NOWA GENERACJA ZMECHANIZOWANYCH NARZĘDZI

Transkrypt

ZESZYTY
Nr 6
NAUKOWE P OLI TECHNI KI P OZNAŃSKIEJ
Budowa Maszyn i Zarządzanie Produkcją
2007
MARIAN W. DOBRY
NOWA GENERACJA ZMECHANIZOWANYCH NARZĘDZI
RĘCZNYCH DOSTOSOWANYCH DO CZŁOWIEKA
W artykule zaprezentowano nową drganiowo i energetycznie bezpieczną generację zmechanizowanych narzędzi ręcznych. Przeprowadzona analiza czynników zagrożenia zdrowia człowiekaoperatora wykazała dziesięć czynników bezpośrednio związanych z konstrukcją używanych w
technologii maszyn ręcznych. Dostosowanie narzędzi do właściwości psychofizycznych człowieka
w procesie konstruowania spowodowało wyeliminowanie lub zminimalizowanie wszystkich czynników szkodliwych do poziomów dopuszczalnych. W procesie dostosowawczym zastosowano
nową metodę optymalizacji energetycznej konstrukcji narzędzi. Energetycznie zoptymalizowane i
ergonomiczne narzędzia wytyczają nowy kierunek w rozwoju technologii, w których użycie narzędzi ręcznych napędnych różnymi energiami jest nieodzowne.
Słowa kluczowe: maszyny technologiczne, energetyczna optymalizacja, ergonomiczne narzędzia, rozwój maszyn technologicznych
1. WPROWADZENIE
1.1. Cel badań
Postęp w technologii maszyn jest ściśle związany z coraz szerszym zastosowaniem technik informatycznych, automatyzacji i robotyzacji. Istnieje jednak
szereg technologii produkcyjnych, w których nie można wyeliminować prac
ręcznych wykonywanych z użyciem zmechanizowanych narzędzi ręcznych
wspomagających proces pracy. Obecność człowieka w procesie produkcji nakłada na maszyny technologiczne oprócz wymogu dobrej sprawności funkcjonalnej szereg dodatkowych, istotnych wymogów polegających dostosowaniu ich
do właściwości psychofizycznych człowieka. Wymogi te powinny być uwzględnione już procesie konstruowania maszyn, gdyż modernizacja związana jest z
adaptacją istniejących maszyn do właściwości człowieka jest często niemożliwa
lub bardzo kosztowna. Przykładem takich procesów technologicznych są: nitowanie poszyć samolotów, oczyszczanie odlewów, wibracyjne odprężanie konstrukcji spawanych w obrębie spoiny itd.
Nowe kierunki w rozwoju maszyn technologicznych – zmechanizowanych
narzędzi ręcznych, które są najbardziej związane z człowiekiem-operatorem,
48
M.W. Dobry
wychodzą naprzeciw współczesnemu paradygmatowi rozwoju techniki, którym
jest zrównoważony rozwój. W ramach tego rozwoju istotny jest cel działalności
człowieka, aby jego sztuczne twory (np. maszyny technologiczne) nie były
szkodliwe dla niego samego i środowiska.
2. ANALIZA CZYNNIKÓW SZKODLIWYCH MASZYN
TECHNOLOGICZNYCH
2.1. Czynniki szkodliwe maszyn technologicznych
Dzięki wielu udoskonaleniom współczesnych maszyn technologicznych
można lepiej wykorzystać ich właściwości technologiczne. W praktyce produkcyjnej spotyka się jednak nadal maszyny, które nie spełniają podstawowych
wymogów ergonomicznych. Takim przykładem mogą być zmechanizowane
narzędzia ręczne o uderzeniowym charakterze pracy, do których zalicza się
młotki o różnych rodzajach napędów: pneumatycznym, elektrycznym, hydraulicznym oraz spalinowym. Dużą grupę stanowią wszelkiego rodzaju nitowniki,
wiertarki udarowe, uderzeniowe klucze montażowe itp. Na przykładzie pneumatycznych narzędzi uderzeniowych przeprowadzono w niniejszej pracy analizę
czynników szkodliwych, których źródłem są narzędzia o najsilniejszym oddziaływaniu w miejscu wykonywania procesu technologicznego.
