SPECIALIZAREA: INGINERIE ECONOMICA INDUSTRIALĂ [304385]

[anonimizat]: INGINERIE ECONOMICA INDUSTRIALĂ

AUTOMATIZAREA OPERATIEI DE VERIFICARE

CU ULTRASUNETE PENTRU SCHIMBATOARELE

DE CALDURA BRAZATE

Coordonator științific Absolvent: [anonimizat] 2020

[anonimizat] 7,51% [anonimizat] o istorie industrială puțin mai mare de un secol. Apariția atât de târzie a [anonimizat] a oxidului său și de necesitatea inventării unor tehnologii complet noi. Primele încercări de extracție a aluminiului aparțin fizicianului englez Davy care în 1810 a [anonimizat] a putut separa aluminiul. În 1825 savantul danez Őersted anunță separarea aluminiului prin reducerea clorurii anhidre de aluminiu cu amalgam de potasiu. În 1827 savantul german Wöhler obține sub formă de granule 30 grame de aluminiu.

În 1854 [anonimizat]. În 2 ani el produce primele lingouri industriale la un preț de cost de 10 [anonimizat].

La 23 februarie 1886 tânărul chimist american Charles Hall reușește să obțină câteva bobițe de aluminiu metalic prin electroliza oxidului Al2O3 introdus într-o topitură de criolit. [anonimizat] 1888 Hall implementează procedeul industrial de extracție a aluminiului prin electroliză în săruri topite și produce în numai 8 ani peste 2000 tone aluminiu la un cost de 50 de ori mai mic.

Industrial, aluminiul se obține aproape în întregime prin descompunerea electrolitică a aluminei pure dizolvate într-o topitură de criolit cu adaus de fluorură de calciu. Prin electroliză se obține „aluminiul tehnic primar” numit și „aluminiul tehnic pur” care conține de la 0,2% la 1% impurități metalice (Fe, Si, Ca, Ti, Na) și nemetale (alumină, electrolit, [anonimizat]).În tara noastră sunt standardizate următoarele mărci de aluminiu tehnic pur: Al

99,8, Al 99,7, Al 99,6, Al 99,5, Al 99,4, Al 99.

„Aluminiul de înaltă puritate” [anonimizat], prin rafinarea electrolitică cu anod în săruri topite cunoscute sub numele de rafinare în trei straturi. Acest aluminiu conține de la 0,05% la 0,1% impurități, în țara noastră fiind stabilizate trei mărci Al 99,99, Al 99,95 și Al 99,90.

„Aluminiul extra pur” [anonimizat], gradul de puritate putând ajunge până la 99,99999

Industria aluminiului este mare consumatoare de materii prime. Pentru obținerea unei tone de alumină este nevoie de cel puțin 2 [anonimizat]. 2 tone de alumină. Deci pentru obținerea unei tone de aluminiu sunt necesare peste 4 tone materii prime. [anonimizat] (cca. 20,000 kwh/t) [anonimizat] s- ar mai consuma cca. 30 tone cărbuni. Rezultă că pentru 1 tonă aluminiu se consumă până la 40 tone materii prime și materiale auxiliare. Așa se explică de ce aluminiul nu este un material ieftin deși sursele de materii prime sunt bogate și ieftine.

Proprietățile aluminiului

Proprietăți fizice

a) Caracteristici atomice: până la temperatura de topire (660 o C), aluminiul pur nu prezintă stări alotropice. Are o rețea cristalină cubică cu fețe centrate. Prezintă un singur izotop stabil și 4 izotopi radioactivi.

b) Caracteristici elastice și magnetice: este bun conducător termic și electric.

Comparativ cu cuprul, aluminiul are o eficacitate mai mare. Rezistivitatea și conductivitatea sunt influențate de gradul de puritate, de natura impurităților, gradul de deformare și de temperatura acestuia. Aluminiul este puțin paramagnetic, având susceptibilitate magnetică pozitivă. Aceasta este influențată de puritate și temperatură.

c) Caracteristici tematice și termodinamice: temperatura de topire crește o dată cu puritatea aluminiului. La topire, volumul crește în funcție de puritate. Principalele caracteristici termice sunt:

– temperatura de topire: 60 o C

– temperatura de fierbere : 2480 o C

– căldura latentă de topire: 387,6 KJ/Kg

– căldura latentă de vaporizare: 10790 KJ/Kg

Aluminiul are un coeficient de dilatare liniară ridicat comparativ cu alte metale.

d) Caracteristici optice și acustice: aluminiul este reflectorizant pentru lumină și radiații termice. Aluminiul pur reflectă 90% din lumină. Puterea de reflecție a aluminiului este mare și variază în funcție de lungimea de undă a radiației incidente. În spectrul vizibil puterea de reflexie a aluminiului este depășită de cea a argintului.

Proprietăți chimice

Aluminiul are o activitate chimică ridicată. În aer liber, uscat, la temperatura obișnuită, aluminiul se conservă foarte bine datorită reacției cu oxigenul din atmosferă. Se acoperă cu un strat aderent și compact de oxid de aluminiu, foarte rezistent și protector față de agenții corozivi. La temperatura mediului ambiant, apa nu reacționează cu aluminiul. Apa sărată atacă superficial aluminiul, formând un strat complex de oxid.

