Rezumatul tezei de doctorat:

STUDII ŞI CERCETĂRI PRIVIND REFABRICAREA ECHIPAMENTELOR TEHNOLOGICE

Autor: ing., ec. Dinu DARABĂ, Conducător ştiinŃific : prof.univ.dr.ing. Eugen PAY dr.H.C.

În producŃia de echipamente tehnologice, au apărut o serie de modificări determinate de

schimbările apărute în domeniul tehnic, economic, ecologic şi social. Pe lângă cerinŃele legate de

fiabilitate, precizie şi productivitate, echipamentelor tehnologice, le sunt impuse, cerinŃe legate de

flexibilitate, reducerea costurilor de întreŃinere, protecŃia mediului, micşorarea costurilor de

exploatare. Chiar dacă toŃi aceşti parametri, se încadrează între anumite limite acceptate, mărimea

costurilor necesare realizării echipamentelor tehnologice, este de foarte multe ori definitorie.

ObŃinerea unor echipamente tehnologice, cu cheltuieli care nu vor putea fi amortizate într-o

perioadă rezonabilă, nu este justificată. În acest context, menŃinerea în exploatare a unor

echipamente tehnologice, neeficiente din punct de vedere economic, chiar dacă perioada de

amortizare nu este expirată, nu este obligatorie şi nici rentabilă, iar decizia de scoatere din

exploatare, poate fi justificată şi prin avantajele obŃinute prin refabricarea acestora.

Îmbinarea eficientă a avantajelor economice cu avantajele ecologice, este principala

caracteristică a refabricării. În cazul refabricării echipamentelor tehnologice, dominante sunt

avantajele economice care, reprezintă motorul dezvoltării acestei industrii. Refabricarea este

activitatea care combină profitabilitatea şi beneficiile dezvoltării durabile, prin reducerea haldelor

de steril şi a consumului de materiale virgine, energie şi muncă specializată utilizată.

Implementarea responsabilităŃilor tot mai extinse ale producătorilor de echipamente

tehnologice, coroborat cu noua legislaŃie de protecŃie a mediului, au determinat un număr tot mai

mare de fabricanŃi să abordeze problema refabricării şi reciclării propriilor produsele. Deoarece

integreză în mod profitabil deşeurile, înapoi în ciclul de fabricaŃie, refabricarea oferă

producătorilor o metodă de evitare a unor cheltuieli cauzate de limitarea deşeurilor, concomitent

cu creşterea profiturilor

Recuperarea în limita posibilului, a valorii economice a echipamentelor tehnologice, la

sfârşitul unui ciclu de exploatare, trebuie să reprezinte dezideratul comun al producătorului şi al

beneficiarului utilajului respectiv. ApariŃia şi dezvoltarea industriei de refabricare, a fost şi este

influenŃată atât de necesitatea reducerii costurilor de producŃie ale maşinilor şi utilajelor dar şi de

interesul beneficiarilor de a le achiziŃiona la preŃuri cât mai mici, însă cu performanŃe tehnice de

ultimă generaŃie.

Abordarea conceptului de refabricare este impusă de importanŃa pe care o are această

industrie, în contextul dezvoltării durabile a oricărui stat, cu efecte favorabile în plan tehnic,

economic, social şi ecologic. Pe plan mondial tot mai multe companii sunt implicate în activitatea

de preluare a echipamentelor tehnologice uzate în vederea reutilizării prin refabricare şi/sau

reciclare, având ca scop obŃinerea de profit. Refabricarea reprezintă probabil cea mai mare

resursă neutilizată pentru îmbunătăŃirea productivităŃii şi pentru reducerea costurilor de producŃie.

Având în vedere că această activitate are o importanŃă economică şi ecologică deosebită,

pentru a putea fi transformată într-o adevărată industrie, se impune trecerea problematicii

refabricării din sfera economică şi de mediu în cea a ingineriei. Necesitatea abordării aspectelor

legate de concepŃia, proiectarea, execuŃia, exploatarea şi reutilizarea echipamentelor tehnologice,

prin prisma refabricării, generează noi direcŃii de cercetare în diferite domenii de activitate. În

acest context, se justifică necesitatea abordării, prin această teză de doctorat, a unor aspecte de

mare actualitate, privind refabricarea echipamentelor tehnologice.