W wyniku podejścia systemowego w analizie szkodliwości narzędzi uderzeniowych o napędzie pneumatycznym, wyróżniono 15 czynników [1]. Czynniki
szkodliwe można podzielić na związane bezpośrednio i pośrednio z konstrukcją
narzędzi. Taki podział przedstawiono na rys. 1. Wynika z niego, że istnieje dziesięć głównych czynników związanych bezpośrednio z konstrukcją narzędzi i
pięć czynników dotyczących środowiska pracy, obrabianego podłoża lub obrabianej części.
Czynniki środowiskowe, wymienione jako pośrednio związane z konstrukcją
narzędzi, są również istotne dla zdrowia operatora. Wywołują one inne choroby
zawodowe takie jak: pylica zaliczana do chorób najczęściej występujących obok
ubytku lub utraty słuchu, urazy mechaniczne oczu, rąk i ciała wywołane odpryskami. Mikroklimat panujący na stanowisku pracy wiąże się bezpośrednio ze
zwiększeniem możliwości rozwoju np. choroby wibracyjnej. Zimno, duża wilgotność powietrza lub jego zbyt szybki przepływ są katalizatorami rozwoju choroby wibracyjnej i dlatego muszą być uwzględniane w profilaktyce i wymogach
BHP na stanowiskach pracy.
Nowa generacja zmechanizowanych narzędzi ręcznych dostosowanych do człowieka
49
I. CZYNNIKI BEZPOŚREDNIE
1
A
2
B
3
C
CZŁOWIEK OPERATOR
DRGANIA
PRZESTRZENNY SYSTEM
ANTYWIBRACYJNY, np.: WoSSO
HAŁAS MECHANICZNY
OBUDOWA DZWIĘKOIZOLACYJNA
HAŁAS AERODYNAMICZNY
II. CZYNNIKI POŚREDNIE NIEZALEŻNE OD NARZĘDZIA
TŁUMIK WYLOTU
POWIETRZA
4
OBCIĄŻENIE FIZYCZNE
DOCISKIEM NARZĘDZIA
D
AUTOKONTROLA SIŁY
DOCISKU N < 200 [N]
5
OBCIĄŻENIE DŁONI
SIŁĄ ZACISKU
E
ELIMINACJA SIŁY
ZACISKU Z < 50 [N]
6
OBCIĄŻENIE PRZEDRAMIENIA
I DŁONI MOMENTEM
F
SYMETRIA ERGONOMICZNA,
MINIMALIZACJA WYMIARÓW
7
UPŁYWNOŚĆ TERMICZNA
G
IZOLACJA TERMICZNA
UCHWYTÓW
11
K
12
L
13
M
14
N
15
HAŁAS TECHNOLOGICZNY
WYTŁUMIENIE DETALU ORABIANEGO, OCHRONNIKI SŁUCHU
ZAOLEJENIE POWIETRZA
REGULACJA OLEJNICY,
WYCIĄG POWIETRZA
PYLICA
MIEJSCOWE SSAWKI WYCIĄGAJĄCE, MASKI PRZECIWPYŁOWE
ODPRYSKI
OKULARY OCHRONNE,
RĘKAWICE OCHRONNE
MIKROKLIMAT STANOWISKA
PRACY
8
KSZTAŁT UCHWYTÓW
H
ERGONOMICZNY, DOSTOSOWANY
DO DŁONI
9
OWIEWANIE OPERATORA
POWIETRZEM WYLOTOWYM
I
KIEROWNICA POWIETRZA
WYLOTOWEGO
10
J
KLIMATYZACJA:
O
TEMPERATURA: 16 stopni C,
WILGOTNOŚĆ: 40-60%,
PRĘDKOŚĆ RUCHU
POWIETRZA: < 0,3 m/s
OBCIĄŻENIE STATYCZNE
CIĘŻAREM NARZĘDZIA
MINIMALIZACJA MASY,
UCHWYT DLA ODCIĄGU
Rys. 1. Czynniki bezpośrednie (I) i pośrednie (II) zagrożenia zdrowia człowieka-operatora ręcznych narzędzi uderzeniowych o napędzie pneumatycznym (1−15) oraz sposoby ich eliminacji
lub ograniczenia (A−O) [1]
Fig. 1. Direct (I) and indirect (II) factors of health danger for a human-operator of hand-held
impact pneumatic tools (1-15) and methods of their elimination or minimization (A-O) [1]
Już z tego przykładu wynika, jak ważne jest podejście systemowe.