Proprietăți mecanice

Aliajele de aluminiu au limite de curgere de la 70 la 700 N/m2. La temperaturi scăzute, limita de curgere crește și, spre deosebire de oțeluri, aliajele de aluminiu nu devin fragile. Datorită acestei proprietăți se justifică utilizarea de aluminiu pentru fabricarea cisternelor pentru transportul azotului lichid (-196 o C).

Proprietăți tehnologice

Aluminiul se prelucrează bine prin turnare și deformare plastică. Prin turnare se obțin piese complexe datorită unei bune fluidități, a contracției moderate și a temperaturilor de turnare joase (680-730 o C). Prin deformare plastică se obțin profile simple și complexe, țevi, table, sârme, folii.

Principalele procedee tehnologice de prelucrare a aluminiului și aliajelor sale sunt:

– Laminarea

– Extrudarea

– Tragerea

Mai poate fi prelucrat prin procedee de deformare plastică fără o încălzire importantă, precum: matrița, ambutisare, ștanțare. Aluminiul și aliajele sale se prelucrează bine în intervalul de temperatură 350-450 o C. Nivelul temperaturii de recristalizare variază cu puritatea aluminiului, acesta fiind un element important în stabilirea condițiilor de deformare plastică. Astfel, pentru puritate 99,99%, temperatura de recristalizare este de 150-200 o C, iar pentru 99,9999% este de 50 o C iar temperatura de recoacere se situează între 370-400 o C.

Aluminiul se sudează practic prin toate procedeele cunoscute, inclusiv prin topire. Dificultăți apar la sudarea aluminiului de înaltă puritate prin procedeul cu rezistență electrică în puncte. Se poate lipi la 250 o C cu zinc sau aliaj de zinc cu Al, Ag, Cu, în proporții mici.

Obiectivele lucrării

Elemente de bază privind domeniul temei de proiect

RAAL este un producător de sisteme de răcire și schimbătoare de căldură, din aliaje de aluminiu și oțel inoxidabil, în construcție brazată

• radiatoare;

• răcitoare de ulei;

• răcitoare de aer;

• răcitoare de combustibil;

• condensatoare, destinate aplicațiilor în agricultură;

• construcții, industrie și auto;

Fig. 1- Produse RAAL

Fondată în 1985, a devenit societate pe acțiuni în 1991, iar în 1995 a devenit o companie privată.

În prezent are 2000 angajați. Dispune de 2 locații de producție (Bistrița și Prundu Bârgăului), 5 subsidiare (Atlas Engineering – Livonia USA, RAAL Germania – Schwaig, RAAL Olanda – Goes, RAAL Italia –Ferrara, RAAL Vest – Timișoara).

CELULĂ ASAMBLARE MANUALĂ SCHIMBĂTOARE DE CĂLDURĂ

În ciuda reticențelor actuale privind mașinile electrice, hibride și „hibride plug-in”, cota de piață a acestora va crește simțitor, de la circa 4% în prezent, până la peste 20% în 2025. Pornind de la acest lucru, RAAL a tatonat domeniul „ hybrid automotive” prin intermediul unei colaborării cu unul din jucătorii importanți din acest domeniu și anume CONTINENTAL.

Această colaborare a început în anul 2015, timid ce-i drept, cu cantități mici livrate (90 bucăți săptămânal ), crescând până la un volum de 2000 bucăți săptămânal în 2018. Acest lucru este posibil datorită investițiilor făcute într-o linie de fabricație de schimbătoare de căldura dedicată acestei aplicații.

3.1. Prezentare schimbător de căldură

Schimbătorul de căldură ce face obiectul acestei lucrări, se încadrează, din punct de vedere a domeniului de activitate al SC RAAL SA, în categoria auto, vehicule comerciale și căi ferate. Ca soluție constructivă, se încadrează în categoria plăci brazate.

Este produs pentru clientul CONTINENTAL AG, și face parte din proiectul 48V INVERTER dezvoltat de către aceștia.

Figura 1.6 – 48V Inverter

Sistemul de transmisie Eco Drive de 48 Volți de la CONTINENTAL a fost dezvoltat pentru o hibridizarea eficientă în masă, din punct de vedere al costurilor. Funcții cum ar fi pornirea/oprirea avansată, viteza constantă și creșterea electrică economisesc între 13% – 20% din combustibil.

Într-o aplicație ușoară, hibrid, motorul electric de 48 V înlocuiește alternatorul de 12 V și este montat direct pe motor printr-o centură.

Specificații tehnice:

150 Nm la arborele cotit;

putere 14 kW;

viteză: până la 20000 rotații pe minut continuu;

clasa de protecție IP6K6K;

răcit cu lichid;

Caracteristici si beneficii:

reduce consumul de carburant cu 13%;

invertor integrat – fără conexiuni fire în exterior;

oferă posibilitatea montării de componente la nivel de 48V;

moment scăzut de inerție;

pornirea rapidă a motorului;

recuperare de energie;

nu necesită întreținere – fără inele alunecoase, fără resturi ;

putere foarte mare la un anumit volum și viteză [4];

Figura 1.7 Continental 48V (Inverter location in Housing)

Una dintre cele mai recente descoperiri de producție pentru electrificare a fost lansarea versiunii hibride diesel de 48V ale modelelor Scenic si Grand Scenic de la producătorul francez Renault. Aceste modele dispun de un motor extrem de eficient datorită funcțiilor hibride de economisire a combustibilului și al confortului unui hibrid de 48 volți .

