSi are placed at the inferior limit of
the classic bronzes with beryllium. The values of the mechanic-elastic characteristics
of the replacing alloys can be increased by mechanical hardening without
influencing the value of the electric conductivity. The determination of the elasticity
modulus E depending on temperature of the special ecological quaternary alloys has
been performed using the non-conventional method of mechanic oscillations
resonance. The present work studies the elasticity modulus E and the electric
conductivity of the ecological quaternary alloys.
CUVINTE CHEIE: elasticitatea şi rezistivitatea aliajelor ecologice cuaternare
KEYWORDS: elasticity and resistivity of the ecological quaternary alloys
1. INTRODUCERE
Măsurarea şi determinarea caracteristicilor
fizico-mecanice ale aliajelor speciale ecologice
cuaternare: modul de elasticitate şi rezistivitate
(conductivitate) electrică, s-au realizat pe probe şi
epruvete aflate în stare călită, respectiv îmbătrânită, în
conformitate cu standardizarea în vigoare. Modulul de
elasticitate, s-a determinat în urma efectuării
încercărilor conform ASTM E111-82 Modulul de
elasticitate (Young) al aliajelor speciale ecologice
cuaternare s-a calculat pe baza prelucrării diagramelor
tensiune-deformaţie (σ-ε).În domeniul elastic,
standardul defineşte următoarele categorii de module
de elasticitate (figura 1):
1. pentru domeniul de elasticitate reprezentat
de o dreaptă, se defineşte modulul de elasticitate
Young, calculat pe baza legii de proporţionalitate
dintre tensiune şi alungire (legea lui Hooke):
E = tg α =σ/ε, în N/m2
(1)
unde, σ este tensiunea (efortul specific), în N/m2,
ε - alungirea (lungirea specifică), în mm/mm, iar α panta curbei pe porţiunea liniară.
2. pentru domeniul de elasticitate reprezentat
de o curbă, se definesc, modulul tangent, Eσ şi
modulul de coardă, Ec, ambele egale cu tg α; media
aritmetică a modulelor de coardă determină modulul
de elasticitate mediu al materialului - Emed, (N/m2).
Determinarea conductivităţii electrice a aliajelor
speciale ecologice cuaternare – ca mărime cea mai des
folosită în practică pentru a caracteriza din punct de
vedere electric un material destinat sudării electrice
prin presiune – s-a făcut după calcularea rezistivităţii
electrice, în baza relaţiei de inversă proporţionalitate,
σ.ρ = 1.
Valorile rezistenţei eşantioanelor utilizate
pentru determinarea rezistivităţii aliajelor speciale
ecologice sunt foarte mici.
45
Indiferent de aliaj sau de starea de tratament a
acestuia, aceste valori se încadrează între limitele
0,05-0,25 Ω.
intrarea X se aplică un semnal de curent continuu dat
de convertorul frecvenţă – tensiune (Cft), peste care
se suprapun markerii de frecvenţă daţi de generatorul
de markeri (Gm). Alimentarea cuptorului se face de la
reţeaua de 220 V, 50 Hz prin intermediul unui
regulator de temperatură (Rt) care primeşte semnalul
de comandă de la termocuplul (Tc).
Temperatura poate fi reglată în domeniul 20 –
800 ºC cu o precizie de 0,5 ºC. Ea poate fi citită pe
indicatorul de temperatură (I ºC).
Figura 1. Definirea modulelor de elasticitate în
domeniul elastic
2. ANALIZA MODULULUI DE
ELASTICITATE
În afară de metoda standardizată enunţată mai
sus, pentru determinarea modulului de elasticitate E sa folosit şi o metodă neconvenţională, precisă şi mai
puţin costisitoare. Metoda se bazează pe principiul
rezonanţei oscilaţiilor mecanice şi prezintă avantajul
că poate fi utilizată şi pentru determinări la o gamă
largă de temperaturi. Principiul de lucru al metodei se
rezumă la determinarea frecvenţei de rezonanţă a
oscilaţiilor mecanice longitudinale induse într-o
epruvetă de anumite dimensiuni, şi calcularea
modulului lui Young din relaţia de dependenţă a
acestuia cu frecvenţa de rezonanţă, dimensiunile şi
masa epruvetei. Pentru ca temperatura de lucru să nu
afecteze dimensiunile şi masa epruvetei, încălzirea se
realizează în atmosferă protectoare (argon).
O instalaţie de determinare a modulului lui
Young, bazată pe principiul rezonanţei, este
prezentată schematic în figura 2, cu scopul de a studia
variaţia acestuia în funcţie de temperatură, la aliajele
speciale ecologice cuaternare recent obţinute şi
insufucient studiate. Deşi aparatura folosită este destul
de complexă, metoda este destul de simplă şi permite
obţinerea unor valori pentru modulul de elasticitate cu
o precizie suficient de ridicată.
Instalaţia funcţionează în felul următor: proba
de studiat (P) este introdusă în cuptorul cu încălzire
electrică (C) suspendată de două fire (F) din cromnichel cu diametrul de 0,1 mm. Aceste fire sunt
conectate la excitatorul (Ex) respectiv la traductorul
acustic (Ta). Excitatorul îl constituie membrana unui
difuzor, iar traductorul este o cască fonică Tesla cu o
membrană vibrantă de 0,1 mm grosime. Excitatorul se
alimentează de la un generator de frecvenţă variabilă
în domeniul 100 – 10.000 Hz (Gf) prin intermediul
amplificatorului de putere (A1). Semnalul recepţionat
de traductorul acustic este detectat şi amplificat de
amplificatorul selectiv (A2) şi vizualizat pe
osciloscopul (Osc).
În acelaşi timp, acest semnal se aplică pa
intrarea Y a unui inscriptor (XY), în timp ce la
Figura 2. Schema instalaţiei pentru
determinarea modulului de elasticitate (Young)
Forma probei de studiat poate fi cilindrică sau
prismatică. Poziţionarea firelor de suspendare trebuie
să se facă în vecinătatea nodurilor de vibraţie care se
găsesc la o distanţă egală cu 0,224·L faţă de capetele
probei. Formulele de calcul pentru modulul lui Young
în cazul utilizării celor două tipuri de probe, sunt
următoarele:
pentru probe cilindrice,
L
E = 0,1607 ⋅  
d

4
m
⋅ ⋅f 2
L
(2)
pentru probe prismatice,
3
L m
E = 0,0947 ⋅   ⋅   ⋅ f 2 (3)
a  b
în care: E este modulul de elasticitate (Young), în
N/m2, L – lungimea probei, în cm, d – diametru probei
cilindrice (cm), a – latura secţiunii prismei paralelă cu
firul de suspensie (cm), b –latura secţiunii prismei
perpendiculară pe firul de suspensie (cm), m – masa
probei (g), f – frecvenţa de rezonanţă a oscilaţiilor
longitudinale din probă (Hz).
La o frecvenţă egală cu frecvenţa proprie de
oscilaţie a probei, pe osciloscop se vizualizează
imaginea de rezonanţă iar inscriptorul va trasa curba
conform figurii 2.
Determinarea modulului de elasticitate pentru
aliajele de înlocuire, prin metoda rezonanţei, la
temperatura ambiantă, s-a făcut pe probe cilindrice cu
dimensiunile de 180x1,6 cm.
46
Rezultatele interpretării diagramelor sunt
prezentate în tabelul 1, comparativ cu valorile
caracteristicilor elastice ale bronzurilor clasice cu
beriliu.
Tabelul 1. Caracteristici mecano-elastice după
tratamentul de îmbătrânire
Rx=R·Re/Ra , în Ω
valabilă la echilibrul punţii, şi
Aliajul
Caracteris
tica
CuNi3SiMn CuCo2Be∗) CuNi4AlSi CuBe2CoNi∗)
E,
GPa
109-112
-
118-120
Conductoarele de conexiune cu puntea, confecţionate
din sârme de Monel cu φ = 1 mm, sau fixat de cleme
prin brazare.
Determinarea rezistenţei Tabelul
Rx, a rezistivităţii
ρx
1
şi a conductivităţii electrice σx ale aliajelor, s-a făcut
în baza relaţiilor:
120-123
∗)
date pentru aliajele echivalente: Berylco 10 şi
Berylco 25 (DIN 17666 W)
Valorile obţinute prin metoda neconvenţională
sunt următoarele: 107 GPa pentru CuNi3SiMn şi 116
GPa pentru CuNi4AlSi cu aproximativ 3% mai mici
decât valorile medii obţinute prin metoda standard.
3. STUDIUL CONDUCTIVITĂŢII
ELECTRICE
În mod practic, măsurarea rezistivităţii,
respectiv determinarea conductivităţii electrice a
reperelor tip sârme din aliajele speciale ecologice
cuaternare, s-a făcut în conformitate cu standardizarea
în domeniu, pe probe cu diametrul de 1,0 mm şi
lungime 1 m cu ajutorul unei punţi duble Thomson de
curent continuu, tip Rthir 8.05, cu domeniul de
măsurare 10-4 ÷ 102 Ω, şi clasa de precizie 0,05,
conform schemei de principiu din figura 3.
ρx = R x ⋅
σx =
(4)
π ⋅ d2
, în Ω⋅m,
4L
1
, în S/m
ρx
(5, 6)
unde : R, Re , Ra sunt rezistenţele din braţele punţii, în
Ω, iar d şi L sunt dimensiunile fizice ale probei
utilizate, în m.
Valorile determinate pentru rezistivitatea
electrică (ρx) respectiv valorile calculate pentru
conductivitatea electrică (σx), ale celor două aliaje
speciale ecologice obţinute în urma efectuării
tratamentelor termice de călire de punere în soluţie şi
îmbătrânire sunt prezentate în tabelul 2. Comparativ,
în tabel sunt trecute şi valorile mărimilor electrice
pentru bronzurile clasice cu beriliu. Valorile
prezentate în tabel arată că, şi din punctul de vedere
al caracteristicilor electrice, aliajele studiate pot fi
echivalente cu bronzurile CuCo2Be respectiv
CuBe2CoNi.
Referitor la unitatea de măsură a conductivităţii
electrice, trebuie menţionat că în unele lucrări de
specialitate, pentru aliajele bogate în cupru, aceasta se
exprimă în mod curent în procente din conductivitatea
electrică a cuprului standard, care este 100 % IACS
(International Annealed Copper Standard). Pentru
conversie se foloseşte egalitatea: 100 % IACS =
58,001276 MS/m (0,017241 µΩ⋅m).
Analizând valorile mărimilor prezentate în
tabelul 2 pentru aliajele speciale CuNi3SiMn şi
CuNi4AlSi studiate, şi comparându-le cu cele ale
bronzurilor CuCo2Be şi CuBe2CoNi, se observă că,
pentru starea de îmbătrânire, caracteristicile fizicomecanice sunt aproape egale. Se poate afirma că
aliajele speciale ecologice pot constitui înlocuitori ai
bronzurilor cu beriliu menţionate, cel puţin din punct
de vedere al caracteristicii de conductivitate electrică.
Figura 3. Schema electrică a instalaţiei pentru
măsurarea rezistenţei electrice cu puntea dublă
Thomson – metoda celor patru puncte
Cele patru contacte de legătură ale sârmei de
măsurat s-au asigurat prin prindere mecanică cu
ajutorul unor cleme confecţionate dintr-un material
rezistent la oxidare (Monel) având în vedere faptul că
vor lucra şi la temperaturi mult mai mari de 20 ºC.
47
Tabelul 2
Tabelul 2 Caracteristici electrice pentru aliajele
speciale ecologice
Aliaju Rezistivitatea, la 20 Conductivitatea,
l
MS/m (% IACS)
°C, µΩ⋅m
călit
îmbătrâ călit
îmbătrân
nit
it
CuNi3 0,1031- 0,0493- 9,7020,3SiMn
11,02
0,0907
0,0446
22,4
(16,72(35,0CuCo 0,04347 19,0)
38,62)
2Be
8 ∗)
23,0∗∗)
(39,65)
12,08CuNi4 0,1938- 0,0828- 5,160,0810
0,1815
12,35
AlSi
5,51
(8,9-9,5) (20,820,08333 21,29)
CuBe 2CoNi
3 ∗)
12,0∗∗)
(20,69)
∗)
valori conform STAS 10624-76; ∗∗) valori
conform STAS 10624-88
6. CONCLUZII

valorile modulului de elasticitate E obţinute
pentru aliajele ecologice CuNi3SiMn şi
CuNi4AlSi sunt cu aproximativ 3% mai mici
decât valorile medii obţinute prin metoda
standardizată.
valorile caracteristicilor mecano-elastice ale
aliajelor speciale ecologice pot fi crescute prin
durificare mecanică ulterioară fără a influenţa
valoarea conductivităţii electrice.
se observă că, pentru starea de îmbătrânire,
caracteristicile fizico-mecanice ale aliajelor
speciale ecologice şi bronzurile cu beriliu clasice
sunt aproape egale, bronzurile cu beriliu păstrând
un mic avantaj nesimnificativ.
aliajele speciale ecologice pot fi echivalente cu
bronzurile CuCo2Be respectiv CuBe2CoNi. cel
puţin din punct de vedere al caracteristicii de
conductivitate electrică.
BIBLIOGRAFIE
1.Corăbieru A., Corăbieru P., Velicu S., Vasilescu D., STUDY AND DETERMINATION OF THE
ELECTRIC RESISTIVITY, OF THE COEFFICIENT
OF VARIATION OF THE ELECTRIC RESISTIVITY
AND OF THE ELASTIC MODULUS FOR THE
BIMETALLIC BUSHINGS FOR AUTOMOBILES, Al VIlea Congres Internaţional de Ştiinţa şi Ingineria
Materialelor, Mai 2007, Buletinul Institutului Politehnic din
Iaşi, Tomul LIII (LVII), fasc.2, Secţia Ştiinţa şi Ingineria
materialelor, pag. 215, ISSN 1453-1690.
2.Corăbieru A., Corăbieru P., Predescu C., Vasilescu D.,
- STUDY OF THE PROCESSING BY HEAT
TREATMENTS OF BIMETALLIC BUSHINGS FOR
AUTOMOBILES, OF HYPOEUTECTOIDE CARBON
STEEL-BRONZE , Al VI-lea Congres Internaţional de
Ştiinţa şi Ingineria Materialelor, Mai 2007, Buletinul
Institutului Politehnic din Iaşi, Tomul LIII (LVII), fasc.2,
Secţia Ştiinţa şi Ingineria materialelor, pag. 221, ISSN
1453-1690.
3.Corăbieru P., Corăbieru A., Sohaciu M., Vasilescu D. INDUSTRIAL APPLICATIONS OF THE BIMETALLIC
BUSHINGS ECONOMIC ASPECTS, Al VI-lea Congres
Internaţional de Ştiinţa şi Ingineria Materialelor, Mai 2007,
Buletinul Institutului Politehnic din Iaşi, Tomul LIII (LVII),
fasc.2, Secţia Ştiinţa şi Ingineria materialelor, pag.225,
ISSN 1453-1690.
4.Vasilescu D., Baciu C., Lozovan M., Corăbieru A.,
Corăbieru P., - STUDY OF THE THERMO-PHYSICAL
PARAMETERS AND THEIR CORRELATION IN THE
RAPID
TREATING
WITH
BORON-CARBONVANADIUM,
ELECTRO-CHEMICALLY
CONTROLLED,
OF
THE
COLD
PLASTIC
DEFORMATION TOOLS - Al VI-lea Congres
Internaţional de Ştiinţa şi Ingineria Materialelor, Mai 2007,
Buletinul Institutului Politehnic din Iaşi, Tomul LIII (LVII),
fasc.2, Secţia Ştiinţa şi Ingineria materialelor, pag.231,
ISSN 1453-1690.
5. Dan Dragos Vasilescu, Constantin Baciu, Costica
Bejinariu, Liviu Adomnicai, Petrica Corabieru,
Anisoara Corabieru, Laura Solonariu - STUDY OF THE
SUPERFICIAL LAYERS FRAGILITY AND OF THE
WEAR RESISTANCE OF THE STEEL COMPLEXLY
ALLOYED BY RAPID BORON-CARBON-VANADIUM
TREATMENT
ELECTROCHEMICALLY
CONTROLLED
BOVACONTROL
Conference
Excellence Research - a Way to E.R.A.- Braşov 2007, Ed.
Tehnica,Bucuresti, ISSN 1843-5904.
6. Topologeanu M., Marian A., Mitulescu C., Velicu S.,
Pocris C., Ragalie S., Popescu D., Corabieru A.,
Corabieru P. – New approaches regarding the creation of
virtual enterprises in the national network – Annals of the
Oradea University, Fascicle of Management and
Technological Engineering, volume VI (XVI), pag. 16291636, 2007, ISSN 1583-0691.
48
ETUDE D’OPTIMISATION ET DE ROBUSTESSE POUR LE
PROCESSUS DE SEPARATION ELECTROSTATIQUE
Alexandra Dogaru* , Lucian Dascalescu** , Alexandru Radulescu*, Sorin Cananau*
Université “POLITEHNICA” Bucarest, ROUMANIE, e-mail: anda_dogaru@yahoo.com
**
Université de Poitiers – IUT Angoulême, FRANCE, e-mail: ldascalescu@iutang.univ-poitiers.fr
*
REZUMAT
Echipamentele electrice şi electronice (EEE) precum şi deşeurile acestor tipuri de
echipamente (DEEE) sunt reglementate pe plan european prin directivele 2002/96/EC şi
2002/95/EC, al căror scop principal este reducerea cantităţii de deşeuri eliminate.
Lucrarea de faţă îşi propune să prezinte o tehnologie modernă, utilizată în industria
reciclării deşeurilor echipamentelor electrice şi electronice, în conformitate cu
particularităţile lor specifice. Scopul final al lucrării este realizarea unui studiu de
robusteţe al procedeului de separare electrostatică, în vederea optimizării parametrilor
tehnologici.
RESUME
Les équipements électriques et électroniques (EEE) et les déchets d’équipements électriques
et électroniques (DEEE) sont réglementés sur le plan européen par les directives
2002/96/EC et 2002/95/EC, avec le but principal de réduire la quantité de déchets à
éliminer. Ce travail propose de présenter une technologie moderne utilisée dans l’industrie
du recyclage des DEEE, en conformité avec leurs particularitées spécifiques. Le but final de
l’article est de réaliser une étude de robustesse du processus de séparation électrostatique,
pour l’optimisation des paramètres technologiques.
MOTS-CLÉ: Séparation, recyclage, déchets, electrostatique, récuperation.
1.
INTRODUCTION
Annuel, entre 20 et 50 millions des tonnes de déchets
d’équipements électriques et électroniques sont
produits dans tout le monde. Les déchets
électroniques sont ceux auxquels volume se dévloppe
le plus rapid. Parfois ceux-ci sont hors d’usage ou
sont brûlé sans aucun traitement préalable, par
conséquent se produit une pollution de l’air et du sol.
La quantité des déchets est dans une évolution
ininterrompue, du 3 jusqu'à 5 % par anne.
Les déchets provenents du consommateurs
domestiques sont estimés a 14 Kg/ tête d’habitant
annuel. Ceux-ci représente 50% de la quantité totale
des déchets électiques et électroniques.
Chaque jour, 350000 des ordinateurs sont vendues
dans tout le monde. Seulement en 2004 la vente du
téléphones portables a connue une augumentation
avec 30%, plus de 674 millions des unites. A la fin
du 2005 130 millions de ces téléphones arrive au fin
de vie, en produisant 65 mille de tonnes des déchets.
Le grand nombre d’équipements électriques et
électroniques et la grande variété des déchets gêneres
complique la gestion et la prelucration.
2.
LES DECHETS ELECTRIQUES ET
ELECTRONIQUES
Les équipements électriques et électroniques (EEE) et
les déchets d’équipements électriques et électroniques
(DEEE) sont réglementés sur le plan européen par
deux directives, 2002/96/EC et 2002/95/EC, dont
l’objectif : d’une part, de delimiter l’utilisation des
substances dangereuses dans les EEE et, d’autre part,
de favoriser leurs réutilisation, le recyclage et les
autres formes de valorisation des DEEE afin de
réduire la quantité de déchets à éliminer.
Les équipements électriques et électroniques destinés
aux ménages sont souvent séparés en trois principales
catégories :
• Les
produits
blancs
ou
appareils
électroménagers, qui recouvrent les appareils de
lavage, de cuisson, de conservation, etc. 77%
49
•
Les produits bruns, qui recouvrent les appareils
audiovisuels (télevision, magnétoscope, Hi-Fi) 14%
• Les produits gris (IT), qui recouvrent les
équipements informatiques et bureautiques :
micro-ordinateurs, téléphonie, fax, etc. – 9%
Dans la figure 1 on a fait une classification des
matériaux dans la composition des déchets électriques
et électroniques.
Fig 1. Materiaux dans les déchets électriques et
électroniques
Les types des matériaux plastiques présents dans les
déchets électriques et électroniques peuvent être
analyser dans la figure 2.
Concernant le flux de récupération des DEEE, le
consommateur apporte son appareil à un récupérateur
(Figure 3). Ici, l’appareil est jugé réutilisable ou non .
Deux chemains s’offrent a lui : la voie de la
réutilisation ou celle du recyclage. Si l’appareil peut
être réutilisé, il est réparé si nécessaire, remis à
niveau et revendu comme équipement usagé. Si
l’appareil est trop vieux on jugé irréparable, il est
démonte, ses composantes sont triées par matière et le
tout est recueilli par un recycleteur.
Fig.3. Flux de récupération des DEEE
Le recycleteur destine à la réutilisation une partie de
ce qu’il collecte en revendant les pièces, notamment
les puces des circuits imprimés. Les métaux sont triés
et revendus à différents raffineries selon qu’elles
refondent du cuivre, de l’aluminium ou des métaux
précieux. La diversité des types de matériaux devient
un véritable casse-tête en ce qui concerne le plastique
puisque trop de différents sous-groups, appelés
résines, sont incorporés à la fabrication des
ordinateures. Plus de cinq résines, possédant chacune
un profil moléculaire distinct, ne pouvant donc pas
être traitées conjointement.
3. PRINCIPE DE LA METHODE DE
SEPARATION ELECTROSTATIQUE
Fig. 2. Matériaux plastiques dans les déchets
électriques et électroniques
La séparation électrostatique des matériaux isolants et
des matériaux conducteurs constituants d’un mélange
granulaire, est une méthode de plus en plus utilisée
dans l’industrie du recyclage des déchets de variété
provenance. Suivant on va étudié :
• L’optimisation d’un procédé de séparation
électrostatique en utilisant un séparateur avec
électrode plaque, pour la séparation d’un mélange de
20% sel et 80% sable ;
• La robustesse de ce procédé;
• D’améliorer le modèle.
50
Le séparateur électrostatique (Figure 4) avec
électrode à plaque est un séparateur qui permet de
séparer un mélange granulaire isolant-conducteur.
Dans ce type de séparateur, le champ électrique est
créé entre deux électrodes : l’électrode plaque (1) et
l’électrode statique (2) reliée à un générateur de haute
tension de polarité négative. Le mélange granulaire
est déposé sur l’électrode plaque par le vibrotransporteur (3) et est introduit dans la zone du champ
électrique.
En contact avec l’électrode plaque, les particules
conductrices (sel) viennent de se chargées avec une
charge positive, sont attirées par l’électrode statique
et déposée dans le collecteur (4), au partie droite. Les
particules isolantes glissent sur la plaque, et elles se
projettent sur la partie gauche du collecteur (soumises
à leurs propres poids).
Pour trouver le point de fonctionnement, on utilise la
méthode des surfaces de réponses appliquées à un
plan composite à faces centrées. Les coefficients de
ce plan composite sont présentées dans le tableau 2.
Une analyse de l’importance des coefficients ne peut
dire que la distance entre les deux électrodes et le
niveau de la haute tension est la plus importante dans
les processus de séparation.
Fig. 4. Séparateur électrostatique avec électrode
plaque
En utilisant logiciel Modde5.0 on a trouve, après
5005 itérations, que le point optimum de
fonctionnement se trouve pour : Uopt=30kV, α1opt=50o,
α2opt=40o, Dopt=200 mm. (Figure 5).
4. OPTIMISATION DU PROCÉDÉ
Tab. 2. Les coefficients du plan composite
Coefficient
Constant
ten
A1
A2
Dis
ten*ten
A1*A1
A2*A2
Dis*Dis
ten*A1
ten*A2
ten*Dis
A1*A2
A1*Dis
A2*Dis
sable
83,95
-0,42
0,36
0,51
1,69
-2,13
-0,19
0,44
-2,75
-0,18
-0,13
-0,41
-0,07
0,50
0,14
mixe
13,85
-0,56
0,49
-0,68
4,18
-0,58
-0,95
-1,34
-0,58
0,25
-0.02
-0,54
-0,30
-0,19
-0.90
sel
2,19
0.89
-0,86
0,17
-5,87
2,71
1,14
0,90
3,32
-0,06
0,16
0,95
0,38
-0,31
0,76
L’optimisation d’un procédé expérimental devrait
permettre l’identification du point de fonctionnement,
c’est à dire les valeurs de contrôle pour lesquels la
réponse du processus est maximum, minimum ou
proche d’une cible. Pour les procédés électrostatiques
de séparation, la minimisation de la fraction du
produit mixte est le critère choisi de l’optimisation.
Les facteurs choisis faire les plans d’expériences
sont (Tab. 1) :
- Le niveau de la haute tension U[kV] ;
- La distance entre les électrodes rapportée au
centre du séparateur D[mm] ;
- L’angle que fait l’électrode statique par rapport à
l’axe de l’électrode plaque α2 ;
- L’inclinaison d’électrode statique α1.
Tab. 1. Les niveaux des facteurs
Niveau
+1
0
-1
U[kV]
30
28
26
α1[o]
80
65
50
α2[o]
50
45
40
D[mm]
220
210
200
Fig 5. Le point optimum de fonctionnement
51
5. ETUDE DE LA ROBUSTESSE
La robustesse est une notion très importante dans
beaucoup de domaines. On peut la définir de la
manière suivante : si les variations significatives du
niveau d’un facteur n’entraînent que de faibles
variations de la réponse, celle-ci est dire robuste pour
ce facteur. Une réponse est donc robuste vis-à-vis
d’un facteur, si elle conserve à peu près la même
valeur malgré les changements de niveau de ce
facteur.
Dans un processus les facteurs qui interviennent
appartenant à deux catégories :
• Facteurs contrôlables : facteurs qui sont
modifiables, avec précision par l’operator ;
• Facteurs non-contrôlables : sont nommés facteurs
de bruit tel que la température, humidité, etc.
Les testes de robustesse sont utilisés pour :
•
Trouver l’intervalle de variation des facteurs
contrôlables en utilisant un test fait autour du
point optimum de fonctionnement ;
•
Trouver l’intervalle de variation des facteurs
contrôlables pour diminuer l’influence des
facteurs de bruit. Pour ça, on utilise le test de
Taguchi et un test fait en utilisant la méthode des
surfaces de réponse.
Pour effectuer le test autour du point optimum de
fonctionnement, on utilise un plan factoriel
fractionnaire. Pour une variation de facteurs
contrôlables (tableau 3), les résultats sont montrés
dans le tableau 4.
Coefficient
Ct.