W konstrukcji narzędzi, jeśli jest to możliwe, powinny być również uwzględnione czynniki wynikające z faktu, że operatorem narzędzia jest człowiek. Analiza czynników bezpośrednio związanych z procesami energetycznymi zacho-
50
M.W. Dobry
dzącymi na stanowisku pracy operatora ręcznych narzędzi uderzeniowych, pozwala wyróżnić kilka najważniejszych. Są to:
− drgania [1, 14],
− obciążenie fizyczne operatora siłami nacisku i zacisku [1],
− hałas mechaniczny i aerodynamiczny [1].
Powyższe czynniki decydują o kształtowaniu się przepływu energii dynamicznej i jej głównych strumieniach oraz o szkodliwości ich wpływu na organizm człowieka. Wśród nich można wyróżnić czynniki główne, związane z procesem technologicznym wykonywanym przez narzędzia, oraz czynniki zaliczane
do „resztkowych”, charakteryzujące się małymi energiami, towarzyszące pracy
narzędzia. Te ostatnie kształtują jednak środowisko pracy i mają istotny wpływ
na bezpieczeństwo człowieka, co wykazują statystyki chorób zawodowych.
Wymienione wyżej czynniki są ściśle związane z wielkością źródła i energią
wyzwalaną przez źródło drgań, którym w systemie CNP jest narzędzie ręczne.
Drgania rękojeści – punktów styku człowieka z narzędziem – nie muszą być
jednak proporcjonalne do wartości energii uderzeń narzędzi w tym przypadku.
2.2. Możliwości dostosowania narzędzi do człowieka-operatora
W pokazanym na rys. 1 zestawieniu czynników szkodliwych dla zdrowia
operatorów ręcznych narzędzi uderzeniowych podano również metody ograniczenia lub likwidacji tych czynników (oznaczono je literami). Na obecnym etapie rozwoju techniki istnieją możliwości stworzenia narzędzi ergonomicznych.
Takie narzędzia muszą spełniać wszystkie wymienione wymagania (rys. 1).
Najbardziej efektywną metodą redukcji drgań uchwytów, okazała się specjalna metoda wibroizolacji. Wibroizolacja została wprowadzona między korpus
jednostki napędowej ręcznych narzędzi uderzeniowych a korpus-obudowę, na
której znajdują się oba uchwyty rąk. Nową metodę wibroizolacji pasywnej opracował autor i stanowi ona w narzędziach niekonwencjonalny, silnie nieliniowy
subsystem Wibroizolacji o stałej sile oddziaływania (w skrócie − WoSSO) [15]. System WoSSO został opatentowany, co potwierdzają uzyskane świadectwa
patentowe [P1, P2, P3, P5, P6, P8, P9]. System zastosowany w młotkach pneumatycznych redukuje wartość ważoną przyspieszeń drgań uchwytów do przedziału wartości 1,4÷
÷1,8 m/s2, przy wartości granicznej 2,5 m/s2 zawartej w dyrektywie Unii Europejskiej 392/89/EEC. Cechy te rekomendują go do szerokiego stosowania we wszystkich narzędziach ręcznych i nie tylko. Jest on autonomiczny i niezależny od rodzaju napędu. Na rysunku został oznaczony literą A −
jako sposób rozwiązania problemu drgań obu uchwytów narzędzia.
Towarzyszący pracy hałas narzędzia (zarówno pneumatycznego, jak i elektrycznego) jest pochodzenia mechanicznego i aerodynamicznego. Pierwszy z
nich jest wywołany elementami mechanicznymi, np. suwakiem rozrządu powietrza lub przekładnią zębatą w narzędziu elektrycznym, a drugi turbulentnym
51
,czyli nielaminarnym wypływem powietrza z silnika pneumatycznego lub wentylatora chłodzącego silnik elektryczny. Sposoby B i C to wprowadzenie osłony
dźwiękoizolacyjnej oraz tłumika wylotu powietrza.
