TEHNIČKA DIJAGNOSTIKA (BROJ 4 • 2009) 27

UDC: 621.9.02/.048:621.375.826 STRUČNI RAD

PREVENTIVNO ODRŽAVANJE LASERA ZA REZANJE PREVENTIVE MAINTENANCE OF LASER USING FOR CUTTING

Dr Dragan Živković, profesor VTŠ Zrenjanin Mr Vesna Šotra, profesor VTŠ Novi Beograd Mr Radiša Žunjanin, profesor VTŠ Novi Beograd

ABSTRACT Jedno od najvažnijih pitanja za svaku radnu orga-nizaciju jeste stepen iskorišćenja njene proizvodne opreme. Laseri su veoma skupe mašine i zato se od službe održavanja traži da kapacitet rada lasera bude što veći, a vreme koje provodi u otkazu što

manje. Zbog toga se mora posvetiti odgovarajuća pažnja preventivnom održavanju lasera. U radu se razmatraju iskustva jedne Beogradske firme u preventivnom održavanju lasera za sečenje. Ključne reči: održavanje, preventivno održavanje, laser

1. UVOD

Reč LASER je engleska kovanica za: svetlosno pojačanje stimulisano emisijom zračenja (Light Amplification by Stimulated Emision of Radiation). U stvari laser je generator koherentnog i usmerenog elektromagnetskog zračenja. Svetlosna energija lasera se apsorbuje i transformiše u toplotnu energiju i stvara porast temperature potrebne za datu vrstu obrade. Koncentrisana svetlosna energija u dodiru sa mate-rijalom izaziva njegovo trenutno topljenje i gotovo trenutno isparavanje. 2. ISTORIJSKI RAZVOJ LASERA

Začetak lasera u stvari počinje još 1917 godine kada je Anštajn dokazao da je moguće osvetljavanjem pobuđenog atoma svetlošću određene učestalosti, sti-mulisati atom da oslobodi višak svoje energije u obliku svetlosnog zračenja.

Teorijske principe lasera objavili su Basov (slika 1) i Prohorov (slika 2) u Sovjetskom Savezu 1954. godine. Zbog značaja ovog rada su dobili i Nobelovu nagradu za fiziku 1964. godine za "fundamentalan doprinos na polju kvantne elektronike, koji je doveo do konstruisanja oscilatora i pojačavača zasnovanog na laser-maser principu".

Godine 1954. Čarls Tauns i njegovi studenti Džejms Gordon i Herbert Cajger napravili su prvi

maser, kvantni generator u mikrotalasnom dijapazo-nu, što je interesantno za etalone frekvencije i vremena. Taunsov maser nije bio sposoban za rad u kontinualnom režimu zraćenja. Sa čuvenom trojkom Nikolaj Basov, Aleksandar Prohorov i nezavisno Tauns demonstrirali su rad kvantnog oscilatora koji je radio u neprekidnom režimu koristeći dvonivoski sistem.

Slika 1: Nikolaj Genadijević Basov (1922-2001),

Sovjetski fizičar i profesor Prvi eksperimentalni rezultati iz oblasti lasera do-

bio je 1960. godine Teo Mejmen (Theodore Harold "Ted" Maiman (1927–2007) u Hjuzovim laborato-rijama u Malibuu, dok se industrijska primena lasera začela četiri godine kasnije prilikom izrade dija-

TEHNIČKA DIJAGNOSTIKA (BROJ 4 • 2009) 28

mantskih matrica za izvlačenje žice. Klasičan postu-pak je zahtevao oko 24 časa rada, dok je primenom lasera ceo posao urađen za 15 minuta.

Istovremeno Gordon Guld, apsolvent na Kolum-bija univerzitetu razgovara sa Taunsom na temu emisije i radijacije. 1958 godine Prohorov je predlo-žio primenu rezonatora koji je danas važan deo lasera. Prvi put naziv "laser" pominje se u jevnosti u izveštaju Gulda iz 1959 godine u radu pod naslovom "The LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" (slika3׃).

Slika 2: Aleksandar Mihailović Prokhorov (1916-2002),

Sovjetski fizičar

U Guldovim beleškama navedene su mnoge mo-guće primene lasera, kao na primer u spektroskopiji, interferometriji, radarima i nuklearnoj fuziji.