Figura 1.8 48V for Renault

Figura 1.9 Schematica

Figura 1.10 Schimbătorul de căldură – produs finit

Figura 1.11 Schimbătorul de căldură amplasat pe Invertor

Este ce-a mai importantă componentă a Invertorului și datorită rolului de răcire a temperaturii plăcilor ce poate ajunge până la 340°.

Figura 1.12 Schimbătorul de căldură în timpul simulării

Figura 1.13 – Schimbător de căldură în timpul măsurătorilor 3D

Verificarea produsului final se realizează la Laboratorul de măsurători 3D, efectuându-se astfel măsurătorile cotelor de pe desenul tehnic. Mașina unealtă utilizată in efectuarea măsurătorilor face parte din gama Micro Vu , model EXCEL 501 HC.

Există trei tipuri de schimbătoare de căldură:

SC 35617-0 – produs pentru modelele Chrysler

SC 35376-0 – produs pentru modelele Audi

SC 35609-0 – produs pentru modelele Renault

Figura 1.14 Modele de schimbătoare de căldură din cadrul proiectului 48V

Schimbătorul de căldură prezentat în figura 1.15 de mai jos, reprezintă piesa centrală a întregului ansamblu, piesă față de care toate celelalte componente sunt asamblate, întrucât toate punctele și bazele de referință se află pe aceasta.

Figura 1.15 – Schimbător de căldură

Constructiv, acesta este compus din:

4 plăci de aluminiu, de grosimi diferite (plăcile din exterior sunt de 2 mm, iar cele două plăci din exterior sunt de 3 mm grosime)

3 bucăți turbulatori

6 plăci nichel (3 bucăți au dimensiunea 33,5×25, iar celelalte 3 au dimensiunea de 35,5×25)

Componentele schimbătorului de căldură sunt prezentate în tabelul 1.1 din cadrul subcapitolului denumit “Elemente de bază privind domeniul temei de proiect”.

Componentele schimbătorului de căldură lui sunt prezentate în tabelul 1.1 de mai jos.

Dispozitivele de brazare sunt asamblate în aceeași etapă cu componentele schimbătorului de căldura și asigură o strângere uniformă a întregului pachet astfel încât, în timpul brazării la temperaturi de aproximativ 600̊ C, componentele aderă unele la altele ducând la uniformitatea filetului de brazare și evitarea apariției produselor neetanșe.

Tabel 1.2 – Dispozitive de brazare – stare inițială

Figura – Diagarma flux [1]

AUTOMATIZAREA-generalități

Automatizarea este o ramură a tehnicii, al cărei scop este ca mașinile și instalațiile să lucreze automat, deci independente de o continuă și/sau directă intervenție a forței de muncă umane.

Cu cat acest țel este realizat mai optimal, cu atat este mai ridicat gradul de automatizare.

In instalațiile automatizate operatorul uman preia sarcini de supraveghere, de aprovizionare cu material, de transport a produselor finite, de întreținere și alte activități similare.

Noile realizări ale electrotehnicii (microprocesoare) accelerează hotărâtor procesele de automatizare.

Pe lângă protejarea forței de muncă umane de activități grele și monotone, automatizarea ridică calitatea produselor precum și productivitatea proceselor cu o reducere corespunzătoare a costurilor pentru resursele umane folosite.

Automatizarea industrială este un domeniu interdisciplinar între inginerie mecanică și inginerie electrică, ca parte a științei inginerești, care folosește metode ce conduc la automatizarea mașinilor și instalațiilor pentru funcționarea lor independentă, fără participarea umană. Complexitatea și independența mașinilor și instalațiilor determină gradul lor de automatizare.

Progresele realizate în senzorică și prelucrarea primară a semnalelor electronice a dezvoltat semnificativ procesul de automatizare.

Automatizarea a ameliorat situația in activități cu grad mare de periculozitate, a eliberat personalul de deservire de munci stresante de rutină, a crescut calitatea și productivitatea muncii, reducând substanțial costurile de personal. Activitățile umane sunt dirijate, în principal, pentru eliminarea interferențelor și a altor activități atipice de detecție a defectelor, de întreținere și a altor activități similare acestora.

Limitările automatizării industriale

Aplicarea tehnologiei de automatizare a fost implementată la început în producție la scară largă. Prin utilizarea mai multor sisteme flexibile, este posibil în zilele noastre, utilizarea automatizării pentru producția de loturi mici și chiar pentru piese individuale.

Limita de utilizare a automatizării este dictată de economicitate. Automatizarea unor secvențe complexe de mișcări este în cele mai multe cazuri posibilă în principiu, dar poate fi costisitoare prin utilizarea mai multor roboți complicați (programare scumpa) .

