PRZEGLĄD MECHANICZNY 3/2014

Cena 24 z∏ (w tym 5% VAT) 

PL ISSN 0033-2259 

INDEKS 245836 

3’14 

MIESI¢CZNIK NAUKOWO-TECHNICZNY 

rok za∏o˝enia 1935

Z KRAJU I ZE ÂWIATA 

NASA obchodzi 50-lecie sieci 

Deep Space Network, w którà 

24 grudnia 1963 r. przekszta∏cono 

zespó∏ anten u˝ywanych przez 

armi´ amerykaƒskà. Deep Space 

Network sta∏a si´ szybko podstawowà 

siecià u˝ywanà do komunikacji 

z sondami kosmicznymi. 

Z czasem sieç rozbudowano i teraz 

NASA komunikuje si´ za jej 

pomocà z 33 sondami kosmicznymi. 

Obecnie sieç ma trzy kompleksy 

anten: w Goldstone w Kalifornii, 

w okolicach Madrytu w Hiszpanii 

i w pobli˝u Canberry w Australii. 

Takie ich rozmieszczenie 

umo˝liwia ca∏odobowe odbieranie 

i wysy∏anie sygna∏ów do sond 

kosmicznych w ca∏ym Uk∏adzie 

S∏onecznym. NASA umo˝liwia korzystanie 

z sieci tak˝e innym 

agencjom kosmicznym. 

Ruukki wprowadza na rynek 

nowà pow∏ok´ elewacyjnà Ruukki 

Hiarc reflect, która odbija promieniowanie 

cieplne s∏oƒca i dzi´ki 

temu utrzymuje powierzchni´ p∏yt 

w ni˝szej temperaturze. Zmniejsza 

to potrzeb´ ch∏odzenia wewn´trznego 

i poprawia efektywnoÊç 

energetycznà budynków oraz 

zmniejsza odkszta∏cenia stali, co 

wp∏ywa na popraw´ szczelnoÊci 

z∏àczy p∏yt warstwowych. Pow∏oka 

Hiarc reflect jest odporna na zu- 

˝ycie, promieniowanie UV i zabrudzenia. 

Parlament Europejski zatwierdzi∏ 

nowy unijny program wymiany 

i stypendiów Erasmus+, z którgo 

skorzystajà ponad 4 mln m∏odych 

ludzi w UE. Erasmus+, z bud˝etem 

14,7 mln euro do 2020 r., ma 

po∏àczyç dotychczasowe programy 

edukacyjne i szkoleniowe dla 

m∏odzie˝y, takie jak: Comenius, 

Erasmus, Erasmus Mundus, Leonardo 

da Vinci. Po raz pierwszy 

uwzgl´dni te˝ programy sportowe. 

Program u∏atwi m∏odym ludziom 

w wieku 13 – 30 lat nauk´ i studiowanie 

za granicà. W ramach 

tego programu po raz pierwszy 

utworzony zostanie system gwarancji 

kredytów na jedno- lub dwuletnie 

studia magisterskie w innym 

kraju UE dla studentów, którzy nie 

skorzystali ze stypendium. 

Firma NSK, potentat w produkcji 

∏o˝ysk tocznych, opublikowa∏a 

dokument, dzi´ki któremu szybko 

mo˝na rozszyfrowaç najcz´stsze 

oznaczenia stosowane w ∏o˝yskach 

NSK i RHP. Publikacja zawiera 

wszystkie stosowane skróty 

i oznaczenia wraz z wyjaÊnieniami. 

Zamieszczono w niej równie˝ 

tabele porównujàce oznaczenia 

stosowane przez NSK i RHP z sygnaturami 

u˝ywanymi przez innych 

producentów ∏o˝ysk. Przewodnik 

w polskiej wersji j´zykowej 

mo˝na pobraç ze strony 

www.nskeurope.pl lub w witrynie 

www.parkmedia.pl/nsk. 

Wed∏ug danych Urz´du Patentowego 

w pierwszej po∏owie 2013 r. 

40% wszystkich zg∏oszeƒ wynalazków 

i wzorów u˝ytkowych w Polsce 

pochodzi∏o z sektora naukowego. 

Instytuty badawcze majà na swoim 

koncie 11% zg∏oszeƒ, instytuty 

naukowe PAN – 3%, szko∏y wy˝sze 

26%, z sektora gospodarki pochodzi 

41%, a 19% od osób fizycznych. 

Mimo tak wysokiego potencja∏u 

sektora nauki, brak poprawy 

we wspó∏pracy pomi´dzy tym 

sektorem a przedsi´biorstwami. 

Narodowe Centrum Badaƒ i Rozwoju 

uruchomi∏o w bie˝àcym roku 

trzeci konkurs w programie Patent 

Plus. Ma on pomóc w zdobyciu 

europejskiej i mi´dzynarodowej 

ochrony patentowej wyników badaƒ 

naukowych i prac rozwojowych. 

Celem programu Patent 

Plus jest zwi´kszenie liczby europejskich 

i mi´dzynarodowych zg∏oszeƒ 

patentowych, a tym samym 

wzmocnienie ochrony praw w∏asnoÊci 

intelektualnej poza terytorium 

Polski. Wsparcie w programie 

mo˝e zostaç udzielone na 

pokrycie kosztów m.in. analizy zasadnoÊci 

ekonomicznej objćia 

wynalazku ochronà patentowà, badanie 

stanu techniki w zakresie 

obj´tym treÊcià zg∏oszenia wynalazku, 

przygotowanie strategii komercjalizacji 

wynalazku czy zg∏oszenia 

wynalazku do ochrony. 

Nast´pny zeszyt 

Detekcja i pomiar d∏ugoÊci p´knićia zmćzeniowego 

z zastosowaniem systemu FatigueVIEW 

– w pracy przedstawiono mo˝liwoÊç zautomatyzowanej 

detekcji i pomiaru d∏ugoÊci p´knićia 

zmćzeniowego w trakcie realizacji cyklicznie 

zmiennego obcià˝enia, w zaproponowanym rozwiàzaniu 

analiza p´knićia odbywa si´ przez 

pomiar rozk∏adów przemieszczeƒ w obszarach 

przewidywanych p´kni´ç z zastosowaniem szybkiej 

metody cyfrowej korelacji obrazu, opracowana 

metoda analizy p´kni´ç zosta∏a zaimplementowana 

w oryginalnym systemie badawczym. 

Procedura wst´pnego projektowania planetarnej 

przek∏adni Êrubowej rolkowej z przek∏adnià 

z´batà 

– w artykule opisano budow´ i najwa˝niejsze 

parametry przek∏adni Êrubowej rolkowej z przek∏adnià 

z´batà, przedstawiono ograniczenia tych 

parametrów, na których podstawie sformu∏owano 

procedur´ wst´pnego projektowania przek∏adni, 

obejmujàcà wst´pny dobór parametrów 

geometrycznych dla przyj´tego poziomu 

napr´˝eƒ w Êrubie oraz obcià˝enia osiowego, 

warunki braku interferencji gwintów, okreÊlenie 

podstawowych parametrów zaz´bienia rolek i nakr´tki, 

okreÊlenie d∏ugoÊci rolek z warunku na 

naciski powierzchniowe. 

Z∏o˝one mikrowyciskanie – miniaturyzacja i ∏àczenie 

zabiegów w procesach obróbki plastycznej 

– w pracy przedstawiono konsekwencje i sposoby 

miniaturyzacji procesów obróbki plastycznej, 

których wynikiem by∏o powstanie mikroobróbki 

plastycznej jako nowej ga∏´zi technologii, zaproponowano 

klasyfikacj´ ∏àczenia zabiegów mikroobróbki 

plastycznej: w operacje z∏o˝one poprzecznie 

(sekwencje poprzeczne) oraz wzd∏u˝nie 

(sekwencje wzd∏u˝ne), zaprezentowano nowy 

jednooperacyjny proces z∏o˝ony z mikrowykrawania 

z taÊmy, mi´dzyoperacyjnego smarowania 

i nast´pujàcego po nim mikrowyciskania 

wspó∏bie˝nego pr´ta. 

Wyznaczenie charakterystyki zmćzeniowej 

materia∏u profili aluminiowych z wykorzystaniem 

minipróbek 

– w pracy opisano metodyk´ badaƒ zmćzeniowych 

(geometria próbki, obcià˝enia, stanowiska 

badawcze, analiza wyników) w wykorzystaniem 

minipróbek mo˝liwych do pobrania z profili 

kszta∏towych.

ROK WYD. LXXIII 

PRZEGLÑD MECHANICZNY 

PATRONAT: 

Stowarzyszenie In˝ynierów 

Mechaników i Techników Polskich 

MARZEC 2014 • NR 3/14 

WYDAWCA: 

Instytut Mechanizacji Budownictwa 

i Górnictwa Skalnego 

ul. Racjonalizacji 6/8 

02-673 Warszawa 

Za treÊç og∏oszeƒ i p∏atnych wk∏adek redakcja nie odpowiada 

Miesićznik notowany na liÊcie czasopism punktowanych 

Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wy˝szego – 5 pkt. 

Wydanie publikacji dofinansowane przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wy˝szego 

Wersja pierwotna: druk 

Nak∏ad 1000 egz. 

Cena 24 z∏ (w tym 5% VAT) 

SPIS TREÂCI 

Informacje dla autorów 

PROBLEMY – NOWOÂCI – INFORMACJE 

O FIRMACH 

ARTYKU¸Y G¸ÓWNE 

Sieci neuronowe w zagadnieniach klasyfikacji 

stanu ostrzy narz´dzi urabiajàcych – Jakub 

Gajewski, Kamil Jonak 

Katodowa ochrona przed korozjà masztów 

jednostek p∏ywajàcych – Agnieszka Wantuch 

Analiza numeryczna po∏àczenia rozt∏aczanego 

rur w Êcianach sitowych – Stanis∏aw ¸aczek, 

Jan RyÊ 

Ocena cyklu ˝ycia kompozytów polimerowych 

oraz analiza struktur samodiagnozujàcych 

i samonaprawialnych – Andrzej Katunin, Wojciech 

Moczulski 

Wibroakustyka – pe∏noprawna dyscyplina 

naukowa z polskimi korzeniami – Zbigniew 

Dàbrowski 

METODY I URZÑDZENIA POMIAROWE 

Badania mechaniczne mi´kkich tkanek biologicznych 

TECHNOLOGIE CHRONIÑCE ÂRODOWISKO 

Wysokoenergetyczny kwasowy akumulator 

w´glowo-o∏owiowy 

Wytwarzanie kruszyw lekkich z osadów Êciekowych 

str. 

2 

3 

18 

21 

25 

29 

36 

40 

47 

48 

50 

ADRES REDAKCJI: 

IMBiGS – „Przeglàd Mechaniczny” 

ul. Racjonalizacji 6/8, 02-673 Warszawa 

tel./fax: 22 8538113, tel. 22 8430201 w. 255 

e-mail: pmech@imbigs.pl 

http://www.przegladmechaniczny.pl 

REDAGUJE ZESPÓ¸: 

Redaktor naczelny: dr in˝. Martyna Jachimowicz 

Zast´pca red. nacz.: prof. dr hab. in˝. Zbigniew Dàbrowski 

Sekretarz redakcji: mgr Anna Massé 

Redaktorzy tematyczni: prof. nzw. dr hab. in˝. Dariusz Boroƒski 

(Mechanika p´kania), prof. dr hab. in˝. Andrzej 

Kocaƒda (Materia∏y konstrukcyjne), prof. dr hab. in˝. 

Arkadiusz M´˝yk (Automatyka i robotyka), prof. dr 

hab. in˝. Jan RyÊ (Podstawy konstrukcji maszyn), prof. 

dr hab. in˝. Tadeusz Smolnicki (Komputerowe metody 

CAD/CAM/CAE), dr in˝. Zbigniew ˚ebrowski (Hydraulika 

i pneumatyka) 

Redaktor statystyczny: dr in˝. Tomasz Miros∏aw 

Redaktor j´zykowy: mgr Anna Massé 

RADA PROGRAMOWA: 

Prof. Witold Gutkowski – przewodniczàcy (IMBiGS), dr in˝. 

Tomasz Babul (SIMP), prof. Jan B∏achuta (University of 

Liverpool), prof. Aleksander S. Bokhonsky (Sewastopol 

National Technical University), prof. Czes∏aw Cempel 

(Polit. Poznaƒska), prof. Grzegorz Glinka (University of 

Waterloo), prof. Krzysztof Go∏oÊ (Polit. Warszawska, 

IMBiGS), prof. Tadeusz Kacperski (IMBiGS), prof. Jaromir 

K. Klouda (Technical and Test Institute for Construction 

Prague), prof. Janusz Kowal (AGH), prof. Mychaj∏o Lobur 

(Lviv Technical University), prof. Aleksander N. Mikhaylov 

(Donetsk National Technical University), prof. Ryszard 

Okulicz (Applied University Cologne) prof. Eugeniusz 

Rusiƒski (Polit. Wroc∏awska), prof. Ryszard Pyrz (Aalborg 

University), prof. Andrzej Seweryn (Polit. Bia∏ostocka), 

dr hab. in˝. Roman Staniek, prof. nzw. (SIMP), prof. 

Eugeniusz Âwitoƒski (Polit. Âlàska), prof. Wies∏aw 

Tràmpczyƒski (Polit. Âwi´tokrzyska), prof. W∏adys∏aw 

W∏osiƒski (PAN), prof. Nenad Zrnic (University of Belgrade), 

prof. XU Bingye (Tsinhua University) 

KIEROWNIK ZAK¸ADU WYDAWNICTW I PROMOCJI: 

Ryszard Kwiecieƒ – tel. kom. 602 390 703 

e-mail: r.kwiecien@imbigs.pl 

WARUNKI PRENUMERATY 

Przyjćie prenumeraty – wy∏àcznie na podstawie dokonanej 

wp∏aty. 

Na blankiecie wp∏at nale˝y podaç nast´pujàce dane: 

dok∏adnà nazw´ i adres (z kodem pocztowym) zamawiajàcego, 

nazw´ czasopisma, liczb´ egzemplarzy i okres 

prenumeraty. 

Wp∏aty – zgodnie z podanymi cenami nale˝y dokonaç 

w banku lub UPT na konto IMBiGS – BPH S.A. 

O/Warszawa nr 97 1060 0076 0000 3210 0014 6850. 

Prenumerata ze zleceniem wysy∏ki za granic´ – osoby 

prawne i fizyczne. Nale˝y podaç dok∏adny adres odbiorcy 

za granicà. Cena prenumeraty jest dwukrotnie wy˝sza od 

ceny normalnej. Zmiany w prenumeracie, np. zmian´ 

liczby tytu∏ów, liczby egzemplarzy, rezygnacj´ z prenumeraty 

itp. mo˝na zg∏aszaç pisemnie, z mocà obowiàzujàcà 

od nast´pnego kwarta∏u. 

Cena prenumeraty na 2014 r.: 

kwartalnie – 72 z∏ 

pó∏rocznie – 144 z∏ 

rocznie – 288 z∏ 

Informacji o prenumeracie udziela redakcja. 

Dtp: „AWiWA” - tel. 22 7804598 

Druk: Oficyna Poligraficzna APLA Sp. j. 

ul. Sandomierska 89, 25-325 Kielce 

ROK WYD. LXXIII ZESZYT 3/2014 1

Informacje dla autorów 

Do redakcji nale˝y przys∏aç zg∏oszenie autorskie zawierajàce dane teleadresowe autora, tytu∏ proponowanego 

artyku∏u, liczb´ stron, rys. i tabel oraz krótkie streszczenie pracy*. Po otrzymaniu informacji o zaakceptowaniu 

proponowanego tematu, nale˝y przys∏aç tekst pracy przygotowany zgodnie ze wskazówkami redakcyjnymi oraz 

wype∏niony formularz oÊwiadczenia i 2 egzemplarze podpisanej umowy licencyjnej*. 

Nades∏ane artyku∏y sà poddawane redakcyjnej ocenie formalnej i otrzymujà numer redakcyjny identyfikujàcy je na 

dalszych etapach procesu wydawniczego. 

Wszystkie artyku∏y przysy∏ane do redakcji sà recenzowane. Warunkiem publikacji jest uzyskanie pozytywnej recenzji. 

Redakcja nie wyp∏aca honorariów autorskich. 

Wskazówki dotyczàce przygotowania artyku∏u 

Artyku∏y przeznaczone do opublikowania w „Przeglàdzie Mechanicznym” powinny mieç naukowo-techniczny charakter 

i byç powiàzane z aktualnymi problemami przemys∏u. 

Artyku∏y powinny byç oryginalne, przez co nale˝y rozumieç, ˝e nie by∏y dotychczas publikowane w ca∏oÊci lub 

znaczàcej cz´Êci (jeÊli artyku∏ jest fragmentem innej pracy, np. doktorskiej, habilitacji, to informacja o tym powinna znaleêç 

si´ w spisie literatury). 

Artyku∏ powinien obejmowaç wàski temat, ale potraktowany mo˝liwie wyczerpujàco. Nale˝y unikaç powtarzania 

wiadomoÊci ogólnie znanych, uj´tych w wydawnictwach ksià˝kowych. 

Je˝eli dane zagadnienie jest obszerne, nale˝y rozbiç je na fragmenty stanowiàce odr´bne artyku∏y, które mogà byç 

publikowane niezale˝nie od siebie. 

Artyku∏y powinny odznaczaç si´ jasnà i logicznà budowà: materia∏ powinien byç podzielony na cz´Êci, których tytu∏y 

muszà odtwarzaç treÊç w nich zawartà. Wnioski z przeprowadzonych rozwa˝aƒ powinny byç wyraêne i jasno sformu∏owane 

na koƒcu artyku∏u. 

TreÊç artyku∏u powinna byç odpowiednio uzupe∏niona rysunkami, fotografiami, schematami itp., jednak liczb´ ilustracji 

nale˝y ograniczyç do niezb´dnych. 

Tytu∏ artyku∏u nale˝y podaç w j´z. polskim i j´z. angielskim i do∏àczyç krótkie streszczenie w j´zyku polskim i angielskim 

oraz s∏owa kluczowe polskie i angielskie. 

Obj´toÊç artyku∏u nie powinna przekraczaç 8 stron (1 strona – 1800 znaków). 

Do artyku∏u nale˝y do∏àczyç adres do korespondencji i adres poczty elektronicznej autorów. 