U
A1
A2
D
sable
80,70
0,51
0,68
0,80
0,16
mixe
12,96
0,26
0,48
1,30
1,67
Sel
6,34
-0,77
-1,16
-2,09
-1,83
La robustesse fait avec la méthode proposée par
Taguchi a montrer que pour diminuer l’influence des
facteurs de bruit, les facteurs contrôlables doivent se
situer autour des valeurs suivantes : U=29 [KV] et
D=205 [mm]. A ces niveaux des paramètres
contrôlables, la moyenne du produit mixte à la plus
petite valeur minimale et la dispersion est (tableau 6).
Taguchi a démontré que pour minimiser la cible, la
fonction y =−10log(ϕ 2 +σ 2) doit être maximiser.
+1
0
-1
U
29.3
30
30.3
Tab. 7. Les valeurs du coefficients
α1
47
50
53
α2
37
40
43
D
197
200
203
Tab. 4. Résultats
Tens
29,5
30,5
29,5
30,5
29,5
30,5
29,5
30,5
30
30
30
Tab. 5. Modèle du test
Cette fonction fait la liaison entre la moyenne et la
variance.
En utilisant la méthode des surfaces des réponses, on
peut déterminer les relations entre les deux catégories
des facteurs (contrôlable et bruit). Pour une meilleure
qualité de la plage de variation des facteurs
contrôlables, on opte pour le plan composite.
D’aprés les résultats du tableau 7, on remarque
qu’aucun coefficient n’est très important pour le
procédés de séparation, donc le system est robuste.
Tab. 3. La variation des facteurs controlables
Nr crt
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
On traitant les résultats obtenus (tableau 4), par le
logiciel modde5.0 et on obtient le modèle de ce test
(tableau 5). L’analyse des coefficients de ce modèle à
montrer qu’aucun facteur n’a d’importante influence,
cela signifie que le processus est robuste.
A1
47
47
53
53
47
47
53
53
50
50
50
A2
37
37
37
37
43
43
43
43
40
40
40
Dist
197
203
203
197
203
197
197
203
200
200
200
sable
78,32
80,64
79,63
79,31
78,84
80,56
82,25
82,62
82,25
82,60
82,12
mixe
6,84
13,53
14,57
11,36
15,83
13,38
13,23
14,25
13,40
13,23
14,05
sel
14,84
5,82
5,81
9,33
5,34
6,06
4,52
3,14
4,35
4,18
3,83
coefficient
Constant
ten
dis
com
deb
ten*ten
dis*dis
com*com
deb*deb
ten*dis
ten*com
ten*deb
dis*com
dis*deb
com*deb
sable
78,84
-0,83
1,57
-3,50
-0,27
0,79
-2,95
2,16
-0,11
-0,08
0,07
0,31
-0,31
0,70
-0,30
mixe
15,92
-0,01
0,61
2,72
0,59
0,50
-1,80
-0,24
1,86
0,56
0,04
-0,16
0,23
-0,81
-0,01
sel
5,24
0,84
-2,18
0,78
-0,31
-1,29
4,75
-1,93
-1,74
-0,48
-0,11
-0,15
0,09
0,11
0,31
52
Dans tout nos essais, on a pu observer que les
résultats de séparation deviendront de plus en plus
mouvais, par rapport au nombre de réutilisation du
même produit chaque test effectué. Cette dégradation
a été constatée spécialement pour les granules du sel.
Dans ces conditions on a essayer de corriger cette
dégradation du sel.
Pour voir quelle sont les facteurs qui causent la
dégradation du sel, on a fait deux tests : le premier
avec les mêmes conditions et le deuxième, on a fait
varier les conditions. Les dernières trois expériences
sont similaires pour les deux tests. Si on fait une
comparaison entre les résultats obtenus (tableau 8),
on peut dire que la dégradation est à peu près la
même, on conclu que le principal facteur de la
dégradation est la répéti.
Tab. 6.Résultats apres la méthode de Taguchi
distance
temps
210
200
210
200
205
28
28
30
30
29
Nc
78,00
75,23
77,26
74,73
79,45
Psi
Mix
15,61
16,44
15,35
17,77
14,84
Co
6,40
8,33
6,64
7,50
5,72
Nc
20,94
23,56
13,54
10,09
4,30
Tab. 8. La comparaison des resultats
nombre
cond.dif
Le même cond.
9
2,15
2,33
10
2,06
2,23
11
1,88
2,15
Chaque fois on utilise le produit, ce dernier se
dégrade pour importe quelles
conditions de
fonctionnement. Pour trouver le niveau de la
dégradation qui a eu lieu a chaque fois, on suppose
que la première masse du sel résulté de la séparation
est la meilleure. On cherche une courbe
d’approximation (Figure 6) pour les résultats
obtenus dans le test avec les même conditions.
Vari
Mix
4,52
3,54
2,52
1,52
1,29
Y
Co
10,13
10,82
3,82
5,78
1,67
Nc
-37,86
-37,55
-37,77
-37,48
-38,01
Mix
-23,95
-24,37
-23,77
-25,02
-23,45
Co
-17,08
-19,04
-16,81
-17,93
-15,36
Le modèle mesuré est décrit par l’équation suivante :
y=6.68-0.567U-0.915D-1.637Comp+0.03Déb
Le modèle corrigé est décrit par l’équation :
y=9.93-0.241U-0.541D-0.628Comp-2.089Déb
Fig.7. L’amélioration du modèle
Fig.6. La courbe d’approximation
Si on fait le rapport entre la première valeur mesure et
ceux obtenus avec la courbe d’approximation, on
obtient les coefficients de dégradation pour chaque
fois. Avec ces coefficients on multiplie les résultats
du test, fait avec conditions différentes, et on obtient
le modelé corrigé (Figure 7).
53
6. CONCLUSIONS
•
•
•
Les méthodes numériques et d’analyse utilisées
pour étudier les processus de séparation
électrostatiques sont très utiles et sont faciles
d’appliques dans beaucoup de domaines.
Le processus de séparation est très sensible au
petit changement, pour ça on doit être attentif au
niveau de facteurs et au condition d’ambiant.
La séparation électrostatique est un processus
multifactoriel fonctionnant avec de nombreux
paramètres qui sont réglables et inter-dépendants.
BIBLIOGRAPHIE
1.Douglas Montgomery, 2005, Design and analysis of experiments,
John Wiley&Souns, Inc
2. Jacques Goupy, 2005, Pratiques les plans d’experiences, Dunod,
Paris
3.Jacques Goupy, 1999, Plans d’experiences pour surfaces de
réponse, Dunod, Paris
4. Karim Medles &Co, 2004, Set point identification and
robustness testing of electrostatic separation processes
5. Lucian Dascalescu & Co, Effect of ambient humidity on the
outcome electrostatic separation processes
6. Ministerul agriculturii, padurilor, apelor si mediului, Strategia
nationala de gestiune a deseurilor
Quick Info
The grey-coloured nanocomposite material was
developed for rigorous, high-pressure wind-tunnel
testing, under-the-hood automotive applications and
other applications requiring high thermal resistance
and insulating electrical components, as well as for
building accurate and stable jigs and fixtures.
Accura Greystone material resists high temperatures
and is intended for tooling and other demanding
applications.
3D Systems says that stereolithography users,
especially racecar and aerospace development teams,
will find easy-to-use, easy-to-clean Accura Greystone
to be a best-in-class material for their development,
testing and preproduction applications.
Abe Reichental, 3D Systems' president and chief
executive officer, comments: "Accura Greystone
material is our latest breakthrough in material
science and technology as we continue to emphasise
the importance of engineered materials and
composites to our business. We believe that it takes
breakthrough materials like Accura Greystone to
push and expand the end-use applications' envelope
and broaden the adoption of additive manufacturing
technology into the mainstream of automotive and
aerospace design, development and manufacturing.
As a leader and innovator in this exciting space, we
are intensifying our commitment to material science
research and expect to introduce additional high
functionality breakthrough materials in the near
future."
(http://www.3dsystems.com)
SLA material uses nanocomposite technology
3D Systems Corporation is introducing Accura
Greystone material, a new engineered nanocomposite
material for use in its stereolithography (SLA)
systems.
Designed for motorsport and aerospace applications,
Accura Greystone material delivers exceptional
accuracy, stiffness, thermal performance and longterm stability.
54
SPLIT SPHERICAL ROLLER BEARINGS –
AN ECOLOGICAL SOLUTION FOR REDUCING THE COSTS
*
Luminita Madalina Draganus *, Alexandru Radulescu*, Mircea Despa**
University “POLITEHNICA” Bucharest, ROMANIA, e-mail: dluminitza@yahoo.com
**
CN Industrial Group Bucharest, ROMANIA, e-mail: mircea@inacn.ro
REZUMAT
Rulmentii cu inele sectionate sunt recomandati deoarece faciliteaza asamblarea si
simplfica operatiile de montare-demontare. Cu ajutorul acestui tip de rulmenţi
timpul de staţionare al maşinilor şi instalaţiilor se reduce, acest lucru implicand la
randul sau scaderea costului de producţie. Desi varianta cu inele secţionate este
mai scumpă din punct de vedere al costurilor directe, raportata la costurile totalece includ activităţile curente de întreţinere precum şi pe cele determinate de
reparaţii şi schimbul de rulmenţi,-devine net mai avantajoasă decât varianta cu
rulmenti clasici.
ABSTRACT
With new constructions split spherical roller bearings help in many cases to save
considerable cost since they simplify the assembly and facilitate mounting.With this
type of bearings, the downtimes of machines and plants is reduced and thus the
production cost as well. Although the split bearing variant is more expensive than
unsplit bearing variant, refering to total costs witch contain current
activities with maintenance and roller replacement, is distinctly
advantageous then unsplit bearing variant.
CUVINTE CHEIE: Rulmenţi, tehnologie, cost de producţie, ecologie.
KEYWORDS: Roller bearings, technology, cost, ecology.
1.
INTRODUCTION
Replacing or removing damaged or worn parts on
heavy machinery and equipment that requires regular
servicing or maintenance, can be a real headache for
manufacturing companies, particularly those in the
mining, quarrying and mineral processing sector,
where the value of capital equipment and production
machinery is normally high, [1], [2].
Repair and overhaul of components soaks up valuable
time and resources, often resulting in costly
production downtime, while the equipment or
machinery is offline being repaired. The harsh
operating environment may also result in more
regular maintenance and overhaul being required on
machinery.
Dismantling and assembly procedures can be
complicated and often involve drives being
disconnected, belts, pulleys, gears, bearings,
couplings and shafts being disassembled or removed.
Equipment such as bucket wheel excavators, winch
drums, screw conveyors, mixers and stirrers, mills,
crushers, rotary kilns, fans and blowers, drive and line
shafts - all require regular maintenance, repair and
overhaul.
Where solid rather than split spherical roller bearings
are used, companies should choose to fit the split type
instead. Mounting of split bearings normally leads to
a reduction of machinery downtime and maintenance
costs. In many cases, split bearings can also reduce
the cost of new designs, because the bearings simplify
the assembly process and mounting procedure.
Split spherical roller bearings are particularly useful
when several solid spherical roller bearings are being
used to support a complex drive shaft, or where the
bearing needs replacing but is located in a tight space
on a machine, so access is restricted.
With split spherical roller bearings, the inner ring,
outer ring and cage assembly are split. A cylindrical
bore provides direct mounting onto the shaft. These
bearings typically offer high thrust load capability
and dynamically compensate for any misalignment.
55
2. TECHNICAL ASPECTS OF THE
SPLIT SPHERICAL ROLLER BEARINGS
The dimensions of FAG split spherical roller bearings
were adapted so that they can be used instead of unsplit
spherical roller bearings and their adapter sleeves.
Outside diameter, outer ring width and shaft seat
diameter are identical.
FAG split spherical roller bearings can be mounted into
FAG split plummer block housings without requiring
any further machining of the housings. The same
applies to housings from other manufacturers provided
that the internal dimensions are identical.
FAG split spherical roller bearings have a cylindrical
bore. Inner ring, outer ring and roller/cage assembly are
split into halves. The split bearing rings are bolted
together.
The main advantages of the split spherical roller
bearings are, [5]:
• Easy bearing replacement as split spherical roller
bearings (top) require the same mounting space as
unsplit bearings with adapter sleeves (bottom)
(Figure 1);
• Easy to inspect, fast and easy mounting-the FAG
split spherical roller bearing directly before mounting
into an SNV housing (Figure 2);
• The internal design of split spherical roller
bearings is identical to the proven high capacity
FAG E1 design spherical roller bearing (Figure 3).
Fig. 1. Replacement of the split spherical roller bearings
Fig.3. Internal design of the bearings
Split spherical roller bearings have the
normal
tolerances of unsplit radial bearings and the normal
clearance of unsplit spherical roller bearings with a
cylindrical bore. The shaft has to be machined to
h6...h9 in order to attain the required tight inner ring
fit after bolting. These shaft tolerances are also used for
unsplit bearings mounted with adapter sleeves. Usually,
the housing bore is machined to H7 or H8.
FAG split spherical roller bearings with separate locking
rings are recommended for applications where
considerable temperature differences between shaft and
inner ring halves may have to be accommodated, e.g.
dryer rolls of paper machines. The bearings are equipped
either with a split moulded cage of glass-fibre reinforced
polyamide or with a split machined brass cage.
The load carryng capacity of split spherical roller
bearings is smaller than that of unsplit spherical roller
bearings since the pitch circle for the roller/cage
assembly is reduced due to the outer ring bolting.
Nevertheless, a high load carrying capacity is achieved
by providing the largest possible number of rollers with
the largest possible diameter.
FAG split spherical roller bearings are usually lubricated
with a lithium soap base grease of penetration class 2
with EP additives. The lubrication intervals are identical
with those of unsplit bearings. Split spherical roller
bearings may be relubricated via a groove and holes in
the outer ring
The replace of the old bearing with the split
spherical roller bearing supposes the following
steps, presented in Table 1.
Table 1. Replacement technology for split bearings
Replace
-ment
stage
Example
Bearing
disassembl
e
Fig. 2. Inspection for the split roller bearings
56
Replace
-ment
stage
Example
The required steps in bearing mounting and
dismounting for the case of the centrifugal fan are
presented in Table 2.
Table 2. Mounting and dismounting for the fan
Halfbearing
assembl
y
Shaft
turning
Assembl
y of the
other
halfbearing
3. ECONOMICAL ANALYSIS FOR THE
SPLIT SPHERICAL ROLLER BEARINGS
The economical analysis for the split spherical roller
bearings was made in the case of a centrifugal fan
(Figure 4), [4], [6].
Unsplit bearing
Split bearing
Disassemble couplings at
transmission input ends
Not required
Loosen conection between
foundation and electric motor
Not required
Loosen fastening bolts
Not required
Remove coverfor easier
lifting
Not required
Use loops to suspend
impeller
Not required
Lift rotor usig a crane
Not required
Remove transmission using a
crane(access to coupling)
Not required
Remove coupling
Not required
Remove bearing at drive end
Yes
Remove bearing at opposite
end
Yes
Install new bearing at
opposite end
Yes
Install new bearing at drive
end
Not required
Assembly in reverse order
Not required
The methodology for the costs calculation was
used by the supplier, CN Industrial Group, to find
the production price for each component part, [1],
[3], [5].
The results and estimative expenses dictated by
disassembly,assembly, alignment, and function
are presenting in Table 3.
Fig. 4. General view of the centrifugal fan, [6]
57
Table 3. Estimative expenses for split bearings
replacement
Cost factors
Unsplit
bearing
Split
bearing
Downtime
(1350 Euro/hour)
36 hours:
48600 Euro
6 hours:
8100 Euro
Manual labour:
(5 Euro/hour)
3 people
working 18
hours each:
270 Euro
2 people
working 6
hours each:
60 Euro
Alignment
(35 Euro/hour)
3 hours:
105 Euro
Not
required
Crane rental:
105 Euro/hour
24 hours:
2520 Euro
Not
required
Replacement
bearing
(drive end)
2200 Euro
Not
required
Replacement
bearing
(oposite end)
2200Euro
8800 Euro
Hidraulic nut
(RKP 260)
2510 Euro
Not
required
Total Cost
58405 Euro
16960 Euro
4. CONCLUSIONS
Split spherical roller bearings are mainly used for
applications where the replacement of an unsplit
spherical roller bearing would require intricate
additional work, e.g. where gear-wheels or couplings
have to be withdrawn, drives dismounted, and shaftings
disassembled. With split spherical roller bearings the
downtimes of machines and plants is reduced and thus
the production cost as well.
With new constructions split spherical roller bearings
help in many cases to save considerable cost since they
simplify the assembly and facilitate mounting. The
ranges of application are from shafts supported by
several bearings to bearing locations of restricted access,
for example: belt drives, ships, conveyor plants, rolling
mills, ventilation systems, paper machines etc.
Although the split bearing endurance is smaller
then normal bearings, it is recommended to use
this type of bearings because they simplify the
mounting and dismounting operations.
The variant with split roller bearings is more
expensive than unsplit bearings variant, but
refering to total costs witch contain current
activities
with
maintenance
and
roller
replacement, is distinctly advantageous then
unsplit bearing variant.
Also, it became more advantageous if we take in
consideration the costs involved by tehnological
downtimes.
REFERENCES
1.
2.
3.
4.
The main prices for each component of the
bearing are:
•
Standard variant of bearing (classic unsplit
ball bearing) :
- SNV 120-L Housing: 88 Euro
- Conical bearing 22313EK: 81 Euro
- Conical sleeve T41A: 19 Euro
- Sealing 2 pcs x 2 Euro= 4 Euro
- Total costs: 192 Euro
•
Split bearing variant:
- SNV 120-L Housing: 88 Euro
- Split bearing: 219 Euro
- Sealing 2 pcs x 2 Euro= 4 Euro
- Total costs: 311 Euro
5.
6.
*** Split spherical roller bearings, INA, Catalogue 611.
*** Business Planner, User’s Guide, B-Plan International
Software Ltd., Israel, 1993.
Mayers, J-H., Marketing, McGrow Hill Book Company,
New York, 1986.
Filipoiu, D.I. et al., Tehnologii si utilaje tehnologice.
Fabricatie si costuri, Ed. Printech, Bucuresti, 2003 (in
Romanian)
www.inacn.ro
www.saveb.ro
58
CERCETĂRI PRIVIND REALIZAREA MEDIILOR DE LUCRU
LA NANOFINISAREA PRIN CURGERE ABRAZIVĂ
Valeriu Avramescu, Cătălin Horia Orăşanu – ICTCM Bucuresti, vavramescu@ ictcm.ro
Norvegia Elena Avramescu, Adrian Dimon – INTEC Bucuresti
ABSTRACT
The nano-finishing technologies for complex surfaces is an integral concept which uses
concentrated energy sources and fluid mediums with reopectic properties, fluids which have in
there dispersion abrasive materials. The realization of this kind of fluids requires the obtaining
of abrasive grains with specific dimensions, in the nano- area, with properties and technical
characteristics required by the abrasive flow finishing process with reopectic work mediums.
KEY WORDS: nano-finishing technologies, complex surfaces, fluid mediums, abrasive
materials, reopectic work mediums
şocului, apar particule grosolane iar datorită efectului de
uzare prin frecare apar granule fine.
După H. Kramer fragmentarea se produce în
exclusivitate prin impactul particulelor mici cu rol de
proiectil asupra particulelor mari ce au rol de ţintă. Prin
aceste procedee nu pot fi obţinute materiale cu granulaţia
sub 1 µm. G. Hutting, analizând echilibrul dinamic
stabilit în procesul de fragmentare, arată că în procesul
de măcinare apar şi efecte chimice. De aceea el consideră
că prin măcinare nu se pot obţine particule de material
foarte fine.
1. INTRODUCERE
Necesitatea de a obţine suprafeţe de o calitate tot
mai ridicată şi cât mai repede posibil a determinat pe cei
care lucrează în industria prelucrătoare să caute noi
procedee de finisare. Prelucrarea cu abrazivi este cel mai
vechi, dar şi cel mai modern procedeu de prelucrare. Este
procedeul cel mai vechi deoarece a fost folosit la
confecţionarea uneltelor şi armelor, dar este şi un
procedeu modern, deoarece astăzi tehnica utilizează
materiale cu duritate foarte mare, ce nu pot fi prelucrate
decât cu ajutorul materialelor abrazive noi, cu proprietăţi
superioare şi cu performanţe deosebite.
.Obiectivele propuse au în vedere dezvoltarea
unui concept integrator de nanoprelucrare, în special
nanofinisare prin medii de lucru reopectice ce utilizează
nanomateriale abrazive. Cercetările privesc realizarea
granulelor abrazive: stadiul actual al utilizării mediilor
abrazive, tehnologii de obţinere, tipuri, proprietăţi, date
tehnice, caracteristici tehnice ale granulelor abrazive etc.
Obiectivele procedeelor de prelucrare foarte fină
sunt: creşterea calităţii suprafeţelor prin micşorarea
rugozităţii; îmbunătăţirea geometriei formei suprafeţei;
mărirea preciziei dimensionale; îmbunătăţirea stării de
tensiuni din stratul superficial.
2.
TEHNOLOGII DE OBŢINERE
A GRANULELOR ABRAZIVE
A. Metode mecanice (măcinarea)
Fragmentarea materialelor compacte prin metode
mecanice este larg răspândită, permiţând obţinerea de
particule între 40-250 µm. Metoda este eficientă dacă
materialul are plasticitate redusă deoarece în încercarea
de dezintegrare, se deformează plastic. În perioada
măcinării, datorită efectului combinat al strivirii şi
B.
Metode fizico – chimice
Pulverizarea constă în dezintegrarea materialului
topit cu ajutorul unui agent extern (apă, aer, gaze) care
are o energie cinetică foarte ridicată şi o viteză mare de
curgere. În literatura de specialitate se arată că
pulverizarea se desfăşoară în condiţii de maximă
eficienţă când temperatura agentului de pulverizare este
egală cu cea a topiturii materialului supus pulverizării.
Acest lucru este greu de realizat practic; de aceea se
apelează la alte metode precum folosirea creuzetului
rotitor, a electrodului consumabil rotitor, dezintegrarea
unei mase topite prin impact cu paletele unei turbine de
mare viteza, cu ajutorul plasmei sau prin împrăştiere
dintr-un recipient perforat antrenat în mişcare de rotaţie.
Pulverizarea sub acţiunea fortelor centrifuge se
realizează prin mai multe procedee ca: metoda
electrodului rotitor, metoda cu creuzet rotitor, metoda cu
disc rotitor prevăzut cu fante şi aripioare.
Pulverizarea
cu
ajutorul
câmpurilor
electromagnetice sau a impulsurilor electrice de mare
putere, anulează tendinţa de modificare a compoziţiei
chimice a materialului care apare la pulverizarea cu gaze
sau apă. Pentru obţinerea materialelor cu granulaţie mai
mare de 0,5 mm se apelează la dezintegrarea jetului de
topitură cu ajutorul unui câmp electromagnetic.
59
3. TIPURI DE GRANULE
ABRAZIVE ŞI UTILIZAREA LOR
A. Granule
minerale
abrazive
din
material
Materialele abrazive cele mai utilizate în
prelucrările mecanice sunt oxidul de aluminiu şi carbura
de siliciu. Granulele ceramice abrazive pot fi unul din
aceste minerale sau un amestec al celor două, nelegate
chimic între ele. Au putere tăietoare foarte bună şi sunt
destul de scumpe. Pentru eficientizarea procesului sunt
utilizate diferite combinaţii granulometrice, precum: 8,
10, 12, 14, 16 (foarte înaltă), 20, 24, 30, 36, 46 (înaltă),
54, 60, 80, 90, 120 (medie), 150, 180, 200 (fină), 240,
320 (foarte fină) şi 400, 500, 600 (ultra fină).
B. Granule
plastice
abrazive
din
materiale
Granulele acrilice sunt cele mai durabile
materiale. Au fineţe mare şi sunt folosite pentru un grad
mare de finisare al suprafeţelor prelucrate. Mărimile
standard sunt 12-16, 10-16, 16-20, 20-30, 30-40 mesh iar
mărimile speciale sunt 12-20, 20-40, 40-60, 60-80 mesh.
Granulele de melamină sunt folosite pentru
curăţirea suprafeţelor dificile care necesită viteză mare
de impact suprafaţă – granulă abrazivă. Au capacitate
mare de curăţire şi pot fi folosite ca înlocuitori ai bilelor
de sticlă sau altor materiale abrazive. Mărimile standard
sunt 8-12, 12-16, 16-20, 20-30; 20-40 mesh şi 40-60
mesh sunt mărimi speciale.
Granulele de urea sunt dintr-un material plastic
dintre cele mai utlizabile şi se folosesc la curăţirea
pieselor turnate din nisip. Reprezintă un mediu ecologic
şi reciclabil folosit ca alternativă la curăţirea chimică.
Ele asigură creşterea nivelului de finisare şi curăţirea
suprafeţelor cu asperităţi mari. Mărimile standard sunt 812, 10-20, 12-16, 16-20, 20-30, 30-40 si 40-60 mesh.
C. Granule abrazive pe bază de cuarţ
Nisipul dur este utilizat pentru curăţirea formelor
coji de turnare. Când este folosit ca mediu abraziv este
foarte eficient, fiind durabil şi având feţe
multiunghiulare. Este un excelent înlocuitor al nisipului
de turnătorie. Curăţirea cu nisip dur este indicată a fi
folosită acolo unde substratul acoperit cu vopsea,
murdărie, gresat, crustă, carbon etc va rămâne
neschimbat.
D. Granule abrazive din Cubit 321-3M
Este folosit la prelucrarea sub presiune a suprafeţelor
forjate, tratate termic, vopsite, conferind o fineţe relativ
bună.
E. Granule abrazive din Cubit 321-3M
Materialul Cubitron 321-3M propus de Corporate
Technical Achievement Award este un compozit cu o
mare eficienţă în prelucrarea suprafeţelor putând înlocui
alumina sau granulele de diamant. Este un material
ranforsat cu o structură de plăci microcristaline, cu o
distribuţie uniformă a componentelor structurale. Este
folosit la prelucrarea sub presiune a suprafeţelor forjate,
tratate termic, vopsite, conferind o fineţe relativ bună.
F. Granule abrazive din oxidul alb de
aluminiu
Oxidul alb de aluminiu (alumina) este folosit în
proporţie de 99,5% pentru prelucrări de precizie a
suprafeţelor metalice. Funcţie de puritatea sa are o largă
clasă granulometrică de livrare respectiv 16, 24, 36, 60,
100, 120, 180, 240 mesh. Are putere de tăiere comparată
cu cea a carburilor sinterizate. Este folosit ca material de
curăţire pentru suprafeţe lustruite, valve, pistoane, palete
de turbine în industria auto şi aerospaţială.
G. Granule abrazive din carbură de
siliciu
Carbura de siliciu sub formă de granule este cel
mai frecvent mediu abraziv folosit la abraziune. Ea poate
fi reciclată şi are un randament mai bun decât alumina
putând fi folosită de mai multe ori. Ea are aceleaşi clase
granulometrice ca şi alumina. Prezintă o duritate mai
mare şi poate fi folosită şi pentru prelucrarea suprafeţelor
din sticlă.
H. Granule abrazive utilizate pentru
prelucrarea hidroabrazivă
Un numãr mare şi diferite tipuri de materiale
abrazive sunt utilizate în prelucrãrile cu jet abraziv,
amestecul apă + abraziv + aer fiind, într-un fel,
asemănător amestecului abraziv + polimer utilizat de
AFM, mai ales dacă ţinem cont şi de faptul că în apă se
introduce un polimer cu lanţ lung pentru diminuarea
frecării la perete (fenomen opus celui necesar în cadrul
AFM).