Czynniki związane z obciążeniem fizycznym operatora (4, 5, 6) w dotychczasowych rozwiązaniach nie były uwzględniane. Autor pierwszy sformułował
ten problem i opracował specjalny system zasilania sprzężony z systemem wibroizolacji WoSSO [P7]. Narzędzia są wyposażone w system kontroli wartości
siły docisku zgodnie z zaleceniami higienicznymi fizjologów [1] oraz patrz −
Patenty [P1 do P3 i P5 do P9]. Kontrola polega na niezależności wartości granicznej siły docisku wynoszącej około 200 N od woli operatora. Czynnik przeciążenia operatora został więc całkowicie wyeliminowany. Sposoby eliminacji
przeciążeń (D, E, F) mają ten sam cel: ograniczyć do wartości optymalnej obciążenie operatora siłami i momentami lub wyeliminować te czynniki. Są to przymioty konstrukcyjne narzędzi związane z konstrukcją systemu zasilania i kształtowaniem tzw. symetrii ergonomicznej.
Zalecenia E i F jako sposoby zapobiegania złym wpływom czynników 5 i 6
nie są wskazaniami estetycznymi wzornictwa przemysłowego, ale wytycznymi
do ergonomicznego konstruowania zgodnego z istniejącymi już w Polsce normami ergonomicznymi. Powyższa uwaga dotyczy również czynnika 8, związanego z kształtem uchwytów. Zalecone ergonomiczne kształtowanie uchwytów w
punkcie H wiąże się bezpośrednio z normami ergonomicznymi, które uwzględniają dane antropometryczne dla obecnej populacji ludzkiej.
Czynnik 7 − upływność termiczna i 9 − owiewanie operatora powietrzem wylotowym należą również do czynników ergonomicznych. Są one ściśle związane
z konstrukcją narzędzia oraz odgrywają istotną rolę w procesie powstawania
choroby wibracyjnej. Schłodzenie dłoni i wychłodzenie człowieka-operatora
potęgują złe skutki wibracji. Czynniki te sprzyjają również utracie energii, co
czyni je podobnymi do innych czynników powodujących straty energii w organizmie człowieka. Jeśli miarą zagrożenia ma być energia tracona przez organizm
człowieka-operatora, to wymienione czynniki są bardzo istotne. Zalecenie G −
wprowadzenie izolacji termicznej uchwytów oraz zalecenie I − wprowadzenie
odpowiednio umieszczonych otworów wylotowych lub wprowadzenie kierownicy strugi powietrza wylotowego − pozwala uniknąć tych problemów ergonomicznych.
Czynnik 10 − obciążenie statyczne − jest zaliczane do czynników obciążających operatora, ale niewywołujących choroby wibracyjnej. Jest to czynnik ergonomiczny związany z obciążeniem fizycznym operatora przy posługiwaniu się
narzędziami. Zalecenie J − minimalizacja masy narzędzia lub wprowadzenie
uchwytu na narzędziu dla urządzeń równoważących jego ciężar rozwiązuje ten
problem w wystarczającym stopniu.
Powyższa analiza zagrożeń zdrowia i przeciwdziałań mających na celu ich
ograniczenie lub wyeliminowanie wykazała, że ważne są nie tylko czynniki
52
M.W. Dobry
bezpośrednio związane z przepływem energii i jej stratami w organizmie człowieka. W dalszym ciągu nie jest znany mechanizm transmisji energii z uchwytów dłoni do ich struktury wewnętrznej w zależności od pola kontaktu, jego
kształtu, temperatury, nacisków jednostkowych itd., który dawałby jednoznaczne wskazówki, jak należy kształtować uchwyty. Znany jest natomiast fakt, że
schłodzenie uchwytów sprzyja powstawaniu choroby wibracyjnej. Nie można
zatem wykluczyć z procesu optymalizacyjnego jednych czynników, by koncentrować się na innych. W tej pracy, poświęconej tylko jednemu zjawisku fizycznemu, którym jest przepływ energii, nie zapomina się o innych czynnikach stanowiących często katalizator powstawania choroby wibracyjnej.
3. OPRACOWANIE NOWEJ GENERACJI NARZĘDZI DOSTOSOWANYCH
ENERGETYCZNIE DO CZŁOWIEKA-OPERATORA
3.1. Optymalizacja energetyczna konstrukcji narzędzi uderzeniowych
Energetyczne badania podjęte w Laboratorium Dynamiki i Ergonomii Metasystemu: Człowiek–Obiekt Techniczny–Środowisko (IMS PP), wyjaśniające
zjawisko przepływu energii w systemie człowiek–narzędzie–podłoże, doprowadziły do dalszej poprawy właściwości wibroizolacyjnych i lepszego dostosowania narzędzi do człowieka [9-13]. W badaniach tych zastosowano energetyczne
polikryterium dostosowania zmechanizowanych narzędzi do człowieka i środowiska. Zastosowane polikryterium energetyczne miało na celu jak największą
minimalizację przepływu energii od jej źródła do miejsca odbioru – czyli do
procesu technologicznego – przy jednoczesnej minimalizacji przepływu energii
do człowieka i środowiska – rys. 2 [1].
