S t r e s z c z e n i e
Kompatybilność wymiarowa, powtarzalność wykonania oraz ułatwienia w przepływie wyrobów, to kluczowe za- gadnienia, mające swoje odzwierciedlenie w przepi- sach i zastosowanych rozwiązaniach praktycznych. Is- totnym instrumentem spełnienia tych elementów są wymagania normalizacyjne, które często w przypadku braku norm europejskich definiowane są na poziomie norm krajowych. Niniejszy artykuł ma na celu przybliŜe- nie czytelnikowi efektów prac Komitetu Technicznego nr 285 ds. Górniczych Maszyn i Urządzeń Dołowych w zakresie zdefiniowania wymagań technicznych dla złączy wtykowych stosowanych w połączeniach hydrau- licznych przewodów giętkich.
S u m m a r y
Dimensional compatibility, repeatability of manufactu- ring and facilitations in products circulation are the key problems, which are reflected in regulations and in practical applications. Standard requirements, which in the case of lack of European standards are often defi- ned at the level of Polish standards, are significant in- strument to satisfy the above mentioned problems. The paper aims at presenting the reader results of work of Technical Committee No. 285 for Mining Underground Machines and Equipment as regards defining of tech- nical requirements for plug connectors used in hydrau- lic connections of flexible hoses.
1. Wprowadzenie
Ustawa o normalizacji z dnia 12 września 2002 roku zasadniczo zmieniła system normalizacyjny, dostoso- wując go przede wszystkim do wymogów unijnych.
Krajową jednostką normalizacyjną o statusie państwo- wej budŜetowej jednostki, zgodnie ze wspomnianą us- tawą jest Polski Komitet Normalizacyjny (PKN).
Zgodnie z załoŜeniami ustawy oraz uregulowaniami wewnętrznymi Polskiego Komitetu Normalizacyjnego, jednostka ta stanowi platformę prac normalizacyjnych - nadzoruje organizację prac, przeprowadza ankietę powszechną oraz zatwierdza, publikuje i sprzedaje normy. Polski Komitet Normalizacyjny nie tworzy Pol- skich Norm i nie jest odpowiedzialny za ich treść me- rytoryczną.
Zadania bezpośrednio związane z opracowywa- niem Polskich Norm i innych dokumentów normaliza- cyjnych realizują powołane do tego celu komitety tech- niczne (KT), które samodzielnie decydują o ich treści i mają wyłączność na ich interpretację [4, 6].
W skład komitetów technicznych wchodzą specja- liści delegowani przez organy administracji rządowej oraz organizacje: gospodarcze, pracodawców, konsu- menckie, zawodowe oraz środowiska naukowo-tech- niczne, szkół wyŜszych. NaleŜy podkreślić, Ŝe w struk- turach KT przewaŜają pracownicy jednostek nauko- wych, którzy często nie są uŜytkownikami norm, nato- miast mało jest przedstawicieli przemysłu, którzy de facto z norm korzystają.
PoniewaŜ udział w pracach w ramach komitetów technicznych jest dobrowolny, korzystnym byłoby, aby przedstawiciele przemysłu, aktywniej uczestniczyli w pra- cach normalizacyjnych, formułując konkretne wyma- gania. Dotyczy to takŜe ankiety powszechnej norm, gdy producenci pomimo moŜliwości wypowiedzenia się na temat konkretnego projektu normy, rzadko zgłaszają propozycje zmian i uzupełnień do opracowywanych dokumentów.
Obserwując działalność normalizacyjną, moŜna stwierdzić, Ŝe stan polskiej normalizacji nie jest zado- walający. Znajomość zagadnień i świadomość korzyści płynących z normalizacji jest na tyle niska, Ŝe wiele osób nie zdaje sobie sprawy z tego, Ŝe Polskie Normy są obecnie dobrowolne.
Warto zatem podkreślić, iŜ aczkolwiek normy są do- kumentami stosowanymi na zasadzie dobrowolności, to postanowienia w nich zawarte bazują na podsta- wach naukowych oraz sprawdzonych danych technicz- nych. Normy uwzględniają aktualny stan wiedzy i po- ziom techniki oraz zawierają wymagania moŜliwe do realizacji i są sprawdzalne. Norma jest dokumentem przeznaczonym do dobrowolnego stosowania słuŜą- cym ułatwieniu i uproszczeniu przepływu towarów i usług pomiędzy rynkami, mogącym stanowić podsta- wę porozumienia sfery gospodarczej, rządowej i spo- łecznej w spełnieniu określonych warunków bezpie- czeństwa i jakości wyrobów i usług.