Prin teza de doctorat cu titlul ,,Studii şi cercetări privind refabricarea echipamentelor

tehnologice” mi-am propus pentru studiu, analiză şi îndeplinire următoarele obiective:

� Elaborarea unei metodologii pentru stabilirea performanŃelor dinamice ale echipamentele

tehnologice, înainte de începerea refabricării;

� Analiza prin metoda elementelor finite a structurii elastice a maşinii de frezat FUS 25,

pentru stabilirea caracteristicilor dinamice ale unor elemente de structură care, vor fi

supuse procesului de refabricare; determinarea modurilor proprii de vibraŃie şi calcularea

turaŃiilor critice;

� Determinarea experimentală a funcŃiilor de transfer pentru structura elastică a maşinii de

frezat FUS 25; stabilirea experimentală a frecvenŃelor proprii şi a turaŃiilor critice;

� Clarificări privind definirea conceptului de refabricare;

� Stabilirea locului refabricării în ciclul de viaŃă al echipamentelor tehnologice;

� EvidenŃierea diferenŃelor refabricare – reciclare şi refabricare – reparaŃie;

� Stabilirea unor oportunităŃi şi bariere în calea refabricării;

� Elaborarea unor recomandări privind abordarea refabricării echipamentelor tehnologice

neconcepute pentru refabricare;

� Elaborarea unor recomandări privind proiectarea utilajelor în vederea refabricării.

Modul de realizarea a obiectivelor propuse este prezentat în cele cinci capitole ale tezei

prezentate în continuare.

În primul capitol – Introducere – se face o prezentare generală a problematicii refabricării

în conterxtul actualei dezvoltări a industriei constructoare de maşini. Obiectivele propuse pentru

rezolvare prin această teză, sunt prezentate tot în acest capitol.

Capitolul al doilea Stadiul actual al abordării conceptului de refabricare prezentă pe

scurt, modul de abordare şi înŃelegere a procesului de refabricare precum şi aspecte privind

definirea refabricării, inclusiv definiŃia propusă de autor: Refabricarea este procesul industrial de

transformare al unui produs, aflat într-o anumită stare de uzură fizică şi/sau morală ori de

neutilizare completă, într-unu având cel puŃin caracteristicile de performanŃă ale unuia similar

nou, păstrându-i sau nu aceeaşi utilitate, reutilizând cât mai multe componente şi asigurându-i o

garanŃie identică cu cea oferită de fabricantul original.

Locul refabricării în ciclul de viaŃă al echipamentelor tehnologice este prezentat în acest

capitol cu ajutorul diagramei din figura 1

Principalele deosebiri dintre refabricare - reciclare, refabricare - reparaŃia capitală,

oportunităŃile şi barierele refabricării, aspecte legate de modul de abordare a refabricării

echipamentelor tehnologice, care au fost sau nu au fost proiectare în vederea refabricării, sunt

prezentate în acest capitol.

PRELUCRAREA MINEREURILOR: prelucrare, aglomerare,concentrare, clasare, mãcinare, sfãrâmare

PROCES TEHNOLOGIC DE EXTRACTIE

CERCETARE GEOLOGICA FUNDAMENTALA

PROSPECTIUNI GEOLOGICE: geofizice si geochimice

EXPLOATARI PRELIMINARE SI DE DETALIU

DESCHIDEREA SI PREGATIREA EXPLOATARII (zi, subteran si combinat)

FONDANTI: calcar

COMBUSTIBILI: cocs, gaze naturale

MINEREURI: Fe, Mn, magnetitã, sideritã, piritã etc.

METALURGIA EXTRACTIVÃ

A PULBERILOR(metalo-ceramice)

A METALELOR NEFEROASE

A METALELOR FEROASE

SIDERURGIE

PRELUCRÃTOAE

EXTRACTIVÃPREPARAREA

MINEREURILOR DE FIER

OTEL

PRELUCRARE LA CALD A FONTELOR SI OTELURILOR

ELABORARE OTEL

REFABRICARE

FONTA (albã si cenusie)

METALURGIE PRELUCRÃTOARE (turnare, forjare, sudare)

TEHNOLOGII DE PRELUCRARE PRIN ASCHIERE

PRELUCRAREA

MATERIILOR

PRI

ME

TEHNOLOGII DE ASAMBLARE SI DEZASAMBLARE

Fig.1. Locul refabricării în procesul de transformare al materiilor prime

Principalii factori care pot stimula activitatea de refabricare sunt:

� promovarea produselor refabricate în cazul achiziŃiilor publice;

� eforturi concentrate ale organizaŃiilor profesionale şi a asociaŃiilor industriale pentru a

apăra şi promova avantajele activităŃii de refabricare;

� bonificaŃii fiscale pentru refabricant şi pentru utilizatorul de utilaje refabricate;

� taxele corective pentru emanaŃiile de noxe;

� promovarea refabricării ca o activitate mai calificată şi mai bine plătită pentru a încuraja

orientarea forŃei de muncă spre acest domeniu;

� introducerea disciplinelor necesare, aprofundării cunoştinŃelor despre refabricate în

instituŃiile de învăŃământ.

