Volume IV (2016)
Fast trajectory planning and programming of a robotic manipulator using RobotStudio software for inertial sensor testing
Abstract: In this article a method of programming in offline mode for the industrial robot ABB IRB 1600 has been presented. It included preparing a program performing effector’s movement according to a trajectory generated on the basis of a 3D drawing imported from CAD software. In addition, basic properties of an inertial sensor attached to the robot have been examined by comparing the obtained data with the theoretical values provided by the program RobotStudio. Simulations of robot operation in RobotStudio software have been performed and compared with the results of an experiment at a physical stand.
Keywords: offline programming, simulations, industrial robot, ABB IRB 1600, inertial sensor
_________________________________________________________________________
Analysis of mechanical properties of epoxy resins used in composite high-pressure tanks
Abstract: In this paper an authors undertake to determine strength parameters of a three systems of epoxy resins, which are used in high-pressure tanks for collecting mostly methane or hydrogen. The resin in the composite material acts rule as a carrier for reinforcement in the production process and transfers stress on the fiber surfaces during loading. It is therefore important that the maximum strain of the matrix is greater than the reinforced fiber. Obtained mechanical properties have identified material model, which was next used to verify the pure shear on the plate of the appropriate geometry, the so-called Arcana plate. In the first stage of work performed numerical simulations using finite element method, which was used to confirm that the Arcan sample of the selected geometry is close to a state of pure shear. In a second stage, during the experiment on the plates cut from the resin, it was confirmed that it is possible to obtain the state of pure shear. It was also shown that the designated Kirchhoff modules through an experiment on Arcan plates are higher in compare to the values calculated based on a static tensile test.
Keywords: composite, carbon fiber, glass fiber, microstructure
Analiza właściwości mechanicznych żywic epoksydowych stosowanych w kompozytowych zbiornikach wysokociśnieniowych
Streszczenie: W prezentowanej pracy autorzy podejmują się wyznaczenia parametrów wytrzymałościowych dla trzech żywic epoksydowych, które znajdują zastosowanie w wysokociśnieniowych zbiornikach do gromadzenia m. in. metanu czy wodoru. Żywica w materiale kompozytowym pełni rolę nośnika wzmocnienia w procesie wytwarzania oraz przenosi naprężenia na powierzchnie włókien podczas obciążenia. Dlatego istotne jest, aby zakres odkształceń osnowy był większy niż wzmocnienia. Wyznaczone właściwości mechaniczne pozwoliły zidentyfikować model materiału, który został następnie wykorzystany do weryfikacji próby czystego ścinania na płycie o odpowiedniej geometrii, tzw. tarczy Arcana. W pierwszym etapie pracy wykonano symulację numeryczną metodą elementów skończonych, która miała potwierdzić, że w próbce Arcana o dobranej geometrii występuje stan bliski stanowi czystego ścinania. W drugim etapie podczas przeprowadzonego eksperymentu na wyciętej z żywicy tarczy potwierdzono, że możliwe jest otrzymanie stanu czystego ścinania. Wykazano również, że wyznaczone moduły Kirchhoffa poprzez eksperyment na tarczach Arcana są w niewielkim stopniu zawyżone w stosunku do wartości obliczonych na podstawie próby statycznego rozciągania.
Słowa kluczowe: kompozyt, włókno węglowe, włókno szklane, mikrostruktura
_________________________________________________________________________
Analysis of the causes of damage to the wires of the steel belt of car tires
Abstract: The main when buying car tires we would like them to serve us as long as possible while the experts recommend their replacement after six years at the latest – is it really necessary? In this work the analysis of the impact of car tires operation on microstructure of the steel belt wires has been presented. The results of the presented research have proven that as a result of the complex stresses in the belt wire material the transverse cracks of individual cementite lamellae appear. The observed structural changes are a major cause of fatigue cracks development and finally result in breaking continuity of steel belt wires, breakthrough of the rubber layer and eventually damage to the tires, preventing their further work.
Key words: tire, belt, pearlitic steel, cementite
_________________________________________________________________________
Usage of modal test in verification of numerical model
Abstract: Tuning of the numerical model is very important step during designing process. Correctly tuned model ensures proper evaluation of dynamic characteristics of vibrating object. This paper presets comparison of experimental modal analysis and theoretical numerical modal test of axial fan casing. Thanks to properly tuned model, it was possible to receive results of the numerical simulations similar to real test.
Key words: modal analysis, fans vibrations, numerical simulation
_________________________________________________________________________
Manufacturing of powders by the method of metal spraying from the liquid phase
Abstract: Object of interest in the article is the method of metal spraying from the liquid phase (gas atomization method). Process involves melting of metal alloy and its subsequent spraying with the stream of inert gas. The quality of obtained powders depends largely on the properly conducted spraying, which results in powders properties – such as volume distribution and size of particles. Therefore, gas atomization method and relevant powders properties are reviewed. Experimental part covered investigations of alloy of tin, antimony and copper from the point of view of their volume fractions and chemical composition. It was concluded that method of metal spraying from the liquid phase enables ease control of grains geometry and assure high quality of manufactured powders.