Praca powinna byç dostarczona w wersji elektronicznej w formacie*doc, *docx. Równania powinny byç zapisane 

w edytorach wzorów, z wyraênym rozró˝nieniem 0 i O. Je˝eli równania przekraczajà szerokoÊç szpalty (8 cm), nale˝y 

je przenieÊç, a niedajàce si´ przenieÊç zapisaç na szerokoÊç 2 szpalt (16 cm). 

Redakcja nie przepisuje tekstów i nie wykonuje rysunków. Oprócz pliku *doc, *docx zalecane jest, aby autorzy 

dostarczali pliki êród∏owe rysunków (najlepiej w formacie *.eps, *jpg lub * tif). 

Rysunki oraz wykresy muszà byç wykonane czytelnie, z uwzgl´dnieniem faktu, ˝e szerokoÊç szpalty w czasopiÊmie 

wynosi 8 cm, szerokoÊç kolumny – 17 cm, wysokoÊç kolumny – 24,5 cm. 

Opisy na rysunkach zmniejszonych do tej wielkoÊci powinny byç czytelne i nie ni˝sze od 2 mm. 

Autorzy sà zobowiàzani do podawania na koƒcu artyku∏u pe∏nego wykazu êróde∏ wykorzystywanych przy jego 

opracowaniu i podawania w treÊci odpowiednich odsy∏aczy do kolejnego numeru pozycji cytowanej w spisie literatury. 

Spis literatury, przygotowany wg kolejnoÊci powo∏aƒ, powinien zawieraç: przy ksià˝kach – nazwisko i pierwszà liter´ 

imienia autora, tytu∏ ksià˝ki, wydawc´, rok i miejsce wydania (ewentualnie numery stron); przy czasopismach – nazwisko 

i imi´ autora, tytu∏ artyku∏u, nazw´ czasopisma, numer i rok (ewentualnie numery stron). Nie stosujemy cyrylicy – taki 

tekst nale˝y podaç w transkrypcji wydawniczej na alfabet ∏aciƒski. Spis literatury powinien przedstawiaç aktualny stan 

wiedzy i uwzgl´dniaç pozycje z literatury Êwiatowej. 

Autorzy gwarantujà, ˝e treÊç pracy i rysunki sà ich w∏asnoÊcià (lub podajà êród∏o pochodzenia rysunków). Autorzy 

zg∏aszajàc artyku∏, przekazujà Wydawcy prawa do jego publikacji w formie drukowanej i elektronicznej. 

Redakcja b´dzie dokumentowaç wszelkie przejawy nierzetelnoÊci naukowej, zw∏aszcza ∏amania i naruszania zasad etyki 

obowiàzujàcych w nauce. 

Procedura recenzowania 

Procedura recenzowania artyku∏ów w czasopiÊmie jest zgodna z zaleceniami Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa 

Wy˝szego zawartymi w opracowaniu „Dobre praktyki w procedurach recenzyjnych w nauce”, Warszawa 2011. 

Autorzy, którzy przysy∏ajà artyku∏ do publikacji, sà Êwiadomi (Informacje dla autorów), ˝e wszystkie prace publikowane 

w „Przeglàdzie Mechanicznym” podlegajà ocenie recenzentów i wyra˝ajà zgod´ na procedur´ recenzowania, a redakcja 

wysy∏a do autorów informacj´ o przyjćiu artyku∏u i wys∏aniu go do recenzentów. Do oceny ka˝dej publikacji powo∏uje 

si´ co najmniej dwóch niezale˝nych recenzentów. 

Redakcja dobiera recenzentów rzetelnych i jak najbardziej kompetentnych w danej dziedzinie, którzy nie sà cz∏onkami 

redakcji pisma, sà specjalistami w danej dziedzinie oraz nie sà zatrudnieni w placówce wydajàcej pismo. Nades∏ane 

artyku∏y nie sà nigdy wysy∏ane do recenzentów z tej samej placówki, z której pochodzi autor. Prace recenzentów sà poufne 

i anonimowe. Recenzja musi mieç form´ pisemnà i koƒczyç si´ jednoznacznym wnioskiem o dopuszczeniu artyku∏u 

do publikacji w „Przeglàdzie Mechanicznym” lub jego odrzuceniu. W przypadku pracy w j´zyku obcym, co najmniej jeden 

z recenzentów jest afiliowany w instytucji zagranicznej innej ni˝ narodowoÊç autora pracy. Autorzy sà informowani 

o wynikach recenzji oraz otrzymujà je do wglàdu. W sytuacjach spornych redakcja powo∏uje dodatkowych recenzentów. 

Ka˝dy artyku∏ zawierajàcy wyniki badaƒ doÊwiadczalnych kierowany jest tak˝e do redaktora statystycznego. 

Lista recenzentów publikowana jest w ostatnim zeszycie ka˝dego rocznika. 

Informacja dla recenzentów 

Redakcja zwraca si´ do Recenzentów z uprzejmà proÊbà o zwrot recenzji w ciàgu 4 tygodni (formularz recenzji 

dost´pny na stronie internetowej)*. 

* Formularze dost´pne na stronie internetowej www.przegladmechaniczny.pl. 

2 

ROK WYD. LXXIII ZESZYT 3/2014

Od Wydawcy 

Dr hab. Stefan Góralczyk 

prof. IMBiGS 

Dyrektor Instytutu Mechanizacji 

Budownictwa i Górnictwa Skalnego 

Pierwszy zeszyt „Przeglàdu Mechanicznego” 

ukaza∏ si´ 10 stycznia 1935 r. Czasopismo powo∏ane 

zosta∏o do istnienia decyzjà Stowarzyszenia 

In˝ynierów Mechaników Polskich w celu integracji 

Êrodowiska in˝ynierskiego zajmujàcego si´ budowà 

maszyn. Od tego czasu, poza latami II wojny Êwiatowej, 

„Przeglàd Mechaniczny” jest ciàgle obecny na 

rynku wydawniczym, s∏u˝àc kolejnym pokoleniom 

polskich mechaników i popularyzowaniu polskiej 

myÊli technicznej. 

Przez te wszystkie lata forma czasopisma niewiele 

si´ zmieni∏a. Zmienia∏y si´ tylko treÊci publikowane 

w artyku∏ach i informacjach, co zwiàzane 

by∏o z rozwojem nowych technologii, nowych 

materia∏ów i metod badawczych. Wraz z rozwojem 

nowych technik przekazu, w tym technologii internetowych 

zapewniajàcych szybki dost´p do 

informacji, znaczenie czasopism ukazujàcych si´ 

drukiem stopniowo zacz´∏o si´ zmniejszaç. W zwiàzku 

z tym czasopisma zacz´∏y poszukiwaç nowych 

sposobów, dzi´ki którym mog∏yby staç si´ atrakcyjne 

dla wspó∏czesnego Czytelnika i wprowadzaç 

zmiany, które umocni∏yby ich obecnoÊç na rynku 

wydawniczym. 

Êrodowiska. Jednym z tematów b´dzie prezentowanie 

osiàgni´ç firm dzia∏ajàcych na polskim 

rynku oraz pokazanie ich wspó∏pracy z jednostkami 

naukowymi. Przedmiotem zainteresowania b´dà 

zw∏aszcza te firmy, które wdro˝y∏y innowacyjne 

technologie. W przysz∏ych wydaniach PM wićej 

miejsca zajmà publikacje prezentujàce osiàgnićia 

naukowe i techniczne autorów m∏odego pokolenia. 

Stopniowo redakcja zamierza coraz szerzej wykorzystywaç 

technologie cyfrowe do prezentowania 

zawartoÊci czasopisma, w pierwszym etapie b´dzie 

to rozbudowanie istniejàcej strony www, w nast´pnym 

– wprowadzenie e-wydaƒ czasopisma z jednoczesnym 

wydawaniem wersji drukowanej. 

Zmiany w czasopiÊmie zbieg∏y si´ w czasie ze 

zmianà redaktora naczelnego. Funkcj´ t´ powierzy∏em 

dr in˝. Martynie Jachimowicz. 

Prof. dr. hab. in˝. Janowi Szlagowskiemu, który 

kierowa∏ redakcjà „Przeglàdu Mechanicznego” 

przez wiele lat, serdecznie dzi´kuj´ za d∏ugoletnià 

wspó∏prac´. 

Dzia∏ania takie rozpocz´to równie˝ w redakcji 

„Przeglàdu Mechanicznego”. G∏ówny nacisk zostanie 

po∏o˝ony na usprawnienie przep∏ywu informacji 

pomi´dzy naukà i przemys∏em, a tak˝e zagadnienia 

zwiàzane z zastosowaniem nowoczesnych materia∏ów, 

technologii, z nowoczesnà organizacjà 

produkcji oraz z technologiami s∏u˝àcymi ochronie 

ROK WYD. LXXIII ZESZYT 3/2014 

3

problemy • nowoÊci • informacje 

Kreatorzy innowacji 

Trudno wyobraziç sobie rozwój 

gospodarczy we wspó∏czesnym 

Êwiecie bez intensywnej wspó∏pracy 

sfery nauki z podmiotami 

dzia∏ajàcymi w obszarze przemys∏u. 

Jednà z instytucji powo∏anych do 

wspierania tej wspó∏pracy jest 

Narodowe Centrum Badaƒ i Rozwoju. 

Dzia∏alnoÊç Centrum ma 

s∏u˝yç wzmocnieniu wspó∏pracy 

mi´dzy polskim biznesem oraz 

przyczyniaç si´ do komercjalizacji 

efektów badaƒ naukowych z korzyÊcià 

dla polskiej gospodarki. Cele 

te NCBR realizuje przez opracowywanie 

programów wsparcia badaƒ 

stosowanych i prac B+R, finansowanie 

komercjalizacji i transferu 

wyników do gospodarki. 

Jednym z takich programów jest 

Kreator innowacyjnoÊci. Celem 

programu jest zwi´kszenie aktywnoÊci 

publicznych organizacji badawczych 

i przedsi´biorców w zakresie 

komercjalizacji wiedzy, co 

powinno daç w efekcie wzrost 

liczby komercjalizowanych technologii 

i rozwiàzaƒ innowacyjnych. 

Nowoczesne laminaty do produkcji 

jachtów, kopalniany robot 

zast´pujàcy w najci´˝szych pracach 

górników, innowacyjny symulator 

do szkolenia kierowców samochodów 

ci´˝arowych i autobusów czy 

hybrydowe lokomotywy budowane 

z gotowych modu∏ów – to tylko nieliczne 

przyk∏ady projektów zrealizowanych 

przy wsparciu NCBR. 

Pierwszy polski jacht oceaniczny 

wykonany w technologii vacuum infusion 

W firmie Delphia Yachts, specjalizujàcej 

si´ w produkcji jachtów 

˝aglowych, zastosowano do 

produkcji laminatów technologi´ 

vacuum infusion. Technologia infuzji 

(ang. vacuum infusion) polega 

na uk∏adaniu w formie pokrytej 

˝elkotem kolejnych warstw zbrojenia 

bez ˝ywicy. W kolejnym etapie 

procesu uk∏ada si´ instalacje 

umo˝liwiajàce rozprowadzenie ˝ywicy, 

kana∏y wtrysku ˝ywicy i kana∏y, 

którymi odprowadzane jest 

powietrze. ˚ywica jest pompowana 

za pomocà pró˝ni powstajàcej 

na skutek ró˝nicy ciÊnieƒ. Pró˝niowe 

przesycanie ˝ywicà zapewnia 

ciàg∏e zwiàzanie laminatów 

z rdzeniem i brak wad, co jest 

istotne ze wzgl´du na wytrzyma∏oÊç 

konstrukcji. ˚ywica jest rozprowadzana 

w formie za pomocà 

specjalnej siatki. Ze wzgl´du na 

du˝à zawartoÊç zbrojenia laminat 

cechuje si´ lepszymi w∏aÊciwoÊciami 

wytrzyma∏oÊciowymi nawet 

przy zmniejszeniu masy konstrukcji. 

Zaletà procesu infuzji jest mo˝liwoÊç 

wytworzenia konstrukcji 

typu sandwich w jednym procesie. 

Zaletà tak wyprodukowanych 

jachtów jest nie tylko ich mniejsza 

waga, ale w porównaniu ze standardowym 

procesem w formach 

otwartych, mo˝liwoÊç zredukowania 

o 94% emisji szkodliwego dla 

zdrowia styrenu wydzielajàcego si´ 

z ˝ywicy. 

Wykorzystujàc technologi´ 

vacuum infusion firma Delphia 

Yachts wyprodukowa∏a pierwszy 

polski jacht oceaniczny o nazwie 

Delphia 47 (fot. 1). 

Mobilny robot inspekcyjny 

do pracy w regionach 

zagro˝onych wybuchem 

Konstrukcja robota jest wynikiem 

wspó∏pracy Instytutu Technik 

Innowacyjnych EMAG oraz 

Przemys∏owego Instytutu Automatyki 

Przemys∏owej PIAP. 

Robot jest wyposa˝ony w pneumatyczny 

nap´d iskrobezpieczny 

uruchamiany przy u˝yciu spr´- 

˝onego azotu. Dzi´ki temu mo˝e 

pracowaç w ekstremalnych warunkach, 

w strefie zagro˝enia wybuchem, 

w temperaturze nawet 

do 60°C. Trójosiowy, niezale˝nie 

zawieszony zestaw ko∏owy wspomagany 

trzema nogami zamocowanymi 

na niezale˝nie sterowanych 

goleniach umo˝liwia robotowi 

poruszanie si´ zarówno po 

terenie p∏askim, jak i nachylonym 

pod katem 30°. Niewielkie wymiary 

pozwalajà robotowi zmieÊciç si´ 

w prze∏azach w tamach przeciwwybuchowych 

(Êrednica otworu 

80 cm), które buduje si´ po to, aby 

odgrodziç wyrobisko od miejsca, 

w którym wybuch∏ po˝ar. Robot 

mo˝e dokonaç pomiarów gazów, 

w tym metanu, tlenku i dwutlenku 

w´gla, temperatury i wilgotnoÊci 

w obszarze obj´tym po˝arem. Robot 

wprowadzony w rejon zagro- 

˝enia przeka˝e obraz zniszczeƒ, 

dokona pomiarów i przetransmituje 

dane do konsoli operatora, 

co umo˝liwi podjćie decyzji dotyczàcych 

dalszych czynnoÊci w strefie 

zagro˝enia. 

Fot. 1. fot. Delphia Yachts 

Fot. 2. fot. EMAG 

4 ROK WYD. LXXIII ZESZYT 3/2014


Prototyp robota jest zgodny 

z dyrektywami UE: spe∏nia wymagania 

budowy przeciwwybuchowej 

oraz kompatybilnoÊci elektromagnetycznej. 

Robot zosta∏ sprawdzony 

w rzeczywistych warunkach 

w kopalni w´gla kamiennego 

Bobrek-Centrum w Bytomiu na 

poziomie 726 m. Wyzwaniem dla 

konstruktorów robota by∏aby zamiana 

nap´du pneumatycznego 

na bardziej efektywny – elektryczny. 

Jednak w warunkach kopalnianych, 

w obecnoÊci metanu, zasto- 

Fot. 3. fot. ETC-PZL Aerospace Industries 

sowanie silnika elektrycznego, który 

iskrzy, by∏oby niebezpieczne. Nale- 

˝a∏oby zatem skonstruowaç silnik 

elektryczny, który móg∏by pracowaç 

w warunkach zagro˝enia po˝arem 

i wybuchem. 

Prototyp niekomercyjnego Górniczego 

Mobilnego Robota Inspekcyjnego 

(fot. 2) to efekt projektu 

realizowanego w latach 2008 – 2010 

i dofinansowanego przez NCBR 

kwotà 3 mln 560 tys. z∏otych. Prototyp 

jest udoskonalany w kolejnym 

projekcie. 

Symulatory do szkolenia kierowców autobusów 

oraz samochodów ci´˝arowych 

zentacji obrazu o wysokiej rozdzielczoÊci, 

uk∏ad o szeÊciu stopniach 

swobody pozwala na generowanie 

bodêców mechanicznych 

(odczuwane jest przyspieszenie, 

hamowanie, wchodzenie w zakr´t, 

wibracje kabiny i fotela kierowcy), 

czterokana∏owy system nag∏oÊnienia 

wewnàtrz kabiny symulatora 

zapewnia efekty dêwi´kowe. 

Uk∏ad wizualizacji sk∏ada si´ 

z cylindrycznego ekranu oraz zestawu 

projektorów po∏àczonych 

z systemem komputerowym. Pole 

widzenia wynosi 200 stopni, dzi´ki 

czemu kierowca nie widzi kraw´dzi 

ekranu, tylko przesuwajàcà si´ 

sceneri´ stworzonà przez komputer. 

Urzàdzenie pozwala tak˝e 

zasymulowaç zachowania nadwozia, 

podwozia, elementów zawieszenia 

i ogumienia, uk∏adu kierowniczego, 

hamulców, uk∏adów 

wspomagajàcych prowadzenie pojazdu. 

Na symulatorze mo˝na odtwarzaç 

setki scenariuszy drogowych, 

w tym równie˝ sytuacje niebezpieczne. 

Uniwersalna 

lokomotywa elektryczna 

o budowie modu∏owej 

Nowoczesne wielosystemowe 

hybrydowe lokomotywy to projekt 

realizowany przez bydgoskà firm´ 

PESA we wspó∏pracy z Instytutem 

Pojazdów Szynowych TABOR 

w Poznaniu. Modu∏owa konstrukcja 

pozwala na uproszczenie technologii 

i skrócenie czasu produkcji. 

Na jednej ramie b´dzie mo˝na 

zbudowaç lokomotyw´ spalinowà 

i elektrycznà. Hybrydowa lokomotywa 

z PESY z rodziny Gama-Maraton 

jest jednym z pierwszych pojazdów 

tego typu na Êwiecie (fot. 4). 

Lokomotywa Maraton b´dzie 

mog∏a kontynuowaç podró˝, nawet 

wtedy gdy nie b´dzie zasilania 

pràdem – dzi´ki silnikowi spalinowemu 

pojedzie dalej. 

Zasi´g lokomotywy w wersji 

spalinowej wynosi oko∏o 40 km. 