Wprowadzony do normalizacji system dobrowol- ności stwarza szerokie moŜliwości kreowania mecha-
MASZYNY GÓRNICZE 2/2011 53 nizmów samoregulacji, w sytuacji gdy wymiana ryn-
kowa charakteryzuje się przewagą podaŜy nad po- pytem.
Zaostrzająca się konkurencja między przedsiębior- cami, prowadzi do konieczności podejmowania działań niekonwencjonalnych, związanych między innymi z kre- owaniem nowych, zaostrzonych wymagań normaliza- cyjnych.
2. Tworzenie norm na przykładzie prac Komitetu Technicznego nr 285
Zmiana systemu normalizacyjnego w Polsce dopro- wadziła do radykalnego zmniejszenia udziału państwa w finansowaniu opracowań norm własnych, a inicja- tywa opracowywania norm, równieŜ z omawianego obszaru maszyn górniczych została ukierunkowana na producentów, względnie uŜytkowników tych norm [5].
Zgodnie z zatwierdzonymi przez PKN zasadami wprowadzono dwa tryby opracowywania norm:
− w ramach zobowiązań podjętych przez Polskę na arenie europejskiej i międzynarodowej ze środków budŜetowych,
− w ramach zgłaszanych zapotrzebowań przez zain- teresowane środowiska, odpłatnie na zamówienie podmiotów lub osób fizycznych.
Drugi tryb postępowania jest związany z bezpośred- nim zaangaŜowaniem się producentów lub uŜytkow- ników w proces opracowywania tzw. norm własnych, czyli dokumentów krajowych.
W przypadku branŜy maszyn i urządzeń górniczych normalizacja opiera się zarówno na normach europej- skich, jak i sporej grupie norm własnych [5].
O ile aktualność Norm Europejskich jest zapew- niana przez stosowanie przepisów wewnętrznych CEN/
CENELEC, zgodnie z którymi istnieje obowiązek prze- glądu aktualności wszystkich norm w terminie usta- lonym przez europejskie organizacje normalizacyjne, to w przypadku Polskich Norm własnych ocenę aktual- ności dokumentów gwarantują przeglądy zarządzane przez PKN, których wynikiem jest decyzja o aktual- ności, nowelizacji lub wycofaniu normy ze zbioru PN.
MoŜna zatem stwierdzić, iŜ realizowane okresowo przeglądy norm często stają się impulsem do podjęcia decyzji o ewentualnej nowelizacji wybranych dokumen- tów.
Tak teŜ się stało w przypadku normy PN-G-32000:
1992 „Górnicze napędy i sterowania hydrauliczne – Złącza wtykowe – Wymagania”. Stosowana przez uŜyt- kowników norma w ciągu ostatnich kilku lat znacznie straciła na swojej aktualności. Bardzo wąski typoszereg wielkości złączy wtykowych, obejmujący zaledwie sześć
wielkości oraz brak wymagań materiałowych spowo- dował, iŜ dokument ten przestał odpowiadać współ- czesnym potrzebom.
Ciągła tendencja do zwiększania mocy maszyn i urządzeń górniczych spowodowała konieczność sto- sowania układów hydraulicznych o coraz wyŜszych ciś- nieniach oraz o zwiększonych przepływach.
Stąd teŜ, zaistniała potrzeba zastosowania w hyd- raulicznych przewodach giętkich (wąŜ określonego ty- pu, połączony ze złączem wtykowym) węŜy hydraulicz- nych o konstrukcjach dwu-, cztero- i wielooplotowych.
Obecnie w górnictwie węgla kamiennego stosowa- ne są hydrauliczne przewody giętkie wykonywane na bazie węŜy typu 2SN, 2ST, 2SC, 4SP, 4SH i R13, zdefiniowanych Normami Europejskimi oraz węŜy typu R15 o ciśnieniu roboczym 42 MPa.
Warunkiem stosowania takich przewodów hydrau- licznych jest moŜliwość ich łatwego, a zarazem bez- piecznego łączenia z urządzeniami oraz między sobą.