Slika 3: Prva strana Guldove beleške na kojoj je prvi put

zapisan naziv "LASER"

3. PRIMENA LASERA Danas je laser našao vrlo široku primenu u nauci i

tenici, pa i u obradi metala i nemetala. Glavni razlozi koji su doveli do uvođenja laserske tehnologije u proces proizvodnje su׃ • sposobost velike koncentracije energije i

regulisanjeizlazne snage bez stupnjeva, • kratkotrajna i lokalizovana interakcia čime se

postiže dobijanje uzane zone koja je pod dejstvom toplote, odnosmo mala širina reza,

• jednostavno regulisanje lasersog zraka • mogućnost obrade teško pristupačnih mesta sa

velike udaljenosti, • sposobnost potpune utomatizacije i laka

integracija kod tehnoloških sistema, • nezavisnost laserskog zraka od spoljnih

elektromagnetih polja i dr.

U mašinstvu laseri su danas najčešće primenjuju u sledećim obradama׃ • rezanju, • bušenju, • zavarivanju, • termičkoj obradi i dr.

Slika 4׃ Šematski prikaz međuzavisnosti inteziteta

zračenja i vremena ozračivanja u funkciji vrste obrade 4. REZANJE (SEČENJE) LASEROM

Rezanje laserom predstavlja najzastupljeniji tip obrade laserom. Suština procesa rezanja je u tome da materijal u što kraćem vremenu ispari i odvede iz zone delovanja. Laserski snop pada na površinu radnog predmeta. U prvom trenutku jedan deo površine ispari dok je potpovršinski sloj zagrejan do

TEHNIČKA DIJAGNOSTIKA (BROJ 4 • 2009) 29

tačke topljenja. Čim je ispareni materijal napustio zonu delovanja, laserski snop pada na sada već zagrejani dublji sloj materijala i izaziva njegovo isparavanje ili sagorevanje čime nastaje procep u obratku. Pomeranjem laserskog snopa po određenom pravcu ili konturi nastaće željeni rez. Da bi se ispareni materijal što pre odveo iz zone delovanja, lasersko sečenje se izvodi uz istovremeno strujanje gasa za produvavanje. Produvavanje gasom poveća-va brzinu sečenja i do 40%.

Upoređujući lasersko sečenje sa ostalim tehni-kama može se reći da se ono može primeniti kod skoro svih materijala. Jedino ograničenje se odnosi na visoko reflektujuće metale׃ zlato, srebro i bakar koji se ne mogu obrađivati jer zahtevaju ogromnu energiju.

Prednost lserskog sečenja, u odnosu na druge vrste sečenja, ogleda se u mogućnosti izvođenja proizvoljne konture u prostoru. Dimenziono ogra-ničenje ne postoji pa se mogu rezati i minijaturni i izuzetno veliki radni predmeti. Mala širina reza i visoki kvalitet obrađene površine koja ne zahteva naknadnu obradu štede i vreme i materijal. Laserom je moguće izvesti i višeslojno rezanje, što je pogodno u trkstilnoj, kožarskoj i papirnoj industriji. Velike brzine rezanja moguće je ostvariti kod svih vrsta materijala (slika5׃).

Slika 5׃ Šematski prikaz brzine rezanja za različite vrste

materijala 5. ODRŽAVANJE LASERA

Održavanje savremenih lasera (slika 6) se može

definisati kao potreba preduzimanja tehničkih i drugih aktivnosti čiji je osnovni cilj da se obezbedi ispravnost opreme u procesu proizvodnje, uz minimalne troškove održavanja prouzrokovane

zastojima zbog otklanjanja otkaza ili pak zbog troškova vezanih za održavanje, a kojima zastoji nisu direktni uzročnik.

Održavanje ima zadatak da otklanja otkaze i sprečava njihovu pojavu, odnosno da obezbedi pouzdano funkcionisanje proizvodnog sistema u toku njegovog rada i eliminiše sve zastoje do kojih može da dođe u procesu eksploatacije.

Osnovni ciljevi organizovanog procesa održavanja

su: • minimiziranje troškova zbog zastoja u radu usled

neplaniranih kvarova, • obezbeđivanje potrebnog nivoa pouzdanosti pro-

izvodne opreme, • postizanje boljeg kvaliteta korišćenja proizvoda, • povećanje produktivnosti rada.