Nadwozie wykonane jest ze stali 

o podwy˝szonej wytrzyma∏oÊci. Poszycie 

boczne oraz dachy przystosowane 

do ∏atwego demonta˝u 

wykonane sà ze stopów lekkich. 

Bezpieczeƒstwo zapewniajà odpowiednio 

zaprojektowane strefy 

zgniotu. Poszycie czo∏a lokomotywy 

zosta∏o wykonane z tworzyw poliestrowo-szklanych, 

w formie ∏atwych 

do demonta˝u segmentów. 

Lokomotywy Gama przeznaczone 

b´dà do ruchu z pr´dkoÊcià do 

190 km/h. W sk∏ad rodziny wejdà 

lokomotywy spalinowe o mocy 

2200 kW i pr´dkoÊci 140 km/h, 

lokomotywy elektryczne wielonapićiowe 

i zasilane napićiem 3 kV 

DC, o pr´dkoÊci 140 km/h dla ruchu 

towarowego i 190 km/h dla ruchu 

pasa˝erskiego. 

Projekt zosta∏ opracowany przez 

ETC-PZL Aerospace Industries 

Sp. z o.o. we wspó∏pracy z Wydzia∏em 

Transportu Politechniki 

Warszawskiej. 

Symulatory pozwalajà na zaprogramowanie: 

rodzaju prowadzonego 

pojazdu, to czy ciàgnie naczep´, 

ci´˝aru ∏adunku, warunków 

atmosferycznych. 

Prowadzenie pojazdu na symulatorze 

jest niezwykle realistyczne 

(fot. 3). Zapewnia to uk∏ad pre- 

Fot. 4. PESA 


5


Mi´dzynarodowe Targi Technologii, 

Innowacji i Automatyki w PrzemyÊle 

HANNOVER MESSE 2014 

Tegoroczne targi przemys∏owe 

Hannover Messe 2014 odb´dà 

si´ w terminie 7 – 11 kwietnia 

pod has∏em „Integrated Industry 

– NEXT STEP” (Zintegrowany przemys∏ 

– nast´pne kroki). W ten sposób 

organizatorzy chcà zaakcentowaç 

znaczenie integracji systemów 

przemys∏owych dla przysz- 

∏oÊci bran˝y. Do tej pory niezale˝nie 

rozwijane by∏y ró˝ne technologie, 

prowadzàce do optymalizacji 

produkcji. Dalszy rozwój ma na 

celu przede wszystkim integracj´ 

istniejàcych rozwiàzaƒ, która pozwala 

uelastyczniç procesy produkcyjne. 

Celem ma byç stworzenie 

inteligentnej samoorganizujàcej si´ 

fabryki. 

Targi Hannover Messe obejmujà 

cztery g∏ówne obszary tematyczne: 

automatyzacja produkcji, energetyka, 

dostawy oraz badania i rozwój. 

Tematyka integracji procesów 

przemys∏owych b´dzie obecna na 

wszystkich targach specjalistycznych: 

Industrial Automation, Digital 

Factory, Energy, Industrial Supply, 

MobiliTec, Research & Technology, 

GreenTec. 

W zintegrowanych procesach 

przemys∏owych wszystkie komponenty 

– od obrabianych przedmiotów 

przez maszyny a˝ po systemy 

transportowe – zostajà po∏àczone 

w jednà sieç, w której samodzielnie 

komunikujà si´ ze sobà. Obrabiany 

element nie jest przesy∏any po 

taÊmie produkcyjnej od punktu do 

punktu wed∏ug okreÊlonego schematu, 

lecz jest w stanie samodzielnie 

sterowaç modularnymi wysepkami 

produkcyjnymi oraz inicjowaç 

niezb´dne etapy obróbki. 

Prawie jedna czwarta wystawców 

na targach HANNOVER MESSE 

zajmuje si´ wytwarzaniem, dystrybuowaniem 

i magazynowaniem 

energii. W zwiàzku z tym jednym 

z zagadnieƒ prezentowanych na 

targach bran˝owych Energy b´dzie 

transformacja systemu energetycznego. 

Jednym z tematów b´dzie 

zast´powanie obecnego systemu 

z∏o˝onego z kilkuset wielkich elektrowni 

setkami tysićy ma∏ych 

obiektów wytwarzajàcych energi´ 

z wykorzystaniem gazu ziemnego, 

promieni s∏onecznych, si∏y wiatru 

lub biomasy. 

Organizatorzy targów spodziewajà 

si´ blisko 200 tysićy odwiedzajàcych, 

z czego 50 tysićy spoza 

Niemiec. Ponad po∏ow´ wystawców 

tegorocznej edycji HANNOVER 

MESSE stanowiç b´dà firmy zagraniczne. 

Z Polski swój udzia∏ zapowiedzia∏o 

ponad 50 wystawców. 

Krajem partnerskim b´dzie w tym 

roku Holandia. Jak podkreÊli∏ dr 

Jochen Köckler, cz∏onek Zarzàdu 

Deutsche Messe AG: „Sektor budowy 

maszyn w Holandii nieprzerwanie 

roÊnie, a kszta∏tujà go wysoko 

wyspecjalizowane ma∏e i Êredniej 

wielkoÊci przedsi´biorstwa. 

Powsta∏ tam tak˝e niezwykle pr´˝nie 

i wydajnie funkcjonujàcy przemys∏ 

kooperacyjny zaopatrujàcy 

klientów z ca∏ego Êwiata w komponenty 

i modu∏y, a tak˝e produkowane 

na specjalne zamówienia 

pojedyncze egzemplarze”. Pod has- 

∏em „Global Challenges, Smart Solutions” 

przedsi´biorstwa z Holandii 

b´dà wystawiaç si´ we wszystkich 

dzia∏ach HANNOVER MESSE. 

Jak co roku nagroda targów 

HANNOVER MESSE w dziedzinie 

technologii – HERMES AWARD 

– zostanie wrćzonà 6 kwietnia. 

HERMES AWARD jest jednà z najwa˝niejszych 

nagród za osiàgnićia 

technologiczne. Zg∏oszone do 

nagrody produkty muszà mieç 

zastosowanie przemys∏owe, a tak˝e 

zostaç ocenione jako szczególnie 

innowacyjne. 

wire 2014 i Tube 2014 – duet targowy w Düsseldorfie 

Od 7 do 11 kwietnia na terenach 

targowych w Düsseldorfie odb´dà 

si´ dwie imprezy targowe: wire 

– Mi´dzynarodowe Targi Specjalistyczne 

Drutu i Kabli oraz Tube 

– Mi´dzynarodowe Targi Rur. 

Organizatorzy spodziewajà si´ 

oko∏o 2500 wystawców, którzy 

zaprezentujà swojà ofert´ na 

powierzchni ponad 100 000 m 2 

w 15 halach targowych. Zdaniem 

organizatorów, po∏àczenia tych 

dwóch imprez targowych, które 

ju˝ od pewnego czasu organizowane 

sà jednoczeÊnie, przynosi 

znacznie wićej korzyÊci zarówno 

wystawcom, jak i odwiedzajàcym 

wystaw´. Z Polski swój udzia∏ w imprezie 

zg∏osi∏o13 firm, podwoi∏a si´ 

tak˝e, w porównaniu z poprzednià 

edycjà targów w 2012 r., zajmowana 

przez nie powierzchnia targowa. 

Dla osób i firm zwiàzanych z bran- 

˝à drutu i kabli wire jest wa˝nym 

miejscem spotkaƒ. Zobaczyç tu 

mo˝na w ruchu nowe maszyny do 

produkcji i uszlachetniania drutu, 

oprzyrzàdowanie i materia∏y pomocnicze 

do urzàdzeƒ produkcyjnych, 

maszyny do produkcji spr´- 

˝yn i elementów ∏àczàcych oraz 

surowce, druty specjalne i kable. 

W ramach ekspozycji prezentowane 

sà procesy pomiarowe, sterowania, 

regulacji oraz procesy kontrolne. 

Bran˝a drutu i kabli zaprezentuje si´ 

w halach od 9 do 12 i od 15 do 17. 

Ekspozycja wire 2014 adresowana 

jest nie tylko do specjalistów 

z przemys∏u drutu i kabli, ale tak˝e 

do specjalistów z przemys∏u samochodowego, 

˝elaza, stali, metali nie- 

˝elaznych oraz przemys∏u elektrycznego, 

elektronicznego i wielu innych. 

W ramach tegorocznych targów 

wire maszyny do spawania siatek 

b´dà po raz pierwszy pokazywane 

oddzielnie na 2 000 m 2 powierzchni 

w hali nr 16. Zdaniem organizatorów 

koncentracja kompetencji 

w okreÊlonej dziedzinie sprzyja 

przejrzystoÊci prezentacji. W hali tej 

zaprezentuje si´ ok. 20 przedsi´biorstw, 

m.in.: Schlatter Industries 

AG – Szwajcaria, Progress – W∏ochy, 

Ideal-Werk – Niemcy, EVG 

– Austria, PEDAX – Niemcy, M.E.P. 

Macchine Elettroniche – W∏ochy, 

Pratto – Grecja. 

Szczegó∏owe informacje o targach 

mo˝na znaleêç na www.wire.de. 



Tematyka espozycji b´dzie si´ 

koncentrowa∏a wokó∏ surowców, 

rur i wyposa˝enia oraz maszyn do 

produkcji rur. Elementem oferty targowej 

b´dzie tak˝e handel rurami 

z metali ˝elaznych i nie˝elaznych, 

tworzyw sztucznych, w∏ókien szklanych, 

szk∏a, ceramiki, betonu i cementu 

w∏óknistego. Uzupe∏nienie 

b´dzie stanowi∏a technika pomiarów, 

sterowania i regulacji, technika 

kontroli, profile i maszyny oraz 

nowe technologie produkcji i przetwórstwa 

rur. Mocno akcentowana 

b´dzie równie˝ logistyka, ekologia 

oraz monta˝ rurociàgów. Tube zaprezentuje 

swojà ofert´ w halach od 

od 1 do 7 oraz w hali 7A. W hali 2 

b´dzie pawilon chiƒski. 

Wydarzeniem premierowym na 

Tube 2014 b´dzie PTF – Plastic Tube 

Forum. B´dzie to wystawa specjalna 

zorganizowana w hali 7A, na której 

poka˝à si´ firmy zwiàzane z rurami 

z tworzyw sztucznych, a tak˝e miejsce 

spotkaƒ producentów, handlowców 

i u˝ytkowników rur. 

Targi adresowane sà do producentów 

rur, przemys∏u samochodowego, 

chemicznego, ˝elaza, stali, metali 

nie˝elaznych, przemys∏u elektrycznego, 

elektronicznego, budownictwa, 

handlu, rzemios∏a i us∏ug. 

Szczegó∏owe informacje o targach 

dost´pne sà na stronie 

www.Tube.de. 

Komentarz ekspercki Alumast SA 

Infrastruktura oÊwietleniowa odporna na kl´ski ˝ywio∏owe? 

S∏upy kompozytowe najlepszym rozwiàzaniem ratujàcym ˝ycie i bud˝et 

W obliczu cyklicznie wyst´pujàcych kl´sk ˝ywio∏owych coraz wićej 

krajów – w tym paƒstw rozwijajàcych si´ – musi stawiç czo∏a olbrzymim 

wyzwaniom. Trz´sienia ziemi, silne wiatry czy dobrze znane nam powodzie 

skutkujà bowiem nie tylko olbrzymià liczbà ofiar, ale równie˝ 

niewyobra˝alnie wysokimi kosztami naprawy infrastruktury. Oprócz dróg 

i budynków bardzo cz´sto zniszczeniu ulegajà ca∏e rz´dy latarƒ bàdê 

s∏upów oÊwietleniowych. Jak stworzyç noÊniki êróde∏ Êwiat∏a odporne na 

wstrzàsy czy silne wiatry? Odpowiedê na to pytanie ma nadziej´ uzyskaç 

powo∏ywana do ˝ycia przez Alumast SA grupa naukowców z Polski 

i Chile, pracujàca nad dostosowaniem produkcji konstrukcji kompozytowych 

dla najbardziej nara˝onych na kl´ski naturalne regionów globu. 

Pomijajàc kwestie dotyczàce zabezpieczeƒ 

ciàg∏oÊci dostaw pràdu 

do linii energetycznych i ich odpornoÊci 

na zniszczenia, rosnàca liczba 

nietypowych anomalii pogodowych, 

takich jak orkan Ksawery, 

spowodowa∏a, ˝e powsta∏o zapotrzebowanie 

na rozwiàzania oÊwietleniowe 

mogàce oprzeç si´ dzia- 

∏aniom si∏ natury. Standardowe, 

wyprodukowane z betonu i stali 

noÊniki êróde∏ Êwiat∏a – dotychczas 

wykorzystywane niemal w 100% 

– nie spe∏niajà bowiem swoich 

zadaƒ. Stanowià równie˝ dodatkowe 

niebezpieczeƒstwo. Wa˝àcy 

ok. tony s∏up z betonu, kruszàc si´ 

i ∏amiàc w wyniku trz´sienia, mo˝e 

upadajàc, zabiç przebywajàcych 

w pobli˝u ludzi. S∏up stalowy natomiast, 

w wyniku d∏ugotrwa∏ego 

kontaktu z wodà popowodziowà, 

koroduje i p´ka, równie˝ powodujàc 

ryzyko przygniecenia. Ponadto 

koszty, jakie niosà ze sobà naprawy 

i wymiana dotychczasowych s∏upów, 

cz´sto przerastajà mo˝liwoÊci 

lokalnych w∏adz. Zastosowanie nowoczesnych, 

odpornych na kataklizmy 

rozwiàzaƒ pozwoli∏oby zaoszcz´dziç 

du˝o pieni´dzy, a Êrodki 

dotychczas przeznaczane na konserwacj´ 

mog∏yby w wi´kszym 

stopniu trafiaç na pomoc doraênà 

oraz zapewnienie schronienia poszkodowanym. 

W Alumast SA – spó∏ce, która od 

2008 roku nieprzerwanie udoskonala 

technologie produkcji s∏upów 

kompozytowych – wiedzieliÊmy, jak 

du˝e jest to wyzwanie, dlatego postanowiliÊmy 

powo∏aç specjalnà 

jednostk´ badawczà, skupionà wy- 

∏àcznie na problemie utrzymania 

infrastruktury oÊwietleniowej po silnej 

wichurze, powodzi czy trz´sieniu 

ziemi. Szukajàc do wspó∏pracy odpowiednich 

specjalistów z dziedziny 

kataklizmów naturalnych, nawiàzaliÊmy 

kontakt z naukowcami z Chile. 

Wybór ten nie by∏ przypadkowy. To 

w∏aÊnie w tym kraju w 1960 r. odnotowano 

najsilniejsze trz´sienie 

ziemi w dziejach Êwiata o magnitudzie 

9,5 stopnia w skali Richtera. 

Ponadto w latach 1980 – 2010 

dosz∏o tam a˝ do 9 tàpni´ç, które 

spowodowa∏y Êmierç ∏àcznie ponad 

1000 osób, a koszty trz´sieƒ ziemi 

oszacowano na ponad 30 miliardów 

dolarów 1 . 

S∏up zbudowany z u˝yciem kompozytu 

polimeroweogo potrafi 

oprzeç si´ wiatrom dochodzàcym 

do 200 km/h. Ponadto udowodniono, 

˝e nawet d∏ugotrwa∏e zanurzenie 

s∏upa w wodzie popowodziowej 

nie ma ˝adnego wp∏ywu na jego 

w∏aÊciwoÊci. Po sta∏ym zanurzeniu 

nie wystàpi∏y ˝adne odkszta∏cenia, 

woda nie zaburzy∏a równie˝ 

1 

èród∏o: http://www.preventionweb.net/ 

english/countries/statistics/?cid=35 


7


spójnoÊci konstrukcji, s∏up kompozytowy 

mo˝e pozostawaç pod wodà 

bardzo d∏ugo, nie tracàc nic ze 

swojej u˝ytecznoÊci. 

Rezultaty badaƒ zostanà poddane 

weryfikacji w Santiago z uwzgl´dnieniem 

przydatnoÊci s∏upów 

kompozytowych do u˝ytkowania 

w rejonach aktywnych sejsmicznie. 

Dodatkowo powtórzone zostanà 

testy na oddzia∏ywanie wiatru 

i wody, gdy˝ w Chile wyst´puje 

zagro˝enie szybkiego nast´powania 

procesu korozji, zwiàzanego 

z du˝ym nat´˝eniem mg∏y solnej. 

Okazuje si´, ˝e s∏up kompozytowy 

to najlepsze z dost´pnych na rynku 

rozwiàzaƒ dla paƒstw nara˝onych 

na wyst´powanie kl´sk ˝ywio∏owych 

i anomalii pogodowych, poniewa˝: 

wa˝y 60 kilogramów, dlatego 

je˝eli nawet zostanie wyrwany 

z fundamentu i przewrócony, nie 

powoduje du˝ych szkód w infrastrukturze, 

a jego uderzenie zdecydowanie 

zmniejsza ryzyko poniesienia 

Êmierci (w porównaniu ze 

s∏upem betonowym czy stalowym); 

do ponownego ustawienia 

s∏upa wystarczy zespó∏ z∏o˝ony 

z dwóch doros∏ych ludzi, co eliminuje 

u˝ycie ci´˝kiego sprz´tu, który 

mo˝e zostaç wys∏any na pomoc 

przysypanym ludziom – zmniejsza 

równie˝ koszty rekonstrukcji infrastruktury 

oÊwietleniowej; 

potrafi wytrzymaç silne wiatry 

o pr´dkoÊci powy˝ej 200 km/h; 

nie koroduje w wyniku d∏ugotrwa∏ego 

kontaktu z wodà popowodziowà 

lub morskà. 

S∏upy Alumast stanowià idealne 

rozwiàzanie dla paƒstw nara˝onych 

na wyst´powanie kataklizmów. 

Potwierdza to m.in. fakt, ˝e 

w nast´pstwie prowadzonych badaƒ 

zakontraktowaliÊmy dostawy 

naszych produktów nie tylko do 

Chile, ale równie˝ Brazylii i na Kub´. 

Nie poprzestajemy jednak na dotychczasowych 

przedsi´wzićiach. 

Stale doskonalàc ofert´, obecnie 

pracujemy nad specjalnym fundamentem 

s∏upów, mogàcym dodatkowo 

zmniejszyç ryzyko obalenia 

Grafen to p∏aska struktura z∏o˝ona 

z atomów w´gla. Polska jest 

jednym z liderów badania nad tym 

materia∏em. 