Do tego celu słuŜą róŜnego rodzaju złącza wtykowe.
Brak zdefiniowanych wymagań dla złączy, o nowych wielkościach oraz dla zróŜnicowanych zakresów ciś- nień roboczych stał się powaŜnym utrudnieniem w re- lacjach producent-uŜytkownik. Na rynku zaczęły się po- jawiać złącza, o niezdefiniowanych parametrach i włas- nościach. Problematyczna stała się równieŜ ocena zgodności całych hydraulicznych przewodów giętkich.
Przedstawione w dokumencie PN-G-32000 z 1992 roku wymagania wytrzymałościowe, bez sprecyzowa- nia wymagań materiałowych znacznie utrudniły produ- centowi dokonanie właściwego ich doboru. Zastosowa- nie nieodpowiedniego materiału mogło doprowadzić do uszkodzenia złącza w trakcie jego pracy, a konsekwen- cji do tragicznych w skutkach, obraŜeń operatora ma- szyny lub innego pracownika znajdującego się w po- bliŜu zdarzenia.
Przykładowo w kopalniach w Australii w przeciągu ośmiu ostatnich lat na 159 uszkodzeń przewodów hydraulicznych, 54 zdarzenia dotyczyły bezpośrednio złączy wtykowych. RównieŜ pęknięcie przetyczki było przyczyną śmierci górnika w kopalni czeskiej [7].
Przeprowadzane w kraju badania hydraulicznych przewodów giętkich wykazują, Ŝe najbardziej zawod- nym elementem przewodu jest przetyczka złącza wty- kowego. Z uwagi na jej znaczenie i konieczność za- gwarantowania pewnego połączenia elementów złą- cza, postawione jej muszą być wysokie wymagania, szczególnie w zakresie zastosowanych materiałów.
UŜycie niewłaściwego materiału do produkcji wtyków moŜe skutkować zniszczeniem całego złącza. Na rysunku 1 przedstawiono przykładowy wtyk ze ściętym kołnierzem, co nastąpiło podczas przeprowadzanego badania złącza, na ciśnienie próbne.
54 MASZYNY GÓRNICZE 2/2011 Rys.1. Ścięty kołnierz wtyku podczas badania złącza
wtykowego na ciśnienie próbne Źródło: Dokumentacja fotograficzna KOMAG-u Tego rodzaju uszkodzenie występuje najczęściej w wyniku zadawania ciśnienia pulsującego i moŜe być efektem zastosowania niewłaściwego (zbyt kruchego) gatunku stali, względnie stali o niedostatecznej wytrzy- małości na rozciąganie.
Nawet zastosowany, właściwy pod względem skła- du chemicznego gatunek stali nie zawsze gwarantuje w pełni osiągnięcie wymaganych własności wytrzyma- łościowych. Istotny jest równieŜ zastosowany proces wytwarzania tej stali, decydujący o ostatecznych włas- nościach materiału.
Warto w tym miejscu stwierdzić, Ŝe często pomijane badania składu materiałowego stali stosowanej do wyt- warzania poszczególnych elementów wtyków mają is- totne znaczenie przy kształtowaniu, a takŜe ocenie pa- rametrów wytrzymałościowych.
Opisane powyŜej problemy oraz sygnalizowane przez uŜytkowników i jednostki oceniające, liczne pos- tulaty spowodowały, Ŝe zaistniała konieczność noweli- zacji normy i dostosowania jej do potrzeb uŜytkowni- ków oraz aktualnego stanu techniki.
W 2010 roku dzięki zaangaŜowaniu finansowemu Instytutu Techniki Górniczej KOMAG oraz Ośrodka Ba- dań, Atestacji i Certyfikacji OBAC sp. z o.o., jak rów- nieŜ aktywności przedstawicieli firm: AGR Ewa Rojowiec Zakład Pracy Chronionej z Knurowa (producent prze- wodów hydraulicznych i armatury wysokiego ciśnienia) oraz FPHU BASTAR Mysłowice (producent przety- czek), rozpoczęto prace nad projektem nowej normy PN-G-32000 „Górnicze napędy i sterowania hydraulicz- ne – Złącza wtykowe – Wymagania”, dotyczącej złączy wtykowych, stosowanych głównie w instalacjach hyd- raulicznych maszyn i urządzeń górniczych.