În multe cazuri, este, de asemenea, la nivelul de salarizare din țările industriale occidentale – este mai ieftină munca automatizată decât munca umană. Acest lucru este valabil mai ales pentru asamblarea finală de produse.

O altă limită a tehnicii de automatizare poate fi cazul în care sant necesare decizii creative, sau flexibile de rezolvare a problemelor – aceste sarcini pot fi rezolvate rareori satisfăcător de un sistem de automatizare .

Importanta economica si sociala a automatizării

Automatizarea și raționalizarea merg mână-în-mână. În producție scade lucrul manual, creste productivitatea și rezulta scăderea costurilor forței de muncă. Automatizarea pentru orice ramura economica este o cauză importantă a scăderii volumului de muncă ca urmare a creșterii productivității. Automatizarea, de asemenea, creează locuri noi de muncă.

Există noi mașini și sisteme cu un grad mai mare de automatizare. Acestea au, de obicei, o piață mai mare de desfacere. Instalațiile și mașinile automatizate au un ciclu de producție scurt și pot fi ușor modernizate și adaptate la noi produse.

Succesele și importanța industriilor-cheie sunt posibile datorita îmbunătățirilor constante în automatizare. Mașinile reduc proporția de muncă monotonă pentru oameni. Automatizarea nu este limitată numai pe aplicații industriale. Exemple: în zona de servicii de plată automată la bănci, sau factura auto-generată de energie electrică.

De asemenea, multe dintre activitățile din gospodărie (de exemplu, spălatul hainelor cu ajutorul unei mașini de spălat) sau în viața de zi cu zi (reglarea presiunii de frânare a unui autovehicul cu ajutorul unui sistem frânare anti-blocare (ABS) și/sau ESP) au apărut ca urmare a proliferării proceselor de automatizare.

VERIFICAREA CU ULTRASUNETE-generalități

Prin scanare cu ultrasunete se depistează defecte cu ajutorul semnalelor acustice care se propagă în domeniu de timp; însă, de multe ori este necesară o analiză foarte amănunțită și atunci se poate apela la transformata Fourier, care descompune semnalul acustic al unui defect, din domeniul de timp, în domeniu de frecvență, denumit domeniu spectral.

Prin această metodă, se pot descoperi defecte ca urmare a diferențelor de frecvență care pot apărea în cadrul aceluiași semnal longitudinal . De asemeni, trebuie notat că frecvențele mari sunt mai sensibile la defecte foarte mici, motiv pentru care se utilizează metoda SSA.

Fig.2.1 Principiul descompunerii unui semnal acustic din domeniul de timp, în domeniul spectral, după transformata discretă Fourier.

În Fig.2.1 a ) semnalul defectului din domeniul de timp (marcat cu linia roșie orizontală) este descompus (desfășurat) în domeniul spectral, Fig.b).

Prin această descompunere, ca urmare a transformării Fourier, fiecărui vârf din domeniul de timp îi corespunde o așa-zisă bandă discretă de frecvență (pilon spectral). Mai mult decât atât, fiecare bandă discretă de frecvență din domeniul spectral este încărcată cu energia acustică a materialului.

Această energie este necesară pentru expunerea unei noi interfețe C-scan, ce poate depista defecte care, în domeniul de timp, sunt neglijate. Cu ajutorul transformării Fourier se pot determina chiar și proprietățile vâscoelastice ale unui material, bazându-se pe apariția primului vârf pozitiv de frecvență din histograma amplitudine–frecvență.

Pentru facilitarea metodei SSA, prin defectul din Fig. 81 s-a realizat o secțiune transversală (Bscan) pe toată lungimea îmbinării brazate, astfel încât să se obțină o imagine de ansamblu prin îmbinare.

Scanarea acustică microscopică presupune, de multe ori, scanarea unei probe în secțiune transversală, pentru a se stabili exact adâncimea unui defect, măsurată în micrometrii sau, la cerință, în domeniu de timp (măsurată în microsecunde sau nanosecunde).

Scanarea cu ultrasunete operează în modul de reflexie a acestora, prin intermediul unui traductor. Traductorul este compus dintr-un cilindru de inox ce conține un miez piezoelectric. Miezul piezoelectric are în centrul său o tijă din safir cu o peliculă de oxid de zinc la partea superioară și lentile concave acoperite cu un film subțire de aur, la partea inferioară.

Ultrasunetele se pot focaliza la interfața dorită prin micșorarea distanței dintre lentilele traductorului și probă, mediul cuplant fiind apa. Deci, traductorul emite ultrasunete, semnalul incident se reflectă parțial, după care continuă să se propage în proba de analizat, când întâlnind o discontinuitate (defect), se reîntoarce la traducator cu răspuns. Răspunsul apare pe monitorul unui computer sub formă de A-scan (Amplitude – scan), care reprezintă o histogramă, având pe ordonată amplitudinea semnalului, iar pe abcisă, durata de propagare a undelor longitudinale și transversale în proba respectivă (TOF – Time-Of-Flight), de obicei, măsurată în microsecunde sau nanosecunde.