Koncepcj´ produkcji grafenu 

opracowa∏ Instytut Technologii 

Materia∏ów Elektronicznych (jeden 

z wiodàcych w skali globalnej oÊrodków 

badaƒ nad grafenem). We 

wrzeÊniu 2011 r. Instytut podpisa∏ 

porozumienie o wspó∏pracy z Agencjà 

Rozwoju Przemys∏u. 

NowoÊcià nie jest to, ˝e w Polsce 

po raz pierwszy wyprodukowano 

grafen. Grafen zosta∏ uzyskany 

w 2004 r. metodà zdzierania warstwy 

w´gla z grafitu w wyniku prac zespo∏u 

badaczy brytyjsko-rosyjskich. 

Za to odkrycie Andre Geim i Konstantin 

Novoselov zostali nagrodzeni 

w 2010 r. Nagrodà Nobla. InnowacyjnoÊç 

polega na tym, ˝e potrafimy 

z niego robiç wi´ksze elementy. Jako 

jedyni mamy oficjalnie opracowanà 

metod´ do produkcji wi´kszych kawa∏ków 

grafenu. 

Jak dotàd Polska jest pierwszym 

krajem, który oficjalnie przyzna∏ si´, 

˝e ma opracowanà technologi´ na 

przemys∏owà produkcj´ tego materia∏u. 

W czerwcu 2013 r. program grafenowy 

zdoby∏ 60 mln z∏ dotacji 

konstrukcji w wyniku trz´sienia 

ziemi. Zespó∏ z Santiago b´dzie 

równie˝ w przysz∏oÊci konsultowaç 

z nami kolejne opracowane wspólnie 

rozwiàzania patentowe. 

Zbigniew Szkopek 

Autor jest prezesem spó∏ki Alumast SA, 

czo∏owego producenta i dostawcy masztów 

flagowych oraz s∏upów oÊwietleniowych 

w Polsce i na Êwiecie. 

W Polsce rusza produkcja grafenu 

w Konkursie GrafTech zorganizowanym 

przez Narodowe Centrum 

Badaƒ i Rozwoju. 

Grafen jest materia∏em, który 

w przysz∏oÊci znajdzie bardzo szerokie 

zastosowanie w produkcji m.in.: 

nowych pó∏przewodników – z 

szansami na szybkie uk∏ady scalone 

i pamići o „wiecznej” trwa∏oÊci, 

ekranów dotykowych o wysokiej 

trwa∏oÊci, 

ogniw s∏onecznych nowej generacji, 

superkondensatorów b´dàcych 

alternatywà dla akumulatorów m.in. 

w samochodach elektrycznych, 

materia∏ów kompozytowych 

(tworzyw sztucznych przewodzàcych 

ciep∏o i pràd elektryczny, 

mo˝liwych do wykorzystania m.in. 

w przemyÊle lotniczym czy kosmicznym). 

W Polsce jest ju˝ mo˝liwa produkcja 

grafenu. Ruszy∏a te˝ jego 

sprzeda˝ internetowa przez stron´ 

www.grapheneshop.pl. 

Technologi´ pozwalajàcà na produkowanie 

taniego grafenu opracowa∏ 

i opatentowa∏ zespó∏ pod kierownictwem 

dr. in˝. W∏odzimierza 

Strupiƒskiego z Instytutu Technologii 

Materia∏ów Elektronicznych 

(ITME) w 2011 r. Produkcjà grafenu 



zajmie si´ firma utworzona przez 

Agencj´ Rozwoju Przemys∏u oraz 

ITME – partner strategiczny projektu. 

Zastosowanie grafenu obejmuje 

praktycznie wszystkie dziedziny ˝ycia. 

To materia∏ sto razy bardziej 

wytrzyma∏y od stali, który jest jednoczeÊnie 

elastyczny i rozciàgliwy, 

jest tak˝e hydrofobowy, ma w∏aÊciwoÊci 

bakteriobójcze, jest przezroczysty, 

przewodzi elektrycznoÊç 

lepiej ni˝ miedê czy srebro, transferuje 

elektrony sto razy szybciej ni˝ 

krzem. 

Ford wdra˝a nowe oprogramowanie Siemens 

Firma Ford, globalny u˝ytkownik 

oprogramowania do zarzàdzania 

cyklem ˝ycia produktów firmy Siemens, 

w ramach programu pilota- 

˝owego wdra˝a nowe oprogramowanie 

umo˝liwiajàce wirtualnà eksploracj´ 

zak∏adów produkcyjnych a˝ 

do poziomu poszczególnych stanowisk 

roboczych. 

IntoSite to opracowana przez 

firm´ Siemens przy u˝yciu infrastruktury 

Google Earth aplikacja 

sieci web oparta na chmurze, która 

pozwala u˝ytkownikom dzieliç si´ 

informacjami dotyczàcymi zak∏adów 

produkcyjnych. 

Nowa aplikacja przechowuje trójwymiarowe 

modele zak∏adów produkcyjnych 

i pozwala u˝ytkownikom 

na ich wirtualne eksplorowanie 

– a˝ do poziomu pojedynczych 

stanowisk roboczych. Wynikajàce 

z tego korzyÊci to m.in. lepsza komunikacja, 

wydajnoÊç oraz standaryzacja. 

IntoSite zosta∏o opracowane przez 

jednostk´ organizacyjnà zarzàdzania 

cyklem ˝ycia produktu (PLM) firmy 

Siemens jako narz´dzie dla profesjonalistów 

produkcyjnych, które 

pozwala przenosiç si´ wirtualnie do 

dowolnej fabryki na Êwiecie i eksplorowaç 

jà, a tak˝e uzgadniaç, 

wspólnie zdobywaç i dzieliç si´ 

wiedzà. IntoSite daje producentom 

wirtualny dost´p do fabryk wraz 

z opcjami planowania produkcji, 

rozwiàzywania problemów i dzielenia 

si´ najlepszymi praktykami 

w skali ca∏ego globu. Umo˝liwia 

tak˝e ∏atwiejszy sposób dost´pu 

do wiedzy przechowywanej w PLM 

i innych systemach IT, bez koniecznoÊci 

wykonywania zawi∏ych czynnoÊci 

zwiàzanych z korzystaniem 

z wielu ró˝nych êróde∏ informacji. 

W ka˝dej lokalizacji wirtualnej 

in˝ynierowie i inni cz∏onkowie zespo∏u 

mogà umieszczaç pinezki – jak 

na mapie Google – i dodawaç skojarzone 

z tymi pinezkami nagrania 

wideo, dokumenty lub obrazy. W ten 

sposób powstaje prywatna przestrzeƒ 

wirtualna, w której u˝ytkownicy 

mogà ∏atwo zapisywaç i udost´pniaç 

ró˝ne materia∏y, umo˝liwiajàc 

lepszà komunikacj´ mi´dzy 

fabrykami i innymi miejscami na 

ca∏ym Êwiecie. 

Program pilota˝owy IntoSite, poczàtkowo 

badany w zak∏adach produkcyjnych 

Forda w Wayne w stanie 

Michigan, powinien przynieÊç 

dodatkowe korzyÊci dla Forda i jego 

globalnego zespo∏u produkcyjnego 

w nast´pujàcych obszarach: 

WydajnoÊç: IntoSite daje mo˝liwoÊç 

przechowywania we wspólnej 

przestrzeni i uzyskiwania dost´pu 

do dokumentów dotyczàcych 

okreÊlonych zagadnieƒ, zamiast korzystania 

z wielu ró˝nych systemów 

wewn´trznych. Usprawnia równie˝ 

proces wspó∏dzielenia du˝ych plików 

multimedialnych, które cz´sto 

wymagajà korzystania z zewn´trznego 

oprogramowania do udost´pniania 

lub u˝ywania dysków sieciowych 

z limitami rozmiaru i czasu 

przechowywania. 

Globalizacja: Dajàc mo˝liwoÊç 

wirtualnego podró˝owania do fabryk 

na ca∏ym Êwiecie, IntoSite pomaga 

w ∏àczeniu ze sobà odleg∏ych lokalizacji 

przez prezentacj´ rzeczywistych 

widoków miejsc we wspólnej 

przestrzeni online. 

Standaryzacja: Kluczowy element 

systemu produkcyjnego 

Forda, jakim jest standaryzacja, 

osiàgnie wy˝szy poziom dzi´ki 

wprowadzeniu w aplikacji IntoSite 

funkcji udost´pniania plików. Pomo˝e 

ona w rozwiàzywaniu problemów 

produkcyjnych, ustanawianiu 

i wspó∏dzieleniu globalnych 

procesów oraz eliminowaniu niezgodnoÊci. 

Robot na linii produkujàcej spr´˝yny 

Ronet Sp. z o.o., producent 

spr´˝yn i elementów spr´˝ystych 

z Wićborka (kujawsko-pomorskie), 

stworzy∏ innowacyjnà, w pe∏ni 

zautomatyzowanà lini´ produkcyjnà 

wykorzystujàcà robota Universal 

Robots. 

Ronet produkuje spr´˝yny, z 

drutów o Êrednicy od 0,3 mm do 

20 mm, które majà zastosowanie 

w wielu bran˝ach, w szczególnoÊci 

motoryzacyjnej i rolniczej. Rocznie 

Ronet wytwarza ponad tysiàc rodzajów 

spr´˝yn. Blisko 15 procent 


9


UR5 Universal Robots na linii produkcji w spó∏ce Ronet 

produkowanych jest na eksport. 

Spó∏ka postawi∏a sobie za cel szybkà 

obs∏ug´ oraz najwy˝szà jakoÊç 

i dok∏adnoÊç wykonania swoich 

produktów. 

„Stawiamy na innowacyjnà produkcj´, 

aby zagwarantowaç najwy˝szà 

jakoÊç naszych wyrobów 

oraz usprawniç proces ich wytwarzania. 

Na potrzeby naszej linii produkcyjnej 

wybraliÊmy robota Universal 

Robots ze wzgl´du na jego 

unikalne cechy – m.in. elastycznoÊç 

i mo˝liwoÊç pracy obok ludzi bez 

dodatkowych zabezpieczeƒ” – ocenia 

Bogumi∏ Zach, prezes zarzàdu 

Ronet. 

Robot UR5 jest elementem w pe∏ni 

zautomatyzowanej linii produkcyjnej. 

Do jego zadaƒ nale˝y przenoszenie 

spr´˝yn po obróbce 

cieplnej do szlifierki, a nast´pnie 

wprowadzanie uprzednio zeszlifowanych 

spr´˝yn do maszyny wytrzyma∏oÊciowej. 

Wykonane pomiary 

przekazywane sà do lasera, który 

na ka˝dej spr´˝ynie wykonuje znakowanie 

w postaci opisu jej parametrów. 

Tak opisane spr´˝yny robot 

przenosi na pole odk∏adcze do 

pakowania. 

O wyborze robota Universal 

Robots dostarczanego przez firm´ 

Pol-Sver zadecydowa∏a przede 

wszystkim prosta obs∏uga, szybkoÊç 

dzia∏ania oraz bezpieczeƒstwo pracy. 

UR5 Universal Robots mo˝e 

dzia∏aç bez ogrodzenia zabezpieczajàcego 

bàdê innych specjalnych 

zabezpieczeƒ. Rami´ robota automatycznie 

zatrzymuje si´ przy 

zetknićiu z jakàkolwiek przeszkodà. 

Robot UR5 o udêwigu 5 kg oraz 

zasi´gu 850 mm wa˝y zaledwie 

18 kg. Dzi´ki swojej mobilnoÊci oraz 

ma∏ym wymiarom mo˝e byç wykorzystywany 

równie˝ na innych 

stanowiskach. Dodatkowo jest on 

bardzo prosty w programowaniu, co 

by∏o istotnym elementem przy jego 

wyborze. 

„Bardzo wa˝na by∏a dla nas intuicyjna 

obs∏uga oraz ∏atwoÊç programowania. 

Trajektoria ruchu robota 

mo˝e byç bowiem wskazana 

nie tylko na panelu sterowania, ale 

równie˝ poprzez rćzne ustawienie 

robota w wyznaczonej pozycji” – 

mówi Bogumi∏ Zach. 

Zautomatyzowanie linii produkcyjnej 

oraz zakup robota UR5 odby- 

∏y si´ w ramach dotacji na innowacje 

– inwestycja finansowana 

z Europejskiego Funduszu Rozwoju 

Regionalnego Innowacyjna Gospodarka 

– wdro˝enie technologii produkcji 

dzia∏anie 4.3. 

Velleman K8200 – drukarka 3D 

Drukowanie przestrzenne jest 

efektywnà i dynamicznie rozwijajàcà 

si´ technologià prototypowania 

niewielkich elementów 

sk∏adowych. Znaczàco skraca czas 

od powstania projektu do wprowadzenia 

na rynek produktu przez 

mo˝liwoÊci przetestowania nowych 

pomys∏ów na modelach 3D. 

Firma Conrad poinformowa∏a 

o dost´pnoÊci zestawu drukarki 3D, 

który umo˝liwia wykonywanie prototypów 

i modeli przy zachowaniu 

bardzo wysokiej dok∏adnoÊci 

odwzorowania. Przy u˝yciu urzàdzenia 

Velleman K8200 mo˝na 

tworzyç obiekty 3D o wymiarach 

do 200 x 200 x 200 mm, przy rozdzielczoÊci 

pozycjonowania dla 

osi XY wynoszàcej 0,015 mm i maksymalnej 

szybkoÊci drukowania 

300 mm/s. 

Prototypy w formie trójwymiarowych 

wydruków mogà byç 

stosowane przez projektantów 

wszystkich rodzajów do sprawnego 

i wydajnego testowania 

cz´Êci sk∏adowych lub obudowy. 

Urzàdzenie Velleman K8200 wykorzystuje 

technologi´ druku Fused 

Filament Fabrication (FFF) i pozwala 

na tworzenie obiektów z takich 

materia∏ów jak poliaktyd 

(PLA) lub ABS. 

To nowe urzàdzenie, odznaczajàce 

si´ du˝à szybkoÊcià 

dzia∏ania i dok∏adnoÊcià, 

jest kompatybilne 

z oprogramowaniem do drukarki 

RepRap 3D. Pobieranie 

plików oraz rysunków 

w celu wydrukowania poszczególnych 

cz´Êci nie 

sprawia ˝adnych trudnoÊci. 

Oferowane przez firm´ 

Conrad urzàdzenie Velleman 

K8200 pomo˝e klientom, 

z których znacznà cz´Êç 

stanowià programiÊci i in- 

˝ynierowie tworzàcy nowe 

produkty. 

Przy u˝yciu zestawu drukarki 

3D mo˝na ∏atwo i szyb- 



ko stworzyç modele i prototypy 

niewielkich przedmiotów. Drukarka 

za pomocà systemu „layer by 

layer” nak∏ada kolejne cienkie 

warstwy materia∏u, tworzàc w ten 

sposób model 3D drukowanego 

obiektu. Zestaw Velleman K8200 

tworzy obiekty 3D za pomocà jednego 

drutu z tworzywa sztucznego 

(poliakrylonitryl-co-butadien- 

-co-styren), w skrócie ABS lub Polilaktyd, 

w skrócie PLA) o gruboÊci 

3 mm. SzybkoÊç druku wynosi 

od 150 do 300 mm/s (w zale˝noÊci 

od obiektu). 

Przy u˝yciu oprogramowania 

RepRap lub innego, kompatybilnego 

z drukarkà 3D, przygotowanie 

i wykonanie elementów jest 

bardzo szybkie i precyzyjne, równie˝ 

przy wykorzystaniu wy˝szych 

pr´dkoÊci pracy. Zestaw K8200 

montuje si´ na ramie aluminiowej. 

Zaletà zastosowania konstrukcji 

aluminiowej jest ∏atwoÊç monta˝u 

i demonta˝u modu∏ów oraz wysoka 

stabilnoÊç konstrukcji. 

Do pracy z urzàdzeniem wymagany 

jest komputer (MAC, WIN ® 

lub LINUX) oraz po∏àczenie z internetem 

do pobrania instrukcji 

i wskazówek dotyczàcych drukowania. 

Aby sprostaç wymogom przemys∏u 

dotyczàcym wysoce precyzyjnych 

zadaƒ zwiàzanych ze szlifowaniem 

profili w budowie narz´dzi 

lub form, firma Okamoto oferuje 

ultraprecyzyjnà szlifierk´ profilowà 

mikro UPZ 210 Li II. Technika 

silników liniowych jest podstawà 

najwy˝szej produktywnoÊci, wyjàtkowej 

dok∏adnoÊci oraz krótkich 

czasów obróbki (fot. 1). 

Standardowo podczas szlifowania 

profili z du˝à pr´dkoÊcià stosuje 

si´ sterowane krzywkowo maszyny 

i serwomotory. Firma Okamoto wykorzystuje 

natomiast technologi´ 

liniowà dla osi sto∏u oraz ruchu 

poziomego i pionowego. Z jednej 

strony umo˝liwia to osiàgnićie 

Niektóre parametry drukarki Velleman 

K8200, zestaw do z∏o˝enia 

SzerokoÊç – 450 mm 

WysokoÊç – 600 mm 

Napićie robocze – 12 V/DC 

Waga netto – 8,7 kg 

D∏ugoÊç – 600 mm 

Szlifowanie kompleksowych profili 

wyraênie wy˝szych wartoÊci przyspieszenia, 

a z drugiej wyjàtkowà 

dok∏adnoÊç powtórzeƒ. 

Mateusz Cieniek, Application 

Engineer w centrum badawczo- 

-rozwojowym we Wroc∏awiu: „Silniki 

liniowe, zastosowane w nowej 

szlifierce UPZ 210 Li II, pozwalajà 

na osiàgnićie pr´dkoÊci sto∏u do 

50 m/min. Przy d∏ugoÊci skoku wynoszàcej 

20 mm mo˝na wykonaç 

do 250 podwójnych skoków na 

minut´. W po∏àczeniu ze sta∏ym 

ruchem dosuwu praca jest wyraênie 

szybsza ani˝eli w przypadku 

zwyk∏ych szlifierek profilowych, co 

znacznie zwi´ksza produktywnoÊç”. 