3. Wymagania dla złączy wtykowych w pro- jekcie nowej normy
ZałoŜeniem autorów projektu nowej normy było sformułowanie wymagań opisujących zarówno geome-
tryczne, jak i materiałowe cechy konstrukcyjne złączy wtykowych, które obejmą swoim zakresem wszystkie stosowane we współczesnej technice górniczej typy hydraulicznych przewodów giętkich. Przyjęto, Ŝe wy- magania wytrzymałościowe, stanowiące podstawę dla przeprowadzenia oceny zgodności dla złączy wtyko- wych, muszą być spójne z wymaganiami stawianymi przewodom (węŜom hydraulicznym), do łączenia któ- rych przeznaczone są dane złącza.
W nowej normie przedstawiono wymagania dla złą- czy wtykowych, stosowanych do połączeń: węŜy dwu- oplotowych według PN-EN 853:1999 oraz PN-EN 857:
2002, a takŜe węŜy cztero- i wielooplotowych według PN-EN 856:2002 i R15 w pełnym zakresie oraz do ich łączenia z innymi urządzeniami hydraulicznymi, stoso- wanymi w górnictwie podziemnym [3]. W normie zde- finiowano złącze jako połączenie wtyku i gniazda za- bezpieczone przetyczką i uszczelnione pierścieniem uszczelniającym o przekroju kołowym z pierścieniem oporowym oraz poszerzono typoszereg wielkości złą- czy wtykowych wprowadzając dziewięć wielkości złą- czy: DN6, DN10, DN12, DN19, DN25, DN31, DN38, DN51, DN63.
Określono takŜe maksymalne ciśnienia robocze dla złączy wtykowych, przedstawione w tabeli 1.
Tworząc projekt normy autorzy zaproponowali ogól- ną postać konstrukcyjną złącza wtykowego, co przed- stawiono na rysunku 2.
Z uwagi na szereg rozwiązań konstrukcyjnych oraz wykonań złączy wtykowych, w projekcie nowelizowanej normy PN-G-32000 dokonano podziału złączy, ze wzglę- du na wykonanie wytrzymałościowe, rozróŜniając:
− złącze standardowe,
− złącze w wykonaniu wzmocnionym,
− złącze w wykonaniu cięŜkim.
RozróŜniono takŜe odmiany konstrukcyjne poszcze- gólnych elementów złącza:
− wtyk:
− bez rowka demontaŜowego,
− z rowkiem demontaŜowym,
− gniazda:
− gniazdo o zewnętrznym prostokątnym przekro- ju poprzecznym,
− gniazdo o zewnętrznym kołowym przekroju po- przecznym,
MASZYNY GÓRNICZE 2/2011 55 W porównaniu z wydaniem z 1992 roku, obecny
projekt normy został znacznie rozszerzony. Twórcy normy współpracowali z producentami, którzy wnieśli istotne merytoryczne zmiany do projektu normy, oma- wiane i zaakcentowane przez członków Komitetu Tech- nicznego.
W projekcie normy zdefiniowano podstawowe wy- miary wtyków, gniazd, przetyczek, pierścieni uszczel- niających i pierścieni oporowych. Dla przetyczek wpro- wadzono dodatkowy wymiar przekątnej przekroju po- przecznego umoŜliwiający weryfikację zachowania wy- maganego pola powierzchni przekroju.
Mając na uwadze istotny wpływ materiałów uŜytych do wykonania złączy wtykowych na ich trwałość, w no- wo opracowanej normie, sprecyzowano wymagania z tego zakresu.