Keywords: gas atomization, metal spraying, powders manufacturing, powders properties
_________________________________________________________________________
Assessment of applicability of Inertial Measurement Units (IMU) in contactless measurements of orientation of main bodies of work machines
Abstract: Automation of work machines contribute to improvement in their safety, efficiency and precision. Risk of accidental damage of power cables and water or gas pipes planted underground can be reduced by application of ex- cavation control system with digging depth limiter. Industrial vehicles equipped with operator assistance systems, e.g. dozers and graders fitted with blade positioning systems, can be driven at higher speed then conventional ones, while performing the same duties. What is more, costs of surveyors’ and highly experienced operators’ salaries can be de- clined. Eventually, machines with operator assistance systems, e.g. excavator having a grade control system onboard, can be involved in precise slope grading and underwater digging as well as works conducted after dusk. However, costs of operator assistance system are relatively high, especially when compared with prices of small in- dustrial vehicles, e.g. mini excavators. Cost of said systems could be reduced, for example, if cheaper electronic com- ponents, e.g. MEMS sensors, were used. The article presents a contactless method and system for measurement of industrial vehicle’s bodies angular posi- tion. The method engages two Attitude and Heading Reference System (AHRS) modules attached to the bodies of the machine. It was verified using two inexpensive AHRS modules, which consisted of STM32 F4 microcontroller and tri- axial, MEMS sensors: a gyroscope, an accelerometer and a magnetometer. The first and the second module were fixed, respectively, to the frame and the bucket of Avant 218 mini loader. Angular position of bucket with respect to vehicle frame was measured. GEMAC IS2A60P20-0 inclinometer and an optical instrument were used as reference devices. Overall error of examined system was smaller than 1.05 O . Further calculations, based on actual dimensions of IHI 35N3 and Komatsu PC750 LC-6 excavators’ arms, proved that the examined system is applicable for excavator arm bodies angular position identification. The distortion of bucket tip coordinates estimation using presented system was computed. In case of bigger Komatsu PC750 vertical and horizontal distortion equaled, respectively, 350 mm and 195 mm. In case of smaller IHI 35N3 both errors turned out to be 2.3 times smaller. Summing up, solution examined in the article fits small industrial vehicles well. Consequently, an idea of a simple, readily available digging depth control system for mini excavators based on presented solution was conceived. To em- body the idea, the system should be fitted with two more AHRS modules and operator-system interface which would enable to provide the system with maximum allowable digging depth.
Keywords: operator assistance system, bucket positioning, machine bodies orientation measurement, inertial measurement
unit (IMU), MEMS sensors application, microcontroller
Ocena przydatności modułów nawigacji bezwładnościowej w bezdotykowych pomiarach położenia kątowego członów maszyn roboczych
Streszczenie: Automatyzacja wybranych funkcji pojazdów przemysłowych prowadzi do podwyższenia bezpieczeństwa i zwiększenia wydajności maszyn. Koszty systemów wsparcia operatorów są wysokie, w szczególności w odniesieniu do cen najmniejszych maszyn. Ich obniżenie można uzyskać przez wykorzystanie do budowy wspomnianych systemów sze- roko dostępnych, niedrogich czujników wykonanych w technologii mikromechanicznej. W ramach artykułu opracowano metodę wyznaczania położenia kątowego członów manipulatora pojazdu przemy- słowego z wykorzystaniem modułów nawigacji bezwładnościowej (ang. AHRS). Metodę zweryfikowano posługując się modułami AHRS zbudowanymi na bazie wybranych czujników MEMS. Weryfikację przeprowadzono na przykładzie pomiarów położenia kątowego łyżki miniładowarki względem jej nadwozia. Wykazano przydatność metody w realizacji postawionego zadania, w szczególności w odniesieniu do koparek i ładowarek o najmniejszych gabarytach.
Słowa kluczowe: system wsparcia operatora, pozycjonowanie łyżki, pomiar orientacji członów maszyny, moduł nawigacji
bezwładnościowej, zastosowanie czujników MEMS, mikrokontroler
_________________________________________________________________________
Particle size distribution determination methods comparison based on sieve analysis and laser method
Abstract: The article presents the methods of size analysis implementation. It contents a sieving method and laser diffraction method (also known as a laser method). The content includes the characteristics of the selected methods which were presented. Comparison is supported by results of sieve analysis and the laser method. The subject of the researches was iron powder applied in the production of metal cored electrodes used for welding of steel. This powder is characterized by a particle size of about 250 μm.
