Przygotowanie prób poligonowych

Jak już wcześniej wskazano, do realizacji założonych testów poligonowych wyselekcjonowano narzędzia dyskowe o średnicy Ød równej 170 mm oraz kącie ostrza β wynoszącym 45o. Po konsultacjach z partnerem przemysłowym oraz pracownikami Instytutu Odlewnictwa z Krakowa, narzędzia przeznaczone do prób wykonano z czterech materiałów:

• Stali narzędziowej NZ3 (narzędzia wykonywane metodą obróbki skrawaniem), • Stali Hadfielda (narzędzia odlewane),

• Żeliwa sferoidalnego hartowanego izotermicznie (tzw. żeliwa ADI – narzędzia odlewane),

• Staliwa niskostopowego GS42CR (narzędzia odlewane).

Zastosowanie materiałów zdatnych do procesu odlewania miało na celu przebadanie możliwości zmniejszenia jednostkowego kosztu wykonania narzędzia dyskowego.

Na rysunkach 189 i 190 przedstawiono narzędzia wykonane za pomocą obróbki skrawaniem (ze stali narzędziowej NZ3). Materiał ten został wcześniej z sukcesem wykorzystany do wykonania narzędzi używanych podczas prób laboratoryjnych opisanych w rozdziale 5. Kształt narzędzi odpowiada wymiarom z rysunku 159.

175 Rys. 190. Narzędzia dyskowe wykonane ze stali NZ3 (widok od strony czołowej).

Na rysunkach 190 i 191 przedstawiono narzędzia wykonane metodą odlewania i poddane wykańczającej obróbce skrawaniem. W pierwszej wykonanej partii niektóre z narzędzi posiadały wyraźne wady odlewnicze, w związku z czym konieczna była poprawa parametrów procesu odlewania i wykonanie nowej partii narzędzi. Na tym etapie wyeliminowano też staliwo GS42CR, ze względu na zbyt duże i trudne do usunięcia wady odlewnicze.

176 Rys. 192. Narzędzia odlewane wykonane po korekcji parametrów procesu

technologicznego.

Jak już kilkukrotnie wspomniano, jako konstrukcję nośną głowicy dyskowej wybrano kombajn chodnikowy FR 250 – najcięższy i największy z kombajnów chodnikowych oferowanych przez firmę Famur S.A. Na rysunku 193 przedstawiono widok kombajnu bez zamocowanej głowicy dyskowej, natomiast na rysunkach 194, 195 i 196 przedstawiono widok kombajnu z zamontowaną głowicą urabiającą uzbrojoną w narzędzia dyskowe.

177 Rys. 194. Kombajn FR250 z zamontowaną głowicą urabiającą na hali produkcyjnej.

178 Rys. 196. Narzędzia dyskowe zamontowane na głowicy urabiającej (narzędzia

odlewane z żeliwa ADI).

Zasilanie silników obrotu korpusu głowicy urabiającej realizowane było na drodze hydraulicznej z zewnętrznego agregatu, podobnie jak miało to miejsce podczas prób wstępnych. Widok tego agregatu przedstawiono na rysunku 197.

179 Zaplanowane testy zakładały urabianie sześciennego bloku betonowego o długości boku wynoszącej pięć metrów. Blok ten wykonany został z betonu o podwyższonej wytrzymałości BWW (gwarantowana przez producenta wytrzymałość charakterystyczna na ściskanie to minimum 90 MPa). Wytrzymałość tę potwierdzono doświadczalnie z wykorzystaniem młotka Schmidta. Przedmiotowy blok przedstawiono na rysunkach 198 oraz 199.

Rys. 198. Blok betonowy w trakcie wykonywania.

180 Na wprost przygotowanego bloku betonowego został ustawiony kombajn FR 250 z nowo wykonaną głowicą urabiającą. Kombajn nie był podczas prób zakotwiony do podłoża, gdyż przeprowadzona wcześniej analiza stateczności nie wykazała takiej konieczności; dzięki temu możliwe było swobodne przemieszczanie kombajnu podczas prób. Kombajn wraz z głowicą został podłączony do źródła prądu elektrycznego oraz do agregatu hydraulicznego, zasilającego napęd obrotu korpusu głowicy dyskowej. Widok kombajnu z głowicą dyskową przygotowanego do badań przedstawia rysunek 200, natomiast rysunek 201 przedstawia przyłącza hydrauliczne układu obrotu korpusu głowicy dyskowej wraz z zabudowanym w układzie przepływomierzem.