W tym celu opracowano model dynamiczny systemu człowiek – narzędzie z
wibroizolacją WoSSO – podłoże. Na jego podstawie zbudowano model energetyczny z zastosowaniem elementarnych procesorów przepływu energii, w których zawarte są dwie zasady energetyczne: rozdziału mocy i przepływu energii
w systemie mechanicznym [1]. Analiza w dziedzinie rozdziału mocy i przepływu energii w strukturze dynamicznej systemu CNP wskazała wielkości fizyczne
najbardziej wpływające na dawkę energii kierowanej do człowieka-operatora (rys. 2). Zmiana zastępczych parametrów dynamicznych, które są
pochodnymi ustalonych wielkości fizycznych, bardzo skutecznie wpłynęła na
poprawę właściwości narzędzi [1].
SYSTEM CZŁOWIEK - NARZĘDZIE - PODŁOŻE (CNP)
SUBSYSTEM
CZŁOWIEKA
53
UTWIERDZENIE
ZEWNĘTRZNE
ŹRÓDŁO
ENERGII
SUBSYSTEM RĘCZNEGO NARZĘDZIA
UDERZENIOWEGO
SUBSYSTEM
WIBROIZOLACJI
WOSSO
ZEWNĘ TRZNE
ŹRÓDŁO
ENERGII
SUBSYSTEM
JEDNOSTKI
NAPĘDOWEJ
AKUMULATOR
ENERGII
WEWNĘTRZNE
ŹRÓDŁO
ENERGII
ODBIORNIK
ENERGII
AKUMULATOR
ENERGII
ENERGIA
TRACONA
W SUBSYSTEMACH
SUBSYSTEM
PODŁOŻA
ODBIORNIK
ENERGII
PRZEPŁYWY
ENERGII
LEGENDA
Rys. 2. Struktura dynamiczna systemu człowiek – narzędzie – podłoże i model przepływu
energii od źródeł zewnętrznego i wewnętrznego do wnętrza systemu [1]
Fig. 2. The dynamical structure of the Human – Tool – Base System and the model of energy
flow from external and internal sources into the inside system [1]
Wyniki analizy energetycznej i postęp w ograniczeniu przepływu energii dla
kolejnych modeli i prototypów młotka pneumatycznego MS13A, powszechnie
stosowanego w odlewniach do oczyszczania odlewów, pokazano na rys. 3.
Konwencjonalny młotek pneumatyczny MS13A wywołuje w człowieku przepływ energii w czasie 8 godzin pracy – jednej zmiany roboczej – równy dawce
1405 kJ. Wprowadzona do konstrukcji młotka wibroizolacja WoSSO na podstawie klasycznej analizy dynamicznej ograniczyła przepływ energii do wartości
2,736 kJ. Wartość ta jest mniejsza od wartości dopuszczalnej określonej w [1] i
równej 2,928 kJ.
Dalsze badania optymalizacyjne prowadzone metodą energetyczną z polikryterium energetycznym zaowocowały znacznym zmniejszeniem dawki energii
przepływającej przez ciało człowieka-operatora. Badania prototypu
MP(WoSSO) – z wibroizolacją WoSSO i poprawionymi parametrami wpływającymi na przepływ energii do człowieka wykazały najmniejszą dawkę energii
określającej obciążenie energetyczne ciała człowieka wywołane pracującym
narzędziem. Wynosiła ona zaledwie 0,0575 kJ.