Slika 6 ׃Izgled savremenog lasera za sečenje

6. OSNOVNI DELOVI LASERA

Osnovni delovi jednog laserskog postrojenja pri-

kazani su na (slika:7 )

Slika 7: Glavni delovi lasera

(1-generator za pobudu laserskog zračenja, 2-pokretna laserska glava, 3-uređaj za obradau cevi i profila sa

TEHNIČKA DIJAGNOSTIKA (BROJ 4 • 2009) 30

laserskom zrakom, 4-CNC upravljački orman, 5-rashlad-ni agregat, 6-uzdužna transportna traka za uklanjanje odrezanih delova i taloga koji padaju kroz paletu, 7-usis dima i taloga, 8-menjač paleta, 9- mesto posluživanja mjenjača paleta, 10-poprečna transportna traka za uklanjanje odrezanih delova i taloga koji padaju kroz paletu 11-pleta, 12-upravljačka tabla mašine, 13-osnovna mašina (laser), 14- zaštitna kabina sa vratima)

7. PREVENTIVNO ODRŽAVANJE LASERA Preventivno održavanje zasniva se na obavljanju

niza planiranih zahvata na opremi ili tehničkim sistemima pre nego što dođe do otkaza.

Osnovni postupci preventivnog održavanja su:

1. Osnovno održavanje od strane rukovaoca: • primopredaja postrojenja u rad između

rukovaoca, • ćišćenje i pranje, • dolivanje goriva, tečnosti i maziva, • pritezanje manjih olabavljenih spojeva, • nadzor rada postrojenja korišćenjem

raspoloživih kontrolnih instrumenata.

2. Preventivni periodični pregledi • periodični pregledi i manje revizije (bez

posebnih instrumenata), • antikoroziona zaštita, • ispitivanje i opravke manjeg obima.

3. Kontrolni pregledi regulisani propisom ili

zakonom • ispitivanje sudova pod pritiskom i protiv-

požarnih uređaja, • kontrola uslova radne i životne sredine, • ispitivanje relejne zaštite, • ispitivanje dizalica i liftova, • ispitivanje geometrijske tačnosti mašine i dr.

4. Podmazivanje koje se odnosi na:

• habanje i trošenje delova, • dodavanje, zamena i kontrola ulja i maziva, • kontrola istrošenosti delova, • regeneracija ulja i maziva,

5. Tehnička dijagnostika

• praćenje istorijata promene stanja (šta je bilo),

• tehnička dijagnostika stanja (šta je sada),

• prognoza tehničkog stanja (šta će biti), • moduli tehničke dijagnostike, • postupci tehničke dijagnostike, • ekspertni sistemi.

6. Preventivne zamene delova sistema

• zamene na osnovu troškova i profita, • zamene "po konstantnom datumu", • zamene "po konstantnoj trajnosti", • zamene "prema tehničkom stanju", • zamene “prema nivou gotovosti”, • zamene “prema nivou pouzdanosti”.

7. Traženje i otklanjanje slabih mesta

• algoritam traženja slabog mesta ili otkaza, • inovacije i racionalizacije.

8. Popravljanje i obnavljanje istrošenih delova

• postupci popravljanja, • postupci obnavljanja.

9. Preventivne periodične popravke • male (lake) opravke, • srednje opravke.

10. Generalne preventivne opravke (remont sa modernizacijom)

• velike preventivne opravke (generalne op-ravke),

• modernizacija tehničkih sistema.

Prema tome, postupak održavanja čini niz zahvata (postupaka) neophodnih za sprečavanje pojave otkaza, odnosno održavanje parametara funkcije kriterijuma posmatrane opreme u granicama dozvoljenih odstupanja u što dužem vremenskom periodu vremena.

8. REZULTATI ISTRAŽIVANJA

U fabrici MontavarLola u Beogradu instalisan je laser za sečenje lima. U fabrici se ulažu odgova-rajući napori da se dobrim preventivnim održa-vanjem (tabela:1) broj otkaza smanji na najmanju moguću meru. Proces održavanja je pokriven odgovarajućim procedurama i obrascima (slika8׃) Sistema kvaliteta koji ne dopuštaju da dođe do pojave otkaza.