Rys. 200. Kombajn z głowicą z narzędziami dyskowymi ustawiony przed blokiem betonowym.

181 Obok kombajnu chodnikowego wyposażonego w głowicę dyskową, agregatu hydraulicznego oraz bloku betonowego, w skład układu doświadczalnego weszło również stanowisko pomiarowe, w którym rejestrowane były parametry procesowe. Stanowisko to zostało przedstawione na rysunkach 202 i 203. Podczas prób do sterowania prędkością obrotową tarcz z narzędziami dyskowymi wykorzystywano przemiennik częstotliwości produkcji firmy Famur S.A., przedstawiony na rysunku 204, również umiejscowiony w namiocie stanowiska pomiarowego.

Rys. 202. Widok poligonu doświadczalnego (stanowisko pomiarowe po prawej).

182 Rys. 204. Przemiennik częstotliwości wykorzystywany do zmiany prędkości napędu

tarcz dyskowych, umiejscowiony we wnętrzu namiotu pomiarowego.

Zarówno wykonane badania wstępne, jak również analizy teoretyczne i symulacyjne wykazały, że kluczowym parametrem zapewniającym prawidłową pracę głowicy z narzędziami dyskowymi jest prędkość wychylania ramienia kombajnu vw. W ramach przygotowań do prób poligonowych opracowano komputerowy algorytm kontroli tego parametru. Układ sterowania posuwem ramienia kombajnu FR250 wyposażonego w głowicę z narzędziami dyskowymi składał się z odpowiedniego programu przygotowanego w środowisku LabVIEW, zestawu kontrolno-pomiarowego NI cDAQ wraz z kartami pomiarowymi oraz modułu sterowania zaworami hydraulicznymi F3-24. Komunikacja z modułem zaworowym odbywała się za pomocą protokołu RS485. Informacja o bieżącym położeniu ramienia była wyliczana na podstawie wskazań czujników linkowych umieszczonych na siłownikach odpowiedzialnych za ruch poziomy i pionowy ramienia.

Podstawowym i domyślnym stanem algorytmu sterującego był tryb STOP, po którego ustawieniu sterowanie wychylaniem ramienia głowicy było zablokowane – ramię pozostawało w aktualnym położeniu. Kolejnym trybem był tryb kontroli prędkości,

183 w którym użytkownik mógł sam zadawać wartości pionowego oraz poziomego posuwu ramienia za pomocą dwóch suwaków, co z zaprezentowano na rys. 205.

Rys.205. Panel wyboru parametrów pracy głowicy w trybie kontroli prędkości – na rysunku wyrażone w procentach prędkości ruchu pionowego i poziomego ramienia

głowicy dyskowej.

Przycisk „Cancel” pozwalał na natychmiastowe wyzerowanie zadanych wartości i tym samym zatrzymanie posuwu ramienia.

Kolejny z trybów przemieszczania ramienia głowicy, to jest tryb automatycznej kontroli prędkości posuwu ramienia można zaliczyć do tzw. programowo-refleksyjnych algorytmów sterujących. Ogólnie rzecz ujmując, parametry algorytmu programowego sterowania były modyfikowane w przypadku wystąpienia określonego zdarzenia, jakim w omawianym przypadku był przyrost przyspieszeń drgań ramienia. Zmniejszeniu ulegała prędkość ruchu ramienia w taki sposób, że gdy wskazania znajdującego się na ramieniu kombajnu akcelerometru (rysunek 206) wskazywały przekroczenie ustalonej a priori wartości RMS przyspieszenia drgań, posuw ramienia był wstrzymywany do momentu, w którym wartość RMS przyspieszenia drgań zmniejszy się do zadanego poziomu.

184 W ramach dodatkowych badań inżynierowie z firmy Famur S.A. opracowali kolejne dwa tryby sterowania przemieszczaniem ramienia głowicy, zakładające automatyczne prowadzenie ramienia i głowicy urabiającej poziomymi skrawami z góry na dół i z dołu do góry – nazwane odpowiednio „wire down” oraz „wire up”. Schemat blokowy układu sterowania w trybie prowadzenia ramienia od góry do dołu pokazano na rysunku 207. Trybem przeciwstawnym, a więc prowadzenia ramienia poziomymi skrawami od dołu do góry jest algorytm zaprezentowany na rysunku 208. Schematy te pochodzą z programu LabView firmy National Instruments.

Rys. 207. Tryb „wire_down” – tryb automatycznego prowadzenia ramienia poziomymi skrawami z góry w dół.