M.W. Dobry
10000
1405
54
100
10
0,0576
1
0,1
0,1728
2,736
DAWKA ENERGII (8 GODZ.) [kJ]
1000
0,01
MS13A
MS13A+WoSSO
MP(WoSSO)
MPM(WoSSO)
MŁOTKI PNEMATYCZNE (TEN SAM SILNIK)
OBLICZONA DAWKA ENERGII [kJ]
DOPUSZCZALNA DAWKA ENERGII = 2,928 [kJ]
Rys. 3. Dawki energii [kJ] przepływającej przez subsystem człowieka-operatora pochodzące od
różnych zmechanizowanych narzędzi ręcznych (młotków pneumatycznych – z tym samym silnikiem pneumatycznym MS13A) w czasie 8 godzin (jednej zmiany roboczej) i ich energetyczna
ocena
Fig. 3. Doses of energy in [kJ] flowing through the human-operator subsystem from different
powered hand-held tools (pneumatic hammers with the same pneumatic MS13A engine) during 8
hours – one working shift and their energy evaluation
Badania te potwierdziły możliwości bardzo dobrego dostosowania energetycznego nowej generacji pneumatycznych narzędzi uderzeniowych do człowieka-operatora. Specjalne wykonanie prototypu MP(WoSSO) zwiększało jednak
koszty wykonania młotków pneumatycznych. Postanowiono więc poprawić
technologię wykonania prototypu produkcyjnego dla średnich serii produkcyjnych z uwzględnieniem wytycznych konstrukcyjnych wynikających z badań
energetycznych. Kolejne badania energetyczne prototypu MPM(WoSSO) wykonanego w podstawowych warunkach produkcyjnych wykazały zwiększenie
przepływu energii przez ciało operatora, ale okazało się, że osiągnięta dawka
energii równa 0,1728 kJ/8 h jest około 17 razy mniejsza od dopuszczalnej, równej 2,928 kJ.
Tak duży zapas bezpieczeństwa energetycznego stworzył szansę uzyskania
wartości dopuszczalnej dawki energii również w krótkim czasie trwania procesu
przejściowego – rozruchu narzędzia. Jak wiadomo, w procesie przejściowym –
55
od stanu spoczynku (zerowych warunków początkowych) do ruchu ustalonego
pracy systemu CNP – system dynamiczny jest najbardziej obciążony. Potwierdzają to również badania energetyczne.
Zmechanizowane narzędzia ręczne nowej generacji (również te o uderzeniowym charakterze pracy) stwarzają szansę pełnej ochrony człowieka-operatora
przed szkodliwymi drganiami miejscowymi we wszystkich fazach pracy narzędzi: podczas rozruchu, ruchu ustalonego i wybiegu. Taki poziom ochrony antywibracyjnej zmniejsza do minimum ryzyko wywołania choroby wibracyjnej u
operatora. W omawianych badaniach osiągnięto zatem najlepsze dostosowanie
narzędzi do człowieka-operatora w zakresie jednego z najważniejszych czynników szkodliwych, którym są drgania miejscowe.
4. CHARAKTERYSTYKA UŻYTKOWA I ERGONOMICZNA NOWEJ
GENERACJI NARZĘDZI
Uwzględnienie w procesie projektowania ww. czynników szkodliwych związanych z konstrukcją narzędzi doprowadziło do powstania innowacyjnych, opatentowanych drganiowo i energetycznie bezpiecznych i ergonomicznych młotków pneumatycznych [P1 do P9]. Mają one dziesięć cech ergonomicznych, które świadczą o holistycznym podejściu do zagadnienia dostosowania narzędzi do
psychofizycznych właściwości człowieka-operatora na stanowisku pracy.
Na rysunku 4 przedstawiono nową generację młotków pneumatycznych
skonstruowanych w Laboratorium Dynamiki i Ergonomii Metasystemu: człowiek–obiekt techniczny–środowisko (IMS PP).
Młotki uszeregowano w kolejności zależnej od energii jednego uderzenia
wytwarzanego przez poszczególne silniki pneumatyczne stanowiące jednostkę
napędową. Jest to najważniejszy parametr użytkowy, który gwarantuje efektywne wykonanie procesów technologicznych. Każdy z wymienionych ergonomicznych młotków, których typy podano u dołu rysunku, wyposażony jest w inny
silnik pneumatyczny.
Przedstawiony typoszereg umożliwia dobór właściwego narzędzia do określonych procesów technologicznych.
Na rysunku 4 podano również zmierzoną wartość ważoną przyspieszeń drgań
rękojeści, której wartości zawierają się w przedziale 1,4÷1,8 m/s2.
Wartości te spełniają wymogi PN-91/N-01353, w której podano wartość dopuszczalną przyspieszenia ważonego obowiązującą w Polsce równą 2,8 m/s2.
Prezentowane narzędzia spełniają również wymogi dyrektywy Europejskiej
392/89/EEC, w której określono wartość dopuszczalną równą 2,5 m/s2.