Materialul Cubitron 321-3M propus de Corporate
Technical Achievement Award este un compozit cu o
mare eficienţă în prelucrarea suprafeţelor putând înlocui
alumina sau granulele de diamant.
Este un material ranforsat cu o structură de plăci
microcristaline, cu o distribuţie uniformă a
componentelor structurale.
60
4. CARACTERISTICI ŞI
PARAMETRII REPREZENTATIVI
În tabelul 1 sunt prezentate valori ale parametrilor
pentru diferite materiale abrazive, iar în tabelul 2 sunt
prezentate date tehnice şi caracteristici fizice pentru
diferite pulberi abrazive.
Material
Almandine
Spessartine
Pyrope
Grossulare
Andradite
Deprecierea particulelor, (%)
5 – 60
30
80 – 90
Cunoaşterea caracteristicilor particulelor este
crucialã. În tabelul 2 sunt prezentate 22 de caracteristici
fizice şi chimice pentru pulberile abrazive Barton-garnet.
Particulele trebuie sã fie dure; ele realizează
erodarea materialului fără sã se uzeze. Forma particulei
este foarte importantã.
Proprietãţi
-
Descriere generalã
Analiza chimicã
Duritatea
Rezistenţa
Forma particulei
Fragilitatea
Culoarea
Streaks
Transparenţa
Lustre
Gravitatea specificã
Indice de refracţie
Unghiul faţetelor
Cristalizarea
Punct de topire
Propr. electrostatice
Absorbţia de umezealã
Dispersia
Fără efecte patologice
Fără silicaţi liberi dãunãtori
Tabelul 1: Proprietãţi ale materialelor abrazive
Volumul particulei, [A3]
1529.62
1566.15
1503.88
1671.18
1767.61
Tabelul 2: Date tehnice si caracteristici fizice
pentru pulberile abrazive Barton
Comentarii
Combinaţie de almandite şi pyrope
Mineral omogen
Nu sunt chimicale libere
Oxizii şi dioxizii se combinã chimic: Fe3Al2(SiO4)3
Ionii de fier şi aluminiu sunt parţial înlocuibili de Ca, Mg şi Mn
- Oxid feros (FeO) 9.72 %
- Dioxid de siliciu (SiO2) 41.34 %
- Oxid de aluminiu (Al2O3) 20.36%
- Oxid de fier (Fe2O3) 12.55 %
- Oxid de calciu (CaO) 2.97 %
- Oxid de magneziu (MgO) 12.35%
- Oxid de mangan (MnO) 0.85 %
Între 8 şi 9 pe scara Mohs
De la sfãrâmicios pânã la dur
Ascuţitã, unghiularã, iregulatã
Laminãri pronunţate, plane de clivaj iregulate
Între roşu şi roz
Alb
Translucent
Sticlos
3.9 g/cm3 to 4.1 g/cm3
1.83
37 °C şi 42 °P
Cubic, rombic, sau tetragonal
1,315 °C (2,300 °F)
- Coductivitatea: 18,000 V
- Nereversibilã
Inert
Auto-dispersie
Particulele cu forme ascuţite erodează foarte bine
materialul şi, dupã impact, pot cauza tensiuni mari.
În figura 1 sunt prezentate câteva forme ale particulelor
utilizate în procesul de erodare.
61
Figura 1. – Forme ale particulelor abrazive
Tabelul 3: Relaţia dintre scala Mohs şi duritatea Knoop
Duritate
Material
Mohs
8-9
7.5
5.5
8+
9.15
-
Oxid de aluminiu
Zgurã de cupru
Minerale silicate
Sticlã
Rocã de minerale silicate
Carburã de siliciu
Oxid de siliciu
Oţel
Zirconiu
Cea mai importantă proprietate fizică pentru
prelucrarea cu abraziv este duritatea particulei abrazive.
Ea se determinã prin unul sau douã teste. Primul, testul
duritãţii Mohs, este un test de zgâriere în care un material
va fi zgâriat dacã acesta este mai moale decât materialul
abraziv şi nu va fi zgâriat dacã este mai dur. Celãlalt test,
testul duritãţii Knoop, este un test prin care se comparã
Ra=
lp
bp
şi
Knoop
2,100
1,050
1,350
400 – 600
2,500
700
400 – 800
1,300
adâncitura lãsatã de materialul abraziv. Relaţia dintre scala
Mohs şi duritatea Knoop este datã de tabelul 3. Carbura de
siliciu, alãturi de oxidul de aluminiu şi mineralele silicate
sunt dintre cele mai dure.
Douã relaţii diferite definesc forma particulei.
Prima defineşte mãsura prin calcularea raportului
alungirii relative, cea de-a doua planeitatea:
Rp=
bp
tp
(1, 2)
Dimensiunile sunt arãtate în figura 2 pentru trei forme
diferite de particule abrazive:
Figura 2 – Raportul alungirii şi planeitãţii
O altã relaţie aratã cât de aproape este particula studiatã
de o formã idealã (spre exemplu sferã, cub, tetraedru etc.).
Cei mai importanţi factori sunt sfericitatea şi rotunjimea
(conform figurii 3):
4
Sp=
π
∑
* l p * bp
d cerc
şi
Sr=
2 * rcolt
dp
N colturi
(3, 4)
62
Vasek şi Martinec au propus un factor de circularitate care
mai întâi a fost dezvoltat de Cox pentru a caracteriza
particulele abrazive şi un factor de formã dat de relaţia 6.
F0=
4 ∗ π ∗ Ap
P
2
,
unde
P=Px+Py+
2 Pxy şi
Fformã=
d min
d max
(5, 6)
Este imposibil sã descriem ficare tip de particulã
folosind relaţiile prezentate mai înainte.
De aceea este utilizatã o descriere statisticã a
dimensiunii şi formei particulelor abrazive.
5. MEDII DE LUCRU REOPECTICE
UTILIZATE LA PRELUCRAREA
AFM
bor, oxidul de aluminiu şi diamantul. Alegerea
Sunt mulţi parametri care afectează modul în care
materialului abraziv depinde de doi factori de bază.
decurge procesul AFM. Mediul abraziv utilizat este în
În primul rând materialul care este finisat adică
strânsă legătură cu parametrii procesului şi, de aceea, nu
densitatea şi proprietăţile fizice. În al doilea rând
poate fi analizat decât în strânsă corelare. Parametrii
cerinţele rugozităţii suprafeţei finale.
principali sunt mărimea granulei, materialul granulei şi
- Mediul de bază. Temperatura mediului poate fi
baza mediului.
modificată sau variată pe întreaga durată a
- Mărime granulă. În procesul AFM, scula de tăiere
procesului de către maşină. Menţinerea temperaturii
este identificată cu actualele granule abrazive din
în timpul procesului este complicată deoarece
mediul abraziv. Granulele mediului abraziv au cea
mediul este extrudat sub presiune prin cavitatea
mai mare influenţă asupra calităţii suprafeţelor. Cu
piesei. Principalul motiv pentru luarea în calcul a
cât mai mică este mărimea lor, cu atât mai mică
temperaturii mediului de bază este faptul că
cantitatea de material îndepărtat şi, în consecinţă, cu
vâscozitatea mediului se modifică odată cu
atât mai bună suprafaţa finisată. Mărimea granulelor
temperatura. Cu cât temperatura este mai înaltă cu
se încadrează între 0,005 mm şi 1,5 mm.
atât vâscozitatea este mai mică, deci dacă mediul
Rugozitatea suprafeţei este determinată de mărimea
atinge temperaturi ridicate, suspensia granulelor
granulelor folosite. Atât rugozitatea iniţială a
abrazive este în pericol.
suprafeţei cât şi cea care trebuie să rezulte în final
trebuie să fie luate în considerare. Este un procedeu
comun de a nu limita procesarea la o singura mărime
a granulei în fiecare mediu de bază. Două sau trei
mărimi diferite de granule se pot folosi în cadrul
aceluiaşi mediu de bază, depinzând de rezultatele
cerute.
- Odată ce procesul de extruziune s-a terminat, mediul
care rămâne pe piesa de lucru poate fi uşor
îndepărtat cu aer comprimat sau cu vacuum.
- Materialul granulei. Materialul din care sunt
fabricate granulele abrazive este, în mod normal,
carbura de siliciu dar se poate folosi şi carbura de
63
6. CONCLUZII
Necesitatea obţinerii unei suprafeţe de înaltă
precizie şi calitate este un obiectiv extrem de important
care este impus de funcţionalitatea pieselor aflate în
acţiune. Avantajul metodei este că procesul, prin
manipularea unui mediu abraziv special, permite
asigurarea unei precizii funcţionale oricărui tip de
suprafaţă.
Mediul abraziv deţine rolul de bază în cadrul procesului.
De proprietăţile lui, în strânsă legătură cu materialul
suprafeţei supuse prelucrării, depinde efectul final al
procesului. De mărimea grăunţilor, de duritatea lor, dar,
mai ales, de formula de realizare a acestui mediu abraziv
cu proprietăţi reologice, depinde gradul de superfinisare
a suprafeţei supuse prelucrării.
BIBLIOGRAFIE
[1]. Hugh Jack, Abrasive Jet Machining (AJM), version
1.0, August 2001
[2]. Kozak, Kamlakar, Pajurkar, Hybrid Machining proces
evaluation and development, Unyversity of Nebraska,
Lincoln, SUA (2004)
[3]. Dr. John H. Olson, Abrasive Jet Mechanics,
Contributing Wrier, March 8, 2005
[4]. Perry, K.E. Abrasive Flow Machining Method and
Tooling, Brevet USA.
[5]. Rhoades, L.J., Method of Controlling Flow
Resistance in Fluid Orifice Manufacture, Brevet
USA.
[6]. Rhoades, L.J., AFM International, the Materials Information
Society. operations, Journal of Manufacturing Systems, Vol. 17,
No.1, 1998.
[7]. Lam, Smith, Process monitoring of Abrasive Flow Machining using a
Neural Network predictive model, Departament of Industrial Engeenering,
University of Pittsburgh, 2005.
Quick Info
New Software
ALGOR DesignCheck™
With ALGOR DesignCheck finite element analysis
(FEA) software, you can verify your designs with a firstpass stress analysis to virtually test the behavior of
product designs, speed up time to market and make
better, safer products at a lower cost.
Kubotek Validation Tool™
Kubotek Validation Tool™ assures manufacturers that
two CAD models visually appearing the same truly are
geometrically identical.
Examples
ONE OF THESE PARTS IS NOT LIKE THE
OTHER
KUBOTEK VALIDATION TOOL™ IN ACTION
CHECK FOR DIFFERENCES BETWEEN 2 SIMILAR MODELS
64
SISTEME SUPERFLEXIBILE ROBOTIZATE – NOI CONCEPTE
Trygve Thomessen – Productive Programming Metods As, Trondheim, Norvegia,
Vladimir Cardei, Valeriu Avramescu, Loredana Păun, Roxana Grejdănescu – ICTCM Bucuresti,
vavramescu@ ictcm.ro
ABSTRACT
The new superflexibility concept of a robotized system represents a high level in the
industrial robots applying. This fact allows a special impact to the robots users and
producers. The paper presents some aspects regarding a high flexibility robotized
system for applications in some technological processes for small - scale productions.
This system suppose a correlation between the new requirements, which are imposed
by the high flexibility, both on the robot’s structure and programming and on the
robotized system components.
KEY WORDS: superflexibility, robotized system, technological processes,
small - scale production
I. INTRODUCERE
Astăzi roboţii industriali reprezintă cea mai bună
soluţie pentru combinarea celor două nevoi principale
şi anume productivitatea şi flexibilitatea, caracteristici
care îi recomandă şi pentru fabricaţia de serie mică. Nu
în ultimul rând roboţii industriali sunt construiţi pentru
un anumit tip de produs, prin aceasta satisfacându-se şi
cerinţele industriale referitoare la scurtarea timpilor de
producţie şi la menţinerea riguroasă a valorilor
parametrilor tehnologici.
Superflexibilitatea unui sistem robotizat impune
noi concepte de programare pentru a obţine timpi
minimi de setare şi implică un grad mult mai mare de
tipizare, de modularizare al mâinilor mecanice şi
dispozitivelor de lucru manevrate de roboţii industriali
şi de control computerizat al parametrilor tehnologici,
decât cel actual, pentru a obţine o mare eficienţă în
aplicaţiile industriale.
Realizarea unui sistem flexibil implică pe langă
robotul industrial, utilajul deservit şi sisteme flexibile
de adaptare între robot şi elementele sistemului – mâini
mecanice (grippere), dispozitive de lucru, dispozitive
de complianţă, soft – cărora trebuie de asemenea să li
se confere flexibilitate.
Acest sistem robotizat prezintă un mare grad de
noutate deoarece rezolvă noi cerinţe de mare
flexibilitate în robotică atât pe partea de structură a
robotului şi de programare a acestuia, cât şi pe partea
de componente ale sistemului robotizat, gradul ridicat
de flexibilitate fiind obţinut prin unificarea flexibilităţii
componentelor sistemului cu cea a structurii
sistemului.
II. SOLUŢII CONSTRUCTIVE
CARE ASIGURĂ
SUPERFLEXIBILITATEA
SISTEMULUI ROBOTIZAT
La baza superflexibilitatii stă posibilitatea
schimbării rapide şi sigure de către robot a mâinilor
mecanice, a portbacurilor şi a dispozitivelor de lucru
prin
acţionarea
directă
a
sistemului
de
zăvorâre/dezăvorâre doar prin deplasarea braţului
robotului în raport cu magaziile în care sunt depuse
componentele respective.
În componenţa unui sistem robotizat superflexibil
sunt incluse o serie de mâini mecanice simple sau cu
portbacuri interschimbabile, precum şi dispozitive de
lucru care sunt depozitate în magazii specifice, de unde
robotul le extrage conform programului, pentru
efectuarea unor anumite activităţi, dupa care le depune
înapoi în magazii.
Pentru mâinile mecanice şi pentru suporţii specifici
ai dispozitivelor de lucru s-a adoptat un mecanism de
zăvorâre care are la bază un sistem de blocare cu
elemente lise a carui element de blocare este acţionat,
producând dezăvorârea doar atunci când componenta
respectivă este depusă în magazie şi când ştutul
dispozitivului de cuplare automată, fixat pe braţul
robotului, este retras din componenta respectivă.
Pentru portbacuri s-au adoptat mecanisme de
zăvorâre cu ştifturi cilindrice care, intrând în alezajele
aferente din portbacuri, blochează deplasarea transversală
a acestora în ghidajele suporţilor din structura mâinilor
mecanice.
Pentru realizarea dezăvorârii portbacurilor, după
introducerea completă a mâinii mecanice cu
portbacurile cuplate în magazia aferentă, zavoarele sunt
acţionate prin împingerea ansamblului către
tampoanele aferente din structura magaziei, acestea
intrând în alezajele zavoarelor din portbacuri,
65
împingându-le, realizându-se decuplarea transversală a
portbacurilor faţă de suporţii lor din structura mâinii
mecanice.
Dispozitivele de lucru sunt fixate prin piese de
adaptare de suporţii lor specifici, prevăzuţi cu sisteme
de cuplare automată cu braţul robotului, suporţi care
sunt depuşi în magaziile aferente.
Sistemul de complianţa are rolul de a menţine
ferma poziţia dispozitivului de lucru atunci când forţele
care acţionează asupra sculei sunt mai mici decat o
valoare prereglată şi de a permite o deplasare
controlată a acestuia atunci când forţele depăşesc
această valoare.
Instalaţia pneumatică asigură alimentarea cu aer
comprimat a mâinilor mecanice, a dispozitivelor de
lucru sau a senzorilor pneumoelectrici instalaţi pe aceste
componente asigurând o presiune de lucru în domeniul
4…6 bar pentru un diametru nominal Dn 6 mm.
Instalaţia electrică asigură alimentarea cu energie
electrică a unor dispozitive de lucru, a unor
componente ale sistemului robotizat, sau a unor senzori
pneumoelectrici, furnizând semnale de interblocare catre
echipamentul de comandă al robotului şi putând servi
COMPONENTA
Mâna mecanică cu fixare directă pe braţul robotului
şi ca o interfaţă între robot şi celelalte componente ale
sistemului.
Au fost urmarite urmatoarele obiective ştiinţifice şi
tehnice:
dezvoltarea conceptului de modulizare a
componentelor sistemului robotizat,
modulizarea mâinilor mecanice, a unor dispozitive de
lucru şi a altor echipamente aferente sistemului,
standardizarea interfeţelor dintre diferitele tipuri de
roboţi si de echipamente,
programarea rapidă şi intuitivă a robotului,
dezvoltarea sistemelor senzoriale pentru creşterea
flexibilităţii sistemului robotizat.
În figura 1 sunt prezentate componentele modulare
reprezentative care permit realizarea unor celule
robotizate cu o mare flexibilitate. A fost organizat un
Stand pentru experimentarea componentelor flexibile
reprezentative ale unui sistem robotizat superflexibil,
destinat atât testării în condiţii reale de manipulare
robotizată a componentelor reprezentative, cât şi
elaborarii unor metodologii de programare a unui
sistem robotizat superflexibil.
VARIANTE
cu posibilităţi de prindere multiplă a unor semifabricate
sau piese diferite
Mâini mecanice interschimbabile automat
cu portbacuri fixe
cu bacuri reglabile
cu posibilităţi de prindere multiplă
Mâna mecanică cu portbacuri interschimbabile automat
cu portbacuri fixe
cu bacuri reglabile
cu posibilităţi de prindere multiplă
Magazii
mâini mecanice
portbacuri
dispozitive de lucru
Dispozitiv de cuplare automată cu braţul robotului
cuplare mecanică
cuplare mecanică şi energetică
cuplare mecanică şi informaţională
cuplare mecanică, energetică şi informaţională
Dispozitiv de complianţă
dupa o direcţie
dupa două direcţii
Senzor electropneumatic
poziţia corectă a piesei
închiderea matriţei faţă pe faţă
Dispozitiv pentru fixarea unor semifabricate
cu senzori de prezenţă corectă a piesei
Unelte si dispozitive specifice de lucru
maşină de gaurit
maşină de înşurubat
daltă
polizor (biax)
Figura 1. Componente reprezentative ale unei celule robotizate superflexibile
66
Flexibilitatea deosebită a sistemului robotizat
superflexibil se datorează principiilor originale care
stau la baza soluţiilor funcţionale şi constructive ale
componentelor mecanice ale acestuia; pe baza lor s-au
definit obiectivele specifice şi direcţiile tematice:
- acţionarea sistemului de zăvorâre/dezăvorâre doar
prin deplasarea braţului robotului faţă de magaziile
în care sunt depuse mâinile mecanice şi
dispozitivele de lucru, fără a mai fi necesar un
element de execuţie special pentru acţionarea
mecanismului de cuplare mecanică şi pneumatică a
acestora cu braţul robotului,
- interschimbabilitatea
automată
a
mâinilor
mecanice şi a dispozitivelor de lucru în raport cu
braţul robotului, caracteristică realizată prin
tipizarea mecanismului de cuplare mecanică,
energetică şi informaţională,
- cuplarea mecanică automată a portbacurilor cu mâna
mecanică, obiectiv realizat doar prin deplasarea de
catre braţul robotului a mâinii mecanice faţă de
magaziile în care sunt depuse portbacurile, făra a mai
fi necesar un element de execuţie special pentru
acţionarea mecanismului de cuplare/decuplare
mecanică a portbacurilor cu mâna mecanică,
- interschimbabilitatea automată a portbacurilor în
raport cu mâinile mecanice, obiectiv realizat prin
tipizarea mecanismului de cuplare mecanică şi a
structurii magaziilor în care portbacurile sunt depuse,
-
prinderea reglabilă şi fermă a semifabricatelor cu mâna
mecanică, obiectiv realizat prin alegerea sistemului de
bazare şi fixare a semifabricatelor în portbacuri,
- orientarea suporţilor mâinilor mecanice a magaziilor
cu portbacuri şi a dispozitivelor de lucru cu scopul
simplificării procedurilor de programare şi de rulare a
programului robotului, prin activarea unui numar cât
mai redus de mişcări pentru realizarea funcţiilor de
cuplare/decuplare, funcţii care impun deplasări precise
şi cu viteză redusă.
În
elaborarea
soluţiilor
componentelor
reprezentative executate s-au avut în vedere
urmatoarele cerinţe constructive şi funcţionale:
realizarea unei structuri modulare compacte, cu
cât mai puţine elemente în mişcare,
posibilităţi de adaptare uşoară a structurii
componentelor pentru lărgirea domeniului de
dimensiuni sau de aplicaţii,
siguranţa deosebită în realizarea funcţiei de
cuplare/decuplare a mâinilor mecanice sau a
dispozitivelor de lucru cu braţul robotului şi a
mâinilor mecanice cu portbacurile aferente,
posibilităţi de adaptare uşoară a structurii
echipamentului complex de testare pentru noi
teme de studiu în domeniul aplicaţiilor
sistemelor robotizate superflexibile în diverse
procese tehnologice.
Magazie pentru mâini mecanice cu
portbacuri interschimbabile
Magazie pentru mâini mecanice cu
bacuri reglabile sau fixe
Magazie cu
portbacuri
interschimbabile I
Magazie cu portbacuri
interschimbabile II
Mâna mecanică cu portbacuri
interschimbabile
Mâna mecanică cu bacuri reglabile
sau fixe
Suport dispozitiv de
lucru
Magazie pentru
dispozitiv de lucru
Magazie cu portbacuri
interschimbabile III
Dispozitiv de
Dispozitiv de cuplare automată cu
complianţă
braţul robotului
Figura 2. Componente reprezentative
Instalaţie electrică
67
III. METODOLOGIE DE REALIZARE A
PROGRAMELOR SISTEMULUI FLEXIBIL
ROBOTIZAT
În cadrul unui program de manipulare a unor
semifabricate sau de prelucrare robotizată în cadrul
unei celule superflexibile, robotul industrial efectuează,
în principiu, urmatoarele tipuri de activităţi, pentru care,
în program, sunt incluse o serie de condiţii de
interblocare care condiţionează rularea acestuia:
- pornirea rulării programului de lucru atunci când
toate condiţiile iniţiale specifice procesului tehnologic
robotizat sunt îndeplinite, (utilajele din sistem pornite
şi în configuraţie aptă să permită rularea programului
robotului, parametrii tehnologici încadraţi în valorile
prescrise etc.),
- preluarea/depunerea unor mâini mecanice sau
dispozitive de lucru din magaziile specifice,
- preluarea/depunerea unor portbacuri din/în magaziile
specifice,
- rularea unor secvenţe de manipulare din program,
(deplasarea braţului robotului pentru apucarea unor
semifabricate etc.),
- rularea unor secvenţe de prelucrare din program,
(deplasarea braţului robotului cu dispozitivul de lucru
şi realizarea unor prelucrări prin găurire, polizare,
şlefuire, măsurare etc.),
- preluarea unui semifabricat din postul de livrare,
(existenţa şi pozitia precisă a semifabricatului în postul
de preluare etc.),
- rularea unor secvenţe din program, (deplasarea
braţului robotului pentru aducerea semifabricatului în
postul de lucru al unui utilaj etc.),
- comanda unor secvenţe din programul unor utilaje din
sistem, (deschiderea unor dispozitive de prindere,
efectuarea unor operaţii asupra semifabricatului
manipulat de către robot etc.),
- transferul semifabricatului la alt utilaj sau depunerea
lui în postul de evacuare, retragerea robotului în poziţia
de aşteptare pentru reluarea unui nou ciclu de lucru,
- oprirea rulării programului robotului pâna la îndeplinirea
condiţiilor de interblocare aferente secvenţelor
programului,
- oprirea rulării programului robotului datorită
neîndeplinirii unei condiţii de interblocare aferente
secvenţelor programului, reluarea rulării programului
fiind comandată de către operator numai după
înlaturarea, de către acesta, a cauzelor care au generat
neîndeplinirea condiţiei de interblocare,
- trecerea pe alte secvenţe din program daca nu sunt
îndeplinite anumite condiţii tehnologice, (evacuarea
unor semifabricate insuficient încalzite, evacuarea unor
semifabricate necorespunzatoare etc.),
- trecerea pe alte subprograme la un număr prescris de
cicluri, (ungerea şi/sau răcirea matriţelor dupa
executarea unui număr prescris de cicluri etc.).
IV. CONCLUZII
Conceptul nou, de superflexibilitate a unui sistem
robotizat reprezintă o treaptă superioară în activitatea
de utilizare a roboţilor industriali, fapt care conduce la
un impact deosebit asupra utilizatorilor şi al
fabricanţilor de roboţi.
Creşterea cerinţelor de productivitate şi mediile
noi de lucru impun utilizarea roboţilor industriali în
industrie. Aceasta este deosebit de important în medii
dificile de lucru pentru limitarea îmbolnavirilor
posibile şi pentru limitarea factorilor care pot conduce
la o productivitate şi calitate scăzută.
Prin introducerea robotizării superflexibile pentru
producţia de serie mică pot fi obţinute urmatoarele
efecte economice si sociale:
- creşterea productivităţii: 75 %;
- creşterea calităţii operaţiilor executate şi
reducerea rebuturilor cu 80%;
- ridicarea calificării profesionale a personalului
de deservire a sistemului robotizat superflexibil şi
crearea de noi locuri de muncă ;
- deschiderea unui nou domeniu de cercetare cu
aplicaţii directe în industrie;
- deschiderea de noi pieţe de desfacere pentru
componentele şi programele specifice care asigură
superflexibilitatea sistemelor robotizate.
V. BIBLIOGRAFIE
[1] Ciobanu., L., Manipulatoare şi roboţi industriali, Rotaprint Univ.
Tehnică „Gh. Asachi” Iaşi, 1994.
[2] D. Drăgulescu, M. Toth-Taşcău, Planificarea şi generarea
mişcării roboţilor, Ed. Orizonturi Universitare, Timişoara, 2002.
[3] Everett, H. R., Sensors for Mobile Robots: Theory and
Application, A. K. Peters Ltd, 1995.
[4] Ispas, V., Aplicaţiile cinematicii în construcţia manipulatoarelor
şi a roboţilor industriali Ed. Tehnică, Bucureşti, 1990.
[5] Latombe, J.-C, Robot Motion Planning, Kluwer Academic
Publishers, 1995.
[6] Russel, S., P. Norvig, Artificial Intelligence - A Modern
Approach, Prentice-Hall International, Inc., New Jersey, 1995.
68
ASPECTE PRIVIND FUNCŢIONAREA UNEI INSTALAŢII
EXPERIMENTALE BAZATĂ PE EFECTUL DE SEPARARE
ENERGETICĂ A UNUI CURENT TURBIONAR DE AER
Răducanu Petre1, Barbu Valentin2, Popescu Anghel2
1
Universitatea Politehnica din Bucureşti, 2 SC ICTCM SA Bucureşti
raducanu2000@yahoo.com , vbarbu@ictcm.ro
REZUMAT
Această lucrare prezintă rezultatele obţinute cu ajutorul unei instalaţii
experimentale bazate pe efectul de separare energetică a unui curent turbionar de
aer pentru generarea de frig sau căldură. Instalaţia, de dimensiuni şi greutate
reduse, a fost testată în condiţii de laborator pentru a se vedea parametrii ce pot fi
realizaţi. Se prezintă rezultatele experimentale obţinute.