Oprócz wersji normalnej dost´pna 

jest tak˝e szlifierka profilowa 


11


mikro w wersji UPZ 

210 Li II-2 z dwoma 

osobnymi wrzecionami 

szlifujàcymi. 

„Double Eagle” pozwala 

u˝ytkownikowi 

na szlifowanie wst´pne 

oraz precyzyjne na 

jednej maszynie, bez 

wymiany narz´dzia 

(fot. 2). Dodatkowo 

zwi´ksza to produktywnoÊç 

oraz oszcz´dza 

czas i pieniàdze. 

Rozmieszczenie prowadnic 

osi wzd∏u˝nej Fot. 1. fot. Okamoto Europe 

i poprzecznej na tej 

samej p∏aszczyênie przyczynia si´ 

do stabilnoÊci mechanicznej maszyny 

tak samo, jak wzmocniony 

korpus z odlewu. Na szlifierce 

UPZ 210 Li II mo˝na stosowaç tarcze 

szlifierskie o wielkoÊci 30 mm 

i pr´dkoÊciach obrotowych wrzeciona 

40 000 obr/min. Umo˝liwia 

to uzyskanie promieni wzd∏u˝nych 

profilu o wymiarze 15 mm, co znacznie 

zwi´ksza na przyk∏ad stabilnoÊç 

produkowanych na maszynie 

precyzyjnych stempli. 

NajnowoczeÊniejsza technologia 

sterownicza i oprogramowanie 

wspierajà operatora oraz skracajà 

czasy programowania. Mo˝na 

zatem korzystaç z danych CAD 

z wczeÊniejszych procesów produkcyjnych 

i tworzyç Êcie˝ki profili. 

Interfejs u˝ytkownika zapewnia ponadto 

ró˝ne mo˝liwoÊci realizacji 

kszta∏tów profili w 3D za pomocà 

wprowadzania wymiarów. 

Przez wprowadzenie pozycji poczàtkowej 

i koƒcowej wykonywanego 

konturu w pliku CAD oraz 

Fot. 2. fot. Okamoto Europe 

okreÊlenie punktu referencyjnego 

automatycznie tworzony jest program 

ISO. Zintegrowana funkcja 

graficzna oprogramowania symuluje 

Êcie˝ki programu ISO, bez koniecznoÊci 

poruszania osiami. Dzi´ki 

temu operator maszyny jest w stanie 

szybko i efektywnie wprowadziç 

oraz sprawdziç zmiany. 

Zintegrowany system pomiarowy 

w maszynie dodatkowo zwi´ksza 

produktywnoÊç i dok∏adnoÊç 

podzespo∏ów. Kamera CCD z nawet 

300-krotnym powi´kszeniem automatycznie 

mierzy elementy i redukuje 

braki. 

Prototyp pierwszego polskiego silnika plazmowego 

do sond kosmicznych 

Prototyp pierwszego polskiego 

silnika plazmowego do sond kosmicznych 

przeszed∏ pomyÊlnie testy 

w warunkach zbli˝onych do panujàcych 

w przestrzeni kosmicznej, 

w laboratorium Europejskiej Agencji 

Kosmicznej (ESA – ESTEC) 

w Nordwijk (Holandia). 

Grupa polskich naukowców z Instytutu 

Fizyki Plazmy i Laserowej 

Mikrosyntezy (IFPiLM) w Warszawie 

opracowuje specjalny silnik 

do nap´du sond kosmicznych i satelitów, 

który b´dzie taƒszy w eksploatacji 

od obecnie istniejàcych 

rozwiàzaƒ. Podczas sesji eksperymentalnej 

silnik pracowa∏ wystarczajàco 

d∏ugo, by zmierzyç wa˝ne 

parametry (np. si∏´ ciàgu). 

Testowany silnik to elektryczny 

nap´d plazmowy typu Halla. Takie 

silniki sà u˝ytkowane w przestrzeni 

kosmicznej i wykorzystywane 

do utrzymywania satelitów na po- 

˝àdanej orbicie oraz do zmiany ich 

orientacji. Znalaz∏y one zastosowanie 

równie˝ jako silniki nap´dowe 

w sondach dalekiego zasi´gu. 

Ze wzgl´du na relatywnie niskie 

zu˝ycie „paliwa” sà powa˝nà konkurencjà 

dla tradycyjnych silników 

rakietowych, które dla takiej 

samej misji kosmicznej potrzebujà 

oko∏o dziesi´ç razy wićej paliwa 

od silników plazmowych. 

Silnik wa˝y 4 kg i ma kszta∏t 

cylindra o Êrednicy 10 cm i d∏ugoÊci 

12 cm. Jego maksymalna moc wynosi 

oko∏o pó∏ kilowata. Urzàdzenie 

polskich naukowców wytwarza 

si∏´ ciàgu wystarczajàcà do 

pracy na satelitach o masie do 

oko∏o 100 kg. W ma∏ych próbnikach 

kosmicznych opracowany 

nap´d móg∏by pe∏niç rol´ silnika 

nap´dowego. Celem naukowców 

z IFPiLM jest budowa silnika typu 

Halla taƒszego w eksploatacji od 

dotychczas u˝ywanych przez zastosowanie 

kryptonu jako gazu roboczego, 

który jest nawet 10-krotnie 

taƒszy od najcz´Êciej stosowanego 

ksenonu. 

Podczas projektowania silnika, 

w celu obni˝enia kosztów i zmniejszenia 

liczby kolejnych prototypów, 

naukowcy z IFPiLM przeprowadzili 

wiele symulacji komputerowych, 

aby uzyskaç takà 

konfiguracj´ elementów silnika, 

która umo˝liwi uzyskanie najwy˝szej 

sprawnoÊci. Do symulacji 

wykorzystano specjalnie stworzony 

program. Obliczona sprawnoÊç 

prototypowego silnika dosyç 

dobrze zgadza si´ ze wst´pnymi 

wynikami testów wykonanych 

w laboratorium ESA i w optymalnych 

warunkach dochodzi 

do 50%. 

Po pierwszych badaniach naukowcy 

czekajà na pe∏ne wyniki 

testów opracowane przez specjalistów 

z ESA i jednoczeÊnie pracujà 

nad kolejnym prototypem. 

Pierwsze testy prototypowego 

uk∏adu pokaza∏y, gdzie wskazane 

sà modyfikacje. W przysz∏ym roku 

kolejny prototyp b´dzie przechodzi∏ 

testy, tak˝e w laboratorium ESA. 

Dokoƒczenie na 14 str. 



13


Dokoƒczenie z 12 str. 

Najnowsze badania eksperymentalne 

polskich naukowców mogà 

przyczyniç si´ do redukcji kosztów 

eksploatacji satelitów oraz sond 

kosmicznych. 

Projekt i budowa pierwszej wersji 

elektrycznego silnika plazmowego 

typu Halla zosta∏y sfinansowane 

przez Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej 

Mikrosyntezy. Badania w laboratorium 

ESA oraz budowa kolejnego 

prototypu sà finansowane 

z bud˝etu projektu KLIMT (Krypton 

Large Impulse Thruster) realizowanego 

w ramach Porozumienia 

o Europejskim Paƒstwie Wspó∏pracujàcym 

zawartego mi´dzy Polskà 

a ESA. 

Prototyp pierwszego polskiego 

silnika plazmowego na razie s∏u˝y 

do badaƒ naukowych, ale w przysz- 

∏oÊci przewidziana jest jego produkcja 

z udzia∏em partnerów przemys- 

∏owych w celu wykorzystania go do 

zadaƒ w przestrzeni kosmicznej. 

Ten sam zespó∏ pracuje w IFPiLM 

nad drugim, du˝o mniejszym silnikiem, 

który w przysz∏oÊci znajdzie 

zastosowanie na ma∏ych sondach 

lub satelitach, takich jak polski satelita 

LEM. 

Eaton to przedsi´biorstwo zarzàdzajàce 

energià, oferujàce energooszcz´dne 

rozwiàzania wspomagajàce 

efektywne zarzàdzanie 

wykorzystaniem energii elektrycznej, 

hydraulicznej i mechanicznej. 

Firma wprowadza na rynek 

nowà seri´ miniaturowych czujników 

fotoelektrycznych o rozbudowanych 

mo˝liwoÊciach detekcji 

Fot. 1. Nowe czujniki fotoelektryczne 

NanoView E71 oferujà konstruktorom 

maszyn i systemów niezawodne i ekonomiczne 

rozwiàzanie detekcji obiektów 

w zakresie od 0,35 m do 2,5 m 

– E71 NanoView. Ta seria prostokàtnych 

czujników fotoelektrycznych 

zosta∏a opracowana w celu 

zapewnienia optymalnej jakoÊci 

i wydajnoÊci pomiarów dla aplikacji 

cechujàcych si´ ograniczonà 

przestrzenià. Nowe czujniki, o d∏ugoÊci 

mniejszej ni˝ 38 mm, a g∏´bokoÊci 

13 mm, potrzebujà minimalnej 

przestrzeni monta˝owej. 

Seria NanoView ma wiele trybów 

pracy i pokrywa szeroki zakres 

zastosowaƒ. Do najwa˝niejszych 

wersji i trybów funkcjonowania 

nale˝y zaliczyç czujniki refleksyjne 

z polaryzacjà (2,5 m), czujniki typu 

bariera (1,5 do 6 m), czujniki odbiciowe 

(350 mm) oraz wykrywanie 

obiektów przezroczystych. 

E71 NanoView 

Czujniki NanoView majà plastikowà 

obudow´ z tworzywa ABS 

o stopniu ochrony IP66, co pozwala 

na u˝ytkowanie ich w wymagajàcych 

Êrodowiskach. Dwie diody 

LED na górze urzàdzenia zapewniajà 

dobrze widoczne wskazania 

trybu pracy i wyjÊcia. Wszystkie 

modu∏y sà przystosowane do pracy 

pod napićiem od 10 do 30 VDC 

i posiadajà certyfikaty dopuszczajàce 

je do u˝ytkowania na ca∏ym 

Êwiecie. 

Kompaktowe, miniaturowe czujniki 

z serii E71 sà w stanie wykrywaç 

przezroczyste obiekty, takie 

jak butelki plastikowe, przedmioty 

szklane oraz folie. Gwarantujà 

wysoki poziom niezawodnoÊci 

nawet w wymagajàcych aplikacjach, 

takich jak detekcja butelek 

w ró˝nych kolorach i o ró˝nych 

gruboÊciach. Potencjometr znajdujàcy 

si´ bezpoÊrednio na urzàdzeniu 

pozwala dostosowaç cz´stotliwoÊç 

czujnika do specyficznych 

wymagaƒ aplikacji. Dobrze 

widoczna czerwona wiàzka LED 

u∏atwia ustawienie bariery Êwietlnej. 

Wszystkie modele majà prze- 

∏àcznik trybu pracy jasno/ciemno. 

Wersje ze sta∏à ostroÊcià wiàzki 

i ogniskowà 100 mm doskonale 

nadajà si´ do wykrywania ma∏ych 

obiektów. 

Nowa seria urzàdzeƒ obejmuje 

równie˝ czujniki fotoelektryczne 

z rodziny Comet, które cechujà 

si´ szczególnie efektywnà emisjà 

Êwiat∏a i mieszczà si´ w cylindrycznej 

obudowie o Êrednicy 

18 mm. Dost´pne sà w ró˝nych 

wersjach, pasujàc do praktycznie 

ka˝dego zadania detekcji. Wysokie 

nat´˝enie Êwiat∏a zapewnia 

d∏ugie i bezproblemowe dzia∏anie. 

Fot. 2. Wysokowydajne czujniki fotoelektryczne 

z serii Comet zapewniajà 

niezawodnà detekcj´ obiektów nawet 

w zanieczyszczonych Êrodowiskach, co 

pozytywnie wp∏ywa na ciàg∏oÊç pracy 

systemów 

Silna i dobrze widoczna wiàzka 

Êwietlna niezawodnie wykrywa 

˝àdany obiekt nawet w zanieczyszczonym 

Êrodowisku. Seria 

Comet jest dost´pna w wersjach 

thru-beam (bariera) oraz jako czujniki 

odbicia, odbicia z polaryzacjà, 

refleksyjno-dyfuzyjne, refleksyjno-dyfuzyjne 

z wiàzkà zogniskowanà, 

refleksyjno-dyfuzyjne 

o szerokim kàcie wiàzki, Perfect 

Prox, fine spot Perfect Prox oraz 

jako modele Êwiat∏owodowe. Znajdujàce 

si´ wewnàtrz obudowy 

elementy sà dobrze uszczelnione, 

co zapewnia doskona∏à wydajnoÊç 

w Êrodowiskach, gdzie wyst´pujà 

wibracje oraz wstrzàsy. 

Czujniki fotoelektryczne firmy 

Eaton wyró˝niajà si´ ze wzgl´du 

na swojà bardzo solidnà konstrukcj´ 

i szczególnie wysokà emisj´ 

Êwiat∏a. Wiele ró˝nych wersji 

pozwala na wykorzystywanie produktów 

w szerokim zakresie zastosowaƒ. 

Technologia Perfect Prox 

gwarantuje optymalne t∏umienie 

wp∏ywu t∏a oraz niezawodne funkcjonowanie 

czujników. 

èród∏o: Eaton Electric Sp. z o.o. 



Witamy w Klubie Gwarancyjnym chainflex 

Pomaraƒczowa, srebrna lub z∏ota: gwarancje niezawodnej pracy nawet do 36 miesićy 

Stoisko igus na ostatnich targach SPS IPC Drives – dla bran˝y automatyzacji elektrycznej – poÊwićone 

by∏o tematyce gwarancji. Je˝eli chodzi o przewody, specjalista w dziedzinie systemów zasilania jest 

pierwszym i jedynym dostawcà, który ∏àczy szeroki asortyment przewodów do aplikacji ruchomych 

z gwarancjà okresu ich u˝ytkowania w prowadnikach kablowych. W nowym Klubie Gwarancyjnym 

chainflex producenci maszyn i urzàdzeƒ mogà przez odpowiednià certyfikacj´ otrzymaç gwarancj´, która 

znacznie przekracza ustawowe warunki ramowe. 

igus grupuje Êwiadczenia gwarancyjne dla przewodów chainflex w nowym Klubie Gwarancyjnym: po zarejestrowaniu si´ w tym 

Klubie u˝ytkownik mo˝e pozyskaç znormalizowane gwarancje, wykraczajàce daleko poza zakres ustawowej r´kojmi, wynoszàcej 

12 miesićy (fot: igus GmbH) 

Firma igus gwarantuje trwa∏oÊç i niezawodnoÊç 

swoich przewodów, czym zapewnia producentom 

maszyn i urzàdzeƒ pewnoÊç planowania. Celem jest 

zapewnienie wià˝àcych oÊwiadczeƒ dotyczàcych 

trwa∏oÊci przewodów chainflex w prowadnikach 

kablowych. W tym celu firma igus stworzy∏a program 

gwarancyjny dla wszystkich przewodów chainflex 

z programu katalogowego. 

Trzy stopnie gwarancji 

dla niezawodnych przewodów chainflex 

igus grupuje Êwiadczenia gwarancyjne dla przewodów 

chainflex w nowym Klubie Gwarancyjnym: po 

zarejestrowaniu si´ w tym Klubie u˝ytkownik mo˝e 

uzyskaç standardowe gwarancje, wykraczajàce daleko 

poza zakres ustawowej r´kojmi, wynoszàcej 12 miesićy. 

Poszczególne gwarancje zale˝à od poziomu 

obrotów rocznych, uzyskanych w sprzeda˝y przewodów 

chainflex, a ich zakres jest zdefiniowany przez 

okres ich u˝ytkowania lub liczb´ zrealizowanych 

podwójnych cykli pracy maszyny. Certyfikacje oferowane 

sà w trzech ró˝nych stopniach: status „pomaraƒczowy” 

zawiera gwarancj´ wynoszàcà 18 miesićy 

lub pi´ç milionów podwójnych cykli pracy, status 

„srebrny” to 24 miesiàce i siedem i pó∏ miliona cykli 

pracy, a zdobywajàc Z∏otà Kart´ Klubu, u˝ytkownik 

uzyskuje gwarancj´ na 36 miesićy lub dziesi´ç 

milionów podwójnych cykli pracy. 

Warunkiem jest zastosowanie przewodów chainflex 

w warunkach spe∏niajàcych kryteria zastosowania 

dla odpowiednich serii. Dodatkowo doradca ds. sprzeda˝y 

firmy igus przeprowadza certyfikacj´ i – w zale˝noÊci 

od stopnia gwarancji – bezp∏atne szkolenia 

pracowników w zakresie monta˝u i konstrukcji. igus 

oferuje opcjonalnie dalsze Êwiadczenia w ramach 


15


Klubu Gwarancyjnego. Na przyk∏ad daleko idàce 

porady z zakresu mo˝liwego usprawnienia obs∏ugi 

i monta˝u przewodów u u˝ytkownika, obni˝enia 

kosztów procesu i optymalizacji kompletnych systemów 

prowadników przewodów. 

Laboratorium testowe firmy igus: 

serce Êwiadczeƒ gwarancyjnych 

Szczególne kompetencje firmy igus, uzyskane podczas 

niezliczonych testów, sà podstawà tych gwarancji. 

W okresie ponad dwóch dekad wykonano 

w laboratorium firmy igus prawie 300 000 testów. 

DoÊwiadczenie, które zosta∏o zdobyte na przestrzeni 

dziesićioleci, potwierdza, ˝e szczególne obcià˝enia 

przewodów w ich prowadnikach wymagajà zastosowania 

specyficznych procedur testowych. Firma igus 

do tych celów posiada najwi´ksze laboratorium testowe 

w tej bran˝y o powierzchni ponad 1750 metrów 

kwadratowych. Tutaj firma przeprowadza analizy 

szczególnych warunków zastosowania przewodów 

w aplikacjach pozostajàcych w ciàg∏ym ruchu. Maszyny 

testowe wykonujà w okresie roku ponad dwa miliardy 

cykli pracy i 1,4 miliona pomiarów elektrycznych. 

Ponad 700 przewodów pozostaje w ciàg∏ym ruchu. 

Zalicza si´ tutaj testy z zakresu odpornoÊci produktu na 

czynniki chemiczne, testy niskich temperatur do 

poziomu -40°C, a tak˝e testy ruchów obrotowych. Na 

podstawie wyników tych testów igus mo˝e teraz 

przedstawiaç wiarygodne i jasne informacje dotyczàce 

trwa∏oÊci i okresu u˝ytkowania przewodów chainflex. 