M.W. Dobry
56
ENERGEIA UDERZEŃ [J]
do 6
6 do 8
8 do 12
12 do 30
WARTOŚĆ WAŻONA PRZYSPIESZEŃ DRGAŃ UCHWYTÓW [m/s2]
1,4
1,4
1,6
1,8
TYP MŁOTKA PNEUMATYCZNEGO
MPS
MP
MPL
MPK
Rys. 4. Drganiowo bezpieczne i ergonomiczne, zoptymalizowane energetycznie młotki pneumatyczne z zastosowanym systemem izolacji przepływu energii WoSSO do człowieka-operatora
opracowane w Laboratorium Dynamiki i Ergonomii Metasytsemu człowiek–obiekt techniczny–
środowisko, wdrożone do produkcji na postawie umów licencyjnych
Fig. 4. Vibration-safe and ergonomic energy optimised pneumatic hammers with the application of
energy isolating WoSSO system, designed in the Dynamics & Ergonomics Laboratory of the
Human – Technical Object – Environment Metasystem, implemented into production on the basis
of licence agreements
5. PODSUMOWANIE
W prezentowanych na rys. 4 młotkach pneumatycznych zachowana jest energia uderzeń, której wyzwolenie jest warunkowane wytworzeniem optymalnej
siły docisku silnika do podłoża. Gwarantuje to innowacyjny system wibroizolacji WoSSO, którego zasada działania oparta jest na przekazywaniu stałej siły –
niezależnej od ugięcia się układu wibroizolującego – na obie strony rozdzielonej
nim konstrukcji. Ta właściwość wibroizolacji WoSSO umożliwia automatyczną,
niezależną od woli operatora kontrolę siły docisku, która w prezentowanych
narzędziach nie przekracza 200 N.
57
LITERATURA
[1] Dobry M.W., Optymalizacja przepływu energii w systemie Człowiek – Narzędzie – Podłoże
(CNP), Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 1998.
[2] Dobry M.W., Energy Coefficients of Safety (ECoS) of Power Driven Hand – Held Tools in:
Tenth World Congress on The Theory of Machines and Mechanisms, „Biomechanics. Experimental methods Man – Machine Systems. Mechanical Vibration”, University of Oulu,
Oulu 1999, Finland, 1956–1961.
[3] Dobry M.W., Energy flow in the dynamic structure of a human – tool – base system and
effective protection of the human subsystem against energy transmitted from hand – held impact tools, in: Sixth International Congress on Sound and Vibration, Copenhagen, July 1999,
Denmark., 1953 – 1958
[4] Dobry M.W., „Energetyczna metoda oceny drgań miejscowych”, w Materiały Konferencyjne,
„XLVI Otwarte Seminarium Akustyki”. Polskie Tow. Akustyczne, Oddział w Krakowie. Zakopane, IX 1999, s. 565 – 568
[5] Dobry M.W., Advanced Analysis of Human – Machine System in Energy Flow Domain in:
35th United Kingdom Group Meeting on Human Responses to Vibration, held at ISVR, University of Southampton, Southampton, 13-15 September, 2000, England, p. 89-99
[6] Dobry M.W., Podstawy zaawansowanej diagnostyki energetycznej systemów mechanicznych i biomechanicznych, Diagnostyka Vol. 23, Uniwersytet Warmińsko–Mazurski, Olsztyn,
wrzesień 2000.
[7] Dobry M. W., Podstawy zaawansowanej diagnostyki energetycznej systemów mechanicznych i biomechanicznych, Diagnostyka Vol. 23, Uniwersytet Warmińsko–Mazurski, Olsztyn,
wrzesień 2000.
[8] Dobry M.W., Energetyczne portrety strukturalnego i globalnego rozdziału mocy w systemach
mechanicznych i biomechanicznych jako podstawa ich energetycznej diagnostyki, Zeszyty
Naukowe Mechanika, Politechnika Krakowska, 2001, nr 83, s. 57-68.
[9] Dobry M.W., Energy diagnostics and assessment of dynamics of mechanical and biomechatronics systems. Machine Dynamics Problems 2001, Vol. 25, No. 3/4, s. 35-54.