TEHNIČKA DIJAGNOSTIKA (BROJ 4 • 2009) 31

Tabela 1: Preventivno održavanje lasera

Interv. Sati

pogona Mesto održavanja Rad

održavanja

8 Jednosmerna posuda kompaktnog usisa Kontrola

Limovi komore usisa, zaklopci, kanal usisa, pancerske ploče. Optika leće glava rezača

Čistiti

Vozilo otpada Isprazniti

40

Pritisak zraka pogonskog pritiska. Filtar komprimiranog zraka. Predfiltar opskrbe komprimiranog zraka. Skupne posude za šljaku i prašine

Kontrola

160 Izlaz čistog plina kompaktnog usisa Aktivni ugljeni filtar 1

Kontrola

Pokretni dio na paleti Podmazati

Četkasto podmazivanje uzdužne transportne vrpce

Kontrola punjenja

Upravljani razdjeljivač (komore ciklusa) komp. usisa. Ventili očišćenja (kompaktnog usisa). Pokretne role paleta, mjedene četke. Aktivni ugljeni filtar. Filtar glavne struje + AutoLas Plus-vodni filtar. Filtar u Bypass kruženju rashladne vode. Filtar na adaptivnom teleskopu. Ventilator ormar upravljanja

Kontrola

Aktivni ugljeni filtar 1 i 2 Izmeniti

500

Sigurnosna svetlosna barijera Čistiti

Pogon X-ose Kontrola stanja ulja

Pokretne letvice na paleti Podmaza- ti

Lanac prevoza palete Čistiti, podmazati

Uzdužna transportna traka Kontrolisati napon

Jedinica održavanja kompaktnog usisa

Proveriti stanje

1000

Vrata klime, ormar upravljanja stroja i ormar upravljanja lasera. Zupčanici X- i Y- ose

Čistiti

Interv. Sati

pogona Mesto održavanja Rad

održavanja

Filter. Sitni filter Izmeniti

Zupčasti remen za mijenjanje visine (Z-osa). Zakretno zrcalo . Adaptivno teleskopsko zrcalo (bakar). Zakretno zrcalo i zrcalo autofokusa (AutoLas Plus). Bakreno zrcalo u teleskopu zrake. Zakretno zrcalo i pomak faze cirkularni polarizator. Zakretno zrcalo pokretne jedinice. Zakretno zrcalo i zrcalo autofokusa (AutoLas Plus). Filterni element kompaktni usis. Jedinica održavanja kompaktnog usisa

Kontrola

Pogon X-ose Promena ulja

Predfiltar za opskrbu komprimiranog zraka. Aktivni ugljeni filtar. Predfilter opskrba komprimiranog zraka

Promeniti umetak filtera

5000

Držači spojnih priključaka i spojnih vijaka u ormaru upravljanja. Filtar plina rezanja (O2 und N2). Hidraulično-cijevno vodstvo

Kontrola

7500 Pogon motora uzdužne transportne vrpce

Promena ulja

Svake 3 godine

Baterije/ventilator NC-CPU Puffer baterija MMC 103

Promeniti bateriju

Svakih 5 god.

Pogon prijevoza paleta. Hidraulični agregat

Promeniti ulje

Centralno podmazivanje Kontrola punjenja

Pritisak zraka zračenje vođene zrake

Ispraviti pritiska

Kod javljanja

Hidraulični agregat Kontrolirati uljae

U procesu preventivnog održavanja, proces pod-mazivanja ima nezaobilaznu ulogu. Podmazivanjem taručih elemenata dinamičkih sistema smanjuje se njihovo trenje i mehaničko trošenje.

TEHNIČKA DIJAGNOSTIKA (BROJ 4 • 2009) 32

MAŠINSKA KARTA INTERVENCIJA Naziv i tip: TRU-LASER 3060

Proizvođač: TRUMF

Invertarski broj: 568759

Godina instalisanja i ser. broj: 2008/0260AO111

Program održavanja broj: 2

Uputstvo: Tufov katalog održavanja

Uputstvo za kontrolisanje i ispitivanje:

Lokacija i fabrički broj: ŽELEZNIK / 568759

Datum Vrsta inter.