Dla zagwarantowania jakości wykonania oraz odpo- wiedniej wytrzymałości złącza ustalono, Ŝe [3]:
− wtyk w wykonaniu standardowym powinien być wy- konany ze stali automatowej w stanie ciągnionym na zimno 11SMnPb30+C według PN-EN 10277-3:
2009 lub stali o nie gorszych własnościach mecha- nicznych,
− wtyk w wykonaniu wzmocnionym i cięŜkim (w nor- mie oznaczane symbolami H i W), powinien być
wykonany ze stali X14CrMoS17 według PN-EN 10088-3:2007 lub ze stali o nie gorszych własnoś- ciach,
− gniazdo powinno być wykonane ze stali automato- wej w stanie ciągnionym na zimno 11SMnPb30+C według PN-EN 10277-3:2007 lub stali o nie gor- szych własnościach mechanicznych,
− przetyczka powinna być wykonana ze stali sprę- Ŝynowej odpowiadającej gatunkowi SM drutu we- dług PN-EN 10270-1:2004 lub ze stali do ulep- szania cieplnego według PN-EN 10083-1:2008, lub ze stali X10CrNi18-8 według PN-EN 10270-3:2004,
− pierścień uszczelniający o przekroju kołowym po- winien być wykonany z kauczuku butadienowo-akrylonitowego, NBR według PN-ISO 1629:2005 o twardości Shore A 88±3. Zastosowany do pier- ścieni materiał powinien być odporny na ciecze hydrauliczne HFA E (emulsje oleju w wodzie), na wodę uŜytkową oraz na mineralne oleje hydrau- liczne grupy H rodzaju HL i HM,
− pierścień oporowy powinien być wykonany z po- liamidu, PA 12 według PN-EN ISO 1043-1:2004.
Norma nie dopuszcza moŜliwości stosowania mate- riałów regenerowanych do produkcji pierścieni.
Maksymalne ciśnienie robocze, Źródło [3]
Tabela 1 Maksymalne ciśnienie robocze
[bar]1 Nominalna średnica
otworu węŜa DN
[mm] Wykonanie standardowe2 Wykonanie
wzmocnione W2
Wykonanie cięŜkie H2
6 640 - -
10 530 - -
12 500 -
19 450 -
25 400 -
31 300 350
38 145 -
51 130 -
420
63 90 - -
1 1bar = 0,1 MPa
2 Dla czytelności, w niniejszej tabeli, system określeń wykonań odbiega od podanych w projekcie normy
Rys. 2. Przykładowe złącze wtykowe, Źródło [3]
1 - wtyk, 2 - gniazdo, 3 - przetyczka, 4 - pierścień uszczelniający o przekroju kołowym, 5 - pierścień oporowy, 6 - oprawka zagniatana, 7 - wąŜ
56 MASZYNY GÓRNICZE 2/2011 Twórcy normy odnieśli się równieŜ do sytuacji, gdy
wspomniane złącza będą pracować w przestrzeniach zagroŜonych wybuchem, wprowadzając wymaganie dotyczące spełnienia ogólnych wymagań dotyczących urządzeń grupy I kategorii M2 według PN-EN 13463-1:2010.
Mając na uwadze trwałość, bezpieczeństwo oraz spójność z wymaganiami stawianymi węŜom hydrau- licznym, które wraz ze złączami tworzą przewody hyd- rauliczne, zdefiniowano takŜe wymagania wytrzyma- łościowe. Określono ciśnienie rozrywające złącza wty- kowego, badanego według PN-EN ISO 1402:2010 i od- niesiono do poszczególnych nominalnych średnic otwo- ru węŜa (wartości podano w tabeli 2).
Badane złącza powinny zachować szczelność aŜ do osiągnięcia wartości ciśnienia rozrywającego.
Odniesiono się równieŜ do wszystkich pozostałych aspektów, które były przedmiotem starego wydania normy, uzupełniając dokument o wymagania dotyczące wykonania, zabezpieczeń antykorozyjnych oraz zna- kowania.
Warto podkreślić, Ŝe omawiany projekt normy juŜ na etapie wstępnym spotkał się z duŜym zainteresowa- nia zainteresowanych stron i stanowi odpowiedź na wy- magania społeczeństwa i postępującego rozwoju tech- nologii. Definiowanie i wprowadzanie do stosowania jednolitych ustaleń w zakresie wymagań technicznych wpływa na likwidację barier technicznych, a działalność normalizacyjna słuŜy uzyskaniu optymalnego stopnia uporządkowania.
Z normalizacji korzystają zarówno uŜytkownicy, jak i producenci. Z punktu widzenia uŜytkownika, odnie- sienie czy teŜ powiązanie wyrobu z normą wzbudza zaufanie i jest jednym z najwaŜniejszych czynników, branych pod uwagę przy jego wyborze. Z punktu wi- dzenia producenta otrzymuje on gwarancję spełnienia przez wyrób ustalonych normą wymagań, natomiast przez udział aktywny w tworzeniu normy producent moŜe bezpośrednio wpływać na ustalenia wymagań i moŜe promować wygodne dla siebie rozwiązanie techniczne.