Scanarea longitudinală cu ultrasunete, internațional, se mai numește C-scan și se realizează cu ajutorul unui traductor (în acest caz, cu frecvență de 25 MHz, pentru maximum 20 de mm adâncime), când datorită semnalelor multiple emise și receptate, se pot depista defecte.

După brazare, îmbinarea s-a scanat cu ultrasunete și s-a obținut următoarea imagine C-scan, Figura 2.2.

Figura 2.2.

SCHIMBATOARE DE CALDURA BRAZATE- generalitati

Brazarea. Generalități. Avantaje. Clasificare

Cele mai cunoscute și mai utilizate metode de îmbinare nedemontabile se referă la cele realizate sub temperatură și anume: sudarea, brazarea (lipire tare) și lipirea moale.

Evident, sudarea ar fi cea mai rezistentă metodă de îmbinare, însă ea se realizează prin cordoane de sudură desfașurate liniar și nu pe întreaga suprafață a metalelor puse în contact; de asemenea, sudarea tablelor, în general, este limitată și de grosimea acestora, pe când brazarea face posibilă lipirea celor mai subțiri table cu o productivitate foarte mare. Pe de altă parte, îmbinările brazate sunt deosebit de rezistente, mai ales în comparație cu cele realizate prin lipire moale.

Brazarea este un procedeu de îmbinare la cald, la care se folosește un material de adaos numit aliaj de lipit (material de aport) diferit de materialele de bază. Ea se realizează la o temperatură mai mare de 450 0C.

În comparație cu alte metode de îmbinare la cald, brazarea prezintă următoarele avantaje:

productivitate foarte mare. Mai ales dacă brazarea se realizează în cuptor, se pot lipi o multitudine de produse în timpi relativ scurți, indiferent de complexitatea pieselor, lipindu-se foarte bine în zonele inaccesibile;

este o metodă destul de simplă de obținere a unor îmbinări lungi sau a unor suprafețe întinse cu costuri reduse de utilități și personal;

prin brazare produsele își pot păstra stratul de vopsea sau placajul, lucru nerealizabil prin sudură;

se pot îmbina metalele cu nemetalele;

se pot îmbina metale cu varietate largă de grosimi, lipirea moale fiind limitată în acest caz;

se pot îmbina metale poroase optimizându-se cantitatea de material de aport;

se pot păstra caracteristicile metalurgice inițiale ale metalelor puse în contact;

rezistența îmbinărilor brazate este mult mai ridicată în comparație cu cele lipite moale, datorită legăturilor interatomice puternice;

forma ”filetelor” de brazare este fină, curată, fără să necesite operații ulterioare de șlefuire, în comparație cu cordoanele de sudură unde se regăsesc stropi, urme de fum sau zgură.

Brazarea se realizează prin mai multe metode, cele mai cunoscute fiind următoarele:

brazarea cu flacără;

brazarea în cuptor;

brazarea prin inducție;

brazarea prin imersie;

brazarea cu rezistențe electrice;

brazarea prin difuzie;

brazarea cu radiații X (laser), cu radiații infraroșii, cu microunde și în aer.

Brazarea în cuptor a se consideră cea mai eficientă în comparație cu celelalte metode de brazare, datorită următoarelor avantaje:

echipament simplu și ieftin;

cuptorul se poate adapta cu ușurință la diferite procese tehnologice de brazare;

cuptoarele continue oferă posibilitatea de a avea mai multe zone, cum ar fi: zone de preîncălziri, încălziri, mențineri la temperatură, dar și zone de răciri.În cazul celorlalte metode de brazare aceste condiții se îndeplinesc mai greu.

mulți parametrii pot fi controlați și reglați cu acuratețe, astfel încât să se asigure repetabilitatea procesului tehnologic și să se îmbunătățească calitatea îmbinării brazate.Acești parametrii se referă la temperaturi, timpi, debite, nivele, viteze, în cazul altor metode nefiind nu posibil.

deoarece întregul ansamblu de brazare(cuptor și camere aferente) este încălzit uniform și bine controlat, deformarea produselor este minimalizată sau chiar nulă;

produsele brazate ce ies din cuptor nu necesită igienizare sau șlefuire;

ROBOTI INDUSTRIALI

Notiunea de robot dateaza de peste 4 mii de ani. Omul si-a imaginat dispozitive mecanizate inteligente care sa preia o parte insemnata din efortul fizic depus. Astfel a construit jucarii automate si mecanisme inteligente sau si-a imaginat robotii in desene, carti, filme "SF" etc.

Termenul "robot" a fost folosit in 1920 de cehul Karel Capek intr-o piesa numita "Robotul universal al lui Kossum". Ideea era simpla: omul face robotul dupa care robotul ucide omul. Multe filme au continuat sa arate ca robotii sunt masinarii daunatoare si distrugatoare.

Dupa 1977 tendinta multor producatori a fost de a umaniza forma robotilor si de a crea androizii.

In 1941 Isaac Asimov a folosit cuvantul "robotizare" pentru descrierea tehnologiei robotilor si a prezis cresterea unei industrii robotice puternice. In 1956 a luat fiinta prima companie ce realiza roboti industriali, iar in 1961 Compania de automobile "Genral Motors" "angaja" primul robot industrial. Incepand cu 1980 asistam la o expansiune a robotilor industriali in diverse industrii.