Izvršil. NALOG/ZAHTEV Vreme zastoja

[h]

Radove izvrš.

1 2 3 4 5 6 22.07.08 P R 220708-sipanje

kat fluida 1 Rac

16.08.08 R EO 160808-letovanje senzora 8 Erić 24.08.08 r r 240808-menjanje sočiva za

sečenje 2 Bakić

24.12.08 pr Mo 241208-zamena filtera, sočiva za fazno pomeranje mlaznica,

16 servis Trumf

26.12.08 r Eo 261208-menjanje keramike za zaštitu sočiva

1 Janjić

Vrsta Intervecije:

P-Pregled PR-Preventivno od./rukovaoca

PP-Plansko preventiv. od sl.Održavanja

R-Remont

GR-Gener. remont

Izvršilac: R-Rukovaoc MO-Mašin. monter održav.

EO-Elektro monter održavanje

Slika 8: Izgled mašinske karte intervencija

Da bi se izbegle eventualne greške, koje mogu nastati u procesu podmazivanja, potrebno je uvesti odgovarajuću proceduru koja treba da definiše:

• sva mesta (slika9׃) koje je potrebno podmazivati,

• metodologiju podmazivanja, • način podmazivanja, • vreme podmazivanja, • vrstu maziva, • količinu potrebnog maziva, • bezbednost radnika pri podmazivanju, • ko vrši podmazivanje,

• potrebnu dokumentaciju po kojoj se vrši podmazivanje i evidencija o izvršenom podmazivanju,

• proceduru o vremenu i načinu nabavke i skladištenja odgovarajućeg maziva,

• ko može da vrši promene postupka i sredstava podmazivanja,

• metodologiju za brzu intervenciju u slučaju potrebe

• ko je odgovoran za izvršenje ili neizvršenje odgovarajućih aktivnosti podmazivanja.

TEHNIČKA DIJAGNOSTIKA (BROJ 4 • 2009) 33

Slika: Šematski prikaz mesta podmazivanja lasera

(1-pogon X ose, 2-centralno podmazivanje, 3-pokretne letvice palete, 4-pogon prevoza palete, 5-pogon motora uzdzžne transportne trake, 6-uzdužna transportna traka, 7-lanac prevoza palete, 8-hidraulični agregat) 9. ZAKLJUČAK

Postupak preventivnog održavanja lasera čini niz zahvata (postupaka) neophodnih za sprečavanje po-jave otkaza, odnosno održavanje parametara funkci-je kriterijuma u granicama dozvoljenih odstupanja u što dužem vremenskom periodu. U procesu preven-tivnog održavanja lasera važno mesto zauzima nji-hovo podmazivanje. Optimalnim podmazivanjem lasera propisanim vremenskim intervalima i propi-sanom količinama maziva, omogućuje se smanjenje habanja i trošenja elemenata koji se nalaze u dina-mičkom dodiru. Smanjenjem habanja radnih eleme-

nata lasera produžava se njihov vek trajanja, odnos-no smanjuje broj zastoja i povećava njihov kapacitet i efikasnost a smanjuju troškovi proizvodnje. Orga-nizaciona i radna uputstvo za podmazivanje lasera definišu postupke, nadležnosti, odgovornost i doku-menta kojima se reguliše postupak podmazivanja lasera. 10. LITERATURA [1] Živković, D. Pozhidaeva, V. Molnar, R. Documentation Accompanying the Lubrication of Agricultural Machines and Requirements Relating to Quality Sistem Standards, 6th International Confe-rence on Tribology Balkantrib-08, Tehnical Univer-sity Sofia-Association Balkan Tribology, Sozopol, 2008. [2] Živković, D. Pozhidaeva, V. Sajfert, Z. Lubri-cation of Hay Press as Part of preventive mainte-nance, 6th International Conference on Tribology Balkantrib-08, Tehnical University Sofia-Associa-tion Balkan Tribology, Sozopol, 2008. [3] Živković, D:Uticaj investicionih troškova i tro-škova održavanja na uvođenje lasera u metalo-prerađivačkoj industriji, OMO, Vol. XXIV, No. 4-5, Beograd, 1995, str:225.-234. [4] Živković D. Mašinski sistemi-1 Visoka tehnička škola Novi Beograd, Beograd, 2008.