ABSTRACT
This paper presents the results got with an experimetal installation using a vortex
tube to freeze or heat a precinct. The installation, having small sites and weight, was
tested in laboratory conditions in order to see what parameters can be got. The
paper presents the results obtained.
CUVINTE CHEIE: instalaţie experimentala, separare energetică
KEY WORDS: experimental installation, vortex tube
1. INTRODUCERE
Efectul de separare energetică a unui curent
turbionar de gaz comprimat în doi curenţi, unul rece şi
altul cald, a fost descoperit de către inginerul metalurg
francez George Ranque, care a studiat procesul de
separare ce avea loc într-un ciclon de desprăfuire[1], în
vederea separării gazului de praf. Ranque a obţinut, în
anul 1931, un brevet de invenţie pentru descoperirea sa
[2]. În anul 1946 fizicianul german Robert Hilsch a
publicat un articol [3] în legătură cu cercetările
experimentale pe care le-a făcut asupra tubului de
vârtej, făcând şi recomandări privind construcţia şi
exploatarea lui. Astăzi tubul Ranque-Hilsch este pe
deplin acceptat şi recunoscut, el continuând să fie
studiat pentru a se descifra pe deplin mecanismele care
permit obţinerea acestui efect curios.
Studii efectuate în domeniu [4], [5], [6] au pus în
evidenţă că, ţinând seama de utilizarea în diverse
scopuri a energiei termice a curentului de gaz,
economicitatea sistemelor de separare energetică
turbionară devine favorabilă în situaţii în care sistemele
convenţionale de tipul instalaţiilor frigorifice,
instalaţiilor de climatizare sau pompelor de căldură cu
comprimare mecanică de vapori nu pot fi aplicate.
Astfel, este de preferat utilizarea turbionatoarelor de
separare energetică în următoarele direcţii:
• Valorificarea resurselor de gaz comprimat pentru
producerea concomitentă a frigului şi căldurii.
• La microsistemele frigorifice cu acţiune periodică,
folosite în domeniul mijloacelor de transport prevăzute
cu surse de aer comprimat.
Instalaţia, bazată pe separarea energetică a unui
curent turbionar de gaz comprimat în doi curenţi, unul
rece şi altul cald, datorită avantajelor pe care le
prezintă, şi care o fac utlilizabilă in numeroase
domenii, îşi poate găsi actualmente o serie diversă de
utilizări, cum ar fi:
• Condiţionarea (răcirea) sau încălzirea unor incinte la
mijloacele de transport (autocare, aotocamioane,
locomotive, vapoare, aeronave etc.).
• Refrigerarea produselor perisabile în timpul
transportului lor cu mijloacele de transport (vagoane
frigorifice, nave frigorifice, izoterme auto etc).
• Răcirea în unele procese tehnologice (răcirea
burghielor, a unor componente electronice etc).
O astfel de instalaţie este simplă din punct de
vedere constructiv, neavând piese în mişcare şi deci
posibilităţile de defectare fiind reduse iar uzurile
extrem de mici. Dimensiunile de gabarit şi greutatea
tubului Ranque-Hilsch sunt reduse, ceea ce permite
integrarea lui uşor în cele mai diverite locaţii, fiind un
argument de bază în cazul utilizării instalaţiei pe
mijloace de transport.
Rapiditatea conectării şi a deconectării lui îi
69
permite să intre în funcţiune foarte rapid, fiind deci
lipsit de inerţie. Simplitatea şi continuitatea reglajului
parametrilor asiguraţi de instalaţie într-un interval larg
de valori este un alt atu important al instalaţiei. Nu în
ultimul rând trebuie menţionat faptul că poluarea
produsă de un astfel de dispozitiv este practic
inexistentă.
Reglementările cuprinse în legislaţia UE în
domeniul ecologic, al introducerii de tehnologii
avansate şi al economisirii de combustibil constituie un
factor ce trebuie să contribuie la introducerea şi în ţara
noastră a instalaţiilor bazate pe turbionatoare RanqueHilsch pentru diverse domenii de aplicaţie, dintre ele
detaşându-se
domeniul
transportului,
unde
climatizarea/încălzirea cabinelor de conducere şi a
spaţiului călătorilor conduce, cu costuri reduse, atât la
creşterea confortului pasagerilor, cât şi la asigurarea
unor condiţii optime de lucru personalului de deservire,
lucru care contribuie la creşterea securităţii şi
siguranţei în transporturi.
Prin utilizarea acestei metodologii în ţara noastră se
poate asigura introducerea unei tehnologii moderne,
ecologice, pentru condiţionarea/încălzirea mijloacelor de
transport, în concordanţă cu directivele CE.
Varianta de instalaţie ce a fost studiată a urmărit
obţinerea climatizării/încălzirii unor mijloace de
transport şi realizarea eventual a unor mini-spaţii răcite
(pentru păstrarea unor băuturi, alimente etc), deci
utilizarea atât a efectului de răcire cât şi a celui de
încălzire.
Utilizarea tubului Ranque-Hilsch în domeniul
climatizării mijloacelor de transport se înscrie în
direcţiile recunoscute de aplicabilitate pentru această
instalaţie, dar care au fost totuşi puţin sau deloc
investigate şi aplicate, constitind o soluţie ecologică
într-un domeniu în care diminuarea poluării se impune
cu deosebită acuitate. Acest studiu are un carater de
cercetare aplicativă ce îl plasează la frontiera dintre
cunoaşterea ştiinţifică şi aplicabilitatea sa tehnică în
practică.
Pe plan extern interesul pentru astfel de instalaţii
se află în continuă creştere, diverse firme începând
studii în această direcţie, unele introducând în
producţia de serie aceste tuburi turbionare.
2. DESCRIEREA FENOMENULUI FIZIC
În figura 1 se prezintă schema constructivă a unui
astfel de dispozitiv.
Debitul de gaz comprimat, în cazul studiat aerul,
caracterizat în starea iniţială de anumiţi parametri
presiune şi temperatură (pi* şi Ti*) este introdus în
tubul ce constituie corpul generatorului turbionar
printr-un ajutaj, care pote fi convergent sau convergentdivergent. Ajutajul accelerează gazul până la viteze
egale sau apropiate de cea a sunetului.
Jetul iniţial de gaz, care părăseşte ajutajul prin
secţiunea Aa, se împarte în doi curenţi.
Unul se deplasează în lungul corpului cilindric C
de secţiune At. La capătul prin care acest curent iese
din tub se află un ventil de reglaj V care permite
modificarea secţiunii Av. Al doilea curent se deplasează
prin diafragma D de secţiune constantă Ad.
Se constată experimental că zona periferică a
curentului iniţial de gaz, cea care se deplasează în
lungul tubului şi iese prin secţiunea Av, va avea la
ieşirea din tub o temperatură Tc mai mare decât
temperatura de intrare a aerului comprimat în tub. În
acelaşi timp, zona centrală a jetului iniţial de gaz, care
trece prin diafragmă şi iese din tub pe la capătul opus,
va avea o temperatură Tf mai coborâtă decât
temperatura de intrare a aerului comprimat în tub.
Prin manevrarea ventilului V se poate modifica
secţiunea de curgere Av şi implicit debitele de gaz cald
şi respectiv rece ce părăsesc tubul. Această variaţie a
debitelor conduce la o modificare importantă a
temperaturilor celor doi curenţi.
În procesul de formare şi curgere a celor două
jeturi turbionare are loc o distribuire a energiei jetului
iniţial de gaz comprimat, proces în care zona periferică
se încălzeşte iar cea centrală se răceşte. Această
redistribuire a energiei este rezultatul unor procese
gazodinamice deosebit de complexe al căror mecanism
nu a fost încă pe deplin elucidat. Cercetările efectuate
până în prezent scot în evidenţă faptul că la baza
fenomenului analizat se află un schimb turbulent de
energie între zona centrală şi cea periferică, asociat cu
redistribuirea câmpurilor de viteză între cele două zone.
Fig.1. Schema constructivă a unui generator turbionar
70
3. ANALIZA POSIBILITĂŢILOR
DE FUNCŢIONARE A INSTALAŢIEI
O analiză a dispozitivului pune în evidenţă faptul
că acesta nu poate funcţiona în orice condiţii, el putând
constitui, în afara limitelor de lucru un perpetuum
mobile, deci un lucru irelizabil în practică.
Varianta
a
b
Aer comprimat
2 kmol, 4 bar, 20oC
2 kmol, 4 bar, 20oC
Se verifică întâi dacă aparatul nu contravine
principiului I al termodinamicii (varianta a)
∆H=∆H1+ ∆H2= ∆(n CM,pT)=n1CM,p(t1,e-t1,i)+n2CM,p(t2,et2,i)=Cm,p[1(-10-20)+1(50-20)]=0
Deoarece variaţia entalpiei sistemului este nulă,
rezultă că din punct de vedere al principiului I sistemul
poate funcţiona.
Se verifică apoi dacă aparatul nu contravine
principiului II al termodinamicii:
∆S=∆S1+∆S2
∆S1=n1(CM,pln
T1,e
T1,i
− RM ln
p1,e
p1,i
)=
=29,3ln 273 − 10 − 8315 ln 1 =8,37
273 + 20
∆S2=n2(CM,pln
T2,e
T2,i
− RM ln
4
p2 , e
p2,i
kJ/K
)=
=29,3ln 273 + 50 − 8315 ln 1 =14,39 kJ/K
273 + 20
4
∆S=∆S1+∆S2=22,76 kJ/K>0
Datorită faptului că ∆S>0, rezultă că din punct de
vedere al principiului II sistemul poate funcţiona.
În plus, deoarece ∆S este destul de mare, funcţionarea
dispozitivului poate fi optimizată, ştiind că pentru ca un
proces să fie posibil, este suficient ca ∆S să fie numai
infinitezimal mai mare decât zero.
Deci procesele au un caracter de ireversibilitate
destul de pronunţat, fiind posibil să reducem caracterul
de ireversibilitate.
Se încearcă optimizarea funcţionării instalaţiei
(varianta b)
Dispozitivul poate fi perfecţionat, de exemplu
pentru parametrii variantei b. Se vede că în acest caz
∆H=0 (deci principiul I nu este contrazis), dar ∆S=0,29<0, deci dispozitivul nu poate funcţiona.
Se observă că trebuie făcută o analiză foarte atentă
a parametrilor funcţionali pentru ca aparatul să poată
funcţiona, dar si pentru ca pierderile energetice să fie
minime iar randamentul instalaţiei să fie cât mai
ridicat.
Analiza prezentată în continuare se face pe baza
legilor generale ale naturii, a cele două principii ale
termodinamicii, pentru a se vedea dacă în principiu este
posibilă funcţionarea lui [7].
Se analizează, spre exemplificare, două variante de
funcţionare, prezentate în tabelul 1.
Aer rece
1 kmol, 1 bar, -10oC
1,8 kmol, 1 bar, -10oC
Tabelul 1
Aer cald
1 kmol, 1 bar, 50oC
0,2 kmol, 1 bar, 290oC
4. INSTALAŢIA EXPERIMENTALĂ.
REZULTATE OBŢINUTE
Instalaţia experimentală realizată şi studiată a
urmărit să evidenţieze care sunt parametrii care pot fi
obţinuţi, posibilităţile de reglaj ale instalaţiei şi modul
în care un astfel de dispozitiv poate fi folosit la
condiţionarea (răcirea) sau încalzirea unor incinte la
mijloacele de transport (autocare, aotocamioane,
locomotive, vapoare, aeronave etc.).
Instalaţiei i-au fost ataşate o serie de aparate de măsură şi
control, care au permis să se urmărească variaţia în timp
a principalilor parametrii ce caracterizează regimurile
funcţionale. Principalii parametrii ce s-au monitorizat au
fost: debitul de aer de intrare, debitul de aer cu
temperatură ridicată la ieşire, debitul de aer cu
temperatură scăzută la ieşire, temperatura aerului la
intrare, temperatura aerului cald la ieşire, temperatura
aerului rece la ieşire, presiunea aerului la intrare,
presiunea aerului rece la ieşire, presiunea aerului cald la
ieşire, posibilităţile de reglare ale dispozitivului de reglaj
(modul cum se poate comanda o cantitate mai mare de
aer rece sau una mai mare de aer cald, funcţie de
necesităţile consumatorului), temperatura mediului
ambiant (din incinta a cărei încălzire/răcire se
realizează), temperatura mediului ambiant (exterior
incintei a cărei încălzire/răcire se realizează), consumul
de energie (aer comprimat) al instalaţie pentru realizarea
unui anumit grad de încălzire/răcire a incintei.
Experimentele au fost împărţite în două etape:
•
Etapa I, care a cuprins încercarea instalaţiei
pentru a vedea modul în care aceasta funcţionează.
•
Etapa a II-a, care a cuprins testarea instalaţiei
în regim, care a fost modificat, pentru a se putea vedea
cum se modifică parametrii aerului la ieşire.
Rezultatele experimentale obţinute au fost
prelucrate statistic pentru a se obţine atât estimarea
adevăratei valori a unei mărimi şi a preciziei
măsurătorilor, cât şi pentru a se corela numărul de
măsurători cu precizia aparatelor, în scopul stabilirii
valorii măsurate cu precizia impusă.
Pe baza înregistrărilor variaţiei parametrilor de
funcţionare s-a trasat diagrama de funcţionare a
dispozitivului, care permite o vizualizare rapidă a regimului
de funcţionare a instalaţiei, permiţând tragerea unor concluzii
pe baza cărora să se poată lua cele mai adecvate decizii.
71
În figura 2 se prezintă diagrama de funcţionare a
dispozitivului, obţinută pe baza prelucrării statistice a
datelor experimentale.
∆tf [oC]
∆tC[oC]
40
∆tf [oC]
∆tC[oC]
30
20
10
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1 µ[-]
Fig. 2 Diagrama de funcţionare ∆tf=f(µ) şi ∆tC=f(µ)
Observatie: S-a notat fracţiunea dintre debitul de fluid rece ( m
& f ) şi cel total ( m& ): µ =
m& f
; ∆tf=t a-tf ∆tC= t C-ta
m&
5. CONCLUZII
Pe baza diagramei de funcţionare obţinute se pot
desprinde următoarele concluzii:
• Instalaţia experimentală realizează parametrii
estimaţi iniţial.
• Reglarea temperaturilor pentru curentul de aer
rece, respectiv cald se poate face din ventilul de
reglaj al instalaţiei, care modifică fracţiunile de aer
distribuite între cei doi curenţi.
• Se observă că pentru curentul de aer rece există o
valoare maximă care se obţine pentru o fracţie
µ=0,25. Este evident că pentru cazurile µ=0 şi µ=1
∆tR se anulează.
• Pe măsură ce fracţiunea de gaz rece creşte,
temperatura acestuia se micşorează.
• Pentru curentul de aer cald acest maxim nu există,
temperatura crescând aproximativ liniar cu
fracţiunea µ.
În concluzie, se poate aprecia, pe baza rezultatelor
experimentale obţinute, că instalaţia bazată pe separarea
energetică a unui curent turbionar de aer permite obţinerea
unor temperaturi ce pot realiza, în funcţie de necesitate, fie
răcirea, fie încălzirea unei incinte.
BIBLIOGRAFIE
1. Ranque, G.J., Experiences sur la detente giratoire avec
productions simultanes d’un echappament d’air chaud et d’air
froid, Journal de Physique 1933, vol 7, nr 4.
2. Ranque, G.J., Method and apparatus for obtaining from fluid
under pressure two curents of fluid at different temperatures,
Patent USA nr 1.952.281, March 1934.
3. Hilsch, R., Die Expansion von Gasen in Zentrifugalfeld als
Kalteprocess, Zeitschrift fur Naturforschung, vol 1, Ianuarie 1946.
4. Otten, E.H., Vortex tube, Engineering, august 1958.
5. Radcenco, Vs., Generatoare turbionare de frig şi căldură, Ed
Tehnică, Bucureşti 1990.
6. Suslov, A.D., Ivanov, S.V., Vihrevie apparati, Masinostroienie 1985.
7. Răducanu, P., Procese termogazodinamice în aparatele, maşinile
şi instalaţiile termice şi frigorifice, Ed Printech, Bucureşti 2005.
72
CONCEPTIA MODULARA IN CONSTRUCTIA
DE MASINI-UNELTE
Gheorghe Marin1, Aurel Costea2, Nicoleta Rachieru2
SC ICTCM Institutul de Cercetare si Proiectare Tehnologica pentru Constructii Masini SA Bucuresti,
vavramescu@ictcm.ro
2
SC APLAST Campulung Muscel
1
REZUMAT
Lucrarea se refera la necesitatea unei abordari sistemice, bine argumentata
stiintific, tehnic si economic, a flexibilitatii de componente, echipamente si sisteme
de fabricatie, prin cresterea gradului de modulizare a componentelor si
dezvoltarea de caracteristici si functiuni noi ale acestora. Sunt oferite solutii de
structuri modulare noi cu caracteristici si performante superioare si cu grad
ridicat de adaptabilitate.
ABSTRACT
The paper refers to the necesity of a systemic approach, scientifically validated from the
technical and economical point of view, regarding to the flexible components of the
equipment and manufacturing systems. The purpose of the paper is to analyse the
modulating degree of the main parts from machine tools, in order to develop new
function and to explore their characterisitcs. New solutions of modulating structures
are offered, with high adaptability performances.
CUVINTE CHEIE: Sisteme de fabricatie, Constructie modulara, Masini-unelte.
KEYWORDS: Manufacturing sistems, Modular construction, Machine-tools.
1. CONSIDERATII GENERALE
Tendinta de a executa, in conditii rationale din punct
de vedere tehnic si economic, utilaje si echipamente
cu flexibilitate ridicata care sa corespunda
necesitatilor tehnologice specifice beneficiarilor, a
condus la utilizarea principiului inrudirii constructive
ce presupune conceptia, prin derivare de la masina de
baza, a diferitelor ei variante constructive, refolosind
de la o masina la alta subansambluri, mecanisme si
elemente adaptabile care transforma variantele in
masini cu caracteristici functionale distincte.
Extinderea utilizarii acestui principiu ofera avantajul
refolosirii subansamblurilor interschimbabile pentru
constructia unor linii tehnologice dupa terminarea
unui program de fabricatie.
Una din aplicatiile conceptiei modulare sunt masinileunelte agregat realizate intr-o structura care sa
inlocuiasca, in unele cazuri masinile-unelte universale
si pe cele speciale, coreland doua caracteristici
contradictorii in proiectarea de masini-unelte:
prelucrarea unei diversitati de piese, specifice
masinilor universale si realizarea unor productivitati
si precizii de fabricatie ridicate obtinuta pe masini
speciale.
La prelucrarea pe masinile-unelte agregat, piesa
semifabricat, fixata o singura data, ramane nemiscata
in timp ce mai multe scule pot prelucra simultan sau
simultan-succesiv diferite suprafete ale piesei, de
unde rezulta o reducere semnificativa a timpilor
auxiliari. Principiul agregarii a fost aplicat la
constructia masinilor de gaurit, strunjit, frezat, alezat
si frezat sau a centrelor de prelucrare.
2. APLICATII ALE CONCEPTIEI
MODULARE
Aplicarea conceptiei modulare in constructia de masiniunelte poate fi ilustrata la solutiile alese pentru masinile de
frezat longitudinal unde prin folosirea unor subansambluri
identice, in cadrul aceleiasi tipodimensiuni de masina se
obtin variante constructive modulare cu functiuni diferite
(fig.1): un montant si cap de frezat orizontal a; un
montant, consola si cap de frezat vertical b; un montant,
consola, cap de frezat orizontal si vertical c; doi montanti
– dintre care unul auxiliar, traversa si cap de frezat
orizontal d; doi montanti si doua capete de frezat
orizontale e; doi montanti, traversa si doua capete de
frezat verticale f; doi montanti, traversa, doua capete de
frezat orizontale si doua capete de frezat verticale g.
73
Sub aspectul tipizarii si unificarii masinilor-unelte
modulele constructive ale acestora pot fi diferentiate
in module de baza, principale si auxiliare.
Pentru a ilustra gradul de realizare a unui produs sau
grupa de produse dupa principiile construirii pe baza
de module, proiectantii de masini-unelte folosesc
urmatorii doi indicatori mai importanti: gradul de
refolosire Gr si gradul de tipizare Gt definiti
matematic dupa cum urmeaza:
G
r
=
Gt =
r
⋅ 100
n+r
(1)
t
⋅ 100
R
(2),
unde:
r – este numarul de repere (subansambluri)
refolosite in noua constructie de la produsele
anterioare;
n – numarul de repere (subansambluri) noi
introduse in proiect;
t – numarul de piese (subansambluri) tipizate;
R – numarul total de piese (subansambluri) din
componenta produsului.
Figura 1
Modulele de baza sunt acele subansambluri si piese
de masini-unelte care alcatuiesc cadrul de rezistenta
al utilajului (batiu, montanti, suporti) si sustin
celelalte grupe constructive.
In categoria modulelor principale sunt incluse
totalitatea subansamblurilor constructive care
indeplinesc una sau mai multe functii (suport-scula,
suport-piesa, transmisii) iar drept module auxiliare
sunt considerate sistemele de programare cu comanda
numerica, alte reglari si comenzi, regulatoare,
dispozitive de transport etc., servind la extinderea
functiunilor masinii si automatizarea acesteia (fig.2).
Indicatorii pot sa reflecte gradul de unificare in cadrul
aceleiasi tipodimensiuni, familii sau sistem de masini,
marimea lor influentand costul proiectarii si executiei
produselor si scurtand sau prelungind durata lor de
asimilare si fabricatie.
In ansamblu avantajele oferite de aplicarea sistemului
conceptiei modulare pot fi sintetizate prin
urmatoarele: conceperea celor mai reusite constructii
cu o inalta siguranta in functionare; diminuarea
muncii de proiectare si cresterea productivitatii in
sectoarele de conceptie inclusiv cel al pregatirii
tehnologice, unde procesele pot fi tipizate; asigurarea
unor loturi mai mari de produse si prin aceasta a unor
conditii de fabricatie superioare; realizarea in conditii
economice optime a masinilor-unelte de diferite tipuri
si variante constructive corespunzand unei multitudini
de scopuri tehnologice; livrarea rapida, eventual din
depozite a subansamblurilor si pieselor de schimb;
convertirea rapida a unei variante de masina in alta si
de la un gen de productie la altul, in cazul schimbarii
programului de productie ceea ce inseamna cresterea
flexibilitatii acesteia etc.
In cele ce urmeaza sunt prezentate cateva exemple de
tipizare a masinilor-unelte, din care se poate
desprinde metodologia aplicata in prezent de catre
institutele de profil si posibilitatile tehnice pe care le
ofera aceasta activitate.
Figura 2
74
Figura 3
Masinile-unelte din aceasta subgrupa sunt destinate
prelucrarii pieselor turnate sau sudate cu gabarite
mari de tipul carcaselor, prin operatii de frezare,
gaurire, alezare, strunjire plana, prelucrare dupa
contur etc. In general, o masina orizontala de alezat si
frezat prezinta urmatoarea structura modulara (fig.3):
batiu 1, sanie longitudinala 2, sanie transversala 3,
masa rotativa 4, papusa 5 si montant 6.
Variantele constructive de masini orizontale, pentru
alezat si frezat impuse de cerintele tehnologice sunt
urmatoarele (fig. 4): cu montant fix a; cu montant
deplasabil transversal b; cu montant deplasabil
longitudinal si transversal c; cu batiu in cruce,
montant deplasabil longitudinal si masa deplasabila
transversal d; cu montant deplasabil transversal si
pinola culisanta e.
Toate acestea sunt concepute prin combinarea
montantului 1, pe care se afla capul de frezat 2 cu
batiul avand, dupa caz: sanie port-piesa deplasabila
transversal 3, masa fixa si sania montantului
deplasabila transversal 4, doua sanii din care una
transversala si alta longitudinala 5, magazin de scule
si mana mecanica 6 etc.
O serie tipodimensionala completa si de perspectiva a
masinilor orizontale de alezat si frezat avand drept
parametru principal diametrul arborelui de alezare, se
compune din marimile: 100, 125, 130, 160 si 180,
fiecare dintre variantele constructive mentionate mai
inainte putand sa fie executata intr-una din aceste
marimi. Prin adaugarea de module auxiliare care
imprima utilajului diferite grade de automatizare:
comanda conventionala, cu afisaj de cote, cu
comanda numerica dupa program etc., variantele pot
fi derivate in continuare.
Spre exemplu, prin trecerea la proiectarea si
asimilarea marimilor 100, 125 si 180 mm au rezultat
pe langa tipodimensiunile de baza alte 14 variante
constructive din care: patru variante marimea 100
mm, sapte variante marimea 125 mm si trei variante
marimea 180 mm.
Din figura 5 rezulta conceptia de tipizare aplicata la
constructia masinilor orizontale de alezat si frezat
unde, prin combinarea modulelor principale – masa
port-piesa 1, batiu 2, capul de forta 3 si sania
transversala 4, se obtin diferite variante constructive
ale acestor masini.
Figura 5
Figura 4
Cele analizate se refera numai la rezultatele obtinute
prin combinarea diferitelor posibilitati constructive
sau functionale ale subansamblurilor principale ale
masinilor orizontale de alezat si frezat, fara a se opera
75
modificari dimensionale mai importante la piesele
turnate. Aceste modificari cum sunt schimbarea
lungimii batiului, a mesei sau montantilor se pot
realiza la piesele turnate prin pastrarea unui modul de
baza la care se adauga tronsoanele de diferite marimi.
Spre exemplu batiul (fig.6) – piesa turnata de baza a
acestor utilaje, este modulat permitand realizarea
diferitelor curse pentru sania longitudinala.
3. CONCLUZII
Dat fiind numarul foarte mare de variante realizate la
proiectarea in conceptia modulara a masinilor-unlete,
se impune organizarea documentatiei tehnice astfel
incat sa se asigure un volum minim de desene
executate, o usurinta de manipulare a acestora si, mai
ales, posibilitatea de selectionare in timpul cel mai
scurt posibil a subansamblurilor si reperelor necesare
pentru obtinerea variantei solicitate.
In acest scop tot mai multe unitati de conceptie din
tara si din strainatate incep sa-si perfectioneze
sistemul clasic de elaborare si organizare a
documentatiei avand la baza impartirea si codificarea
produselor in ansambluri, subansambluri si piese,
inlocuindu-l cu codificari bazate pe criterii
tehnologice, constructive, functionale si morfologice.
BIBLIOGRAFIE
Figura 6
O solutie similara este adoptata si pentru montat care
se poate refolosi in cadrul aceleiasi tipodimensiuni, in
vederea realizarii de masini apartinand diferitelor
clase (fig.7).
1.
2.
3.
4.
5.
Figura 7
6.
7.
8.
9.
Brăgaru, A., Armeanu, A., Pănuş, V., Dulgheru, L. –
Sistemul dispozitivelor din elemente modulare (DEM),
sistem modern de optimizare a pregătirii tehnologice a
fabricaţiei. Revista Construcţia de Maşini, nr.6/1981,
Bucureşti.
Brăgaru, A. ş.a. – SEFA-DISROM. Sistem şi metodă.
Teoria şi practica proiectării dispozitivelor de maşiniunelte. Editura Tehnică, Bucureşti, 1982.
Brăgaru, A., Picoş, C., Ivan, N.V. – Optimizarea
proceselor şi echipamentelor tehnologice. Editura
Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1996, ISBN 97330-4447-4.