Robotii ofera beneficii substantiale muncitorilor, industriilor si implicit tarilor. In situatia folosirii in scopuri pasnice, robotii industriali pot influenta pozitiv calitatea vietii oamenilor prin inlocuirea acestora in spatii: periculoase, cu conditii de mediu daunatoare omului, cu conditii necunoscute de exploatare etc.

Este adevarat ca robotii industriali prin calitatile lor pot cauza reduceri masive de personal acolo unde sunt implementati, dar creeaza si meserii alternative:

tehnicieni in industria roborizarii;

ingineri;

vanzatori;

programatori;

supervizori etc.

Beneficiile introducerii robotilor in industrie includ managementul controlului si al productivitatii si cresterea evidenta a calitatii produselor. Robotii pot lucra zi si noapte fara a obosi sau a-si reduce performanta. Consecvent realizeaza reduceri substantiale ale pretului de cost in primul rand prin reducerea consumurilor de materii prime si al prelucrarii automate a acestora.

De asemenea utilizarea robotilor aduce avantaje pe piata concurentiala. Prin dezvoltarea rapida a industriei si a tehnicii de calcul, putem observa evolutia robotilor industriali catre generatiile inteligente ce le ofera caracteristica de a "intelege" mediul in care lucreaza.

Structura generala a robotilor industriali depinde foarte mult de utilitatea si scopul pentru care sunt produsi.

Functiile de baza sunt reprezentate de:

subsistemul cinematic;

subsistemul de actionare;

subsistemul de comanda si programare;

subsistemul senzorial.

Subsistemul cinematic cuprinde structura capabila sa execute miscarile pentru a actiona asupra mediului inconjurator.

Astfel in functie de mediul in care este folosit, robotul poate fi dotat cu:

roti;

senile;

picioare mecanice;

diversi suporti

benzi transportoare

Organul de executie al robotului este alcatuit dintr-un lant cinematic inchis sau deschis oferind diverse grade de libertate prin intermediul carora dispozitivul de lucru poate actiona:

mana mecanica;

dispozitiv de manevrare;

dispozitiv de apucare

Aceste dispozitive finale ce interactioneaza direct cu prelucrarea finala a obiectelor supuse unui ciclu de productie, pot fi inlocuite cu dispozitive specializate pentru anumite operatii tehnologice: vopsire, sudare, testare etc.

Forma si mecanismele de miscare a robotilor industriali depind de sistemul de coordonate in care se realizeaza miscarea diverselor segmente.

Daca in situatiile unor coordonate cilindrice si sferice, robotii au grade relativ reduse de miscare, in coordonatele polare prezinta un coeficient ridicat de antropomorfism.

Ansamblu alcatuit din "brat", "antebrat" legate prin articulatii "cot" se poate deplasa atat in plan orizontal cat si vertical. In prezent s-au impus solutii de incheieturi cu trei axe de rotatie dotate cu servo-comenzi ce permit o pozitionara usoara.

In ceea ce priveste dispozitivele de apucare, pe langa sistemele clasice de apucare cu "degete" robotii industriali pot fi dotati si cu alte modalitati de apucare: vacumatic, magnetic etc.

Dispozitivele de prehensiune trebuie sa corespunda dorintei utilizatorului, fiind o conditie determinanta pentru succesul unei aplicatii cu roboti industriali.

O alta caracteristica importanta este reprezentata de subsistemul senzorial al robotilor in stransa legatura cu subsistemul de comanda si programare. Daca in anii '80 erau folosite benzile de hartie perforate pentru introducerea software-ului, in zilele noastre sunt folosite cipuri evoluate ce ofera in anumite situatii putere de "decizie".

Astfel, in septembrie '94 notiunea de robot industrial cunoaste o alternativa in sistemul de actionare: actionarea prin intermediul retelei World Wide Web.

Astfel prin intermediul unui computer conectat la Internet se realiza posibilitatea de a accesa si controla roborul. Ecranul de control oferea utilizatorului suficiente informatii pentru a decide miscarea roborului intr-un spatiu cartesian catre urmatoarea destinatie.

Sunt folosite cele trei coordonate x,y,z de miscare in spatiu. Este poate unul dintre cele mai bune exemple de implementare cinematica si senzoriala.

Experimentul de mai sus, efectuat in Australia, a avut rolul de a stimula imaginatia si de a arata ca in acest moment, datorita existentei unei infrastrsucturi computerizate mondiale, caile de cunoastere sunt fara limite. De altfel tot acest sistem este condus de roboti "inteligenti" ce pot face milioane de interconectari pe secunda.

Elementele componenteale unui sistem robotic industrial

Sistemul de control al robotului

2. Robotul

3. Efectorul final

Tipuri de roboti industrial

ROBOTI SCARA

Roboți SCARA

Roboții SCARA (figura 1.1 de mai jos) sunt un caz particularizat a unui robot articulat, în sensul că ei acționează prin articulații dar numai într-un plan orizontal. Numele SCARA vine de la acronimul „Selective Compliance Assembly Robot Arm”.