Capitolul al treilea Contribu Ńii teoretice la diagnosticarea echipamentelor tehnologice

în vederea refabricării abordează în prima parte, contribuŃia teoretică a autorului privind

adaptarea metodelor de analiză a sistemelor, prin analiza vibraŃiilor, pentru studierea

echipamentelor tehnologice înainte şi după refabricare. Modelarea matematică necesară pentru

studierea structurii elastice a maşinilor-unelte cu ajutorul analizei modale şi a analizei cu

elemente finite este prezentată tot în acest capitol. Determinarea valorilor critice ale unor

parametrii fizici, invariabili în timp, în vederea stabilirii unor condiŃii de limită, se rezolvă prin

determinarea frecvenŃelor proprii de vibraŃie. Aceste situaŃii sunt întâlnite în domeniul refabricării

atunci când se pune problema stabilirii limitelor elementelor de structură, înainte de a începe

procesul de refabricare. Prin cercetarea teoretică, folosind metoda elementelor finite, urmăresc:

� determinarea rigidităŃii statice a structurii elastice a maşinii de frezat FUS 25 înainte de a

fi supusă procesului de refabricare;

� determinarea frecvenŃelor proprii ale structurii elastice a maşinii de frezat FUS 25.

� calculul turaŃiei maxime suportate de structura elastică, înainte de refabricare

Modelul teoretic utilizat pentru analiza cu elemente finite este prezentat în figura 2.a) –

modelul discretizat şi b – condiŃiile de fixare şi solicitare.

a) b)

Fig. 2. Modelul teoretic pentru analiza cu elemente finite

În figura 3, sunt prezentate aspecte privind rigiditarea statică (a) şi dinamică (b), a structurii

elastice a maşinii de frezat analizate.

a) b)

Fig. 3. Comportarea statică şi dinamică a structurii elastice a maşinii de frezat

Prima frecvenŃă proprie la care structura elastică a maşinii de frezat refabricate, va suferii

deformaŃii şi deplasări care vor afecta precizia de prelucrare ca urmare a modificării poziŃiei

dintre sculă şi piesă este de 112,3 Hz. Calculând turaŃia aferentă acestei frecvenŃe proprii, pot

afirma că turaŃia maximă suportată de structura elastică a maşinii de freazat va fi de: ticte

maxoren = 6737 rot/min.

Rezultatele cercetărilor teoretice contribuie la obŃinerea unui model analitic valid, care să

caracterizeze comportarea dinamică viitoare, a echipamentului tehnologic refabricat şi care să

ofere informaŃii, care sunt mai puŃin evidente în faza de proiectare a refabricării. Am ales pentru

cercetarea teoretică şi experimentală, o maşină de frezat întrucât, frezarea este un procedeu de

generare a suprafeŃelor puternic generator de vibraŃii forŃate, având frecvenŃe comparabile cu

turaŃia arborelui principal şi cu amplitudini relativ mari. Aspectele dinamice întâlnite la maşinile

de frezat pot fi considerate acoperitoare pentru majoritatea maşinilor-unelte. Prin urmare

metodologia prezentată poate fi extinsă la toate tipurile de maşini-unelte.

Cercetările experimentale privind diagnosticarea echipamentelor tehnologice în

vederea refabricării este tema capitolului al patrulea. După prezentarea standului experimental

şi a aparaturii utilizate (figura 4 şi figura 5), este descrisă metodica de realizare a măsurătorilor.

Scopul cercetării experimentale îl reprezintă stabilirea funcŃiei de transfer a maşinii de frezat FUS

25, prin metoda de excitare cu ciocanul de impact şi de măsurare a răspunsului cu ajutorul unui

accelerometru. Ambele instrumente au fost cuplate la instrumentul de achiziŃie a datelor

Vibroport 41 produs de Brüel&Kjær.

ExcitaŃia realizată cu ciocanul de impact s-a realizat în punctele care au fost stabilite

dinainte, având în vedere următoarele considerente:

� măsurătorile să cuprindă toate elementele de structură care urmează să fie reutilizate

pentru refabricare;

� zonele cele mai vulnerabile, din punct de vedere dinamic, ale componentelor maşini-

unelte să fie evaluate;

I M P U L S R A S P U N S

I M P A C T C I O C A N

A C C E L E R O M E T R UT i m p

F F T

F R F

PARAM ETRIIM ODULUI DE

VIBRATIE

Fig. 4. Schema de principiu pentru determinarea modurilor proprii de vibraŃie

Măsurătorile au fost realizate cu maşina-uneltă în stare de nefuncŃionare, pentru a fi cât mai

aproape de situaŃia în care se află echipamentele tehnologice înaintea procesului de refabricare.