Rys. 208. Tryb „wire up” – tryb automatycznego prowadzenia ramienia poziomymi skrawami z dołu do góry.

Z uwagi na wytypowany rodzaj napędów głowicy już na etapie konstrukcyjnym założono, że prędkość obrotowa tarcz z narzędziami dyskowymi nt będzie regulowana za pomocą przemiennika częstotliwości. W przypadku błędu przemiennika (np. zadziałania zabezpieczenia prądowego), a tym samym zatrzymania obrotu tarcz z narzędziami dyskowymi, algorytm sterowania zakładał aktywację dodatkowego zabezpieczenia w postaci zmiany poziomego kierunku posuwu ramienia i maksymalnego otwarcia zaworu sterującego siłownika wychylania. Umożliwiało to jak najszybsze wycofanie głowicy dyskowej ze strefy urabiania, aby uniknąć uszkodzenia narzędzi

185 dyskowych. Parametrem decydującym o tym zabiegu była częstotliwość wyjściowa przemiennika częstotliwości. Wartość ta, jak i inne parametry przemiennika, były przekazywane do algorytmu sterującego za pomocą protokołu RS485.

Na rys. 209 przedstawiono, w postaci schematu blokowego, strukturę układu sterowania prędkością ruchu ramienia kombajnu FR 250.

Rys. 209. Schemat układu sterowania prędkością wychylania ramienia kombajnu. Wybór mierzonych bezpośrednio wielkości fizycznych oraz obliczanych na ich podstawie wartości pomiarowych oparto na analizie przebiegu procesu urabiania podczas badań wstępnych i określeniu, jakie z dostępnych wielkości fizycznych będą niezbędne dla opracowania wyników badań. Na rysunku 210 przedstawiono rozmieszczenie czujników pomiarowych na kombajnie FR 250, natomiast w tabeli 12 zawarto opis tych czujników ze wskazaniem ich nominalnego błędu pomiarowego.

186 Tabela 12. Wartości mierzone podczas prób poligonowych.

l.p. Wartość

mierzona ^{Rodzaj czujnika}

Maksymalny błąd pomiaru (przeliczony) 1 Przyspieszenie drgań ramienia Akcelerometr HS-1091005408 HANSFORD ± 0,98 m/s2 2 Przyspieszenie drgań korpusu HS-1731005406 HANSFORD SENSORS ± 0,1 m/s2

3 Obrót ramienia WDS-1000-P60-SR-I ± 0,0016 rad/s

4

Podnoszenie

ramienia ^{WDS-1000-P60-SR-I}

± 0,0016 rad/s

5 ^{Pochylenie ramienia Inklinometr FAMUR} ± 0,1 o

6 ^{Pochylenie kombajnu Inklinometr FAMUR} ± 0,1 o

7 Obrót korpusu VFS60B-TGEK00S05 ± 0,000872 rad/s

8 Obrót tarczy dyskowej VIB 6.631 PRUFTECHNIK ± 0,016 Hz

9 Czujnik ciśnienia oleju (kontrolny) DANFOSS MBS 33 ± 0,2 MPa

10

Czujnik ciśnienia podtłokowego

siłownika podnoszenia ramienia ^{KELLER PA-23 ± 0,32 MPa}

11

Czujnik ciśnienia nadtłokowego

siłownika podnoszenia ramienia ^{KELLER PA-23 ± 0,32 MPa}

12

Czujnik ciśnienia nadtłokowego

siłownika obrotu obrotnicy ^{KELLER PA-23 ± 0,32 MPa}

13

Czujnik ciśnienia podtłokowego

siłownika obrotu obrotnicy ^{KELLER PA-23 ± 0,32 MPa}

14

Czujnik przepływu silników

hydraulicznych ^{EVS 3110-H-2 HYDAC} ± 0,0414 dm3/s

15 Prąd silnika obrotu tarcz ^{Pomiar z układu sterującego}

przemiennika częstotliwości ^{± 1 A}

16 ^{Moment silnika obrotu tarcz}

Pomiar z układu sterującego

przemiennika częstotliwości ^{± 10 Nm}

17 Prędkość obrotowa silnika tarcz ^{Pomiar z układu sterującego}

przemiennika częstotliwości ^{± 0,01 rad/s}

18 ^{Moc silnika tarcz}

Pomiar z układu sterującego

przemiennika częstotliwości ^{± 0,5 kW}

19 Moc silnika obrotu płaszcza Pomiar pośredni ± 2,1 kW

187