Costea, A., Rachieru, N., Apostol, B. – Contribuţii
privind construcţia modulară şi performanţele
tehnologice ale dispozitivelor de prelucrare. În Buletin
Ştiinţific. Secţiunea 18-Tehnologie, pag.83, Editura
Academiei Tehnice Militare, Bucureşti, 1999, B 25899,
CD-817.
Costea, A., Rachieru, N. – Flexibilitatea şi
performanţele
echipamentelor
de
prelucrare.
Optimizarea proiectării dispozitivelor. Editura Bren,
Bucureşti, 2005, ISBN 973-648-391-8.
Crişan, I. – Tehnologia ca sistem. Editura Ştiinţifică şi
Enciclopedică, Bucureşti, 1980.
Ivan, N.-V. – Bazele optimizării proceselor
tehnologice. Editura Universităţii din Braşov, Braşov,
1983.
Maliţa, M., Gheorghe, A., - Inginerie industrială.
Prezent şi perspectivă. Editura Academiei Române,
Bucureşti, 1990.
Vasii Roşculeţ, S. , Gojineţchi, N., Andronic, C.,
Şelariu, M., Gherghel, I. – Proiectarea dispozitivelor
Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1982.
76
POWER LOSSES ESTIMATION IN PRECESSIONAL GEAR
Ion Bostan, Valeriu Dulgheru, Ion Bodnariuc
Technical University of Moldova, Dept. “Theory of Machines and Machine Parts”, Republic of Moldova
ABSTRACT
The planetary precessional transmissions represent a new principled type of the
mechanical transmission. The specific of the relative sphere-spatial movement of the
precessional gearing elements makes the sliding friction to persist. The study of the
contact between two working surfaces of one gearing is very important, because the
duration of the gearing running, its reliability and efficiency depend on the materials
behavior, from which are produced the prehension elements. The study of the contact
in the kinematical precessional gearing has a major importance, because in the
kinematical precessional gearing there is present the slipping friction, which leads to
big power losses and to a big heat elimination in the contact zone.
KEYWORDS: Precessional transmission, friction coefficient, slipping
INTRODUCTION
The planetary precessional transmissions represent a
new principled type of the mechanical transmission.
The specific of the relative sphere-spatial movement of
the precessional gearing elements makes the sliding
friction to persist. The study of the contact between two
working surfaces of one gearing is very important,
because the duration of the gearing running, its
reliability and efficiency depend on the materials
behavior, from which the prehension elements are
produced. The study of the contact in the kinematical
precessional gearing has a major importance, because in
the kinematical precessional gearing there is slipping
friction, which leads to big power losses and to big heat
elimination in the contact zone.
1. ANALYSIS OF POWER LOSSES
IN KINEMATICAL
PRECESSIONAL TRANSMISSION
Power planetary precessional transmissions have been
studied amply. To exclude the sliding friction in the
gearing of the power precessional transmission, the toothroller gearing has been utilized, which replaced the sliding
friction by rolling friction of the gearing. This fact allowed
increasing the efficiency, and solution of problems related
to fabrication technologies for the crown gears of the
satellite block. The utilization of tooth-roller gearing in
kinematical planetary precessional transmission is almost
impossible because of small dimensions of the teeth. In
such case it is reasonable to utilize the tooth-tooth
continuous gear. The teeth of the central wheel have
nonstandard convex-concave profile described by
parametric equations according to the fundamental theory
of the precessional gear [1].
The teeth of the planet gear are shaped with a
circular arc profile (fig.1). The geometry of the circular
teeth profile in normal section is marked by:
rd – teeth radius of sphericity;
γ − angle of inclination of flank (technological
parameter to ease the removal of the satellite from the cast);
rr – radius of notch (to reduce the possibility of
appearance of tension concentrator at the flank);
h – parameter which is determined by the shape of
the central wheel tooth.
In planetary precessional transmissions which
represent a rather complicated mechanism the total
power losses are determined as the sum of power losses
in the friction elements.
γ
rr
r
h
a.
b.
Fig. 1. The tooth profile of the central wheel (a)
and satellite wheel (b)
For this purpose ample analysis of the kinematical
precessional transmission has been carried out, from the
point of view of energy losses.
77
On the basis of the performed analysis a structural
model of the kinematical precessional reducer was
elaborated (fig.2). It allows the determination of power
losses in the friction torque.
391.536
350
mm/s
300
Tfr.A
z1
d1
d2
θ
d1
RC RD
R
Tfr.C
Tfr.D
z2
RZ
Tfr.ang
250
200
RB
Tfr.E
3
RF
RE
Tfr.B
V E ⋅10
ψ
Output haft
d4
d5
Crank-shaft
δ
β
d3
Tfr.ang
Viteza punctului E
400
150
140.79
100
Tfr.F
Satellite
Fig. 2. Structural model of the kinematic precessional
reducer
0
50
100
150
200
250
300
350
ψ
grade
1
400
400
Fig. 4. The sliding velocity graphic for the number of
revolutions of the leading shaft n a.c.=3000 min-1
For the examined variants experimental investigations
will be carried out regarding the friction coefficient of
the materials couples.
Structural analysis of the kinematic precessional
transmission conducted to pointing out basic friction
torque, which allows the determination of transmission
efficiency. This fact allowed us to estimate
quantitatively the power losses sources in the
kinematical precessional transmission.
The block
diagram of power losses in the kinematical precessional
transmission is shown in fig. 3.
Power losses in the kinematical
precessional reducer
Power losses in the
gearing
Power losses in the
bearings of the
crank shaft
Power losses in the
bearings of the outlet
shaft
Fig. 3. Block diagram of power losses in the reducer.
Further on, the study of power losses in each,
previously presented, joint is described.
2. ESTIMATION OF THE
KINEMATICAL PRECESSIONAL
GEAR EFFICIENCY
To determine the losses in the gear it is necessary to
carry out the study of the frictional coefficient
dependent on:
− Various kinetostatic parameters;
− Geometry of gear elements;
− Material of the friction torque elements.
The sliding friction is predominant in the „toothtooth” kinematical precessional transmission. Research
on the frictional coefficient demands the estimation of
the sliding velocity in the gear, of the forces that drive
in the gear and of the lubrication conditions.
The kinematical study of the precessional gear was
performed in order to estimate the sliding velocity.
A number of analytical calculus of precessional
gear sliding velocity for various geometrical parameters
has been done by using MATHCAD software: z1, z2
=10÷50; δ = 0÷30°; β = 2÷5°; θ = 1,5÷3,5°.
Fig. 5. Laboratory installation „Amsler A 135”
The experiment has been carried out on the laboratory
installation „Amsler A 135” presented in the Fig. 5,
which is placed in the laboratory of Machine Elements,
the Technical University „Gh. Asachi”, Iaşi, Romania.
Plastic mass „Hostaform C9021” [2] and steel 40Х has
been used as testing material.
Efficiency estimation of the precessional gear was
carried out as result of ample research on the sliding
coefficient of the precessional gear according to the
geometry and material of the gear elements, and various
kinetostatic parameters.
Efficiency is defined by the relation:
ηang =
Ties
,
Ties + T fr. ang
(1)
Ft ⋅ d m4
,
2
(2)
Ties =
where: Tfr. ang. gear moment of friction;
Ties– outlet moment of torsion;
Ft – gear tangential force
Ft = Fn /cosαw ;
crown;
Fn – gear normal force;
dm4 – average diameter of the gear wheel
αw – gearing angle (20-70o).
78
3. DETERMINATION OF BEARINGS’
MECHANICAL LOSSES
To estimate the losses in the kinematical
precessional transmission bearings the following basic
notions have been established:

Vint- velocity of the inlet shaft;

Vieş- velocity of the outlet shift ;

Vsatel- satellite velocity;

z1; z2- number of teeth of the gear elements.
Satellite velocity is defined by the relation:
Vsatel = -Vint/z2=- Vieş⋅i/z2.
(3)
Relative velocity of the satellite friction bearing.
Vrel= Vint± Vsatel= Vint±Vint/z2= Vint(1±1/z2), (4)
where i – is gear reduction rate.
A. ESTIMATION OF THE FRICTION
MOMENT IN THE CRANK SECTOR
BEARINGS OF THE INLET SHAFT
The shaft diameter was defined (the fitting bore of
the sliding bearing) d1, in order to estimate the friction
moment in the crank sector bearings of the inlet shaft.
Then, the sliding velocity of the kinematical joint
„crank-satellite wheel hub” will be:
Vrel = Vint ± Vsat =
πd 1 n1 πd 1 n1
±
,m/s
60
60 ⋅ z 2
(5)
where n1 is the inlet speed.
The friction moment of bearings C and D (fig.2) is
defined by the relations:
T frC = RC ⋅ µ ⋅
d1
T frD = RD ⋅ µ ⋅
d1
2
2
, N ⋅ mm,
(6)
, N ⋅ mm,
(7)
where µ is the sliding friction coefficient;
RC – reacting force in bearing C;
RD – reacting force in bearing D.
The summing friction moment in the sliding
bearings of the satellite wheel is defined by the relation
(8)
T fr. satΣ = T frC + T frD , N ⋅ mm.
B.
ESTIMATION OF THE FRICTION
MOMENT IN THE INLET SHAFT
BEARINGS
For bearing A of the inlet shaft its diameter is d2, mm.
Sliding velocity in the bearing A is:
Val A =
πd 2 n1
,m/s,
60
(9)
and the friction moment in bearing A is:
T frA = RA ⋅ µ ⋅
d2
2
, N ⋅ mm , (10)
where RA is the reacting force of bearing A
For bearing B shaft diameter is d3, mm.
Sliding velocity in bearing B will be:
Val B =
πd 3 n1
,m/s ,
60
(11)
and the friction moment in bearing B is:
T frB = RB ⋅ µ ⋅
d3
2
, N ⋅ mm , (12)
where RB is the reacting force of bearing B.
The summing friction moment in the inlet shaft
bearings is:
T fr.intΣ = T frA + T frB , N ⋅ mm. (13)
C. ESTIMATION OF THE FRICTION
MOMENT IN THE OUTLET SHAFT
BEARINGS
To define the friction moment in the outlet shaft
bearings the following geometrical and kinematical
parameters have been established:
− Outlet shaft diameter d4, mm.
− Average diameter of the axial bearing surface
d5, mm.
− Sliding velocity of bearing E with the
diameter d4 will be:
Val E =
πd 4 n2
,m/s ,
60
(14)
where n2 is the outlet speed.
The friction moment in bearing E is:
T frE = RE ⋅ µ ⋅
d4
2
, N ⋅ mm , (15)
where RE is the reacting force in bearing E.
The friction moment in bearing F:
T frF = RF ⋅ µ ⋅
d4
2
, N ⋅ mm. (16)
where RF is the reacting force in bearing F.
The friction moment in the axial bearing Z is:
T frZ = RZ ⋅ µ ⋅
d5
2
, N ⋅ mm.
(17)
where RZ is the reacting force in bearing Z.
The summing friction moment in the outlet shaft
bearings:
T fr.iesΣ = T frE + T frF + T frZ , N ⋅ mm.
(18)
4. ESTIMATION OF ENERGETIC
PARAMETERS
IN THE PRECESSIONAL
TRANSMISSION BEARINGS
The summing friction moment in the transmission
bearings is equal to components sum:
T fr.Σ = T fr.intΣ + T fr.cotΣ + T fr.iesΣ , N ⋅ mm. (19)
Then the efficiency of sliding bearings is defined
by the relation:
ηl.a =
Ties
.
Ties + T fr.Σ
Estimation of power losses in bearings:
(20)
79
In the sliding bearing of the crankshaft:
Pfr.sat = T fr.satΣ ⋅Vrel = T fr.satΣ ⋅Vies ⋅ i,
5. MECHANICAL EFFICIENCY
OF KINEMATICAL PRECESSIONAL
TRANSMISSION
(21)
where i is the transmission ratio.
In the sliding bearings of the inlet shaft:
Pfr.int = T fr.intΣ ⋅Vint = T fr.intΣ ⋅Vies ⋅ i .
In the sliding bearing of the outlet shaft:
Pfr.ies = T fr.iesΣ ⋅Vies .
(22)
(23)
Summing losses at the time of sliding bearings
friction:
(24)
Pfr.Σ = Pfr.sat + Pfr.int + Pfr.ies .
Efficiency of sliding bearings:
ηl.a. =
Pies
Pies + Pfr.Σ
.
(25)
Having established the estimation relations of
power losses in basic kinematical joints, it becomes
relatively simple to establish the estimation relation of
kinematical precessional transmission efficiency which,
on the whole, is equal to the product of the two
components (efficiency of sliding bearings and gear
efficiency):
(26)
ηtr = ηl.a ⋅ ηang .
On the basis of the obtained relation an algorithm
for the estimation of power losses in the kinematical
precessional transmissions will be elaborated. Also a
series of graphs for various geometrical and kinetostatic
parameters will be produced. This thing will be useful to
designers who will estimate quantitatively kinematical
precessional transmissions at the phase of design.
REFERENCES
[1]
[2]
QUICK INFO
Bostan I. Precessionnye peredaçi s mnogoparnym zacepleniem.
Izd. Štiintza, 1991, 356 p.
Hostaform, Acetal’nyi sopolimer (POM), 2001 Ticona GmbH,
Frankfurt-on-Maine.
Supercomputing Helps Saves Lives in Bangladesh
Storm Surge
On November 16, Cyclone Sidr hit Bangladesh, killing
thousands and leaving hundreds of thousands homeless.
But nearly 24 hours in advance of the storm, Hassan
Mashriqui, an assistant extension professor of coastal
engineering with Louisinana State University (LSU),
was able to give Bangladesh emergency officials storm
surge maps so detailed that area agencies were able to
take action, saving lives.
Four days earlier, Mashriqui saw the cyclone in the Bay
of Bengal and was able to access a large portion of the
LSU's Shell Coastal Environmental Modeling
Laboratory's (CEML's) supercomputing capabilities to
develop storm surge models. He immediately contacted
Bangladesh officials.
Using the highly detailed models, he was able to
pinpoint events down to small counties and towns. "We
were looking at a 10- to 12-foot storm surge that would
devastate anything in its path," he said.
The original storm surge model sent to Bangladesh
officials about 20 hours before the eye made landfall.
"The advance notice we were able to provide certainly
saved lives and helped to lessen the devastation," said
Mashriqui. "When you can pinpoint the areas of impact
and determine the level of storm surge that far ahead of
landfall, it provides critical time for agencies and
officials to focus energy and resources to the areas that
will need them most."
(from Software Tech Briefs Newsletter)
80
SERVICIU DE DIAGNOSTICARE PRIN VIBRATII
A MASINILOR SI ECHIPAMENTELOR INDUSTRIALE
REALIZAT IN SPRIJINUL IMM
Miron Zapciu
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti, zapcium@sun.cfic.pub.ro
REZUMAT
Această lucrare prezintă realizarile Centrului Naţional de Cercetare a
Performanţelor
Sistemelor
Tehnologice
CNCPST-Optimum,
ce
oferă
întreprinderilor mici şi mijlocii interesate un serviciu inovativ de diagnosticare
a starii tehnice a masinilor si echipamentelor industriale pe baza unei analize
combinate vibratii si/sau zgomot.
ABSTRACT
This paper presents theachievements of National Research Centre for Technological
Systems Performances CNCPST-Optimum,which offers to SME’s an innovating
service for the diagnosis of the technical estate of machines and industrial
equipments, based on the vibrations and noise analysis.
CUVINTE CHEIE: IMM, masini, echipamente industriale, diagnosticare, vibratii
KEY WORDS: SME, machines, industrial equipments, diagnosis, vibrations
1. INTRODUCERE
Universitatea
POLITEHNICA
din
Bucureşti, prin Centrul Naţional de Cercetare a
Performanţelor
Sistemelor
Tehnologice
CNCPST-Optimum oferă întreprinderilor mici şi
mijlocii interesate un serviciu inovativ de
diagnosticare a starii tehnice a masinilor si
echipamentelor industriale pe baza unei analize
combinate vibratii si/sau zgomot, dupa o
procedura care sa elimine factorii perturbatori ce
ascund defectul.
Se vor obtine spectre de vibratii care vor
fi dublate de investigatii pe baza de zgomot la
functionarea in-situ. Proiectul creeaza un serviciu
nou, special destinat utilizatorilor de echipamente
industriale din constructia de masini-unelte,
echipamente complexe, masini agricole si
instalatii conexe.
Obiectivul
acestei
tehnici
de
diagnosticare este de a lua una din deciziile
urmatoare:
- masina poate continua sa opereze fara a
lua nici o masura;
- trebuie realizate anumite actiuni de
mentenanta planificate in timp;
- trebuie efectuat un diagnostic analitic
pentru a elimina cauzele ce pot produce
avarii masinii;
-
masina trebuie oprita imediat pentru a
evita o avarie iminentă.
In evaluarea starii normale de
functionare a unei masini se remarca faptul ca nu
este disponibila o singura variabila direct
masurabila. Ca si in domeniul medical, nu exista
doar o singura variabila pentru a determina
conditia de sanatate a unei persoane, deci in
termeni tehnici, doar semne individuale ale
avariilor pot fi masurate, iar o decizie poate fi
luata in conditii generale. Cu cat vor fi mai
evidente semnele avariilor care sunt masurate, cu
atat va fi mai exacta evaluarea starii de
functionare a masinii. Evaluarea conditiei de
functionare a unei masini utilizand valorile
generale ale nivelului de vibratii si zgomot este
metoda cea mai simpla si mai rapida de a realiza o
diagnosticare.
Necesitand costuri scazute, aceasta
metoda produce rezultate de incredere si
genereaza informatii pentru o recunoastere
timpurie a avariilor si dezechilibrelor, o
planificare optima a actiunii de mentinere si de
prevenire a unor avarii sau intreruperi ale
proceselor productive.
81
Obiectivul acestei tehnici de diagnosticare
este de a lua una din deciziile urmatoare:
1.- Masina poate continua sa opereze fara a
lua nici o masura;
2.- Trebuie realizate anumite actiuni de
mentenanta planificate in timp;
3.- Trebuie efectuat un diagnostic analitic
pentru a elimina cauzele ce pot produce avarii
masinii;
4.- Masina trebuie oprita imediat pentru a
evita o avarie iminenta.
In figura 1 sunt detaliate activităţile de
inspecţie şi de intervenţie în cadrul unei
mentenanţe de tip preventiv.
MENTENANTA MASINILOR SI
ECHIPAMENTELOR INDUSTRIALE
INTERVENTIE
INSPECTIE
EVALUAREA
STARII MASINII
Determinarea unor
parametri generali
(nivel vibraţie,
temperatura, zgomot etc.)
DIAGNOSTICAREA
MASINII
MENTENANTA
PREVENTIVA
Analiza in frecventa
-FFT-
REPARATIE A
MASINII
Echilibrare
Functia de transfer
Analiza la pornirea sau
oprirea masinii
-Tracking-
Aliniere
Stroboscop
Osciloscop
Fig. 1 Posibilităţi de intervenţie pentru diagnosticare şi pentru mentenanţă preventivă
Scopul
urmărit
de
constituirea
serviciului de diagnosticare
Va fi creat un serviciu de diagnosticare
oferit gratuit IMM-urilor selectate de către un
consorţiu format din cinci parteneri. Institutul
National pentru Intreprinderi Mici si Mijlocii are
ca sarcină selectarea potenţialilor beneficiari ai
acestui serviciu.
Se vor obtine spectre de vibratii/ zgomot
la functionarea masinilor in conditii de regim
stabil de functionare, care vor fi utile pentru
corecta utilizare a respectivelor echipamente.
Proiectul se adreseaza IMM-urilor cu profil
productiv, creeaza un serviciu nou, si este destinat
utilizarii corecte a echipamentor industriale,
masinilor-unelte,
echipamentelor
complexe,
masini agricole si instalatii conexe.
Scopul acestui proiect este ca masinile cu
probleme sa reprezinte un procent de sub 6-8%
din totalul celor existente in cadrul unei firme.
82
2. SITUAŢIA LA NIVEL EUROPEAN
In literatura internationala de specialitate, analiza
vibroacustica este utilizata de mult timp pentru
detectarea si identificarea conditiilor masinilorunelte. Intretinerea predictiva este posibila prin
recunoasterea celor mai mici schimbari in starea
de functionare a masinii. In contrast cu
intretinerea corectiva in care raspunsul rapid este
prima cerinta, monitorizarea predictiva nu este
limitata de timp si foloseste o mare diversitate de
caracteristici
complexe.
Mentenanta
se
concentreaza in principal asupra identificarii unei
proceduri de obtinere a frecventelor proprii pentru
arborele principal al unei masini-unelte folosind
analiza de tip «tracking ».
Comparand amplitundinile generale ale
vibratiilor, inregistrate la intervale periodice si
utilizand echipamente specializate ( de exemplu
colector de date 2526 al companiei Brüel &
Kjaer) se obtine un exemplu de program de
monitorizare predictiva de baza.
Tratarea acestui subiect aduce cunostinte
noi in domeniul mecanic si mecatronic, face apel
la cunostinte interdisciplinare de IT, abordare
neuronala, electronica de semnal, senzori,
sisteme expert, masini-unelte si controlul
proceselor de prelucrare.
Programele
pentru
monitorizarea
predictiva au 3 obiective principale :
a- Avertizarea cat mai repede posibil a
unor
potentiale
defecte
ale
echipamentului dotat cu sisteme
continue de monitorizare
b- Monitorizarea conditiei tehnice a
masinii sau echipamentului pe baza
nivelului general de vibratii sau
zgomot
c- Avertizarea din timp a unor defecte
care pot ramane ascunse, utilizand
caracteristici complexe, de exemplu
un spectru CPB.
Cele mai multe organizatii din Europa
(in special din Austria, Germania, Suedia etc.)
doresc sa se indrepte catre un program de
mentenanta predictiva care include seturi de
masuratori experimentale facute prin intermediul
unor traductoare instalate permanent si masuratori
periodice facute cu intrumente portabile si
ultraportabile. Intretinerea predictiva se poate
realiza on-line de la senzorii instalati (ex : vibratii
si temperaturi-limita) in mod periodic cu un
colector de date sau cu o combinatie dintre cele
doua variante.
Mentenanta
predictiva
2
1
3
Date on-line, continua, cu
senzori instalati
Colectarea periodica
a datelor
Procedura mixta, on-line si
colectare de date
Fig. 2 Posibilitati de mentenanta predictiva
În figura 2 se detaliază cele trei tipuri de
mentenanţă predictivă. In general, cele mai multe
din pogramele de mentenanta predictiva
incorporeaza o mare varietate de parametri pentru
a caracteriza cu acuratete starea tehnica a masinii
si pentru a avertiza din timp schimbarile
semnificative.
Serviciul care se propune are mai multe
niveluri, nivelul de baza fiind acela in care se
verifica nivelul general de vibratie si zgomot pe
baza unei diagrame de tip TRACKING la
pornirea echipamentului si aducerea acestuia pana
la functionarea in regim normal de lucru.
83
Ultimul nivel consta in obtinerea cauzelor,
detectarea componentelor care conduc la
functionarea defectuoasa a masinii monitorizate.
Aceasta actiune a fost validata pana
acum de rezultate experimentale extrem de
incurajatoare bazate pe masurarea nivelului de
vibratii a arborelui principal la doua masini de
frezat folosind modulul « tracking » al aparatului
Vibroport 41.
Atunci cand componenta de vibratie sau
zgomot domina spectrul general la o anumita
frecventa, nivelul general de vibratii sau zgomot
poate fi un bun parametru pentru detectarea
timpurie a defectelor elementelor in functiune si a
altor parti mecanice rotative ale masinilor si
echipamentelor
din
domeniul
ingineriei
industriale.
Principalul obiectiv al acestui serviciu
inovativ este acela de a propune o mentenanta
predictiva pentru domeniul masinilor si
echipamentelor industriale. In acest context,
subiectul actual este extrem de important si
permite elaborarea unui serviciu pentru
mentenanta predictiva. Obiectivul secundar il
reprezinta gasirea unui model dinamic care sa
elimine din spectru acele frecvente care nu se
datoreaza unor defecte.
R
Nivel de reparatie
Supraveghere
atenta
Nivelul 3
3
Analiza componentelor masinii
Nivelul 2
2
Date de intrare
Folosirea amplitudinii generale
pentru monitorizarea masinii
Nivelul 1
1
Date de intrare
Prima analiza generala
Fig. 3. Trei niveluri tipice ale programului de mentenanta predictiva
Nu este nici o coincidenta in faptul că
figura 3 considera trei niveluri ale deciziei. Un
program de monitorizare trebuie sa fie conceput
pentru a recunoaste cu acuratete cele mai mici
schimbari si sa foloseasca cele mai simple si mai
putin costisitoare metode de identificare a masinii
cu probleme de restul masinilor care au o
comportare dinamica bună.
Organizatiile experimentate sustin ca un
program cu o monitorizare regulata predictiva
implementat va elimina total masinile in pana si
va reduce numarul de masini care functioneaza in
conditii improprii (masinile cu probleme vor
reprezenta un procent de sub 6-8% din totalul
celor existente).
84
3. EXEMPLU DE PROCEDURA
Câteva exemple de rezultate obţinute până în acest moment sunt prezentate în figurile următoare:
– Pentru centrul de prelucrare vertical MIKRON HSM 600U
Fig. 4. Nivelurile de vibraţie pentru domeniul 36000-28000 rot/min; axa X-X
Următoarele turaţii se recomandă a se
evita: 29130 rot/min (485 Hz) ; 14550 rot/min
(242.5 Hz) ; 12.600 rot/min (210 Hz)
Fig. 5 Nivelurile de vibraţie pentru domeniul 36000-28000 rot/min – axa Y-Y
Au fost obţinute următoarele frecvenţe ce trebuie
evitate: 128, 210, 242.5 şi armonica sa de 485 Hz.
Determinări experimentale pentru masina PC MILL100 (EMCO)
Fig. 6. Determinari experimentale in domeniul de viteza 5000-200 rot/min
85
4. IMPACTUL CREAT
DE NOUL SERVICIU
Impactul economic preconizat al acestui
serviciu consta in:
a) cresterea capacitatii de cercetaredezvoltare a firmelor din economia
romaneasca si cresterea capacitatii de
transfer tehnologic a unor servicii noi
oferite pe piata, in special IMM-urilor;
b) cresterea duratei de viata a masinilor si
echipamentelor industriale cu 8-10%,
dezvoltare economica durabila, prin
reconsiderarea ciclului normal de viata al
echipamentelor;
c) respectarea preciziei de prelucrare si
eliminarea rebuturilor prin functionarea
defectuoasa
a
masinilor
si
echipamentelor complexe; stabilirea
momentului pentru remanufacturare,
reciclare a masinilor din dotarea firmei;
d) cresterea
productivitatii
muncii,
reducerea numarului de masini cu
functionare defectuoasa la 6-8% din
totalul parcului de masini; dezvoltarea de
noi capacitati tehnologice;
e) transferul fortei de munca spre activitati
de conceptie in cazul unor agenti
economici beneficiari ai rezultatelor
cercetarii.