Robot SCARA ABB IRB 910 SC SCARA

Caracteristicile tehnice ale unui robot de tip SCARA, sunt prezentate în tabelul 2.1 de mai jos:

Caracteristici tehnice robot tip SCARA

Tabelul 2.1

Spațiul de lucru (într-un plan) al unui robot SCARA cu 4 articulații (figura 3 de mai jos) este definit de primele 3 articulații, pornind de la baza robotului.

Proprietățile roboților tip SCARA sunt prezentate în tabelul de mai jos. Aceștia sunt folosiți la asamblare, alezare, frezare, testare, aplicații pentru manipulare de tip ”Pick and Place”

Proprietăți ale roboților SCARA

Tabelul 2.2

Descriere proces in prezent

Modul de lucru:

Se deschide capacul protector din pexiglas al scanner-ului si se igienizează cuva, suportul din cuva, precum si celelalte părți componente ale scanner-ului, cu detergent si alcool etilic tehnic. Se introduce in cuva apa demineralizata sau apa de la rețea aproximativ 30-35 litri. Temperatura apei nu trebuie sa fie mai mare de 45°C.

Nota: igienizarea scanner-ului si înlocuirea apei din cuva se va face după 300 de produse scanate: de asemeni, o data la 30 de zile se vor unge ghidajele scanner-ului.

Se deschide scanner-ul de la comutatorul aferent si se așteaptă deschiderea computer-ului sau, se accesează programul de scanare numit "Winsam 5" si se așteaptă calibrarea automata a traductorului pe cele trei axe de coordonate: x, y, z.

Dupa deschiderea completa a programului de scanare, se poate incepe scanarea propriu-zisa a schimbatoarelor de caldura tip Continental, nu inainte insa, de a observa vizual linistirea apei din cuva.

Produsele tip Continental se vor prelua in lazi de plastic de la etapa de planare, o lada continand 14 bucati separate cu polistiren; se vor obtura orificiile de intrare si de evacuare ale produselor, cu banda adeziva, aceasta obturare avand scopul de a impiedica patrunderea apei din cuva in interiorul lor; se vor introduce in apa pe suportul reglabil din inox ( cod: 7200-12449) in pozitie orizontala si se vor inlatura eventualele bule de aer depuse pe suprafetele placutelor din nichel. Bulele de aer conduc la o, scanare necorespunzatoare, umbrind controlul anumitor zone la interfata Ni/Al.

Se aduce traductorul scanner-ului deasupra schimbatorului de caldura tip Continental si se pozitioneaza optim pe cele trei axe de coordonate x,y,z (figura 7.1 ), in modul in care prezenta placutelor din niche! sa se regaseasca in centrul imaginii, la distante egale fata de marginile imaginii. Traductorul selectat va fi eel pentru o frecventa a ultrasunetelor de 25 MHz si o adancime maxima de penetrare de 20 mm.

Figura 7.1 . Pozitionarea produselor destinate scanarii cu ultrasunete

Se inițiază scanarea accesând o rețetă-soft realizata pentru produsele Continental, salvata in memoria scanner-ului. Scanarea va conține simultan doua imagini si anume: scanarea îmbinării brazate dintre cele 6 plăcute din nichel si placa superioara din aluminiu (interfața Ni/Al – figura 7.2) si scanarea imbinarii brazate dintre placile din aluminiu si turbulatori (interfata placa Al/turbulatori – figura 7.3)

Figura 7.2 Scanarea interfetei Ni/Al

Fig. 7. 3 Scanarea interfetei placa Al/turbulatori

Dupa efectuarea scanarii, se va indeparta traductorul, iar produsele tip Continental se vor scoate din apa, se vor lasa cateva secunde sa se scurga intr-o cuva ( cod: 7200-13303) si se vor sufla cu aer comprimat, degresat si uscat din dotare, cu scopul de a se evita contaminarea exterioara a produsului. Produsele acceptate se vor aseza in cosuri din metal acoperite cu material plastic (cod: 7200-12526). Rebuturile se vor aseza separat in lazi etichetate cu etichete rosii.

Interpretarea rezultatelor

Se vor analiza vizual, cu atentie, cele doua imagini ale scanarii in felul urmator:

in cazul scanarii imbinarii brazate dintre placile din aluminiu si turbulatori (figura 7.4), se va observa, prezenta sau absenta turbulatorilor, pozitiile lor, precum si alte eventuale incluziuni, filete lipsa sau neconformitati.

Daca lipseste cel putin un turbulator, produsul este considerat REBUT; daca nu exista lipire intre plăcile din aluminiu si turbulatori (figura 7.5), produsul este considerat REBUT; daca exista o lipire parțială (figura 7.6), se vor sesiza persoanele responsabile de fluxul tehnologic si se vor lua masuri in scopul optimizării acestei îmbinări brazate

Fig. 7.4 Imbinare Ni/Al brazata corespunzator

Fig. 7.5. Imbinare Ni/Al brazata necorespunzator Fig.6. Imbinare Ni/Al brazata necorespunzator

Axe liniare

Axa liniară este un robot pe o axă alcatuit dintr-o placă de bază din dural pe care sunt fixate două căi de rulare liniare, un motor sincron liniar, un encoder liniar, cabluri de alimentare, limitatori de cursă, suport de susținere cabluri și burdufuri de protecție.