Fig.5. Standul pentru măsurători

Analizând graficele funcŃiilor de transfer (figura 6), rezultate după prelucrarea datelor măsurătorilor,

am stabilit frecvenŃele proprii şi am calculate turaŃiile critice (tabelul 1).

După prelucrarea şi interpretarea rezultatelor măsurătorilor, pot afirma că rezultatele

experimentale, validează rezultatele obŃinute prin analiza cu elemente finite. La maşina de frezat

FUS 25 în varianta originală, se obŃin turaŃii ale arborelui principal de 2200 rot/min, iar structura

elastică permite ca prin refabricare, să se mărească domeniul turaŃiilor până la 6600 rot/min.

Fig. 6. FuncŃia de transfer obŃinută experimental

Metodologia propusă, permite indentificarea turaŃiilor care pot aduce maşina-uneală în zona

de rezonanŃă. Aceste turaŃii vor fi eliminate prin comanda numerică (CN), care va echipa maşina-

unealtă refabricată.

TuraŃiile calculate pe baza frecvenŃelor proprii Tabelul 1.

Nr.

măsurătoare

PoziŃia

accelerometru

PoziŃia

excitator

Tura Ńia calculată

[rot/min]

Nr.

fi şier

1Xci 2220 6720 15000 - 030

1Yci 3000 6000 9720 11220 032

1

1Yacc

1Zci 3000 6000 9000 10500 031

2Xci 3000 6000 12000 13500 033

2Yci 3000 6000 9720 11220 034

2

2Xacc

2Zci 3000 5220 6720 9000 035

3Xci 3000 6720 9000 10500 036

3Xci 3000 7500 - - 037

3

3Yacc

3Yci 3720 6000 7500 9720 038

4Xci 3000 6000 12000 0 040

4Yci 3000 6000 9000 12720 041

4

4Zacc

4Zci 2220 5220 10500 - 039

5Xci 3000 6720 - - 042

5Yci 3000 6000 8220 9720 043

5

5Xacc

5Zci 3000 6000 9720 12000 044

6Xci 3000 6000 9000 10500 047

6Yci 3000 6000 - - 046

6

6Zacc

6Zci 2220 6000 - - 045

7Xci 3000 6720 8220 9720 048

7Xci 3000 6000 9720 - 049

7

7Xacc

7Zci 3000 6720 - - 050

Reprezentând grafic turaŃiile calculate (figura 7), se observă că există două domenii de

turaŃii a căror variaŃie nu este semnificativă. Primul domeniu de turaŃii este între 3000 rot/min şi

4000 rot/ min iar al doilea între 6000 rot/ min şi 7000 rot/min.

0

5000

10000

150001

23

4

5

6

7

8

9

101112

13

14

15

16

17

18

19

2021

Domeniul turaŃiilor3000-4000 rot/min

Domeniul turaŃiilor6000-7000 rot/min

Domeniul turaŃiilor 0-15000 rot/min

Domeniul turaŃiilor 0-13500 rot/min

Fig.7. Reprezentarea variaŃiei turaŃilor determinate experimental

Analizănd rezultatele experimentale, pot aprecia că turaŃia maximă până la care va putea

lucra maşina de frezat refabricată, se află în domeniul 6000 – 7000 rot/ min. Din acest domeniu

am ales turaŃia maximă determinată experimental: =erimentalnexpmax 6720 [rot/min]

Capitolul al cincilea Contribu Ńii şi concluzii finale. Perspective de cercetare, sintetizează

principale contribuŃii ale autorului, concluziile finale ale teze şi perspectivele de cercetare în

domeniul refabricării în general şi a refabricării maşinilor-unelte în special.

Prin cercetăriile aplicative, teoretice şi experimentale, urmăresc stabilirea şi verificarea unei

metodologii pentru diagnosticarea parametrilor statici şi dinamici specifici structurilor elastice ale

echipamentelor tehnologice, propuse pentru refabricare, înainte de începerea acestui proces.

Metodologia propusă permite determinarea exactă a frecvenŃele proprii care apar în plaja

frecvenŃelor de lucru ale echipamentului tehnologic analizat şi astfel, se pot calcula şi elimina,

turaŃiile la care sistemul mecanic poate intra în zona de rezonanŃă.

Prin această teză doresc să aduc noi elemente care să argumenteze faptul că refabricarea

este cea mai importantă formă de reciclare întrucât, economiseşte nu numai conŃinutul materiei

prime ci şi majoritatea valorii adăugate în timpul proceselor necesare pentru fabricarea

produselor noi.