Cel mai important impact social este
asigurat prin dezvoltarea educatiei spre inovare,
spre cunoastere si utilizare judicioasa a masinilor
complexe si care au costuri ridicate. Tinerii
cercetatori sunt implicati in viitoare dezvoltari ale
proceselor din intreprinderi, precum si in
colective de concepere a unor produse noi. Un alt
impact social puternic este acela de a crea
posibilitatea transferului fortei de munca de la
activitati productive spre cel de conceptie a
produselor. Se poate aprecia ca impactul asupra
mediului este unul favorabil prin reducerea
emisiilor de zgomot si reducerea nivelului
vibratiilor care sunt transmise in mediul
industrial. Serviciul propus urmăreşte permanent
respectarea legislatiei in domeniu in ceea ce
priveste limitele de vibratii si zgomot pentru
masini si echipamente industriale.
BIBLIOGRAFIE
1) Zapciu, M.; Bisu, Cl.Fl. (2007). Dynamic issues and
procedure to obtain useful domain of dynamometers used
in machine tool research aria, Proceedings of 7th
International Multidisciplinary Conference, pp. 735-742,
ISSN -1224-3264, Baia Mare, Romania.
2) Zapciu, M.; Paraschiv, M. (2007). Predictive
maintenance and use of tracking concept to analyze
dynamics of machine tool spindle. The 11th International
Conference - TMCR’2007, pp.512-516, May 31th – June
3th, 2007, Chisinau, Modavia.
3) Sutter, G.; Molinari, A. (2005). Analysis of the Cutting
Force Components and Friction in High Speed
Machining. Journal of Manufacturing Science and
Engineering, Trans. of the ASME, May 2005, Vol.127,
pp. 245-250.
4) Zapciu, M.; Anania, Fl.D.; Tănăsescu, A.; Bisu, Cl.Fl.
(2004). Analyzing the fondation to have accurate dynamic
behavior for industrial robots included into FMS.
Proceedings of the International Conference ICMaS 2004,
Romanian Academy Edition, pp. 425-428, ISSN 00354074.
5) Ispas, C.; Gerard, A.; Zapciu, M., Mohora, Cr. (2004).
Condition monitoring and dynamic behavior for CNC turn
main spindle turning with 6000 rpm. Proceedings of the
International Conference ICMaS 2004, Romanian
Academy Edition, pp. 113-116, ISSN 0035-4074.
6) Bisu, C. (2007). Study of Self-Maintained Vibration in 3D
Cutting – A new modelling applied on turning, PhD
Thesis, University POLITEHNICA of Bucharest.
86
NEW APPROACHES REGARDING THE CREATION OF
VIRTUAL ENTERPRISES IN THE NATIONAL NETWORK
Marian Topologeanu
SC ICTCM SA Bucuresti, mtopologeanu@ictcm.ro
ABSTRACT
The paper presents a new concept of Virtual Enterprises (V.E.) in a complex
approach as a regional network of economic entities as potential constitutes of a
V.E. That make possible creation of a data base of technological, collaborative and
behaviorist attributes allowing a selection process by clustering in the attribute
space potential selections of V.E. groups able to produce the goal product.
The attributes classification is a good support to reengineering works, inside the
network entities, to achieve organizational need imposed by the V.E. participation.
KEYWORDS: virtual enterprise, entity, network.
-
1. INTRODUCTION
The Virtual Enterprise is an advanced form of
associative and collaborative economic activity and
the start is contemporaneous with first manufacturing
production. One of actual definition of V.E. describes
this concept like “a temporary network
of
independent companies, in relation any with other
through informatics technology by which divided the
competences, the infrastructure and the business
process in the purpose to satisfy the requests of the
market”. The definition of the network can be the
“cooperation unofficial form which develop by
change methods of informations, people and social
norms”.
2. THE MODEL OF V. E.
The creation of V.E. is a initiative at
competition of two primary requests:
investors request to start the product in
manufacturing and on market, with short
production cycle and minimum costs;
manufacturing economic entities request,
the potential participants in the structure of
V.E. is to fructify the production capacities
on maximum.
The V.E has the life cycle divided on six
stages:
the conception – establish the relation and
the strategy of V.E.;
the competition – the primary test of the
product on the market;
-
the configuration –development and
adaptation of the infrastructure and
production capacities;
the operative management – V.E manage
the production, delivery and support
product in profit conditions
the final – the end of agreements and the
results.
3. CONCEPT OF NATIONAL
NETWORK FOR V.E. – RENIV PREMISES
The common development of V.E. pass
following stages:creation
a) seting the request of investitors and the
definition of the object (product, service);
b) extractions of technological and constructive
dates of product ;
c) appeal to potential participants, possessor of
technologies, from lisr or by Internet on base
of
specialized
portal,
specify
the
technological requests;
d) partners selection.
e) In these stages the approach by informatical
product must make in c) stage.
The approach by national network concept of
potential participants/partners in evolution of
differents V.E. offers many advantages:
-
creation of a data base of technological,
collaborative and behaviorist attributes
allowing a selection process
87
-
-
-
are
using
only
representations
for
technological
attributes
describe
by
„processes” (fractal approach) allowing a
optimal selection by attributes clusters of
potential partners;
potential partners included in data base can to
organize the technological processes in
according with the requests by definition of
attributes in network by reenginering works
and virtual simulation;
complex informaticl approach of registration
process and selection of partners in network.
4. ASPECTS REGARDING
THE SELECTION OF PARAMETERS
FOR CREATION OF V.E.
IN THE NETWORK
The success of V.E. like efficiency and finality
depends by the partners quality and adequate of this
for objective/object.The existence of data base of
registration entities in network is a favored premise.
The selection criterions must to vise the technological
requests and behavioural/collaborative.
In esence the partners selection for V.E. with
defined objective, attended by adequate informatic
system crossing stages following:
- the representace of the object (product/service)
of V.E. by technological attribute which defined him
- the entities selection from data base of network
must make in two stages:
Stage 1 – selecting in the technological
attributes space, the attributes of object and to
ensure that these find in attributes set declarate
by the partners from network.
Stage 2 – selections refining of stage 1 must
make in the behavioural and collaborative
attributes space.
5. INFORMATIC MECHANISM
OF V.E. NETWORK
The informatics system V.E. will be a complex
product which contains modulus:
- logging modulus in network;
- requirement modulus;
- communication modulus in network;
- operative modulus; selection tools of clusters;
- optimizing and modeling tools.
The public information, dissemination and
access in system will be making by specialized site.
6. TECHNOLOGICAL CLASSES AND
SPECIFIED ATTRIBUTES
The realization of the product is the
development
result
of
parallel/sequential
technological processes row, the architecture
production system can be compound by working
technological nucleus, with conceptual equivalent
type holistic and fractorial.
The working technological nucleus can be:
Technology
Element,
semi-product
Materials
Productivity
Technological
process, machinery, equipment,
technical dates
a
b
Process
c
The feature „ working technological nucleus”
is defined by 3 zones:
a) – input with defining of material type which
enter in process or the product compounds of
the product, semi-products or assembly
entered in process;
b) – technological zone in which the
technological
concept
reunites
the
technological process with
specified
operations, machineries and necessary
equipments and the process features which is
refer at processing requests, necessary
qualities, production type;
c) – output from nucleus defined by processing
compound,
compound,
manufacturing
material, assembly, product.
Was defined in project 6 classes (A-F) with 14
parameters categories which will define the
technological attributes frame like clustering space
and a associated technological class (S).
The classes define:
a) the technologies,
b) operations and techniques,
c) Compounds type,
d) technological machineries,
e)semi-product materials,
f) technological dates,
s) fabrication preparation
Example with development stages of a registration:
88
No.
Registration
stage
0
1
1
2
CT A1 A2 B1
3
4
5
6
1
Metal
01
2
Metal cutting
01 08
3
Metal, cutting, turning
01 08 01
4
Metal, cutting, turning,
horizontal spindle
01 08 01 01
5
6
7
1
CUMULATIVE TEXT
CUMULATIVE CODE
B2 C D1 D2 E1 E2 E3 F1 F2 F3
7
8
9
10
11
12
13
automatic, CNC with automatic 01 08 01 01 03 04 05 02
control
9
automatic, from carbon steel
01 08 01 01 03 04 05 02 02
10
automatic, from carbon steel,
usual
01 08 01 01 03 04 05 02 02 01
11
automatic, laminate bar
01 08 01 01 03 04 05 02 02 01 02
2
12
1, 2
13
15
16
01 08 01 01 03
automatic
01 08 01 01 03 04
automatic, spindle
automatic, CNC with automatic 01 08 01 01 03 04 05
control automatic contr
8
12
14
01 08 01 01 03 04 05 02 02 01 02 03 X
automatic, diameter <10mm
Metal, cutting, turning, auto01 08 01 01 03 04 05 02 02 01 02 04 X
matic and diameter 10–100 mm
Metal, cutting, turning, automatic, manufacturing precision 01 08 01 01 03 04 05 02 02 01 02 04 X 04
IT 07
Example with two registrations:
No.
1
2
CUMULATIVE TEXT
CUMULATIVE CODE
CT A1 A2 B1 B2 C D1 D2 E1 E2 E3 F1 F2 F3
Metal, cutting, turning, horizontal spindle,
automatic, spindles, machinery with high
productivity, CNC with
automatic
01 08 01 01 03 04 05 02 02 01 02 03 X
control, carbon steel material, usual, from
laminate
bar,
diameter
Ø10mm,
manufacturing precision IT 07
Metal, cutting, turning, horizontal spindle,
automatic, spindles, machinery with high
productivity, CNC with automatic
01 08 01 01 03 04 05 02 02 01 02 03 X
control, carbon steel material, usual, from
laminate bar, diameter Ø10-100 mm,
manufacturing precision IT 07
0
0
89
7. ECONOMIC, LOGISTIC AND
BEHAVIORAL ATTRIBUTES
These parameters reflect the technical level of
manager act.
These sub serve at selections refining on
technological attributes
Informatics of all Percentage evaluation of activities
departments
number, functional departments
În 3 stages, one point for:
- designing informatics;
Technological
- production norm informatics;
informatics
- informatics of technical control
and production automation
Commercial and Evaluation: YES / PARTIAL (over
marketing
50%) /NO Declaration
informatics
Economic parameters
Parameter
expression
Dynamic of Percentage increase or decrease on 3
turnover
years on percentage scale
Dynamic of Percentage increase or decrease of
human
human resources reported of dynamic
resources
turnover
Company
Percentage increase or decrease of near
near money money in last years
Duty degree
Fluctuation in last 3 years.
of company
The weights are in unitary scales (1-4 or 1-5)
with optimal value “1”.
Behavioral Parameters
The administrator must check the declarations.
Parameters
Scalar expression
The degree of completion Evaluation in 4 percentage
of contractual business
scales
according
by
economic entity
Contracts/orders weight/ Evaluation in 4 percentage
with delay on delivery
scales
Weight of cancellation
Contracts or cancellation Evaluation in 4 percentage
orders from the contacts scales
total
Logistic parameters
These parameters look at acquisition evaluation and
delivery of partners in network.
Acqusition Degree
Acquisition must be sure and
qualitative with suppliers list
Scheduled acquisition from market
without suppliers list
Uncertain acquisition
Evaluation
YES/NO
YES/NO
YES/NO
These registrations can be controlled by “network
Administrator”.
Delivery of the product
With respect of delivery
diagram
With delivery delays
Management Parameters
Evaluation
YES/NO
Evaluation in 3
percentage scales
8. TECHNOLOGICAL
CHARACTERIZATION
The defining of functional dates put the
product in users zone who define not the
technological parameters, first informations regarding
requests like: human security, environment protection,
the form, size, mass, medium (industrial processes,
infrastructure, transport, personal use).
The importance of constructive date which
determine technologic the products class present that
the assembly operations, control, final testing are
technological operations which must be in a
specialized enterprise.
The constructive levels of product
The product is represent in this schedule:
A
Product
B
assembly
compounds
D3
C
subassembly
D
compounds
compounds
D2
The diagram lattice points represent assembly
operations specifically in AB lattice points and not in
lattice points BCD and CD.
Regarding the production/realization of V.E.
objective is important to tell the security source for
production of assembly, subassembly, compounds.
For assembly, subassembly, compounds the
source can be:
- acquisition from free market;
- partial realization in V.E.
- total realization in V.E.
The compounds can be:
• commune; usual assembly compounds
from the market;
90
•
specific
–
manufacturing.
realize
in
product
Example of operation sheet for a compound
For example we choose one type piece - connecting rod.
Date for Operation Sheet
Assembly: heat engine
Unit: connecting road - link
Compound: connecting rod
Compound weight: 960 gr. (Fz: 03)
Technological principal dimension: Ø60
(F01: 04)1
Pieces/product Number : 4
Piece Material : (example: OLC 45)
Heat Treatment: (example nitridation)
For execution of the piece is necessary
TECHNOLOGICAL FLOW:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
the
Drop Forging;
Cutting (turning) of surface A;
Cutting (milling) of plane surface C;
Cutting (milling) of plane surface D;
Cutting (turning) of surface B;
Cutting (milling) of plane surface E;
Cutting(milling) of plane surface F;
Cutting (milling) of plane surface G;
Cutting (milling) of plane surface H;
Cutting (boring) of surface A;
Cutting (boring) of surface B;
Cutting(drilling) Ø5;
Heat Treatment (nitridation);
Cutting(grinding) of plane surface C;
Cutting(grinding) of plane surface E;
Cutting (grinding) of plane surface D;
Cutting(grinding) of plane surface F;
Cutting (grinding) of surface C;
Cutting(grinding) of surface B;
Cutting(grinding) for surface G balancing
Cutting (grinding) for surface H balancing;
Control.
Connecting rod
CUMULATIVE TECHNOLOGICAL
OPERATIONS
- Forging – operation: 1;
- Cutting – operations: 1, 5;
- Milling – operations: 3,4,6,7,8,9;
- Boring – operations: 10, 11;
- Drilling – operations: 12;
- Heat Treatment (nitridation) – operation: 13;
- Grinding – operations: 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21;
- Control – operation: 22.
Technological operations: the 21 technological
operations presented in technological sheet
Cumulative technologies: technological operations 2)
A … presented in technological sheet
Special requests : lot and quality mark
3)
;
The definition of technological chain:
Cumulative operations Chain: B… H
Free operation / independent: A.4)
91
Operation Sheet of the compounds / section operation in cumulative code
EXPERT NOTES
EXPERT
TECHNOLOGICAL OPERATIONS CODE
TYPE
COMPLEX TOOLS
RECOMMAND
TOOLS
ATIONS
Compound:
Connecting Rod
CT A1 A2 B1 C E1 E2 E3 F1 F2 F3
C2
D1
D2
S1
S2
1 2
01
02
X
3 4
5
Cumulative code
A Forging
01 04 03
X 07 02 02 02 09 03 10
B Cutting
01 08 01
X 07 02 02 02 04 03 07 02
03 02 03
1)
C Milling
01 08 02 01 07 02 02 02 08 03 08 02
03 02 03
2)
D Boring
01 08 09
X 07 02 02 02 04 03 04 02
03 02 03
3)
E Drilling
01 08 03
X 07 02 02 02 03 03 06 02
03
F
Heat treatment
01 16 03
nitridation
G Grinding
01 08 06
03
01
4)
X
5)
X 07 02 02 02 13 03 X
X 07 02 02 02 04 03 04 02
6)
03 02 03
7)
H Control
9. CONCLUSIONS
The regional approach makes possible creation of
a data base of technological and behavioral attributes.
That makes possible selection by clustering of
partners of V.E. on ask objectif.
The attributes classification is a good support to
reengineering works, inside the network entities, to
achieve organizational need imposed by the V.E.
participation.
One informatics mechanism will assist the
national network of V.E. in selection stage and in life
cycle of creation entity.
REFERENCES
1 Adrian CURAJ. The management of integrated
manufacturing systems in virtual enterprise Ed. Didactica si
Pedagogica. 2000 Bucharest;
2. CEEX Contract 13 I/07.10.2005. Development of an open
wide of economic manufacturing entities, as a clustering
dynamic space, to build up virtual enterprises defined by set
of attributes–REINVIR. Project Manager -SC ICTCM SA ;
3. Virtual Enterprise in the concept of national network.
Constructia de Masini Revue.Year No.1/2006.
4 www.ictcm.ro/ceex2005/infosoc13-2005/;
5. www.ictcm.ro/projects in working
92
ASPECTE PRIVIND FABRICAŢIA VIRTUALĂ INTELIGENTĂ
A PROCESELOR CU GRAD RIDICAT DE RISC
DIN INDUSTRIA CONSTRUCTOARE DE MAŞINI
ÎN VEDEREA REDUCERII VULNERABILITĂŢII
ŞI COMBATEREA CONSECINŢELOR ACCIDENTELOR
INDUSTRIALE
Avramescu Valeriu, Grejdănescu Roxana,Păun Loredana Theodora
S.C. ICTCM S.A. Bucuresti, vavramescu@ ictcm.ro
ABSTRACT
This paper reffers to the aspects regarding the new integrator concept which answers to
the industrial security requirements and assures the sure approach of the work processes
in hard conditions in order to descrease the vulnerability and combat the industrial
accidentes’ risk.
The regarded work processes are the ones with haigh risk level, which require special
work enclosures and/or equipments: sandblasting / shot-peening, welding, thermic
cutting, covering and painting. These aspects are on the base of some technological
models developments for high risk processes, which will be able to integrate equipments,
processes, robots, work parts, with aid of specific sensorisation and of monitoring and
inspecting cameras integrated in a multifunctional modulated specialized enclosure.
KEY WORDS: industrial security, industrial fabrication.
1.
INTRODUCERE
Procesele de lucru avute în vedere sunt cele cu grad ridicat
de risc, care necesită incinte şi/sau echipamente speciale de
lucru: sablare/alicare de curăţire, metalizare, sudare, tăiere
termică şi vopsire; ele presupun condiţii foarte grele şi
periculoase de muncă iar unele sunt cu atât mai periculoase
cu cât sunt realizate de către factorul uman în condiţii în
care nu există întotdeauna suficientă protecţie. Pentru toate
aceste procese, reprezentative, introducerea noului concept
de fabricaţie virtuală inteligentă, poate îndepărta intervenţia
directă a omului asupra procesului, poate asigura îmbinarea
şi repetabilitatea parametrilor tehnologici prescrişi şi a
calităţii operaţiei executate în condiţii de lucru ’’curate’’,
poate asigura securitatea oamenilor şi securitatea
industrială, inclusiv protecţia mediului de lucru.
Sistemele de fabricaţie virtuală au un sistem fizic şi unul
virtual. Întrucât sistemele virtuale sunt construite şi
operate computerizat, ele sunt mai sigure şi mai economice.
Mai mult, după ce datele sunt verificate în mediul virtual,
eroarea este transmisă în mediul fizic.
2. FABRICAŢIA VIRTUALĂ
INTELIGENTĂ
Fabricaţia virtuală este un concept cheie care însumează
activităţi de fabricaţie şi care presupune modele şi simulări în
loc de obiecte şi operaţii în lumea reală. Conceptul de
fabricaţie virtuală inteligentă este deosebit de importantă
pentru implementarea în procesele tehnologice cu grad
ridicat de risc.
Aşa cum se poate observa în figura 2.1 a) sistemele de
fabricaţie tradiţionale, fără un concept virtual, presupun
procesarea materialului şi datelor prin intermediul operării
unui utilizator şi prin facilităţi fizice.
Fig. 2.1 Sisteme de fabricaţie
93
În acest fel, relaţia dintre sistemul de fabricaţie fizic şi cel
virtual este una de colaborare, aşa cum este arătat în figura
2.1 b).
Fabricaţia virtuală inteligentă reprezintă soluţia care ar
putea rezolva consecinţele datorate riscului tehnologic.
3. IDENTIFICAREA PROCESELOR
CU GRAD RIDICAT DE RISC
Procesele de lucru vizate sunt cele cu grad ridicat de
risc: sablare/alicare de curăţire, metalizare, sudare, tăiere
termică şi vopsire.
Sablarea, proces de curăţire sau de finisare, cu ajutorul
unui jet de particule abrazive uscate sau în suspensie,
aplicat unei suprafeţe pentru a îndepărta toate defectele
provenite din prelucrări sau din acţiunea agenţilor
atmosferici, prezintă riscuri în zona noxelor şi a acţiunii
periculoase a particulelor abrazive.
Alicarea, procedeu de ecruisare superficială a
suprafeţelor pieselor metalice prin bombardarea
suprafeţelor pieselor cu alice metalice sferice proiectate
cu viteză ridicată de pe paletele unei turbine sau printrun jet de aer comprimat, induce aceleaşi riscuri.
Metalizare
Sablare
Metalizarea prin pulverizare termică, procedeu bazat pe
proiectarea unui jet de particule topite ale unui material
pe o suprafaţă neconformă sau deteriorată, prezintă
riscuri prin acţiunea jetului de particule topite şi a
gazelor emanate.
Vopsirea, procedeu de acoperire a suprafeţelor cu
diverse straturi şi pelicule de protecţie, decorative etc.,
prezintă atât riscuri funcţionale neconforme cât şi riscuri
accidentale potenţiale; există măsuri de protecţie a
cabinelor de lucru, de eliminare a noxelor şi a dispersiei
prafului de vopsea în mediul ambiant.
Sudarea (ex.: cu arc electric), procedeu de îmbinare
nedemontabilă a materialelor, prezintă riscuri ale
procesului şi noxe locale, inclusiv agresiune asupra
omului prin intensitatea luminoasă.
Sudare
Vopsire
Fig. 3.1 Aplicaţii robotizate
4. CONCEPTUL INTEGRAT
DE CABINĂ MULTIFUNCŢIONALĂ
MODULARĂ
Noul concept, conform concepţiei anterioare,
asigură:
• protecţia omului prin îndepărtarea din zona de lucru şi
coordonarea adaptivă a procesului direct de către
robot;
• izolarea procesului de mediul industrial prin instalarea lui
într-o cabină specializată;
• creşterea pregătirii profesionale a operatorilor;
• limitarea riscului de accidente umane şi reducerea
costurilor;
• reducerea substantială a spaţiilor de lucru specifice prin
integrarea lor în aceeaşi celulă.
Organizarea virtuală a unui post de lucru are în vedere
următoarele elemente:
• tipul procesului tehnologic (mecanic, fizico-chimic,
termic);
• numărul parametrilor de control ai procesului
tehnologic;
• tipul funcţiei de transfer pentru senzori şi postul de comandă
al sistemului virtual.
O organizare eficientă a unui post virtual de lucru
respectă cerinţele:
• controlul şi virtualizarea în timp real ale parametrilor
procesului tehnologic;
• posibilitatea efectuării de reglaje ale parametrilor;
• verificarea rezultatelor obţinute prin efectuarea
procesului tehnologic;
• supravegherea noxelor şi emisiilor rezultate din proces
(praf, noxe, gaze fierbinţi) şi semnalizarea depăşirii
limitelor receptibile;
• supravegherea consumurilor energetice aferente
aplicării tehnologiei.
Soluţia originală implică obţinerea de performanţe
tehnice deosebite într-o singură concepţie unitară,
folosind robotizarea şi automatizarea proceselor
menţionate, inclusiv funcţionarea virtuală a unei/unor
cabine multifuncţionale. Realizarea unei cabine modulare
robotizată implică elaborarea de algoritmi tehnologici
specifici pentru procesele tehnologice cu grad ridicat de
risc enunţate.
94
Ele se modelează virtual pentru reducerea vulnerabilităţii
şi combaterea consecinţelor accidentelor industriale,
inclusiv realizarea de echipamente tehnologice, de
monitorizare şi senzorizare pentru echipamentele de
protecţie.
În principiu se desfăşoară următoarele secvenţe
tehnologice:
• produsul sau piesa supusă procesului este dezvoltată
într-un mediu CAD;
• odată modelate procesele, se stabilesc traiectoriile de
lucru ale roboţilor;
• o cameră specializată de luat vederi descrie piesa sau
produsul;
• cele două semnale suprapuse vor defini integral şi exact
obiectul din cabină;
• trebuie respectate condiţii de siguranţă referitoare la
interacţiunea dintre utilaje;
• se personalizează camera multifuncţională pentru
operaţia prescrisă;
• se introduce piesa şi se poziţionează faţă de roboţi,
camerele TV şi/sau senzori; roboţii efectuează operaţia
tehnologică conform programului transmis şi corelat cu
imaginea tridimensională a piesei; totul se desfăşoară ’’în
orb’’;
• la terminarea procesului robotul, cu o cameră mobilă
sau camere poziţionate specific, face inspecţii;
imaginile sunt analizate şi se fac corecţiile necesare;
• acelaşi robot va putea modifica accesoriile din cabină şi
o va putea pregăti rapid pentru o altă operaţie funcţie de
cerinţa tehnologică.
5. CONCLUZII
Lucrarea vizează un concept integrator care să
raspundă cerinţelor de securitate industrială şi să
asigure abordarea sigură a proceselor de lucru în
condiţii grele pentru atenuarea vulnerabilităţii şi
combaterea riscului accidentelor industriale. Modele
tehnologice ale proceselor cu grad ridicat de risc,
integreză echipamente, procese, roboţi şi piese de lucru,
cu ajutorul condiţionat al senzorilor specifici şi camerelor
de monitorizare şi inspectare integrate într-o cabină
specializată, modulată, multifuncţională.
BIBLIOGRAFIE
1. Cristina Mohora, Costel Cotet, Gabriela Patrascu, Simularea
sistemelor de productie, Editura Academiei Romane, Bucuresti, 2001.
2. Camarinha-Matos L.M, Virtual Enterprises: Life cycle supporting
tools and technologies – funded in parts by the European Comission,
through the Esprit PRODNET II and INCO SCM, 1999.
3. SUHNER, Usinage economique et rationnel, Germany, 1990
4.Weinert K., Friedhoff J, Efficient discrete simulation of 3-axismilling for sculptured surfaces, Production Engineering, Vol. II/2, 1997.
Quick Info
New Software
Kubotek USA (Marlborough, MA) introduced Kubotek
Validation Tool(TM), which assures manufactures that
two revisions of the same CAD model, which visually
appear the same, are geometrically identical. The report
generation capabilities of the software include pass-fail
indicators, a tamper-proof validation certificate, and a
listing of any differences found. It features Face
Logic(TM) technology to analyze the geometric data
types found in solid models based on a specified
tolerance.
ALGOR DesignCheck™
With ALGOR DesignCheck finite element analysis
(FEA) software, you can verify your designs with a firstpass stress analysis to virtually test the behavior of
product designs, speed up time to market and make
better, safer products at a lower cost.
95
Examples
ONE OF THESE PARTS
IS NOT LIKE THE OTHER
CHECK FOR DESIGN CHANGES IN A SUPPLIER MODEL
CHECK FOR CHANGES IN MASS PROPERTIES
PERMIT MIXED MATH TYPES
PERMIT SPLIT FACES
Kubotek is a registered trademark of Kubotek USA, Inc.
96
THE BEHAVIOR OF THE PISTON-CYLINDER
TRIBOSYSTEMS
Gheorghe Poştaru1, Andrei Poştaru2, Victor Ceban1
1
Technical University of Moldova, Dept. “Theory of Machines and Machine Elements”
2
Technical University of Moldova, Dept. “Automatics and Information Technology”
ABSTRACT:
The paper presents researches concerning the functioning and the reliability of
certain types of machines and mechanisms as internal-combustion engines,
hydraulic machines and devices, compressors and others, which is mostly
determined by the functioning of the piston-cylinder assembly. Having diverse
specific constructive forms the piston-cylinder assembly is executing more than one
function (sealing the workspace of the cylinder, effective load transmission,
transport of material, movement guiding, etc.) which determines the large diversity
and complexity of the work conditions. Taking into account the type and the laws of
relative movement, the diversity of the contact forms and the work conditions, the
friction couple of this assembly must be examined and analyzed as distinct systems in
the context of systemic analysis and modeling.