Gwarancja obliczalnoÊci 

i szybkiej dostawy 

igus jest jedynym dostawcà, który oferuje mo˝liwoÊç 

obliczenia ˝ywotnoÊci swoich przewodów. Podstawà 

tych obliczeƒ jest baza danych tego przedsi´biorstwa, 

w której zapisywane sà wyniki wszystkich testów. 

Ka˝dy u˝ytkownik mo˝e za pomocà narz´dzia online 

obliczyç dok∏adny okres u˝ytkowania prawie wszystkich 

przewodów z oferty firmy igus bez czasoch∏onnych 

nak∏adów pracy i produkty te równoczeÊnie zamawiaç. 

Tak˝e i nowy katalog chainflex, który zosta∏ 

opublikowany równolegle do targów SPS, zawiera jako 

jedyny w bran˝y zró˝nicowane i precyzyjne informacje 

dotyczàce ˝ywotnoÊci przewodów. Firma igus gwarantuje 

oprócz niezawodnoÊci i okresu u˝ytkowania 

przewodów i systemów dodatkowe opcje, decydujàce 

cz´sto o przewadze na polu konkurencji, typu szybkie 

dostawy komponentów i systemów do wszystkich 

krajów Êwiata. 



WARUNKI PRENUMERATY 

„Przeglàdu Mechanicznego” w 2014 r. 

Prenumerat´ czasopisma mo˝na zamawiaç za poÊrednictwem nast´pujàcych instytucji: 

Zak∏ad Kolporta˝u 

Wydawnictwa SIGMA-NOT Sp. z o.o. 

ul. Ku WiÊle 7 


tel. 22 8403086, 

tel./fax 22 8911374 

www.sigma-not.pl 

RUCH S.A. Oddzia∏ Warszawa 

oraz oddzia∏y w ca∏ym kraju 

Infolinia: 801 800 803 

www.prenumerata.ruch.com.pl 

KOLPORTER S.A. 

ul. Zagnaƒska 61 

25-528 Kielce 

Infolinia: 801 404 044 

www.kolporter.com.pl 

GARMOND PRESS S.A. 

ul. Nakielska 3 


tel. 22 8367059, 22 8367008 

www.garmond.com.pl 

Redakcja PRZEGLÑD MECHANICZNY 


tel. 22 8538113, 22 8430201 w. 255 

www.przegladmechaniczny.pl 

Cena 1 egz. w 2014 r.: 

•wersja drukowana – 24 z∏ (w tym 5% VAT) 

•wersja na CD – 12,20 z∏ (w tym 23% VAT) 

Cena prenumeraty w 2014 r. (w tym VAT) 

wersja drukowana 

na noÊniku CD (pdf) 

kwartalnie – 72 z∏ kwartalnie – 36,60 z∏ 

pó∏rocznie – 144 z∏ pó∏rocznie – 73,20 z∏ 

rocznie – 288 z∏ rocznie – 146,40 z∏ 

Redakcja przyjmuje zamówienia na prenumerat´ przez 

ca∏y rok. Warunkiem przyjćia i realizacji zamówienia jest 

otrzymanie z banku potwierdzenia wp∏aty. 

Prenumerata ze zleceniem wysy∏ki za granic´ – dla osób 

prawnych i fizycznych – jest dwukrotnie wy˝sza. 

Wp∏at na prenumerat´ mo˝na dokonaç na ogólnie dost´pnych 

blankietach w urz´dach pocztowych (przekazy pieni´˝ne) 

lub w bankach (polecenie przelewu), przekazujàc 

Êrodki pod adresem: 

Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego 

„Przeglàd Mechaniczny” 


konto: BPH S.A. O/Warszawa 

97 1060 0076 0000 3210 0014 6850 

Na blankiecie wp∏aty nale˝y podaç liczb´ egzemplarzy, 

okres prenumeraty oraz adres wysy∏kowy. 


17

O FIRMACH 

Ruszy∏a budowa centrum badawczego 

Polskiej Akademii Nauk 

Centrum Badawcze PAN „Konwersja 

Energii i èród∏a Odnawialne”, 

którego budow´ rozpocz´to 

w Jab∏onnie k. Warszawy 16 grudnia 

2013 r., jest jednà z najwi´kszych 

inwestycji realizowanych 

w ramach Regionalnego Programu 

Operacyjnego Województwa Mazowieckiego 

2001 – 2013. Ca∏kowita 

wartoÊç projektu wyniesie blisko 

90 mln z∏. Ponad 75,8 mln stanowiç 

b´dà Êrodki unijne. Centrum 

zostanie oddane do u˝ytku w grudniu 

2014 r. Uruchamianie laboratoriów, 

ich testowanie i wyposa- 

˝anie zakoƒczy si´ w pierwszym 

kwartale roku 2015. 

Centrum badawcze skupi naukowców 

z czterech instytutów PAN, 

dwóch politechnik Warszawskiej 

i Gdaƒskiej, Uniwersytetu Warmiƒsko-Mazurskiego 

w Olsztynie 

oraz Szko∏y G∏ównej Gospodarstwa 

Wiejskiego w Warszawie. Partnerami 

przemys∏owymi placówki b´dà 

spó∏ki: Lotos, Energa, Tauron, 

KGHM Polska Miedê i Siemens. 

Obiekt sk∏adaç si´ b´dzie z 5 zintegrowanych 

budynków, w których 

znajdzie si´ m.in. laboratorium 

mikrosi∏owni kogeneracyjnych, laboratorium 

technik s∏onecznych, 

energetyki wiatrowej i in˝ynierii 

bezpieczeƒstwa oraz magazyn biomasy. 

Przewidziano tak˝e magazyn 

energii z basenem, stacj´ eksperymentalnych 

ma∏ych si∏owni wiatrowych 

i Êcie˝k´ edukacyjnà OZE. 

Przyszli pracownicy centrum – technicy 

monta˝u i obs∏ugi urzàdzeƒ dla 

energetyki ze êróde∏ odnawialnych 

– kszta∏cà si´ ju˝ w Technikum 

Mechanicznym w Legionowie, gdzie 

uruchomiono dla nich klas´ o specjalnym 

profilu. 

– Wizytówkà centrum majà byç 

technologie plus-energetyczne, to 

znaczy przeznaczone dla domów 

prywatnych, ma∏ych osiedli, jednostek 

u˝ytecznoÊci publicznej, takich 

jak szpitale, szko∏y. B´dzie tam ca∏y 

zestaw technologii, w których 

b´dziemy wykorzystywaç coÊ, co 

nazywamy efektem synergii. Chcemy 

tworzyç rozwiàzania najlepiej 

dostosowane do potrzeb ka˝dego 

adresata – komponowaç dla niego 

rozwiàzania hybrydowe – mówi∏ 

kierownik projektu, prof. Jan Kiciƒski 

z Instytutu Maszyn Przep∏ywowych 

im. Roberta Szewalskiego PAN. 

www. naukawpolsce.pap.pl 

Innowacyjne pokrywy bezpieczeƒstwa 

dla przycisków i wy∏àczników awaryjnych 

pokrywy do sta∏ej podstawy umocowanej 

pod przyciskiem lub wy- 

∏àcznikiem awaryjnym. K∏ódka utrzymuje 

na miejscu pokryw´ bezpieczeƒstwa 

przycisku a˝ do momentu 

zakoƒczenia prac konserwacyjnych. 

Rozwiàzanie lockout dla przycisków 

pasuje do wszystkich standardowych 

Êrednic i jest niekosztownà 

inwestycjà ratujàcà 

˝ycie. 

Aby zwi´kszyç bezpieczeƒstwo 

w trakcie 

konserwacji, mo˝na 

wy∏àczyç zasilanie 

maszyn/instalacji 

przez zablokowanie 

wszystkich g∏ównych 

êróde∏ energii. Tak 

d∏ugo, jak trwajà prace, 

êród∏a energii sà 

zablokowane i mogà 

byç uruchomione dopiero, 

gdy zostanà 

zwolnione przez pracowników 

utrzymania ruchu. Firma 

Brady oferuje szeroki zakres urzàdzeƒ 

i k∏ódek blokujàcych prawie 

wszystkie rodzaje zaworów 

i uchwytów. Nowe zabezpieczenie 

typu lockout „Twist and Secure” to 

wydajne i ekonomiczne rozwiàzanie 

dla przycisków awaryjnego zatrzymania. 

Zdejmowana pokrywa 

stanowi wyraêny znak, ˝e nie nale˝y 

uruchamiaç przycisku. Jest ona na 

tyle przezroczysta, aby pracownicy 

utrzymania ruchu mogli zweryfikowaç 

status w∏./wy∏. przycisków. 

Rozwiàzanie lockout dla przycisków 

oraz wy∏àczników awaryjnych 

wymaga tylko jednorazowej instalacji 

niskoprofilowej i porćznej 

sta∏ej podstawy blokujàcej pod przyciskiem 

lub wy∏àcznikiem awaryjnym. 

Na podst. Mat. firmowe Brady 

Wspó∏praca Siemens 

i KUKA 

Firma Siemens-Division Drive 

Technologies oraz KUKA Roboter 

GmbH podczas wystawy EMO 

w Hanowerze w 2013 r. zapowiedzia∏y 

daleko idàcà kooperacj´. 

Wspó∏praca b´dzie dotyczy∏a integracji 

robotów KUKA z rozwiàzaniami 

firmy Siemens w zakresie 

uk∏adów sterowania obrabiarek 

Firma Brady wprowadza innowacyjne 

rozwiàzanie tymczasowo 

zabezpieczajàce dost´p do przycisków 

oraz wy∏àczników awaryjnych, 

co zwi´ksza bezpieczeƒstwo 

w trakcie konserwacji maszyn. 

Nowe bezpieczne rozwiàzanie „Twist 

and Secure” mo˝e byç ∏atwo zainstalowane 

przez proste dokrćenie 

CNC. „To wspólne podejÊcie prowadzi 

do umocnienia koncepcji 

zintegrowanej produkcji i umo˝liwia 

obydwu przedsi´biorstwom 

pozyskanie nowych rynków mi´dzy 

innymi przez Êcis∏e powiàzanie procesów 

obróbki materia∏ów z czynnoÊciami 

za∏adowywania obrabiarek”, 

twierdzi Manfred Gundel, prezes 

KUKA Roboter GmbH. „Uk∏ady 

sterowania numerycznego produkowane 

przez firm´ Siemens oraz 

uk∏ady sterowania robotów KUKA 

sà doskonale przystosowane do 

zintegrowania technologii robotów 

przemys∏owych z technologià sterowania 

numerycznego. Dzi´ki zapowiadanej 

kooperacji mo˝liwe 


O FIRMACH 

b´dzie pog∏´bienie naszej wieloletniej 

wspó∏pracy i wdro˝enie inteligentnych 

rozwiàzaƒ w zakresie 

automatyzacji zgodnie z ideà Industry 

4.0 – czwartej rewolucji przemys∏owej, 

co b´dzie korzystne dla 

obydwu partnerów i zapewni rozwój 

naszych przedsi´biorstw”, dodaje 

dr Robert Neuhauser, prezes Business 

Unit Motion Control Systems 

w firmie Siemens. 

W du˝ym stopniu elastyczna 

i w pe∏ni zautomatyzowana produkcja 

wymaga obecnie kompleksowego 

zintegrowania robotów ze 

zautomatyzowanym Êrodowiskiem 

produkcji. Ze wzgl´du na nowe wymagania 

oraz post´p technologiczny 

coraz ÊciÊlej ∏àczà si´ ze 

sobà obszary zastosowaƒ dla robotów 

i obrabiarek. Stwarza to dogodne 

warunki do umocnienia 

wspó∏pracy pomi´dzy firmà Siemens 

a KUKA w dziedzinie automatyzacji 

z wykorzystaniem robotów. 

Celem jest jeszcze efektywniejsza 

obs∏uga tych bran˝ przemys∏u, 

w których stawiane sà wysokie 

wymagania dotyczàce automatyzacji 

systemów za∏adunkowych 

i obróbki. Przez wspólny 

rozwój klient ma do dyspozycji 

nowe produkty i rozwiàzania, optymalnie 

dopasowane do siebie na 

przestrzeni ca∏ego cyklu technologicznego, 

poczàwszy od konstrukcji 

przez symulacj´ produkcji, 

a skoƒczywszy na procesach in˝ynieryjnych 

i p∏aszczyênie warsztatowej. 

Obydwa przedsi´biorstwa 

ustali∏y ponadto w∏àczenie do 

wspólnego obszaru dzia∏ania tak˝e 

przysz∏ych zagadnieƒ z dziedziny 

automatyzacji i robotyzacji. 

www.kuka-robotics.pl 

Forum Odlewnicze 

FOCAST 

W dniach 3 – 6 czerwca 2014 r., 

podczas odbywajàcych si´ w Poznaniu 

targów ITM, odb´dzie si´ 

pierwsza edycja Forum Odlewniczego 

FOCAST. Jest to nowy projekt 

Mi´dzynarodowych Targów 

Poznaƒskich przeznaczony dla odlewni, 

producentów maszyn i urzàdzeƒ, 

dostawców komponentów, 

us∏ugodawców oraz przedstawicieli 

nauki. 

Forum Odlewnicze FOCAST 

wspó∏organizowane jest z Centrum 

Polskiego Odlewnictwa. Zakres tematyczny 

forum to m.in. odlewy 

˝eliwne, staliwne i ze stopów metali 

nie˝elaznych, odkuwki, a tak˝e 

projektowanie i wytwarzanie maszyn, 

urzàdzeƒ i ca∏ych linii dla odlewnictwa, 

materia∏y formierskie, 

obróbka cieplna odlewów, piece, 

wspomaganie komputerowe w projektowaniu 

odlewów, technika pomiarowa 

i badanie materia∏ów, 

sterowanie i technika regulacji, 

ochrona Êrodowiska oraz odlewy 

Kompozyty Alucobond wy∏àcznie 

w ofercie ThyssenKrupp Energostal 

Od paêdziernika 2013 r. firma 

ThyssenKrupp Energostal jest wy- 

∏àcznym dystrybutorem p∏yt kompozytowych 

Alucobond ® na polskim 

rynku. Wspólna oferta firm 

ThyssenKrupp Energostal i producenta 

3AComposites to po∏àczenie 

najwy˝szej jakoÊci materia∏ów oraz 

fachowego doradztwa technicznego. 

W dniu 3 stycznia 2014 r. Famur 

podpisa∏ ze spó∏kà TDJ, b´dàcà 

poÊrednio wi´kszoÊciowym akcjonariuszem 

Famuru, umow´ umo˝liwiajàcà 

zakup 9,99% akcji spó∏ki 

Kopex od podmiotów zale˝nych 

od TDJ. Cena nabycia jednej akcji 

Kopeksu wyniesie 10,75 z∏. Prawo 

zakupu przys∏ugiwaç b´dzie spó∏ce 

Famur w okresie do 30 czerwca 

2014 r. 

JednoczeÊnie Famur z∏o˝y∏ zarzàdowi 

spó∏ki Kopex propozycj´ 

po∏àczenia obu spó∏ek. 

Jak zaznaczy∏ Waldemar ¸aski 

– prezes zarzàdu spó∏ki Famur S.A.: 

„Celem po∏àczenia jest doprowadzenie 

do powstania silnej i nowoczesnej 

Grupy, która b´dzie mia∏a 

potencja∏, aby zostaç Êwiatowym 

liderem w produkcji maszyn dla 

przemys∏u wydobywczego. Chcemy, 

aby po∏àczenie by∏o wspólnym 

dzie∏em akcjonariuszy i pracowników 

spó∏ek Famur i Kopex. 

B´dziemy namawiaç i dà˝yç do po- 

artystyczne. Forum majà towarzyszyç 

spotkania matchmakingowe 

u∏atwiajàce znalezienie potencjalnych 

partnerów biznesowych 

(rejestracja na mi´dzynarodowej 

platformie B2Match) oraz Aleja 

Kooperacji – stoiska firm, które 

Êwiadczà us∏ugi podwykonawcze 

w zakresie przetwórstwa metali. 

Wićej informacji na 

www.focast.pl 

Panele kompozytowe Alucobond ® 

sk∏adajà si´ z dwóch zewn´trznych 

warstw blachy aluminiowej o gruboÊci 

0,5 mm po∏àczonych ze sobà 

wewn´trznà warstwà z tworzywa 

sztucznego lub ceramicznego. Produkt 

posiada specjalnà pow∏ok´ 

lakierniczà PVDF, która zapewnia 

wieloletnià odpornoÊç na warunki 

atmosferyczne i dzia∏anie promieniowania 

UV. Alucobond ® to 

kompozyty wyró˝niajàce si´ u˝yciem 

oryginalnych materia∏ów 

sk∏adowych, spójnoÊcià i trwa∏oÊcià 

ich ∏àczenia, a tak˝e ognioodpornoÊcià 

i niepalnoÊcià p∏yt. 

www.thyssenkrupp-energostal.pl. 

Famur wspólnie z Kopeksem 

b´dà konsolidowaç bran˝´ producentów maszyn 

dla górnictwa 

∏àczenia, poniewa˝ dotychczasowe 

doÊwiadczenia pokazujà, ˝e dzia∏ajàc 

osobno, tracimy du˝o potencja∏u. 

Wzorem zagranicznych konkurentów 

chcemy ∏àczyç si∏y, poniewa˝ 

tylko w ten sposób mo˝emy osiàgaç 

globalne sukcesy w sprzeda˝y oraz 

wykorzystaç nasz potencja∏ i doÊwiadczenie, 

by móc produkowaç 

i oferowaç najlepsze systemy wydobywcze 

na Êwiecie. Naszym celem 

jest budowa, wspólnie z Kopeksem, 

jednej, globalnej marki polskiego 

producenta maszyn i us∏ug dla 

górnictwa podziemnego i odkrywkowego.” 

Zdaniem prezesa ¸askiego po- 

∏àczenie obydwu spó∏ek b´dzie 

mia∏o wiele korzyÊci, z których 

najwa˝niejsze to: lepsza oferta dla 

kopalƒ i wzmocnione R&D, poprawa 

efektywnoÊci produkcji, zagraniczna 

ekspansja polskiej marki, 

Êrodki na dalszy rozwój, Êrodowisko 

dynamicznego rozwoju dla pracowników. 