[10] Dobry M.W., Energy analysis of mechanical and biomechanical systems, Studia i Materiały
LIII, Technika 3, Współczesne problemy techniki, Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego, Zielona Góra 2003, s. 137-158
[11] Dobry M.W., Energetyczna metoda diagnostyki technicznych i inteligentnych biologicznotechnicznych systemów oraz jej zastosowania, Diagnostyka Vol. 30, t. 1, Olsztyn 2004.
[12] Dobry M.W., Metoda energetycznego dostosowania maszyn do człowieka-operatora i środowiska na etapie projektowania, Vol. 2, Nr 2 spec., Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, 2004, s. 29-39.
[13] Dobry M.W., Energy method of diagnosing Technical & Intelligent Bio-Technical Systems
& its applications, International Journal of COMADEM 2005, 8(2) April 2005, p. 42-47.
[14] Griffin M. J., Handbook of Human Vibration, Academic Press Limited, London 1990.
Patenty krajowe i zagraniczne
[P1] Dobry M.W., Wibroizolator. Patent RP nr 121 231, Urząd Patentowy RP. Opis patentowy
opublikowano 31.10.1983.
[P2] Dobry M.W., Cempel C., Garbatowski W., Vibro-isolation of connections of structural units
of hand tools. Patent USA No 4,921,053, May 1, 1990.
[P3] Dobry M.W., Cempel C., Garbatowski W., Wibroizolacja połączeń węzłów konstrukcyjnych
ręcznych narzędzi. Patent RP nr 123 938, Urząd Patentowy RP. Opis patentowy opublikowano 30.09.1991.
58
M.W. Dobry
[P4] Dobry M.W., Cempel C., Garbatowski W., Tłumik hałasu, zwłaszcza ręcznych narzędzi
pneumatycznych. Patent RP nr 153525, Urząd Patentowy RP. Opis patentowy opublikowano
30.09.1991.
[P5] Dobry M.W., Cempel C., Garbatowski W., Pneumatic impact tool. United States Patent No
5,052,499, Date of Patent: October 1, 1991.
[P6] Dobry M.W., Cempel C., Garbatowski W., Pneumatyczne narzędzie udarowe. Patent RP nr
153526, Urząd Patentowy RP. Opis patentowy opublikowano 31.10.1991.
[P7] Dobry M.W., Cempel C., Garbatowski W., Compressed air supply system of vibro-isolated
tools. European Patent No 0 335 328, European Patent Office, Munich, Germany, 20.07.1994.
(ochrona patentowa w kilku krajach Unii Europejskiej)
[P8] Dobry M.W., Cempel C., Garbatowski W., Pneumatic impact tool. European Patent No 0 335
329, European Patent Office, Munich, Germany, 24.08.1994. (ochrona patentowa w kilku krajach Unii Europejskiej)
[P9] Dobry M.W., Cempel C., Garbatowski W., Vibrao-isolation of connections of structural units
of hand tools. European Patent No 0 336 261, European Patent Office, Munich, Germany,
31.08.1994. (ochrona patentowa w kilku krajach Unii Europejskiej)
Recenzent: dr hab. inż. Maciej Kupczyk, prof. nadzw.
A NEW GENERATION OF POWERED HAND-HELD TOOLS ADAPTED TO THE
HUMAN-OPERATOR
Summary
In the paper a new generation of vibration and energy safe powered hand-held tools are presented. The executed analysis of health danger factors for the human-operator showed ten factors
directly concerned with the design of hand-held machines used in technology. The adaptation of
these tools to the psychophysical proprieties of the human in the design process caused the elimination or minimisation to the admissible levels of all harmful factors. In the adaptation process, the
new method of energy optimisation of tools design has been applied. The energy-optimised and
ergonomic tools lay out a new direction in development of technology, in which the use of handheld tools powered by different energies is indispensable.
Key words: technology machines, energy optimisation, ergonomic tools, development of
technology machines
dr hab. inż. Marian W. DOBRY, prof. nadzw. PP
Politechnika Poznańska, Instytut Mechaniki Stosowanej, ul. Piotrowo 3, 61-238 Poznań,
tel. 061 665 2347, fax. 061 665 2307, e-mail: [email protected]

NOWA GENERACJA ZMECHANIZOWANYCH NARZĘDZI

Transkrypt

Podobne dokumenty

Lubelski Wojewódzki Inspektor

BRYŁY KOLEKCJI KALIFORNIA Komody Witryny, szafy Szafki RTV