KEYWORDS: tribosystem, tribomodels, friction.
1. INTRODUCTION
The functioning and the reliability of certain types of
machines and mechanisms as internal-combustion
engines, hydraulic machines and devices, compressors
and others, is mostly determined by the functioning of
the piston-cylinder assembly. Having diverse specific
constructive forms the piston-cylinder assembly is
executing more than one function (sealing the
workspace of the cylinder, effective load transmission,
transport of material, movement guiding, etc.) which
determines the large diversity and complexity of the
work conditions.
Taking into account the type and the laws of
relative movement, the diversity of the contact forms
and the work conditions, the friction couple of this
assembly must be examined and analyzed as distinct
systems in the context of systemic analysis and
modeling.
2. EXPERIMENTAL RESULTS
While researching behavior and predicting normal and
critical functioning of tribosystems, it is necessary to
apply the methodology for the analysis of multifactor
systems [4, 5]. The essence of this methodology is
decomposition of the system into elements and
elemental processes, structure, state and triboelements’
properties analysis, establishing evolution of structures,
processes and of their degree of mutual influence,
establishing transformation operators and factors of
inputs and outputs.
Generally, from the point of view of complementary
processes, the tribosystem may be examined as a
structure of subsystems with distinct functions and
processes. Parts of this structure represent: a – a
mechanical subsystem that establishes the main
function which is mostly determined by the type and
function of the cinematic couple, mechanical
deformation processes that appear in the contact zone
and evolution of defects, of their dislocation density
distribution in superficial contact layer structures,
change of the mechanical properties of triboelements,
b- hydrodynamic subsystem, whose function is to
separate contact surfaces and create efficient
functioning states in the whole variation scale of
loading conditions; c – chemical subsystem, intended
to create or modify, by means of chemical interactions,
some superficial structures with tribologic properties
able to ensure normal functioning capacity of the
tribosystem in extreme loading situations; d –
thermodynamic system, where transformations and
dissipations of energy take place, those which should
ensure transfer of entropy flux produced at the
dissipation in the contact zone.
Contact processes from subsystems and their influence
on elements’ structures and properties may be
researched taking a complex approach as well as
separately, making direct measurements during the
attempts and by physical and chemical analysis
methods, structural as well as quantitative.
Internal communications between subsystems (within
the same material constituent triboelements of the
tribosystem) and of the tribosystem with other external
systems are realized by matter fluxes (material) and
97
energy fluxes. According to earlier research, a special
role in these communications is played by information
[9, 10, 21, 22]. New concepts and scientific paradigms
also impose new approaches on the conceptual
definition of the tribosystem and on the establishing of
the research methods.
1
F f (x)
sup
v (x)
2
L
inf
L
sup
+vmax
dx
-vmax
x
F f (x) ,
N
400
300
200
100
0
-100
-200
-300
-400
v (x) ,
m /s
3,0
2,0
1,0
0
-1,0
-2,0
-3,0
Fn
T (x) , °C
200
160
120
80
40
0
Fig.1. The reamer of the tribosystem cycle with cyclic
slips of the piston ring - cylinder.
Symbols: “sup” and “inf” indicate the position on the
stroke (L) of the superior dead point and respectively
inferior dead point of the ring;
1 - the piston ring triboelement;
2 - the cylinder triboelement.
While examining a tribosystem with cyclic movement,
piston-cylinder type, it is necessary to clarify some
particular aspects (fig. 1) and namely: the variable
speed motion v(x) of the contact on stroke (L), force of
friction Ff(x) with a variable character within the limits
of the cycle and local fluctuations of temperature T(x)
in the contact zone.
From the thermodynamic point of view, tribosystems
are dissipative open and irreversible systems, which
can comprise stationary and non-stationary unfolding
of the contact processes.
The dissipation of mechanical energy is realized on the
real contact surface, changing the thermodynamic state
as well as the structural state of the triboelements.
Thus, processes of auto-organization or degradation of
material structure in superficial contact layers take
place [3, 4, 6, 7, 8, 20]. These processes are decisive as
far as it concerns the behavior of the tribosystem and
determine its evolution in time. The thermodynamic
state and the intensity of dissipation processes (entropy
production) on the macro level are reflected in the
variation of dynamic parameters (especially of the
average temperature T(x) in the contact zone and its
local fluctuation on stroke)
Functional behavior of the tribosystem, which is highly
complex, almost excludes the possibilities of final
research by purely analytical methods (on the basis of
non-linear differential equation systems). That’s why
the basis of tribosystems’ study, taken by the majority
of researchers, was mainly experimental methods. The
experimental model should fully comply with the
requirements of similarity with the real tribosystem,
according to the following: relative movement law;
contact form and size; laws of command parameters
upon the contact states and unfolding of the contact
processes.
The peculiarity of the tribosystem under research
consists in both the dynamic character of the
triboelements’ surface interaction and, as a
consequence, in the dynamism of the contact processes
and their evolution. The states the tribosystem goes
through may be completely assessed by traditional
tribological research methods, which is why new
approaches are taken to establish the research
methodology.
According to the methodology proposed by the authors
[1, 2, 3], the state of the tribosystem and the contact
processes is appreciated in complex with two groups of
parameters. The variables and parameters from the first
group (which are recorded in real time during the
experiment) determine the state of the tribosystem at
the local state on the cycle stroke. Some of the most
important local variables are (fig.1, fig.2) local force of
friction Ff(x) and its variation on stroke, local average
temperature in the contact zone T(x) and the thickness
of the lubricant layer during the contact h(x). The
second group comprises variables and parameters of
the tribosystem state assessment on the global level,
integrated in the limits of a motion cycle with double
stroke 2L or within the limits of a τ period of time of
the evolution trajectory. Two variables are significant
for this group: mechanical work (Afc) required at the
overcoming of friction forces and average temperature
(T) in the contact zone determined by the integration
within the limits of a cycle.
0
L
Afc=
∫ F f ( x) dx
+
0
∫ F ( x) dx
f
(1)
L
2L
T=
1
T ( x) dx
2 L ∫0
(2)
The experiments describe the behavior of the
tribosystem in the whole range of loading regimes
(command parameters variation) including state of
catastrophic gripping as well. The command
parameters for the cyclic motion tribosystems are the
following: cyclic frequency of contact (nc); normal
98
surfaces to adapt to complex conditions imposed by
new situations.
A well-outlined non-linear behavior on the evolution
trajectory may be noticed at the rapprochement to the
zone of catastrophic gripping. In this zone a high level
of non-determination persists where the slightest
fluctuation can shift the system into a point of
bifurcation and can launch the process of avalanche
towards the catastrophic state [11].
This behavior of the tribosystem raises new
requirements for research concepts and methods in the
field of tribology of dynamic systems. A decisive role,
in this context, must be attributed to modern
experimental research methods. From the conceptual
point of view the methodological base must be built on
the analysis of fluxes of materials, energy and
information about internal communication between the
elements of the system and communication of the
system with other internal systems. The complex
examination of such peculiarities of this type of
communications and their influences on the general
behavior of dynamic tribosystems of piston-cylinder
type will allow a further elucidation of more numerous
problems linked to the increase of machine reliability
and decrease of their impact on the environment.
Fig.2. The graphic of a typical experimental sequence
Communications by flux of materials. The spatial and
of the tribosystem with cyclic and translation slips.
chemical structure of triboelements’ materials and
material communications between them are decisive in
During the experiment, the contact goes through
the behavior of the tribosystem. These very
various states and regimes of friction-lubrication, being
communications determine: spatial time structure of
separated into several distinct periods of the evolution.
surface contact layers [14, 15, 16, 20] and the capacity
In the limits of the first period, at relatively low
to auto-organize in new structures ordered under the
temperatures (up to 70-80 C) the tribosystem is in a
influence of working conditions; adapting capacity of
slightly unstable balance with a non-essential response
the microgeometric characteristics of the surfaces to
to the fluctuation of command parameters. During the
new interaction situations; material transfer from one
second period, at higher temperatures - 100-120 C –
triboelements to another.
Some mechanisms of
the tribosystem undergoes states that cause essential
material transfer (absorption, chemosorbtion, diffusion,
destabilization in the contact zone, being far from
selective transfer) are well known in the area. Finding
balance. The duration of this period is different for
new mechanisms of communicating with materials [14,
different load regimes. At the end of this period the
17] relates to present day and future research.
tribosystem enters another period with a stable regime.
The possibility to choose initial chemical composition
There is a transition period that appears between the
of the triboelements possessing capacities that were
two periods.
enumerated will allow realizing such migrating
Having analyzed a great number of samples of
dynamic material structures in the area of surface
experimental data, obtained by tests on tribomodels of
contact layers having optimum tribologic properties for
piston ring - cylinder type, it was determined that there
the whole variation range of command parameters, as
is a non-linear and chaotic behavior in the dynamics of
well as for the early realization of catastrophic
tribosystem state. In the case of realization of relative
situations.
stability, the state of the tribosystem tends to strange
Direct monitoring of materials transfer during the
attractors with reduced stability, which may be left at
experiment is impossible, due to the dynamic character
the slightest external or internal fluctuations. In these
of the flux. That’s why these processes may be
zones, on the attractor trajectories under the action of
established and assessed only at the phenomenological
fluctuations points of bifurcation may appear in the
level on the basis of the information extracted from the
evolution of the tribosystem [8, 10, 11, 12, 13].
tribosystem dynamic parameters signals.
The stability of the attractor or the ulterior direction of
In the previously conducted experiments, whose data
tribosystem evolution depends on a series of factors,
were at the basis of the analysis, for the triboelements
such as: amplitude, form and period of command
of the tribomodel were used materials of the pistonparameters fluctuations, response of internal
cylinder group and oils widely used in the construction
parameters to these fluctuations (such as parameters of
and exploitation of internal-combustion engines and of
spatial and chemical structural organization of
hydraulic engines, as well as a series of experimental
triboelements); structural stability and capacity to automaterials, additives and oils. The lubricant flux in the
organize into new ordered structures of superficial
contact zone is emitted continually or periodically. The
layers of the triboelements, capacity of the contact
quantity is chosen depending on the purpose of the
99
actual load (Fn); sliding speed on stroke (v(x)). A
typical sequence of the experiment unfolding is shown
in fig. 2 where:
a – the oscillograms of the variation of friction force
(1) and of the thickness of the lubrication film (2) at the
variation of the temperature in the contact zone; b – the
oscillograms of the temperature variation in the contact
zone for different actual loads; c – the oscillograms of
the friction forces (1) and the thickness of the
lubrication film (2) for stable regimes in tribosystem
functioning and different actual loads.
experiment. The material which is used is transported
from the contact zone by means of the lubricant flux.
Communication by means of energy flux.
The mechanical work at the shift of the contact on
stroke is used to overcome friction forces and is
dissipated on the real contact surfaces, being
transformed into internal thermal energy of the
triboelements (increasing thermodynamic entropy of
the tribosystem), in structural internal changes (of
various degree) of triboelements’ materials and at the
material transfer on the material flux. Materials transfer
is made on two diametric directions. In the first
direction, it is linked to ordered changes in the surface
layers, whereas in the second one there is structural
degradation (wear) of the surface contact layer
(increasing of structural entropy). The energy transfer
process is produced by mobile and discrete contact on
stroke where contact time of local realization
(implicitly of sliding speed) is highly important. That’s
why time duration and its repeat frequency determine
the unfolding of the contact processes.
F f (x),
N
300
100
-3.0 -2.0 -1.0 0
t i +τ
Afτ = nc
∫A
fc
(t ) dt
(3)
ti
200
-vmax
The average local temperature (T(x)) from the contact
zone (fig.1), being a correlative parameter with
dissipated power P(x), has the same tendencies to vary
as the friction force Ff(x) however in a different form
of the trajectory and at another amplitude scale.
In the plane of phases may be projected and observed
the motion of the system in the areas of strange
attractors through sections of evolution trajectory.
The global energetic state of the contact may be
analyzed at different hierarchical levels. The inferior
global energetic level is introduced in the limits of the
motion cycle. Energy quantity dissipated in a cycle
(Afc), represents a minimal discrete portion of
assessment of global energetic state of the contact in a
certain point on the evolution trajectory. On a higher
hierarchical level, included in a given segment of the
trajectory (ti, ti+τ), the energetic state (work used Afτ)
of the tribosystem is determined by the integration of
cycle Afc energy in the limits of this segment.
+vmax
1.0 2.0 3.0 v(x), m/s
-100
-200
-300
Fig.3. Trajectory of local energetic states of the
contact in the plane of phases.
(The directions of the arrows indicate the branches of
the trajectory at the increase and, correspondingly,
decrease of sliding speed on stroke L).
From the thermodynamic point of view, the energy
dissipated ant the global level determines the
production of entropy on the examined hierarchical
level.
An important role in the assessment of states that the
tribosystem undergoes is played by the temperature in
the contact zone. The temperature field that firstly
results from the energy consumption at dissipation and
on the transfer of the entropy flux implicitly includes
the influence of other hidden factors of the system.
This implies the use of temperature as and indicator of
processes of structural change in the surface layers of
the triboelements. Correlation between dissipated
energy on cycle Afc and average temperature (T) in the
contact zone on the evolution trajectory is presented in
figure 4.
Variation curves for these two variables (being
appreciated as basic dynamic variables V(t) of contact
processes) are obtained by measurements and real time
processing, on the entire cycle of the experiment and
are presented as temporal series (also named time
series). As the experimental data results indicate
(fig.4), the trajectories of dynamic variables on certain
sections correlate among themselves, also bearing
chaotic variations with different amplitudes and
frequencies, going from one unstable attractor to
another, until reaching state of stability.
The level and the tendency to modify the global state
of contact on various sections of the trajectory may be
appreciated by analyzing variations and jumps by
various orders of variable derivates and with the
correlation parameters between them. Additional
information may be obtained by assessing correlation
between local and global state parameters.
At the local level the energetic state of the contact is
determined by the trajectory in the plane of phases
(fig.3) constructed on the sliding speed on stroke (v(x))
and of friction force (Ff(x)).
The result Ff(x) ×v(x) =P(x) represents the local energy
dissipation power in the zone of the examined point x
of the trajectory (fig.1).
From the thermodynamic point of view this result also
represents local speed of producing entropy in the
process of dissipation.
The position and form of the trajectory branches and
the increase and decrease of sliding speed differs
considerably on both directions of the motion on
stroke, thus forming a trajectory with 2 closed
contours. On the basis of form and position of
trajectory in the plane of phases we may also determine
regimes of friction-lubrication realized at the contact in
the zones of each point from the stroke.
100
T , °C
A fc, J
50
40
200
160
2
30
120
20
80
1
10
0
40
0
10
20
30
t, min
Fig.4. Time correlation curves of the work of friction
forces (1) and of the temperature in the contact zone
(2) obtained for normal actual loads of contact
Fn=3500N. Materials used: electrolytic chrome-steel,
synthetic motor oil.
chemical structure that would be able to ensure
tribologic properties imposed by the general function
of the tribosystem and by the compatibility
requirements of the triboelements. In order to ensure
the function of the tribosystem, the structure of the
elements must also comply with the requirements of
stability to external and internal fluctuations of
command and commanded parameters. According to
experimental data, the structural stability requirement
is almost impossible to achieve in real conditions of
functioning. In this context, a special attention should
be given to solid triboelements. As the materials of
these triboelements change their structure in the surface
contact zone, they will also modify their tribologic
properties. Here, the following questions arise: which
is the direction in which change evolves and which will
be the organization (auto-organization) possibilities of
structures with adequate properties. This mode of
approaching the problem has probably lead to the
introduction of a new communication flux between
elements, and systems, and namely, the information
flux, that comes to elucidate more aspects in the
tribosystems’ behavior.
The notion of information [10, 21, 22], has not
acquired clear contours yet, that would establish its
place in the hierarchy of fundamental scientific
categories, all due to its complexity and diversity of its
use. On the basis of the sources that were consulted,
information may be defined as a property of the
interaction of material world’s components that
determines the direction of the motion of energy and
substance. In this context, information is attributed the
following three associated functions: determination of
the direction for motion, form and structure of
substance (of the material), of form and structure
(modulation) of the fields that appear under the
influence of spatial forces that accompany substance
motion. This formulation, being more explicit,
illustrates the physical aspect of the category of
information, where its support is specified (form and
structure of the material part of the world). This notion
may be made more particular and accepted as basis for
the examination of triboelements’ behavior.
At the interaction of triboelements the information flux
altogether with the material flux and the energy flux
between elements all determine the motion direction of
the system on the evolution trajectory. Taking this
premise as basis we may conclude that any structure
change movement concerning triboelements and form
of contact (information support) will be also
accompanied by changes in the fields (thermal, of
deformation and of tension) by means of which the
information flux is transmitted and distributed. Thus,
natural architecture of layers adjacent to contact is
achieved. The modified structure and form of contact
will obviously depend on the antecedent composition
and structure of the triboelements and on the loading
conditions of the contact. An important role while
achieving new structures is attributed to the time of
irreversible change of the contact from one hierarchical
state to another, both at the local level on stroke as well
as on the global level.
Communications by information flux. In the course of
the last decades a new characteristic is more and more
frequently used in the system analysis, and namely –
the information flux. Using information to assess the
states of the systems has reached high degrees in
different areas. This fact is firstly due to the present
level of information theory and information technology
development within traditional theories and concepts.
In order to examine the behavior of the tribosystem
from the informational point of view it is necessary to
clarify certain essential issues and namely: what is a
tribosystem as a complex structure, and how are the
triboelements organized at the microstructural level;
how is the structural architecture of triboelements
modified under the influence of entropy flux produced
by the tribosystem and how are these changes reflected
upon triboelements’ properties; which of the meanings
attributed to information better correspond to
tribosystem behavior; what are the possibilities to
extract information from material and energy fluxes
(and supports and bearers of information).
Searching for answers to the enumerated questions
represent a certain difficulty due to their spread over
several branches of science. Here, the priority will be
given to recent research in the field of science of
materials, physics of the solid body, thermodynamics
of open dissipative systems, theory of information and
information technology, chaos theory and synergetics,
non-linear dynamics, modern theories of signal
processing and philosophical aspect of the enumerated
issues [7, 8, 9, 10, 11, 12, 15, 16, 17, 18].
General theory of complex system analysis determines
structure as a construction possessing hierarchical
architecture. Thus, each element that is in the system,
irrespective of origin, may be examined at its
hierarchical level as a separate subsystem having its
own structure and function. As for tribosystems, the
upper hierarchical level constitutes the two solid
triboelements that, in the process of contact, are in
relative motion and two liquid or gas elements, one of
which is interposed between contact surfaces (working
as a lubricant), whereas the other one constitutes the
working environment. Each of the triboelements at the
upper hierarchic level should have a spatial and
101
The information about the direction and modification
span of the structures (synthesis or loss of information)
may be observed during experiments, only by means of
signals modulated in energetic and force fields. These
signals represent dynamic variables V(t) of the system
and may be recorded in certain conditions, as it was
mentioned above, as time series. The number of
dynamic variables is limited (due to monitoring and
access peculiarities). Usually, just one variable is
recorded, less often two or three variables may also
appear. Real dynamic systems are complex and
multifactorial, having several mobility degrees, that’s
why they may be analytically described by means of
differential equations with a certain number of
variables and parameters equal to the number of
mobility degrees.
That’s why the problem of
reconstructing the minimal number of variables that
would determine the state of the system appears. This
procedure is executed on the basis of the analysis of
time series of the system variables recorded during the
experiment.
In the case of dynamic tribosystems, such as pistoncylinder systems, it is easier to monitor the variation of
the contact zone temperature fields. Samples of time
series for the variation of contact zone temperature
fields are presented in fig. 5. On each section of the
time series the fluctuations of contact zone field
temperature in the given conditions of the experiment
occurred exclusively due to internal system parameter
fluctuations. These fluctuations confirm the fact that
there are processes of structural modification in the
zones adjacent to surface contact layers, accompanied
by changes in tribological properties of triboelements’
materials. Structural level transition is produced
periodically when states with unstable strange
attractors are reached. Unstable attractors are
spontaneously left, in a sequence of irreversible
“event” steps that have variable periods. The transition
process is completed when entering the domain of the
next stable attractor (right hand branch of the series).
The system will stay in this attractor until a new
unstable state or conditions to spontaneously leave it
are created. On the basis of experimental results
obtained on tribomodels for a number of materials in
various combinations it was certainly established that
the form of the signal fluctuations, amplitude and
period, as well as total period of system transition
differ from case to case and have a random and chaotic
character.
a)
T , °C
160
120
80
40
0
10
20
30
t, min
b)
T , °C
160
120
80
40
0
10
20
c)
30
t, min
T, °C
160
120
80
40
0
10
20
30
t, min
Fig.5. Consecutive sections of the temporal series with
temperature fluctuations in the contact zone obtained
in the case of certain experimental materials of
triboelements in different loading conditions with
normal actual load:
a – Fn =1200N;
b – Fn =1600N;
c –Fn =2000N.
The dotted line represents a possible trajectory of
attractor deviation.
Here is were the most important and difficult problem
appears, and namely, the extraction of information
contained (modulated) in the signals of the dynamic
variables, the decoding and its interpretation relative to
the behavior of the contact processes and the evolution
of contact condition.
The information aspect has not found yet a satisfying
reflection in the research of tribosystems with dynamic
behavior. Still, the results of the developments made in
other interdisciplinary sciences, like tribology, show
that the solution of this problem can be found in the
new research of the fields like: non-linear dynamical
system analysis, chaos theory, modern theories of
signal analysis [14, 15, 16, 17, 18, 19, 20].
One of the efficient methods for rating the information
flux refers to the study and analysis of strange
attractors of dissipative systems. The information is
coded [23] on the stationary orbits of the attractor and
is extracted through intermittency points with chaotic
trajectories. The characteristics of the strange attractor,
in another method [26, 29, 30], are determined on the
basis of the fractal analysis from which the correlative
entropy Kolmogorov-K2 is computed. The K2 entropy
indicates the speed of information loss, thus the system
evolution direction, if rising – to chaos, if lowing – to
organizing.
102
The method of extracting the information from the
strange attractor through the synchronization with the
moves of another attractor [24] also presents interest.
The information, in this case, is determined as the
difference between the entropies of the two attractors.
In the [26, 27] works an efficient method of
information computing is presented. It is based on the
analysis of the time series of the dynamic variables
V(t)at the phenomenological level. The authors named
methodology developed in these works The FlickerNoise Spectroscopy – FNS. According to the concept
of this methodology the flicker noise is the carrier of
the information regarding the condition and the
evolution direction of the system. From the analysis of
the dynamic variable signal the spectral power S(f) of
the variations and the differential moment of order (n)
of the jumps Φ(n) are found. These characteristics are
used as “markers” of the system structural
modifications process, and their sequence indicates the
evolution direction. A special meaning is assigned to a
specific infinitely little time interval named “Now”
which can present the “instant” step of irreversible
transition of the system towards another state. The
“markers” are transferred to the “Now” period with the
help of the δ-function.
The Flicker noise can be found in a wide area of
systems, including the tribosystems. That’s why the
FNS methodology can be successfully adapted and
specified for the research of the tribosystems with
dynamic behavior.
The problem of researching the information aspect of
the tribosystems has its specific. For the extraction of
information existing methods can be used. Still, the
subtleties that can undoubtedly come to surface will
need new fundamental methodological approach.
3. CONCLUSION
The peculiarities of the piston-cylinder type
tribosystems with dynamic behavior have led to of a
new research methodology.
According to the methodology, the behavior of the
tribosystem can be appreciated at different hierarchical
levels:
1 – local level (inferior), for the points of the contact
position on the stroke;
2 – inferior global level (integrated in the cycle limits);
3 – superior global level (integrated in some time
interval limits).
The dynamic variables of the system are integrated as
time series from which the fluxes of energy dissipated
at local and global levels can be extracted.
These fluxes determine the energetic condition of the
contact at the three hierarchical levels. In order to find
the direction of the contact state evolution the
information extracted from the dynamic variables
signals can be used.
The use of information and the energy flux will allow,
during the experiment, the estimation of the structural
modifications in the surface layer zones of triboelement
contacts and the evaluation of the new structure state.
The problem of selecting or development of a method
for information extracting from the dynamic variables
signals and its processing requires additional research
both in the dynamic tribosystems and information
technologies fields.
The research in this area can establish a new branch in
informatics – “triboinformatics”.
REFERENCES
[1] Crudu I. A Principle Tribosystematization and Tribomodelling,
Balkantrib 99, The 3rd International Conferense of Tribology,
(1999), Iunie, 2-4, Sinaia, România.
[2] Crudu I. On the Concept of Tribo-System and a Tribomodelling
Criterion, Proc. of 4th European Tribology Congress, Eurotrib 85
Lion, (1985).
[3] Ajder V, Crudu I, Poştaru Gh.. Tomescu L. Tribomodeeling
the contact between piston-ring and cilinder in internal combustion
engines, (1994).
[4] Czicos H. Tribology, Elsevier Scientific Publighing Company,
Amsterdam-Oxford-New York, (1978).
[5] Гриб, Общий методологический подход к разработке
математических
моделей
изнашивания
сопряженных
поверхтостей деталей машин. Трение и износ, (1987), Том 8, №
6, с. 996-1003.
[6] Николис Дж.
Динамика иерархических систем.
Эволюционное представление. М., Мир, (1989).
[7] Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. Введение.
М., Мир, (1990).
[8] Prigogine I. The End of Certainity. Time, Chaos and the New
Laws of Nature. The Free Press. N.Y., London, Toronto, (1997).
[9] Haken H. Advanced Synergetic. _ Springer-Verlag. Berlin,
(1983), 356 p.
[10] Haken H. Information and Selforganization. Springer-Verlag.
Berlin Heidelberg, 1988.
[11] Арнольд В.И. Теория катастроф. -3-е изд., доп.-М.: Наука.
Гл. ред. Физ. мат. лит., (1990). С. 128.- ISBN 5-02-014271-9.
[12] Шустер Г. Детерминированный хаос. Введение. М.: Мир.
(1988), 240 с.
[13] Schuster H. G. Deterministic Chaos. Physik _ Verlag,
Weinheim, (1984), 240 p.
[14] Т. А. Шахназаров, Ю.А. Тахтарова, Т. С. Лугуев.
Диссипативные процессы в сплавах при проявлении
безызносного трения. Журнал технической физики, (2006), том
76. вып. 10, с.66-73.
[15] П. В. Макаров. Нагружаемый материал как нелинейная
динамическая система. Физ. мезомех.-(2005).- Т.8. - № 6, с. 3956.
[16] Нащекин А.В., Колмаков А. Г., Встовский Г.В. Баранов
Е.Е Формирование кластеров при синтезе наноструктурных
пленок С60-CdTe Физика и xимия обработки материалов, (2006),
№4, с.26-34.
[17] В. Л. Гиляров. Кинетическая концепция прочности и
самоорганизованная критичность в процессе разрушения
материалов. Физика твердого тела, (2005), том 47, выпю5, с.808811.
[18] А. А. Потапов, В.В. Булавкин, В. А. Герман. С. Ф.