19


Sieci neuronowe w zagadnieniach klasyfikacji 

stanu ostrzy narz´dzi urabiajàcych 

Neural networks in excavating tools’ 

blades condition classification 

JAKUB GAJEWSKI 

KAMIL JONAK 

Streszczenie: W artykule zaprezentowano wyniki klasyfikacji stanu ostrzy narz´dzi pracujàcych zespo∏owo na g∏owicy 

urabiajàcej. Jako narz´dzie do oceny zastosowano sztuczne sieci neuronowe. Badania realizowano dla sieci o radialnych 

funkcjach bazowych, perceptronu wielowarstwowego oraz sieci rozmytych. Porównano skutecznoÊç klasyfikacji stanu 

no˝y dla poszczególnych modeli neuronowych. 

S∏owa kluczowe: sztuczna sieç neuronowa, proces urabiania, g∏owica wielonarz´dziowa 

Abstract: The paper presents the results of excavating tools’ blades for machines’ combined work on a cutting head 

classification. Artificial neural networks were used as a rating tool. The research was carried out for basic radial functions 

networks, multilayer perceptrons and fuzzy networks. The effectiveness of blades condition for particular neural models 

was compared. 

Keywords: artificial neural network, rock mining process, multi-tool head 

Stan ostrzy narz´dzi zamontowanych na g∏owicy 

wielonarz´dziowej oraz ich geometria majà istotne 

znaczenie dla energoch∏onnoÊci procesu urabiania. 

Opisane w publikacji badania majà na celu ustalenie 

przydatnoÊci wybranych sieci neuronowych do oceny 

stanu narz´dzi g∏owicy wielonarz´dziowej. 

Jako zmienne wejÊciowe do sieci zastosowano 

parametry statystyczne sygna∏ów momentu oporów 

urabiania. Zmiennymi wyjÊciowymi sieci neuronowych 

by∏y stany ostrzy no˝y urabiajàcych: narz´dzia 

technicznie ostre oraz narz´dzia zu˝yte. Badania 

numeryczne wykonano, pos∏ugujàc si´ pakietami 

Statistica oraz Matlab. 

Sieci neuronowe 

Sieci neuronowe sà to modele matematyczne 

naÊladujàce biologiczne sieci ˝ywych organizmów. 

Sk∏adajà si´ one z elementów przetwarzajàcych 

zwanych neuronami, w których wyjÊcia neuronów 

po∏àczone sà za pomocà wag z wejÊciami wszystkich 

neuronów w danej sieci, gdzie wagi sà liczbami rzeczywistymi. 

Dzi´ki obliczeniom przeprowadzanym 

przez neurony poszczególnych warstw sieci mo˝na 

uzyskaç rozwiàzanie zadanego problemu. Odpowiednie 

wyniki uzyskuje si´ przez wykorzystanie 

procesów uczenia sieci polegajàcych na zmianie 

Dr in˝. Jakub Gajewski – Katedra Podstaw Konstrukcji 

Maszyn, Politechnika Lubelska, ul. Nadbystrzycka 36, 

20-618 Lublin, e-mail: j.gajewski@pollub.pl; in˝. Kamil 

Jonak – Instytut Technologicznych Systemów Informacyjnych, 

Politechnika Lubelska, ul. Nadbystrzycka 36, 

20-618 Lublin. 

wag tych neuronów, które odpowiadajà za b∏àd. 

Sztuczne sieci neuronowe znajdujà szerokie zastosowanie 

w technice, w tym w zagadnieniach oceny 

stanu ostrzy narz´dzi skrawajàcych [1 – 2]. 

Dzia∏anie poszczególnych neuronów mo˝na zapisaç 

wg wzoru: 

n 

y = f(∑w i 

· x i 

) 

i =1 

gdzie: 

x 1 

, ..., x n 

– sygna∏y wejÊciowe neuronu; 

w 1 

, ..., w n 

– wagi; 

y – sygna∏ wyjÊciowy. 

Wyró˝nia si´ nast´pujàce typy sieci neuronowych: 

jednokierunkowe (dzielàce si´ w swoim obr´bie na 

jedno- lub wielowarstwowe) oraz rekurencyjne. Sieci 

jednokierunkowe cechujà si´ budowà jedno- lub 

wielowarstwowà, dzi´ki czemu przep∏yw sygna∏u 

w sieci przebiega zawsze w okreÊlonym kierunku: 

od warstwy wejÊcia do warstwy wyjÊcia. Warstwy 

znajdujàce si´ pomi´dzy warstwami wejÊciowymi 

a wyjÊciowymi nazywane sà warstwami ukrytymi 

(rys. 1). 

Sieci rekurencyjne cechujà si´ wyst´powaniem 

sprz´˝eƒ zwrotnych pomi´dzy wejÊciem a wyjÊciem 

oraz dwukierunkowym przesy∏aniem informacji. 

Kolejnà cechà wyró˝niajàcà sieci rekurencyjne, którà 

sieç nabywa po zamknićiu p´tli sprz´˝enia zwrotnego, 

jest wyst´powanie dynamiki na ka˝dym etapie 

pracy. 

Jednà z najcz´Êciej stosowanych w praktyce sieci 

jest jednokierunkowa sieç neuronowa typu RBF 

(Radial Basis Functions). Cechuje si´ ona budowà 


Rys. 1. Schemat sieci neuronowej jednokierunkowej 

z∏o˝onà zawsze z dwóch warstw neuronów: radialnych 

oraz wyjÊciowych. Funkcjonowanie sieci radialnej 

oparte jest na interpolacji wielowymiarowej, 

zadaniem której jest odwzorowanie wektorów 

wejÊciowych w zbiór liczb rzeczywistych na wyjÊciu. 

Z tych powodów sieç RBF wykorzystuje o wiele 

wi´kszà liczb´ neuronów ni˝ sieci neuronowe jednokierunkowe 

cechujàce si´ sigmoidalnà funkcjà 

aktywacji. Pomimo wykorzystywania wi´kszej liczby 

neuronów sieci RBF mogà uczyç si´ o wiele szybciej 

ni˝ sieci perceptronowe. Zaletà RBF jest równie˝ 

aproksymacja lokalna, neuron jest jedynie aktywny 

w ograniczonym obszarze, skupionym dooko∏a centrum 

funkcji gaussowskiej [3]. 

przy czym x oraz y sà zmiennymi wejÊciowymi, 

z zmiennà wyjÊciowà, natomiast A i 

i B i 

sà zbiorami 

rozmytymi. 

Do g∏ównych zalet modelu Sugeno nale˝y zaliczyç, 

obok dobrej wspó∏pracy z metodami adaptacyjnymi 

i metodami optymalizacji, przede wszystkim 

wysokà skutecznoÊç obliczeniowà oraz wydajnoÊç. 

Uczenie rozmytej sieci przebiega podobnie jak 

w przypadku klasycznej sztucznej sieci, model 

sieci jest bowiem przekszta∏cany w równowa˝ny 

perceptron wielowarstwowy. Polega to na 

stopniowej zmianie wag sieci, doprowadzajàc do 

minimum Êredni kwadratowy b∏àd wyjÊcia w stosunku 

do danych uczàcych. Wagi wyznaczane 

by∏y za pomocà algorytmu wstecznej propagacji 

b∏´du. W konkluzji modelu pos∏u˝ono si´ funkcjà 

sta∏à. 

Klasyfikacja stanu ostrzy 

Rys. 2. Schemat sieci neuronowej o radialnych funkcjach bazowych 

Jednokierunkowe, wielowarstwowe sieci, zwane 

potocznie sieciami MLP, sà drugà obok RBF najcz´Êciej 

stosowanà w praktyce siecià neuronowà. W procesie 

uczenia sieci MLP zastosowano algorytm 

wstecznej propagacji b∏´du. Charakterystycznà cechà 

MLP jest to, ˝e w sieci nast´puje aproksymacja 

globalna, ka˝dy neuron wp∏ywa na wynik ca∏ej 

przestrzeni danych. 

Ostatnim rodzajem sieci zastosowanym w badaniach 

by∏a rozmyta sieç neuronowa. Analizy dla sieci 

rozmytych oparto na modelu Sugeno z biblioteki 

Fuzzy Logic Toolbox pakietu MATLAB. Regu∏y rozmyte 

Sugeno sk∏adajà si´ z przes∏anki JEÂLI i konkluzji TO, 

przy czym model Sugeno ma w konkluzji funkcj´ lub 

wartoÊç sta∏à. Typowa regu∏a Sugeno modelu rozmytego 

przy dwóch wejÊciach ma postaç: 

jeÊli x jest a i 

i y jest b i 

to z i 

= f(x, y) 

Badania przeprowadzono dla narz´dzi zamontowanych 

zespo∏owo na g∏owicy wielonarz´dziowej. 

Badaniom stanowiskowym, opisanym w oddzielnych 

publikacjach [ 4 – 8], poddano eksperymentalnà 

g∏owic´ wielonarz´dziowà. Przeprowadzono pomiary 

dla no˝y ostrych oraz cz´Êciowo st´pionych, rejestrujàc 

sygna∏ momentu urabiania (rys. 3). Za narz´dzia 

st´pione uznano no˝e, których skrócenie wynosi∏o 

2 m. Zakres badaƒ laboratoryjnych ograniczony by∏ 

do eksperymentów majàcych daç odpowiedê, czy 

sygna∏y momentu urabiania narz´dziami ostrymi 

i cz´Êciowo st´pionymi b´dà mo˝liwe do sklasyfikowania. 

Dla zarejestrowanych przebiegów czasowych 

momentu urabiania wyznaczono parametry statystyczne 

opisujàce charakter sygna∏u. Jako zmienne 

wejÊciowe do sieci neuronowych wykorzystano 

wariancj´, skoÊnoÊç oraz kurtoz´ (rys. 4). Przyj´to 

za∏o˝enie, i˝ na podstawie tych charakterystycznych 

zmiennych mo˝liwa b´dzie klasyfikacja sygna∏ów 

urabiania ze wzgl´du na stan ostrza narz´dzi. 

W tym celu pos∏u˝ono si´ sztucznymi sieciami 

neuronowymi: perceptronem wielowarstwowym 

z 8 neuronami w warstwie ukrytej oraz siecià 

o radialnych funkcjach bazowych z 6 neuronami. 

Taki dobór modeli neuronowych podyktowany by∏ 

doÊwiadczeniem autorów w dotychczasowych badaniach. 

22 


Rys. 3. Przebieg momentu urabiania g∏owicà uzbrojonà w narz´dzia ostre oraz st´pione 

Rys. 4. Rozk∏ad parametrów statystycznych sygna∏u momentu urabiania 

W tab. I zamieszczone zosta∏y wartoÊci b∏´dów 

sieci MLP z oÊmioma neuronami w warstwie ukrytej 

oraz sieci o radialnych funkcjach bazowych 3-6-1. 

Podano wartoÊci b∏´dów dla danych nale˝àcych 

do zbioru uczàcego, walidacyjnego oraz testujàce- 

TABELA. I. WartoÊci b∏´dów modelu 

Sieç B∏àd ucz. B∏àd walid. B∏àd test. 

MLP 3-8-1 0,41 0,33 0,15 

RBF 3-6-1 0,14 0,17 0,20 


go. Przynale˝noÊç poszczególnych przypadków do 

okreÊlonych zbiorów wyznaczana by∏a w sposób 

losowy. 

Jako zmienne wyjÊciowe, otrzymane z sieci neuronowej, 

przyj´to stan ostrza narz´dzia, przyporzàdkowany 

do grupy ostrej lub st´pionej. W tab. II 

zamieszczono statystyki klasyfikacyjne dla sieci MLP 

oraz RBF odzwierciedlajàce poprawnoÊç zaklasyfikowanych 

przypadków. Dla sieci o radialnych funkcjach 

bazowych wszystkie przypadki zosta∏y zaklasyfikowane 

prawid∏owo. 

TABELA II. Statystyki klasyfikacyjne 

Narz´dzia ostre Narz´dzia st´pione 

Sieç MLP 3-8-1 

Poprawnie (%) 92 88 

Sieç RBF 3-6-1 

Poprawnie (%) 100 100 

Rys. 5. Wykres b∏´dów uczenia sieci rozmytej podczas 

150 epok, dla danych uczàcych (dolna krzywa) oraz danych 

ze zbioru walidacyjnego (górna krzywa) 

W dalszych badaniach pos∏u˝ono si´ modelem 

sieci rozmytej. Dla analizowanego modelu zaobserwowano 

ni˝sze, ni˝ w przypadku sieci MPL oraz RBF, 

wartoÊci b∏´dów we wszystkich zbiorach danych. Jak 

wynika z rys. 5, wraz ze spadkiem b∏´du dla danych 

uczàcych, w kolejnych epokach uczenia nast´powa∏ 

spadek wartoÊci b∏´du dla danych walidacyjnych. 

W przypadku danych ze zbioru uczàcego, po 

150 epokach b∏àd wynosi∏ 0,007. W interfejsie systemu 

sieci rozmytych ANFIS konieczne jest podanie 

wartoÊci b∏´du, po osiàgnićiu którego nast´puje 

przerwanie uczenia sieci. W rozpatrywanym przypadku, 

jeÊli zadeklaruje si´ zadowalajàcà dla analizowanego 

zagadnienia wartoÊç 0,05, uczenie sieci 

Rys. 6. Kszta∏towanie si´ odpowiedzi sieci neuronowej rozmytej 

dla danych testujàcych 

zostanie zakoƒczone znacznie wczeÊniej ni˝ na poziomie 

150 epok. 

SkutecznoÊç analizowanego modelu sieci neuronowej 

dla zadania klasyfikacji stanu ostrzy narz´dzi 

potwierdza przeprowadzona analiza testujàca. 

Na rys. 6 przedstawiono odpowiedzi sieci rozmytej 

dla poszczególnych przypadków. Czerwone punkty 

niemal pokrywajà si´ z niebieskimi punktami reprezentujàcymi 

grupy narz´dzi ostrych i st´pionych. 

„Zera” odpowiadajà no˝om o ostrzach zu˝ytych, natomiast 

przypadki, w których na wyjÊciu otrzymujemy 

wartoÊç „jeden”, oznaczajà narz´dzia ostre. B∏àd testujàcy 

dla tej sieci wynosi∏ 0,012. 

Wnioski 

Z przeprowadzonych analiz wynika, ˝e dla narz´dzi 

promieniowych, przy u˝yciu parametrów statystycznych 

momentu urabiania g∏owicà wielonarz´dziowà, 

zagadnienie klasyfikacji stanu ostrzy narz´dzi 

najlepiej rozwiàzuje rozmyta sieç neuronowa. Dzieje 

si´ tak, pomimo 100% skutecznoÊci klasyfikacji sieci 

RBF. O jakoÊci sieci neuronowej najlepiej Êwiadczà 

bowiem wartoÊci b∏´dów, które zosta∏y pope∏nione 

w procesie uczenia i testowania sieci. Sieç musi byç 

zdolna do dzia∏ania z zupe∏nie nowymi danymi, niewykorzystywanymi 

podczas jej uczenia i walidacji. 

WartoÊci b∏´dów, zarówno dla danych walidacyjnych, 

jak równie˝ uczàcych, sà ni˝sze ni˝ dla sieci 

klasycznych. 

Zastosowanie sztucznych sieci neuronowych w zagadnieniach 

klasyfikacji stanu ostrzy narz´dzi urabiajàcych 

nale˝y uznaç za zasadne. Dla przyj´tego 

kryterium st´pienia, wyniki badaƒ klasyfikacyjnych 

z u˝yciem modeli neuronowych nale˝y oceniç pozytywnie. 

LITERATURA 

1. Chungchoo C., Saini D.: On-line tool wear estimation in CNC 

turning operations using fuzzy neural network model. International 

Journal of Machine Tools & Manufacture 42, 2002, 

pp. 29 – 40. 

2. Dimla E. Dimla Snr: Application of perceptron neural networks 

to tool-state classification in a metal-turning operation. 

Engineering Applications of Artificial Intelligence, 

Vol. 12, No. 4, August 1999, pp. 471 – 477. 

3. Mathworks Academia http://www.mathworks.com. 

4. Gajewski J., Jonak J.: Utilisation of neural networks to identify 

the status of the cutting tool point. Tunnelling and Underground 

Space Technology incorporating Trenchless Technology 

Research, Vol. 21, Issue 2, March 2006, pp. 180 – 184. 

5. Gajewski J., Jonak J.: Towards the identification of worn 

picks on cutterdrums based on torque and power signals 

using Artificial Neural Networks. Tunnelling and Underground 

Space Technology incorporating Trenchless Technology 

Research, Vol. 26, Issue. 1, January 2011, pp. 22 – 28. 

6. Gajewski J.: Ocena stanu ostrzy no˝y g∏owicy wielonarz´dziowej 

do urabiania w´gla. Rozprawa doktorska, Politechnika 

Lubelska, 2008. 

7. Jonak J., Gajewski J.: Identification of ripping tool types with 

the use of characteristic statistical parameters of time 

graphs. Tunnelling and Underground Space Technology 

incorporating Trenchless Technology Research, Vol. 23, 

Issue. 1, January 2008, pp. 18 – 24. 

8. Litak G., Syta A., Gajewski J., Jonak J.: Detecting and identifying 

non-stationary courses in the ripping head power consumption 

by recurrence plots. Meccanica, Vol. 45, Issue. 4, 

2010, DOI 10.1007/s11012-009-9265-4, pp. 603 – 608. 

24 


Katodowa ochrona przed korozjà 

masztów jednostek p∏ywajàcych 

Cathodic protection against corrosion 

of sailing veesels masts 

AGNIESZKA WANTUCH 

Streszczenie: W artykule przedstawiono katodowà ochron´ przed korozjà. Po wypadku m.in. STS Pogoria w lipcu 2007 roku, 

spowodowanym korozjà dwóch masztów, autorka podj´∏a prób´ wykorzystania ochrony katodowej do ochrony masztów 

jednostek p∏ywajàcych. Do obliczenia g´stoÊci pràdu oraz rozk∏adu potencja∏u wokó∏ konstrukcji wykorzystano metod´ 

elementów skoƒczonych. Wst´pne symulacje pokaza∏y, i˝ katodowa ochrona jest mo˝liwa do zastosowania w przyj´tym 

uk∏adzie. 