Axă liniară se foloseste în aplicații care necesită dinamică și precizii ridicate, datorită greutății reduse a părții active.

Mișcarea este controlată (forță, poziție, viteză) de o servo-acționare digitală. Precizia mișcării este dată de precizia encoderului.

Aplicații

Actionări cu antrenare directă (“direct drive”)

Mașini rapide de tăiat (“high speed cutting machines”)

Mașini unelte:  freze, mașini de găurit, mașini de polizat, mașini de asamblat, aparate de măsură

Industria semiconductoarelor

Optică: instrumente (lentile, mașini de frezat prin copiere), scannere, microscoape, aparate de masură si inspecție, mașini cu laser, mașini de asamblat fibre optice, mecanisme automate de focalizare

Sisteme de reglaj si ajustări

Trasatoare de curbe

Mașini in mediu nuclear

Sisteme postale de marcat

Parcuri de distracții

Mașini de ambalat

Mese de poziționare

Roboți

Mașini automate de cusut

Dispozitive de poziționare a capetelor de disk drive

Sisteme de poziționat antene

Uși culisante

Simulatoare de mișcare

Avantajele motoarelor liniare in comparație cu motoarele rotative

Randament, repetabilitate mai ridicate

Precizie, timp de raspuns mai bune

Viteză, accelerație mai mari

Deplasare mai uniformă

Zgomot mai redus;

Compatibilitate mai bună cu condiții de mediu deosebite

Mai putine elemente componente

Inerție mai redusă pentru deplasări mari

Nu există elemente intermediare între motor și sistemul de acționat

Dezavantaje ale motoarelor liniare

Preț de cost mai ridicat

Axele verticale necesită contrabalansare

Motoarele liniare transmit direct forța, dar în consecință sunt influențate de variația sarcinii (instabilitate datorată variației sarcinii)

Pentru motoarele cu structură magnetică deschisă, apar forțe mari de atracție între partea mobilă și partea staționara; particulele metalice sunt atrase magnetic

Sisteme de manipulare carteziene

Tendința pentru soluțiile de asamblare și manipulare este de a trece de la roboții convenționali universali (cu brațe articulate) către soluții specializate, mai eficiente din punct de vedere energetic și al costurilor. Acest lucru este explicabil, având în vedere faptul că roboții convenționali ocupă volume destul de mari, oferind, în majoritatea cazurilor, mai multe funcții și grade de libertate decât sunt, cu adevărat, necesare în aplicațiile respective.

Fie că e vorba de sisteme exclusiv electrice, pneumatice și servopneumatice, ori o combinație de echipamente electro-pneumatice, sistemele 2D sau 3D se pot adapta foarte bine multor tipuri de aplicații, atât cu deplasări liniare cât și de rotație, rezultând o eficiență mai bună din punct de vedere al costurilor și al consumurilor de energie.

Spre deosebire de un robot convențional (braț articulat), sistemele de manipulare carteziene necesită un spațiu mai redus de deplasare și se pot adapta mai ușor oricăror condiții. Din punctul de vedere al cinematicii, sistemele de manipulare se pot adapta cerințelor aplicației, în contrast cu roboții, unde aplicația trebuie să se adapteze în funcție de limitările mecanice sau cinematice ale acestora.

Aceste sisteme carteziene nu necesită, practic, niciunul dintre compromisurile întâlnite, adesea, în aplicațiile cu roboți convenționali, unde aplicația trebuie să se adapteze / limiteze la capacitățile și gabaritul robotului.

Trecerea la standardizare și utilizarea de componente de uz general produse în masă, permit ca soluția carteziană, personalizată, să fie mai atractivă din punct de vedere economic.

Roboți tip PORTAL

Roboții tip PORTAL sunt folosiți în asamblare, inserare, transport, paletizare, ambalare, în cadrul depozitelor automate; iar proprietățile lor sunt prezentate în tabelul … de mai jos

Un robot de tip portal (ca cel din figura ………) este instalat deasupra spațiului de lucru, ca un pod rulant.

Robot portal, cu 3 grade de libertate

Caracteristicile roboților de tip PORTAL sunt prezentate în tabelul … de mai jos.

Spațiul de lucru al roboților tip portal (vezi figura…) este de forma unui cub. Se mai numește spațiu cartezian.

Spațiul de lucru al unui robot tip portal, cu 3 grade de libertate

Descriere modele utilizate in prezent

Descriere proces prezent

Propunere – IO

Bibliografie

[1] documentatie RAAL, 2019

[2] www, http://www.thk.com, 2019

[3] Steopan, M., et.al., Robori pentru servicii, ed. Utpress, 2010

[4] https://www.continental-automotive.com/en-gl/Passenger-Cars/Powertrain/Electrification/48-Volt-Mild-Hybrid/48-Volt-belt-driven-starter-generator

https://www.ttonline.ro/revista/automatizari/sisteme-de-manipulare-carteziene-comparatie-cu-robotii-conventionali