Keywords: sieve analysis, laser method, particle size distribution
Streszczenie: Artykuł prezentuje metody wykonania analizy granulometrycznej. Wśród nich należy wymienić metodę sitową oraz metodę dyfrakcji laserowej (zwanej również metodą laserową). W treści zawarto charakterystykę po szczególnych metod oraz zwrócono uwagę na istotne różnice między nimi. Analizę porównawczą poparto wynikami otrzymanymi z metody sitowej oraz metody laserowej. Przedmiotem badań był proszek żelaza mający zastosowanie przy produkcji rdzeni drutów proszkowych stosowanych do spawania stali. Proszek ten charakteryzuje się wielkością ziaren rzędu 250 mikrometrów.
Słowa kluczowe: analiza sitowa, analiza laserowa, rozkład wielkości cząstek
_________________________________________________________________________
The research methodology of powders with particle size of under 500 microns
Abstract: Presented results in this article are illustration of a methodology, which is the subject of this work. It contains a description of the main methods of investigations as microscopic observations, sieve analysis or examination of chemical composition by using EDX detector. The results present the determination of shape of particles, determination of size of particles and selections of fractions with the largest percentage and determination of chemical composition. The main goal of article is to present the order of studies of powders with a particle size of under 500 μm. Presented studies were carried out on iron powder with the particle size less than 250 μm. This powder is used for the production of metal cored electrodes for welding. Powder of iron is used as a filler in these electrodes.
Keywords: Methodology, tubular electrode, powders
Streszczenie: Wyniki przedstawione w artykule są zobrazowaniem metodologii będącej tematem tej pracy. Zawiera ona opis głównych metod badań jak obserwacje mikroskopowe, analiza sitowa oraz określanie składu chemicznego z wykorzystaniem detektora EDX. Wyniki przedstawiają określenie kształtu cząstek, określenie wielkości cząstek wraz z wyróżnieniem frakcji o największym udziale procentowym oraz określenie składu chemicznego. Celem artykułu jest przedstawienie kolejności wykonywania badań dotyczących proszku żelaza o granulacji do 250 mikrometrów. Badania te można również z powodzeniem zastosować do określania wymienionych wielkości proszków o granulacji do 500 mikrometrów.
Słowa kluczowe: metodologia, druty proszkowe, proszki
_________________________________________________________________________
Structure analysis of a wound composite pipe based on continuous filaments
Abstract: In this paper, we have presented the problem of composites manufacture and microstructure analysis. The specimens were made of continuous glass and carbon fibers on a polymer matrix (epoxy resin). Eight special rings were designed for project needs. They were made of carbon (five of them) and glass (the rest) fibers. The same amount of material was used for the production of each sample. An analysed rings were made by circumferential fibres wound on a rigid core. Each sample was wound with a different tensile force of fibers to verify the distributions changes and the packing density of the fibers in the composite material. In the next stage, samples were cut to obtain small pieces, which were mounted in epoxy resin. Next, prepared elements were grind on sand papers and polished. After these procedures, prepared areas were analysis by microscope images. The volume fraction of voids, fibers and discontinuities holes in the matrix were analyzed. To verify obtained results method of the image analysis was used, the histogram of structure phase distribution was determined. In both composite materials: fiber volume friction is very high and there was no observable effect of fiber tension during the winding procedure on fiber packing density in the obtained structures.
Keywords: composite, carbon fiber, glass fiber, microstructure
Analiza struktury nawijanej rury kompozytowej na bazie włókien ciągłych
Streszczenie: Prezentowana praca dotyczy zagadnień związanych w wytwarzaniem oraz analizą mikrostruktury kompozytów, wykonanych na bazie ciągłych włókien szklanych i węglowych na osnowie polimerowej. Na potrzeby pracy wykonano pięć pierścieni z włókna węglowego oraz trzy z włókna szklanego, przy czym każda próbka wykonana było z jednakowej ilości materiału. Pierścienie wytwarzano techniką nawijania obwodowego włókna na sztywny rdzeń. Podczas nawijania dla każdej próbki zmieniano siłę naciągu włókna, aby sprawdzić, czy ilość i rozkład włókien w kompozycie zależy od zastosowanej siły naciągu. W kolejnym etapie z wykonanych pierścieni wycięto fragmenty, które następnie zainkludowano w żywicy epoksydowej. Tak przygotowane zgłady poddano szlifowaniu oraz polerowaniu. Po tych zabiegach wykonano zdjęcia mikroskopowe powierzchni. Następnie zdjęcia analizowano pod względem zawartości w kompozycie: włókien, żywicy oraz pustek. Do weryfikacji wykorzystano metodę analizy obrazu, wyznaczając histogram rozkładu poszczególnych faz struktury. Wnioski z przeprowadzonych analiz pozwalają stwierdzić, że uzyskano kompozyty o wysokich zawartościach włókien oraz, że naciąg wiązek włókien podczas nawijania nie wpływa na gęstość upakowania włókien w strukturze.