Dowodem wymiernych korzyści wynikających ze stosowania norm, są m.in. opublikowane wyniki badań przeprowadzonych we Francji, podczas których ocenia- no korzyści wynikające ze stosowania norm. Przepro- wadzone badania obejmujące wybrane przedsiębior- stwa przemysłu motoryzacyjnego wykazały, Ŝe zyski wynikające ze stosowania norm wyraŜone w procen- tach, wahają się w przedziale od 0,15% do 3% obrotu – zaleŜnie od przedsiębiorstwa [1].
Tak więc dla całej branŜy wyniosły od 38 do 55 mi- liardów dolarów. Przeprowadzone badania potwierdziły takŜe duŜą świadomość znaczenia normalizacji – 71,2%
respondentów stwierdziło, Ŝe udział w przygotowywa- niu norm pozwala przewidywać przyszłe wymagania rynkowe, a 61% badanych firm stwierdziło, Ŝe zaanga- Ŝowanie się w procesy normalizacyjne było skuteczną strategią promowania własnych interesów [2].
Efekty pracy Komitetu Technicznego nr 285 są do- wodem, Ŝe opracowanie Polskiej Normy moŜe wynikać z potrzeby uporządkowania określonej działalności [5].
Mimo trudnej sytuacji ekonomicznej w branŜy gór- nictwa kamiennego rośnie świadomość konieczności fi- nansowego wsparcia procesu tworzenia Polskich Norm.
Maksymalne ciśnienie rozrywające, Źródło [3]
Tabela 2
[mm] Wykonanie standardowe 2 Wykonanie W2
(wzmocnione)
2 Dla czytelności, w niniejszej tabeli system określeń wykonań odbiega od podanych w projekcie normy
MASZYNY GÓRNICZE 2/2011 57 NaleŜy równieŜ podkreślić, Ŝe aktywne uczestnictwo
w procesach normalizacji daje wymierne korzyści przedsiębiorstwom w postaci moŜliwości:
− uczestnictwa przedsiębiorstw w systemie dobro- wolnej normalizacji,
− wpływania na treść norm i przedstawiania włas- nych rozwiązań,
− wzrostu konkurencyjności przedsiębiorstw.
Obecnie jakość wyrobu jest jednym z głównych czynników determinujących przewagę konkurencyjną rozwijającego się i innowacyjnego przedsiębiorstwa, a normy stają się nie tylko dokumentami technicznymi, ale takŜe ekonomicznymi o znaczeniu strategicznym, pozwalającymi na właściwe zarządzenie przedsiębior- stwem.
Środki zainwestowane w normalizację zwracają się powoli, ale zapewniają stabilną przyszłość oraz och- ronę przed nieuczciwą konkurencją, oferującą wyroby nieokreślonej jakości. U udział w pracach normaliza- cyjnych zapewnia bieŜący dostęp do aktualnego stanu wiedzy i informacji oraz stwarza moŜliwość wpływania na wytyczanie kierunków rozwoju danej dziedziny [6].
Literatura
1. Gerundino D., Hilb M: The ISO Methodology. As- sessing the economic benefits of standards. ISO Focus+, s.10 – 16.
2. Peyrat O.: Standardization. A powerful economic lever, ISO Focus+, s. 17 – 19.
3. Projekt normy PN-G-32000 „Górnicze napędy i ste- rowania hydrauliczne – Złcza wtykowe – Wyma- gania”.
4. Ustawa z dnia 12 września 2002 r. o normalizacji.
(Dz.U. z 2002 nr 169 poz. 1386),
5. Zając R., Działalność normalizacyjna w obszarze bezpieczeństwa maszyn i urządzeń górniczych – Potrzeby i oczekiwania – Efekty prac Komitetu Tech- nicznego nr 285, Maszyny Górnicze 2009 nr 3, 6. http://www.pkn.pl
7. http://www.dpi.nsw.gov.au/__data/assets/pdf_file/0 008/179576/P8---Gary-Nauer.pdf
Artykuł wpłynął do redakcji w maju 2011 r.
Recenzent: dr inŜ. Antoni Kozieł