Вячеславова. Исследование микрорельефа обработанных
поверхностей с помощью фрактальных сигнатур. Журнал
технической физики, (2005), том 75. вып. 5, с.28-45.
[19] Встовский Г.В., Колмаков А.Г., Бунин И.Ж. Введение в
мультифрактальную параметризацию структур материалов.
Москва-Ижевск: РХД, (2001), 116 с.
[20] Мусалимов В.М., Валетов В.А. Динамика фрикционного
взаимодействия.- СПб: СПбГУ ИТМО, (2006).-191 с.:илл.
[21] Brillouin, L. Science and Information theory. Academic Press
INC. Publishers, N.Y. 1956
[22] Norton M.J. Introductory Concepts in Information Science.
Information Today, Inc. Medford, New Jersey, (2000).
[23] Ю. В. Андреев, А. С. Дмитриев, Д. А. Куминов
Хаотические
процессоры.
Успехи
современной
радиоэлектроники №10, (1997), с.50-79.
[24] А. В. Шабунин, В.В Демидов, В.В.Астахов, В.С.
Анищенко. Количество информации как мера синхронизации
хаоса. Письма в ЖТФ, (2001), том 27,вып. 11, с.78-85.
103
[25] Hegger R., Kantz H., Schreiber T. // Practical implementation
of nonlinear time series methods: the TISEAN package. Chaos.
(1999). V.9. P.413.
[26] Р.М. Кроновер. Фракталы и хаос в динамических системах.
– М.: Постмаркет, (2000), 350 с.
[27] Timashev S.F., Vstovsky G.V. and Solovieva A.B. Informative
essence of chaos. In: Unsolved problems of noise and fluctuations in
physics, biology and high technology – UPoN (2005).
12
[28] Тимашев С.Ф. Информационная значимость хаотических
сигналов: фликкер-шумовая спектроскопия и ее приложения //
Электрохимия. (2006). Т.42. №5.
[29] Колмогоров А.Н. Три подхода к определению понятия
количества информации. - Проблемы передачи информации,
(1965), т. 1, c. 3–7.
[30] S.G.Basiladze. The threshold and up-limit boundary informatics
relations for the signals. Preprint NPI MSU (2004)–20/759
Quick Info
Expanding market for sensor interfacing Ics
The past few decades have witnessed a substantial growth in sensors and sensor-based applications, which has led to a
greater demand for sensor interfacing integrated circuits (ICs). Additionally, the dominance of electronic controls over
mechanical controls further influences the growth of sensor interfacing ICs.
New analysis from Frost & Sullivan, 'Developments in Sensor Interfaces', finds that data acquisition systems form an
important end-user segment for sensor interfacing. The numerous applications for smart sensor systems require efficient
data acquisition strategies to handle the variety of sensory data produced.
Frost & Sullivan Research Analyst Prithvi Raj comments: "The cost of the underlying technology employed in sensor
interface design and development propels advancements in this area. Modern manufacturing processes and the advent
of advanced technologies such as improved amplifier designs have facilitated a significant reduction in the
manufacturing costs of typical sensor interfacing ICs."
End-user markets represent one of the primary drivers for the adoption of sensor interfacing. The applications that need
signal conditioning as well as interfacing fall into the categories of communication, consumer, automotive and
industrial. These end-user application markets will continue to drive developments in sensor interfacing. With new
application areas evolving at a rapid pace, interfacing techniques will be forced to keep up, thereby fostering an
environment of constant innovation and improvement.
However, given the sheer number of sensors currently available in the market, and the fact that various devices have
adopted numerous sensing principles, the task of designing appropriate interfacing ICs to satisfy them all appears
daunting.
Raj says: "Since a majority of these sensors output analogue signals, analogue interfacing is a must. However, it is not
possible to employ the same type of interfacing as there could be a significant difference between the type of output (for
example, resistive, capacitive or inductive)."
Designing a system requires the proper knowledge of the various output parameters of the sensor interfaces.
Despite the presence of many highly versatile sensor interface chips in the market, they remain limited to specific
sensor types.
(http://www.frost.com/prod/servlet/frost-home.pag)
104
WEAR BEHAVIOUR OF ALUMINA
AND AISI 52100 STEEL AGAINST
MOLYBDENIUM BORIDE COATED AISI D2 STEEL
Ugur Sen, H Unal, A Mimaroglu, S.Yilmaz, S Sen
Sakarya University, Engineering Faculty, Department of Materials and Metallurgical Engineering,
Sakarya-Turkey, e-mail: ugursen@sakarya.edu.tr, mimarog@sakarya.edu.tr
ABSTRACT
In the present study, the tribological behaviour of Alumina and AISI 52100 steel
were investigated. Wear tests were carried out under atmospheric conditions and
using ball-on disc tribometer. Molybdenum boride coated AISI D2 Steel was used as
counterface surface. Molybdenum boride was realized on AISI D2 steel by thermoreactive deposition technique. The phases formed on the coated steel were MoB,
Mo2B, FeMo and FeB. Wear tests conditions were 2 and 5N loads and sliding speeds
of 0.1, 0.3 and 0.5 m/s. The results showed that the coefficient of friction decreases
with the increase in sliding speed while there is a drop in wear rate with the
increasing sliding speed. The results also showed that the coefficient of friction of
AISI 52100 steel and alumina were ranging between 0.296 – 0.622 and 0.474 –
0.908 respectively. Wear rates of AISI 52100 steel and alumina were ranging
between 2.27x10-8 – 3.39x10-9 and 2.344x10-9 – 3.94x10-11 mm3/m respectively.
KEYWORDS: Molybdenum boride, Thermo-reactive deposition, Wear
1. INTRODUCTION
ModeMolybdenum (Mo) has a wide range of
industrial applications due to its unique
combination of physical, chemical and
mechanical properties [1]. Molybdenum borides
have attracted considerable interest for technical
applications because of their high melting point,
chemical stability, high hardness, high strength
and excellent resistance against mechanical and
corrosive wear [2], [3], [4] and [5]. Molybdenum
borides are very hard but also brittle. This
limitation may be partially circumvented if they
are used as coatings over less brittle metallic
molybdenum substrates. But there are very few
investigations dealing with the boriding of
molybdenum [6] and [7]. Due to the high
melting points (2600, 2375, and 2140C°) for
MoB, MoB2 and Mo2B5 respectively, chemical
stability, extremely high hardness, good
corrosion resistance, and excellent hightemperature strength, molybdenum borides have
attracted considerable interest for structural
applications [7]. Additionally, the Mo–B–Si
ternary system indicates that at least two of the
molybdenum borides, namely MoB and Mo2B5,
are in equilibrium with MoSi2 at temperature
around 1600 ◦C]. Besides the aforementioned
properties, MoB and Mo2B5 have good thermal
conductivity and relatively high coefficients of
thermal expansion, which makes them promising
candidates for reinforcing MoSi2 .
As a result of the important properties of
molybdenum borides, it was decided to
investigate the tribological behavior of alumina
and AISI 52100 steel rubbing against a
counteface material of and AISI D2 boronized
coated steel.
2. MATERIALS AND
EXPERİMENTAL WORK
2.1. MATERIALS
The material used in this investigation are
Alumina, AISI 52100 steel and AISI D2
boronized coated steel. The steel consists of
0.129% C, 0.182% Si, 0.766% Mn, 0.0416% P,
0.0576% S, 0.038% Cr, 0.018%Mo, 0.012% Ni,
0.0012% V and balance iron.
105
Before treatment, the samples were cut to the
dimensions of 20mm in diameter and 5mm in
length, and ground by 1200 grit emery paper and
cleaned for 15 min in the ethyl alcohol,
ultrasonically. Salt bath boronizing treatment
was carried out in the first step of the
boromolybedening treatment at 1000 C° for 2 hrs
in the slury salth bath consisting of borax, boric
acid and ferro-silicon. In the second step, preboronized steel samples were molybdenized by
pack method in the powder mixture consisting of
ferromolybdenum, ammonium chloride and
alumina at 1000 C° for 1–4 hrs. The samples
were directly immersed in the powder mixture in
the alumina crucible. An alumina lid was used to
close the box and alumina cement was used for
sealing the crucible. After the treatment the
samples were cooled in the box for 1 hr in the
open air. The boromolybdenized samples were
ground and polished up to 0.3 µm with alumina
paste and then etched with 3% Nital, for
metallographic examinations. Olympus BO 71
optical microscope with optical micrometer was
used for optical microstructure and measurement
of the coating layer formed on the steel samples.
The samples were analyzed on the crosssections. Micro-hardness measurements of the
layers from surface to interior on the crosssections were utilized using Future-Tech FM700 micro-hardness tester under the loads of 10
g. Xray diffraction (XRD) analysis of the layers
realized on the surfaces of the coated sample
with 2θ varying from 20° to 100°, using CuKa
radiation.
recorded continuously. A schematic diagram of
the test device is shown in Fig. 1.
Figure 1. Ball-on-disc tribometer
Wear was measured primarily by volumetric
(volume loss) means. Volumetric wear of the
spherical ball specimens was determined by
measuring the diameter of the wear scar and
calculated using the radius of the ball the volume
of material that had been removed. Multiple tests
(up to five repeats) for some test conditions
showed that the wear rate data were very
reproducible, with standard deviations being less
than 13.2% of the mean value (within a 95%
confidence level). Finally, average value was
considered.
3. RESULTS AND DISCUSSIONS
Figure 2 and 3 present the variation in coefficient
of friction of alumina and AISI 52100 steel with
sliding speed respectively.
2.2.WEAR TESTS
The friction and wear test parameters are shown
in Table X.
Figure 2. Variation of coefficient of friction with
sliding speed for Alumina
In these tests an ball-on- disc tribomrter was
used.In this arrangement the balls were firmly
fixed to a stationary and discs were attached to a
horizontal chuck driven by a variable-speed
electric motor. The frictional force, monitored by
a load cell attached to the ball holder, was
106
increase in sliding speed while there is a drop in
wear rate with the increasing sliding speed. Wear
rates of AISI 52100 steel and alumina were
ranging between 1.506x10-2 – 8.748x10-6 and
1.560x10-3 – 1.019x10-7 mm3/m respectively.
Figure 5 present the microgragh of the boronized
coated surface of AISI DE steel. Figure 5b and c
present alumina and 52100 steel balls worn
surfaces. Figur 5a shows the phases of the
coating layer. Figure 5a and 5b shows the
grooved and the formation of the film patches
on the worn surfaces during wear process.
Figure 3. Variation of coefficient of friction
with sliding speed for AISI 52100 steel
It is clear from these figures that the coefficient
of friction is higher at higher load values. In case
of alumina the friction coefficient variation with
sliding speed is following an increasing then to
decreasing profile and the maximum values are
at 0.3 sliding speed. In case of steel the
coefficient of friction is increasing with the
increase in sliding speed value. The results also
showed that the coefficient of friction of AISI
52100 steel and alumina were ranging between
0.296 – 0.622 and 0.474 – 0.908 respectively.
(a)
(a)
Figure 4 present the variation in wear rate for
alumina with the change in sliding speed and
under 2 and 5N load values.
(b)
Figure 4. Variation in wear rate of alumina and
52100 steel with sliding speed and applied load
It is clear from this figure that the wear rate is in
decrease with the increase in sliding speed and
applied load values. Generally the results showed
that the coefficient of friction increases with the
(c)
Figure 5. Micrography of the worn surfaces
107
CONCLUSIONS
-
-
-
The coefficient of friction decreases with
the increase in sliding speed while there is a
drop in wear rate with the increasing sliding
speed.
The coefficient of friction of AISI 52100
steel and alumina were ranging between
0.296 – 0.622 and 0.474 – 0.908
respectively.
Wear rates of AISI 52100 steel and alumina
were ranging between 2.27x10-8 – 3.39x10-9
and 2.344x10-9 – 3.94x10-11 mm3/m
respectively.
REFERENCES
[1] Srivatsan, B.G. Ravi, M. Petraroli and
T.S. Sudarshan, Int. J. Refract. Met. Hard
Mater. 20 (2002), p. 181
[2] R.Thomson, Borides: their chemistry and
applications, London, Royal Institute of
Chemistry 5 (1965).
[3] In: A.W. Weimer, Editor, Carbide,
Nitride and Boride Materials Synthesis and
Processing, Chapman & Hall, London (1997).
[4] Y.Z. Li, Y.N. Fan and Y. Chen, J. Solid
State Chem. 170 (2003), p. 135.
[5] K. Kudaka, K. Iizumi, T. Sasaki and S.
Okada, J. Alloys Compd. 315 (2001), p. 104.
[6] A. Bonomi, H. Giess and C. Gentaz,
Electrodepos. Surface Treat. vol. 1 (1972/73),
pp. 419–427.
[7] C.L. Yeh and W.S. Hsu , Journal of Alloys
and Compounds 440 (2007) 193–198.
Quick Info
Hydraulic cylinders have option of sensors
Rexroth is launching a new CDM1 series of hydraulic cylinders with an
innovative modular design.
Offering engineers greater flexibility in design and configuration, the
hydraulic cylinder series consists of three variants: CDM1 single-rod, CGM1
double-rod and CSM1 cylinder with position measuring system.
Rexroth also offers the new cylinders, which are built in accordance with ISO
6020-1, as complete cylinder axes with position measuring system and subplate.
With bores ranging from 25-200mm and piston rod diameters of 14-140mm, Rexroth's CDM1 cylinder
series covers a wide performance spectrum at a standard nominal pressure of 160bar. All sizes are available
with stroke lengths of up to 3000mm and are provided with self-adjusting and adjustable end position
cushioning. The effective cushioning length adjusts to the requirements and allows short cushioning times.
Furthermore, the innovative geometry of the cushioning bushes prevents pressure peaks while the end
position is being approached.
Integrated proximity switches sense the position of the piston rod in both end positions. To simplify
positioning and open- and closed-loop control of the cylinder, a contact-free absolute position measuring
system is available optionally.
Complementing the standard seal system supplied with the CDM1 series, Rexroth also offers a selection of
seals that can be fitted to help increase servo performance by reducing friction. In addition, Rexroth can
provide chevron seal kits and seals optimised specifically for high-temperature applications up to +150
degrees C. Further still, Rexroth installation and service engineers can accommodate enlarged pipe ports
and new flanged connections with new sub-plates for high-response control valves, as well as for SL and
SV valves. All in all, Rexroth offers a total of nine mounting types for this cylinder series.
To help ease the engineering design and selection process, Rexroth offers a practical and intuitive
interactive Hydraulic Designer tool. By using this online guide, engineers can obtain dimensional drawings
for the selected cylinder, as well as all technical details, including 2D and 3D files for direct upload to
common CAD systems.
(http://www.boschrexroth.co.uk)
108
ELASTO-HYDRODYNAMIC LUBRICATION ANALYSIS
OF PARTIAL ARC BEARINGS USING CFD & FSI
Praveen Bhat, Satish Shenoy B, and R. Pai
Dept. of Mech. & Mfg. Engg., Manipal Institute of Technology, Manipal, India.
ABSTRACT
For the theoretical calculations of the pressure distribution and, in turn, of the performance
characteristics of the partial arc bearing system, it is necessary to know accurately the fluid film
geometry. Since, in practice, the runner and the bearing shell are elastic and deform under
hydrodynamic pressure, the correct film geometry cannot be established without taking into
account elastic deformations. The journal material is more rigid than the bearing shell material, so
the deformation of the journal surface can be neglected. In the present analysis, the modified film
geometry is obtained by including the deformation in the bearing and its effect on the performance
characteristics of a partial arc bearing is studied.
This paper presents the overall Elasto-hydrodynamic Lubrication(EHL) analysis of a
Externally adjustable Single 60º partial arc bearing with different tilts and different radial
adjustments using the sequential application of Computational Fluid Dynamics(CFD) and
Computational Structural Dynamics(CSD). Here the coupled field analysis uses the
capabilities of commercially available Finite Element Software ANSYS/FLOTRAN and the
technique of Fluid Structure Interaction (FSI).
The pressure field has been obtained considering the laminar flow regime using CFD. Stress
distribution and deformation in the pad due to resulting pressure force is obtained using
FEM, satisfying the boundary conditions. The stress distribution indicates the critical points
in the pad. ANSYS/FLOTRAN is applied to simulate the pressure field and calculate the static
characteristics of a Single 60º partial arc bearing for various eccentricity ratios and length to
diameter (L/D) ratios. The results show reasonable agreement in general.
KEYWORDS: Partial arc bearing, FSI, CFD
1. INTRODUCTION
Partial arc bearings are used in relatively low-speed
applications. They reduce power loss by not having the
upper pad but allow large vertical vibrations. In real
bearings, it can be advantageous for the bush not to
encircle the shaft completely. If the load is acting in an
approximately constant direction then only part of a
bearing arc is often employed. The most common
bearings of this type are 180° arc bearings, although
narrower arcs are also in use.
Pressure in the oil film satisfies the Reynolds equation
which intern is a function of film thickness, and hence
the housing distortion, play a very important role.
Therefore the structural distortion and the pressure
distribution are very strongly coupled and a combined
solution is needed.
Traditional method of overall Elasto-Hydrodynamic
Lubrication analysis for a partial arc bearing usually
involves the development of complicated numerical
calculation programs.
The actual physical model is simplified in analytical
research which uses the Reynolds equation to simulate
the pressure field using FEM, in the hydrodynamic
lubrication of bearings. In several research papers the
application of general CFD codes makes this analysis
effective when complex flow geometries are involved
or when more detailed solutions are needed.
2. THEORY
The fluid-solid interaction solver is an automated tool
specifically designed for fluid-solid interaction
problems. It uses ANSYS FLOTRAN elements for
fluid elements and ANSYS structural or coupled-field
elements for solid elements. Fig. 1 shows the algorithm
for the time and stagger loops of a fluid-solid
interaction analysis.
109
3. SOLUTION PROCEDURE
The partial arc bearing analysis is done using
ANSYS/FLOTRAN and the technique of FSI. The
procedure for doing a FSI on a partial arc bearing
mainly consists of the following main steps:
Fig. 1: Fluid-Solid Interaction Solution Algorithm
STEP1: Setup the fluid and solid analysis
The fluid-solid interaction analysis for Elastohydrodynamic lubrication can be performed as follows:
• Create the oil film model and the finite
element mesh for this region.
• Apply the appropriate boundary conditions,
material properties for the fluid analysis, and
select the appropriate solution options.
• Create the solid model of the bearing housing
and the finite element mesh for this region.
• Apply the appropriate boundary conditions
and material properties for the structural
analysis.
The fluid-solid interaction solver solves the equations
for the fluid and solid domains independently of each
other. It transfers fluid forces and heat fluxes and solid
displacements, velocities, and temperatures across the
fluid-solid interface. The algorithm continues to loop
through the solid and fluid analyses until convergence
is reached for that time step (or until the maximum
number of stagger iterations is reached). Convergence
in the stagger loop is based on the quantities being
transferred at the fluid-solid interface.
Fluid-Solid Interface
In most applications, the fluid and solid mesh are
dissimilar along the fluid-solid interface because the
fluid and solid mesh have different resolution
requirements. The fluid-solid interaction solver
supports load transfer across a dissimilar mesh. It uses
a linear search algorithm for the global search to locate
the nodes belonging to a finite element mesh. It uses a
point to segment search algorithm for the local search
to locate the nodal locations on an element face. The
interpolation method determines what quantities are
transferred at the interface.
Mesh Updating
Many a time coupled-field analysis involving a fluid
domain and a structural domain yields significant
structural deflections. In this case, to obtain an overall
converged coupled-field solution it is often necessary
to update the finite element mesh in the non-structural
region to coincide with the structural deflection and
recursively cycle between the field solution and
structural solution. Mesh Morphing Technique is used
to move nodes and elements of the "field" mesh to
coincide with the deformed structural mesh.
Fig. 2: Fluid and Solid Boundary Conditions
STEP2: Flag the Fluid-Solid Interface.
The next step is to flag film-bearing interface where
load transfer takes place with a FSI number. Apply the
field-surface interface flag twice: once for the fluid
side of the interface and once for the solid side of the
interface. Load transfer occurs between film and
bearing interface with the same interface number.
STEP3: Specify the Fluid-Solid Interaction solution
option.
The options that are required to specify the filmbearing interaction solution are described below.
• Specify basic analysis options like the
solution order, the interpolation method and
the method for load transfer across the
interface
• Maximum number of stagger iterations
(depends on convergence criterion)
• Convergence values (0.5e-2)
• Specify output frequency (100)
• Specify Relaxation Values (0.5)
STEP4: Obtain and Post process the results.
The analysis is performed and the results are obtained.
To post process FSI analysis, the database must be
resumed.
110
You can review results using standard ANSYS
postprocessor
commands.
Simultaneous
post
processing of the fluid and solid results files is not
supported. Read in the fluid or the solid result file one
at a time and post process the results.
4. RESULTS AND DISCUSSIONS
The radial adjustment is given in addition to the radial
clearance and these adjustments are obtained by inter changeable spacers and small tilting motion about the
leading edge of the pad or bearing element.
The radial adjustments in the partial arc bearing is
given in terms of 12.5 &25% of the radial clearance in
both upward and downward direction and a tilt of 1,2
and 3º is provided in downward direction for various
L/D and eccentricity ratios. The results obtained are
plotted.
Fig. 3: Pressure contour in oil film for radial
adjustment of 12.5% of clearance (downward
direction) and 1º tilt (downward direction) for L/D=0.5
and eccentricity ratio=0.6
Fig. 4: Stress distribution in the bearing for radial
adjustment of 12.5% of clearance(downward direction)
and 1º tilt (downward direction) for L/D=0.5 and
eccentricity ratio=0.6
Fig. 5:Pressure contour in oil film for radial
adjustment of 25% of clearance(upward direction)
and 2º tilt (downward direction) for L/D=0.5 and
eccentricity ratio=0.6.
Fig. 6: Stress distribution in bearings for radial
adjustment of 25% of clearance(upward direction) and
2º tilt
(downward direction) for L/D=0.5 and
eccentricity ratio=0.6
Fig. 7: Plot of non dimensional pressure in the
circumferential direction for radial adjustment of 25%
of clearance (upward direction) and various tilt at
L/D= 0.5 and eccentricity ratio=0.6.
111
REFERENCES
[1] Jain.S.C, Sinhasan. R, and Singh.D.V, ”Elasto-hydrodynamic
Lubrication analysis of Partial arc journal bearings”, Tribology
International, June 1982, p 161-169.
[2] Praveen Bhat, Satish Shenoy B, R.Pai, “Overall Elastohydrodynamic Lubrication analysis of a 60º Partial Arc Bearing
using Fluid Structure Interaction”, Proceedings of INDO NAFEMS
Symposium, January 2007.
[3] Satish Shenoy B, R.Pai, “Overall Elasto-hydrodynamic
Lubrication analysis of Journal Bearing using CFD and FSI”,
International Conference in Industrial Tribology (ICIT 06),
November 2006.
Fig. 8: Non dimensional deformation plot for radial
adjustment of 25% of clearance(upward direction) and
various tilt at L/D=0.5 and eccentricity ratio=0.6
5. CONCLUSION
•
•
•
12
[4] Wechsler, L., “Analysis of Partial Arc Bearings including effects
of elasticity and viscosity”, American Society of Mechanical
Engineers (paper), n 73-DGP-6 1973, p 10
[5] Wechsler, Laskar, “Analysis of Partial Arc bearings including
effects of elasticity and viscosity”, Naval Engineers Journal, v 85, n
1, Feb, 1973, p 50-57
[6] ANSYS INC. ANSYS 10.0 Documentation.
EHL analysis of partial arc bearing is
proposed which includes deformation of the
bearing surface.
Simulation results show that the level of the
structural deformation depends on the radial
adjustments given in addition to the bearing
clearance, the tilt and the lubricant film
thickness.
The plots and figures above show that the
results agree in general.
Quick Info
CNC platform is
customisable and
scalable
NUM is launching a new
CNC platform for machine
tool manufacturers. Called
Flexium,
the
modular
platform is claimed to have
unprecedented scalability that can be applied economically
on a machine with a few axes, or as many as 200 or more.
This is combined with open programmability that gives
users complete freedom to customise the man-machine
interface (MMI) and add value.
Flexium provides machine builders with a common
platform for all system building activities, from standard
machines to special-purpose equipment such as transfer
machines and integrated production lines. Underpinning
the platform is the exceptional fidelity and control accuracy
that is made possible by NUM's complete product line and
proprietary communication interfaces - from controller to
motor - and decades of intellectual property in designing
machine tool control systems and software.
At the heart of the new platform is an advanced new
CNC kernel. This is at least four times more powerful
than the fastest version of NUM's existing Axium
controller, which is a popular choice today in a number
of machine tool applications including tool grinding,
gear manufacturing, woodworking, high-speed cutting,
and transfer and special-purpose machinery.
Software flexibility has been at the core of NUM's
development project. The resulting Flexium platform
gives machine tool OEMs complete control over the
look and feel of the machine. The system's PLC is
programmed according to IEC 61131-3 standards, and
offers a choice of development software, providing
machine control programming environment in forms to
suit individual programmers. Flexium's man-machine
interface is also completely adaptable, and can be easily
programmed using standard tools such as HTML, Java
Script, or one of the PC-based rapid software
development environments such Visual Basic, Delphi,
Visual C or C++. This flexibility, which enables users to
add their own 'look and feel' branding to each machine,
is in stark contrast with some competitive platforms,
which have fixed user interfaces that may only be
modified by the vendor.
(http://www.num.com/)
112
SERIE NOUĂ
îşi propune să prezinte
cele mai valoroase realizări din domeniul
Cercetării - Dezvoltării
româneşti şi internaţionale.
Revista oferă specialiştilor
posibilitatea de a publica articole şi studii,
de a-şi prezenta produsele realizate
şi de a face cunoscută
activitatea firmei sau instituţiei
în paginile Revistei.
SERIE NOUĂ
S. C. ICTCM S. A. Bucureşti
şi OID – ICTCM
vă oferă posibilitatea
unui abonament pentru 4 numere revistă ⁄ an
la preţul de 60 lei ⁄ an.
Pentru detalii şi informaţii suplimentare
vă rugăm să luaţi legătura cu:
Instrucţiunile privind redactarea şi trimiterea
lucrărilor pot fi obţinute la adresa:
Irina Rădulescu
S.C. ICTCM S.A. Bucureşti
Şos. Olteniţei nr. 103 Sect. 4 Bucureşti
Tel: (021) 3321870, Fax: 3323195
E-mail: irena_sandu@yahoo.com
Irina Rădulescu
S.C. ICTCM S.A. Bucureşti
Şos. Olteniţei nr. 103 Sect. 4 Bucureşti
Tel: (021) 3321870, Fax: 3323195
E-mail: irena_sandu@yahoo.com
SERIE NOUĂ
Pentru a face cunoscute realizările din cercetare şi productie,
Oficiul de Informare Documentară pentru Industrie, Cercetare, Management
din cadrul
Centrului Incubator Tehnologic de Afaceri
S.C. ICTCM S.A. BUCUREŞTI
publică revistele: "Tehnologia Inovativă” – seria nouă a Revistei "Construcţia de maşini"
şi Revista de "Ecologie industrială",
realizează prospecte, cataloage, postere, la comandă,
în condiţii grafice deosebite,
cu macheta beneficiarului sau cu design şi machete proprii.
87

REVISTA CONSTRUCŢIA DE MAŞINI

Transcription

Similar documents

Pericol de rănire