Słowa kluczowe: kompozyt, włókno węglowe, włókno szklane, mikrostruktura
_________________________________________________________________________
Impact strength of composite coatings with aramid on steel substrate
- Written by Paulina Mayer, Joanna Pach
Abstract: The article presents the results of impact composite coatings on the thermoplastic matrix with varying amounts of aramid fabrics. To prepare composite coatings applied thermoplastic copolymer of SBS (styrenebutadiene- styrene) with a linear chain, trade name Kraton. To reinforcement selected aramid fabric (Twaron 1210 fiber), a plain weave and a weight of 175 g / m2. As the base polymer coatings used steel sheet with a thickness of 1.0 mm marked with DC01 according to EN 10027-1: 2007. It is a quality steel alloy designed for cold-rolled products. Steel substrate were washed in a solution of water and detergent, and then degreased with acetone. First step was compressed at 180 ° C for 3 minutes without load, and then three minutes with a load of 2 MPa. SBS copolymer film having a thickness of 800 μm. The films again were compressed with fabrics on steel substrate, using the same compression parameters as in the case of a single film. Obtained four reinforced with fabric layers differing in number of layers of fabric and two SBS copolymer coating with different thickness. Impact resistance test consisted of placing the sample of 100 x 100 mm in the base device, and then leaving from the height of 1 meter, a weight of 2 kg terminated spherical indenter having a diameter of 20 mm. All samples from a single impact energy of 19.62 J were subjected to microscopic analysis. The first step was to determine the number of impact, after which the steel substrate coating has been without a break. Then carried out research on coatings by measuring the amount of impact, which was interrupted after the structure of the coating and the steel substrate. As a result of the study, there was no linear relationship between the thickness of coatings and their impact resistance. A significant influence on the resulting damage after an impact is the amount of fabric coating.
Keywords: composite coatings, polymer coatings on steel, impact resistant of coatings, multilayer coatings
Udarność kompozytowych powłok z tkaniną aramidową na podłożu stalowymStreszczenie: W artykule zaprezentowano wyniki udarności powłok kompozytowych na osnowie termoplastycznej z różną liczbą warstw z tkanin aramidowych. Wzmocnione tkaniną aramidową o gramaturze 175 g/m2 powłoki z kopolimeru styren-butadien-styren na podłożu stalowym były otrzymane metodą prasowania. Otrzymano również powłoki bez wzmocnienia o różnej grubości. Wynikiem odporności na uderzenia była ilość uderzeń potrzebnych do mechanicznego uszkodzenia powłoki oraz pęknięcia podłoża. Analizie mikroskopowej poddano również powierzchnie powłok po jednokrotnym uderzeniu. W wyniku przeprowadzonych badań nie zaobserwowano liniowej zależności pomiędzy grubością powłok, a ich odpornością na uderzenia. Znaczący wpływ na powstałe uszkodzenia po udarze ma ilość tkanin w powłoce.
Słowa kluczowe: powłoki kompozytowe, powłoki polimerowe na podłożu stalowym, odporność na uderzenia
powłok, powłoki wielowarstwowe
_________________________________________________________________________
Geometric limitations of objects manufactured using the Electron Beam Melting additive technology for the Ti6Al4V alloy
Abstract:Aim of the investigation was to check limitations of the process proceed on EBM (Electron Beam Melting) 3D printing technology using prepared build with benchmark 3D model parts. Used benchmark models tested capabilities of production minimal rod diameters, width of thin walls and holes through depending on their depth. Process parameters gave the highest density of manufactured part with overall porosity value below 0,2%.
Keywords: rapid prototyping, EBM, 3D model parts
Ograniczenia geometryczne wytwarzanych obiektów z użyciem technologii addytywnej Electron Beam Melting dla stopu Ti6Al4V
Streszczenie: Głównym celem prowadzonych prac było opracowanie i wytworzenie zestawu elementów testowych (benchmarków) które określiłyby możliwości budowy elementów dla technologii addytywnego wytwarzania Electron Beam Melting (EBM). Opracowane części miały za zadania sprawdzenie możliwości budowy przestrzennych prymitywów geometrycznych jak pręty, cienkie ściany czy możliwości wytwarzania przelotowych otworów w zależności od grubości elementu. Jednocześnie badania uwzględniały analizę odwzorowania wytworzonych modeli względem modeli referencyjnych CAD. Badania przeprowadzone były dla stopu tytanu Ti6Al4V z użyciem parametrów dla których wyznaczona porowatość była najniższa w trakcie badań nad zestawem parametrów zmiennych procesu i wynosiła poniżej 0,2%.
Słowa kluczowe: rapid prototyping, EBM, 3D model parts
_________________________________________________________________________