S∏owa kluczowe: korozja, ochrona katodowa, ochrona masztów 

Abstract: This paper presents the cathodic protection against corrosion. After an accident, including STS Pogoria in 

July 2007, owing to corrosion of two masts, the author has attempted to use cathodic protection to protect the masts 

of the sailing vessels. To calculate the current density and potential distribution around the structure the finite element 

method was used. Preliminary simulations have shown that the cathodic protection can be adopted for use in the system. 

Keywords: corrosion, cathodic protection, protection of masts 

Korozja najcz´Êciej kojarzy si´ z najpopularniejszym 

w naszych czasach materia∏em, jakim jest 

stal, pomimo i˝ dotyczy równie˝ niszczenia takich 

materia∏ów, jak: metale, beton, drewno itp. Ze stali 

wykonuje si´ infrastruktur´ przemys∏owà, maszyny, 

pojazdy, rurociàgi, zbiorniki, jednostki p∏ywajàce 

i nabrze˝a portowe, przedmioty u˝ywane w gospodarstwie 

domowym itd. Stal jest popularna zarówno 

dzi´ki niskiej cenie, jak równie˝ dzi´ki swoim w∏asnoÊciom, 

takim jak twardoÊç, wytrzyma∏oÊç na rozciàganie, 

spawalnoÊç i wielu innym, utrzymywanym 

w szerokim zakresie temperatur. Natomiast wadà 

stali jest jej korodowanie podczas eksploatacji. 

W 2010 r. oszacowano, ˝e w skali Êwiatowej straty 

spowodowane korozjà, w przeliczeniu na jednego 

mieszkaƒca, wahajà si´ na poziomie od 1000 do 

1500 dolarów [1]. Dlatego te˝ tak wa˝na jest ochrona 

przed korozjà, która uzale˝niona jest od charakteru 

chemicznego czynników korozyjnych oraz rodzaju 

korozji. Przy korozji elektrochemicznej (przep∏yw 

pràdu elektrycznego wewnàtrz materia∏u) najcz´Êciej 

stosowana jest ochrona katodowa, majàca wiele 

zastosowaƒ przemys∏owych. Wykorzystywana jest 

w miejscach, gdzie metale techniczne, zw∏aszcza stal, 

kontaktujà si´ z warstwà Êrodowiska elektrolitycznego. 

Zabezpieczenie to jest stosowane przy ochronie 

takich obiektów, jak np. rurociàgi i zbiorniki znajdujàce 

si´ w ziemi czy statki i konstrukcje hydrotechniczne 

zanurzone w wodzie morskiej [2]. 

Dr in˝. Agnieszka Wantuch – Wydzia∏ EAIiIB, Katedra 

Elektrotechniki i Elektroenergetyki AGH Akademia Górniczo- 

-Hutnicza w Krakowie, Aleja A. Mickiewicza 30, 30-962 Kraków, 

e-mail:awantuch@agh.edu.pl. 

Korozja elektrochemiczna 

Procesy zachodzàce podczas korozji elektrochemicznej 

opisano w wielu publikacjach [3 – 6]. ZdolnoÊç 

metalu do uwalniania elektronów i przenikania 

jonów do elektrolitu, powodujàca korozj´, zwiàzana 

jest z potencja∏em metalu mierzonym w odniesieniu 

do innego elementu konstrukcji. Potencja∏ 

równowagowy materia∏ów tworzàcych elektrody 

mo˝na odnaleêç w odpowiednich tabelach [7]. 

Proces korozji mo˝na zapisaç reakcjà chemicznà [8]: 

Fe + 2H + = Fe 2+ + H 2 

2Fe + O 2 

+ 2H 2 

O = 2Fe(OH) 2 

W Êrodowisku oboj´tnym, powstajàce aniony OH – 

∏àczà si´ z kationami Fe 2+ i powstaje Fe(OH) 2 

, który 

wytràca si´ w postaci osadu. Dalsze utlenienie 

Fe(OH) 2 

prowadzi do powstania hydratów Fe 2 

O 3·nH 2 

O, 

tworzàcych osad o charakterystycznym rdzawym zabarwieniu. 

Pod wzgl´dem wywo∏ywania procesów korozyjnych 

bardzo agresywne jest Êrodowisko wodne [9]. 

SzybkoÊç korozji ogólnej w ziemi i w wodach naturalnych 

szacowana jest na poziomie 0,01 – 0,02 mm/ 

rok [10]. W kad∏ubie statku, majàcym sta∏y kontakt 

z wodà (elektrolitem), korodowanie metalu zachodzi 

praktycznie samoistnie, a istniejàce wady konstrukcyjne 

dodatkowo przyspieszajà proces. W grudniu 

1999 r. z p∏ynàcego zbiornikowca Erika wyciek∏o 

u wybrze˝y Francji oko∏o 20 tysićy ton oleju nap´dowego. 

Zaawansowana korozja stali kad∏ubowych 

doprowadzi∏a do prze∏amania jednostki na 

pó∏. W rezultacie – wed∏ug ró˝nych danych szacun- 


kowych – zanieczyszczeniu uleg∏o 400 – 500 kilometrów 

bretoƒskiego wybrze˝a, co spowodowa∏o 

Êmierç 300 – 500 tysićy ptaków [1]. 

Korozja groêna jest tak˝e dla masztów czy innych 

stalowych elementów kontaktujàcych si´ z morskà 

wodà. Du˝ym problemem jest korozja wn´trza 

masztu, poniewa˝ nie jest ona widoczna, a mo˝e 

doprowadziç nawet do z∏amania konstrukcji. Na 

jachcie Pogoria dosz∏o do z∏amania fokmasztu, 

grotmasztu i bezanmasztu. Przyczynà by∏a korozja 

dwóch pierwszych masztów, szczególnie g∏´boka 

nad spoinami poziomymi w miejscach ∏àczenia 

segmentów [11]. 

Ochrona katodowa 

Za jednà z najskuteczniejszych metod ochrony stali 

przed korozjà w Êrodowiskach naturalnych uznawana 

jest ochrona elektrochemiczna, wykorzystujàca 

sposoby galwaniczne i elektrolityczne. Najcz´Êciej 

stosowana jest ochrona katodowa, która mo˝e byç 

u˝yta do ochrony przed korozjà obiektów metalowych 

oraz ze stopów, nawet cz´Êciowo zniszczonych procesami 

korozyjnymi, znajdujàcych si´ w wodnym 

elektrolicie. Umo˝liwia ona zahamowanie dalszych 

procesów korozyjnych i utrzymanie stabilnego stanu 

w przysz∏oÊci. 

Zalety ochrony katodowej: 

wysoka skutecznoÊç ochrony, nawet do 100%, 

mo˝liwoÊç ochrony du˝ych powierzchni bez 

izolacji lub z uszkodzonà izolacjà w Êrodowiskach 

o ró˝nej rezystancji, 

mo˝liwoÊç kontrolowania i regulacji pràdu polaryzacji, 

mo˝liwoÊç automatyzacji. 

Ró˝nica potencja∏u elektrochemicznego pomi´dzy 

anodà i katodà powoduje powstanie sterowanego 

êród∏a napićia, wymuszajàcego reakcj´ chemicznà 

oraz jest podstawà dla ochrony katodowej. Kryteria 

ochrony katodowej przedstawiono w [3, 5, 6]. 

Rozk∏ad potencja∏u w elektrolicie opisuje równanie: 

div(–σ gradϕ) = 0 (1) 

Równanie to rozpatrujemy, uwzgl´dniajàc warunki 

brzegowe Neumana i Dirichleta: 

gdzie: 

σ – przewodnoÊç elektrolitu, 

Γ – powierzchnia elektrody. 

Równanie (1) razem z warunkami brzegowymi (2) 

i (3) rozwiàzano metodà elementów skoƒczonych [3]. 

Zjawisko przeniesienia ∏adunku na granicy metal- 

- dielektryk opisane jest za pomocà równania Butlera- 

-Volmera (4) [5]. 

(2) 

(3) 

(4) 

gdzie: 

i o 

– g´stoÊç pràdu wymiany, A/m 2 , 

i – g´stoÊç pràdu na granicy metal-elektrolit, 

η = V – E 0 

– nadpotencja∏ danej elektrody, V, 

E 0 

– potencja∏ równowagowy, V, 

V – potencja∏ przeniesienia na elektrodzie korodujàcej. 

Poniewa˝ ochrona katodowa jest z powodzeniem 

wykorzystywana do ochrony wielu obiektów metalowych, 

jak np. rurociàgi, powstaje pytanie, czy mo˝na 

wykorzystaç t´ metod´ tak˝e do ochrony masztów, 

zw∏aszcza w miejscach ∏àczenia poszczególnych 

segmentów. Po zewn´trznej stronie masztów ewentualne 

ogniwa korozji, wyst´pujàce w postaci brunatnych 

plam, mogà byç stosunkowo ∏atwo dostrze- 

˝one, dlatego te˝ ochrona katodowa powinna byç 

zlokalizowana po ich wewn´trznej stronie. 

W katodowej ochronie przed korozjà obiektów 

podziemnych anoda najcz´Êciej znajduje si´ na zewnàtrz 

chronionej konstrukcji. Jednak w pewnych 

sytuacjach konieczne jest wprowadzenie anody do 

wn´trza obiektu, jak np. w zbiornikach na wod´ 

(bojlery) i Êcieki czy w rurociàgach transportujàcych 

wod´. 

Przy ochronie katodowej konstrukcji podziemnych 

najcz´Êciej stosowane sà anody magnezowe, które 

co prawda sà tanie, jednak wymagajà okresowej 

wymiany, poniewa˝ ulegajà roztwarzaniu. Wn´trze 

masztu jest trudno dost´pne, dlatego koniecznoÊç 

kontroli i wymiany anod magnezowych mog∏aby 

powodowaç spore trudnoÊci. Racjonalne zatem wydaje 

si´ zastosowanie elektrody wykonanej z tytanu, 

jako metalu odpornego na korozj´ elektrochemicznà 

i niepodlegajàcego zu˝yciu. Trwa∏oÊç anody tytanowej 

aktywowanej tlenkami metali wynosi minimum 5, 

z regu∏y 8 – 10 lat. Przy tego typu elektrodach korzysta 

si´ z metody ochrony katodowej z zewn´trznym 

êród∏em pràdu (ang. ICCP), polegajàcej na sztucznym 

nadaniu chronionemu elementowi ujemnego potencja∏u 

elektrycznego w stosunku do otoczenia. Efekt 

taki uzyskiwany jest przez pod∏àczenie ujemnego bieguna 

zasilania, uzyskiwanego ze specjalnego uk∏adu 

elektronicznego, do chronionego elementu, a bieguna 

dodatniego do elektrody umieszczonej wewnàtrz 

zbiornika. Obwód elektryczny zamyka elektrolit. 

Masowe zastosowanie do ochrony wewn´trznych 

powierzchni ochrona katodowa znalaz∏a w gospodarstwach 

domowych w bojlerach i podgrzewaczach 

wody. Podobna technika stosowana jest doÊç powszechnie 

w energetyce do ochrony wymienników 

ciep∏a – skraplaczy w elektrowniach termicznych [12] 

oraz rurociàgów wody ch∏odzàcej np. elektrowni 

„¸aziska” [13]. 

Ochrona katodowa masztów 

– badania symulacyjne 

Wspomniane wczeÊniej mo˝liwoÊci zastosowania 

ochrony katodowej wewn´trznych powierzchni konstrukcji 

metalowych sà mo˝liwe, poniewa˝ konstruk- 

(5) 

26 


Rys. 1. Przekrój w p∏aszczyênie XY przez uk∏ad maszt-anoda; wymiary podano w cm 

Rys. 2. Wykres nadpotencja∏u na maszcie w funkcji obwodu masztu 


Rys. 3. Kierunek przep∏ywu pràdu 

cje te sà wype∏nione wodà, czyli elektrolitem. Poniewa˝ 

wyst´pujàce w masztach opary wody mogà 

byç niewystarczajàcym elektrolitem, dlatego nale˝a- 

∏oby pomi´dzy anod´ i Êcianki masztu wprowadziç 

dodatkowy elektrolit, który jednak nie powodowa∏by 

zwi´kszenia zagro˝enia korozyjnego. 

Przeprowadzone badania symulacyjne pokaza∏y, 

˝e proponowana metoda jest mo˝liwa do realizacji. 

Do obliczeƒ przyj´to nast´pujàce dane: 

– Êrednica zewn´trzna masztu – 388 mm, 

– gruboÊç Êcianki masztu – 6 mm, 

– przewodnoÊç stali 1,3·10 6 S/m, 

– przewodnoÊç elektrolitu 2 S/m, 

– przewodnoÊç tytanu 2,4·10 6 S/m [14]. 

Na rys. 1 pokazano przekrój przez badany uk∏ad 

maszt-anoda. Anoda ma kszta∏t okr´gu i znajduje si´ 

wewnàtrz masztu na wysokoÊci spawów ∏àczàcych 

poszczególne elementy masztu. 

Na rys. 2 przedstawiono wykres nadnapićia na 

wewn´trznym obwodzie katody. W ka˝dym punkcie 

nadnapićie przyjmuje wartoÊci ujemne, co oznacza, 

i˝ obiekt jest w pe∏ni chroniony. 

G´stoÊç pràdu ochrony katodowej uzale˝niona jest 

od jednostkowej rezystancji pow∏oki ochronnej na 

maszcie R i 

. Przyk∏adowo w przypadku rurociàgów 

znajdujàcych si´ w ziemi, pozbawionych pow∏oki 

ochronnej, wartoÊç R i 

jest rz´du 10 Ωm 2 , natomiast 

g´stoÊç pràdu koniecznego przy ochronie katodowej 

wynosi 25 – 50 mAm -2 [15]. Dodatkowym kryterium, 

które nale˝y spe∏niç, jest wić taka wartoÊç 

pràdu ochrony, by by∏ on bezpieczny dla za∏ogi 

jednostki p∏ywajàcej. 

Na rys. 3 przedstawiono kierunek przep∏ywu 

pràdu przy ochronie katodowej. Widaç jak pràd 

wp∏ywa do chronionych Êcianek masztu. Oznacza to, 

˝e ochrona jest zapewniona dla ca∏ej wewn´trznej 

powierzchni masztu. 

Podsumowanie 

W pracy przedstawiono prób´ wykorzystania 

ochrony katodowej do ochrony przed korozjà masztów 

jednostek p∏ywajàcych. Przedstawiony model 

zosta∏ zbudowany w przestrzeni 3D. Wykresy wykonano 

w p∏aszczyênie XY. 

Numeryczna symulacja zjawiska korozji pozwala 

na najbardziej niezawodnà analiz´ zjawiska korozji 

metali oraz projektowanie odpowiedniej ochrony. 

Zastosowanie metody elementów skoƒczonych pomaga 

w efektywnym modelowaniu zarówno zjawiska 

korozji, jak i analizy i projektowania systemów 

ochrony przed korozjà, zapewniajàc zadowalajàcà 

dok∏adnoÊç przy minimalnych kosztach 

obliczeƒ. 

LITERATURA 

1. Szczebak R.: Tajemniczy niszczyciel. Stal, Metale & Nowe 

Technologie, nr 9-10, 2011, ss. 158 – 160. 

2. Morgan J.H.: Cathodic Protection. NACE International Institute, 

2 edition, Houston, 1987 

3. Kurgan E., Wantuch A.: Impressed cathodic protection of 

underground structures. Przeglàd Elektrotechniczny, nr 5, 

2011, ss. 96 – 99. 

4. Shreir L.L., Jarman R.A., Burstein G.T.: Corrosion. Vol. I, 

Metal/Environment Reactions, Butterworth Heinemann, 

2000. 

5. Wantuch A.: Cathodic protection of underground objects. 

Przeglàd Elektrotechniczny, nr 12, 2010, ss. 167 – 169. 

6. Wantuch A.: Katodowa ochrona przed korozjà podziemnych 

zbiorników – analiza porównawcza. Przeglàd Elektrotechniczny, 

nr 12b, 2012, ss. 265 – 266. 

7. http://open.agh.edu.pl/mod/resource/view.php?id=589, 

26.04.2012 

8. Praca zbiorowa: Ochrona elektrochemiczna przed korozjà. 

Teoria i praktyka, WNT, Warszawa 1991. 

9. Dera J.: Fizyka morza. PWN, Warszawa 2003. 

10. Dàbrowski J., Mrówka M., Suwart C.: Specjalna stacja 

ochrony katodowej kompensujàca oddzia∏ywania pràdów 

b∏àdzàcych. IX Krajowa Konferencja Polskiego Komitetu 

Elektrochemicznej Ochrony przed Korozjà, 7 – 9.06.2006. 

11. Wyciàg z orzeczenia Izby Morskiej przy Sàdzie Okr´gowym 

w Gdaƒsku z siedzibà w Gdyni z dnia 14 kwietnia 2010 r., 

sygnatura akt WMG 22/09. 

12. Bi∏ozor S.: Zabezpieczenia antykorozyjne elektrycznych 

podgrzewaczy pojemnoÊciowych. Bojler na badaniach. Magazyn 

instalatora, nr 7, 2012, ss. 16 – 17. 

13. http://www.ateko.info/download/2005/sokolski.pdf. 

Sokólski W.: Ochrona katodowa rurociàgów wodnych od 

strony wewn´trznej. SPZP CORRPOL Gdaƒsk, 15.11.2013 

14. http://www.tibtech.com/conductivity.php, 30.04.2013. 

15. Sokólski W.: Niektóre aspekty oceny skutecznoÊci ochrony 

katodowej rurociàgów. Zarzàdzanie Ryzykiem w Eksploatacji 

Rurociàgów. III Krajowa Konferencja Techniczna 

7 – 10 maja, 2000, P∏ock. 

28 


Analiza numeryczna po∏àczenia rozt∏aczanego rur 

w Êcianach sitowych 

Numerical analysis of tube expansion in a tube plate 

STANIS¸AW ¸ACZEK 

JAN RYÂ 

Streszczenie: Praca dotyczy analizy numerycznej procesu rozt∏aczania rur w Êcianach sitowych. W pierwszej cz´Êci 

analizowano p∏aski model po∏àczenia za pomocà programu MES ANSYS w zakresie spr´˝ysto-plastycznym. Badano 

wp∏yw luzu i ciÊnienia rozt∏aczania na naciski resztkowe mi´dzy rurà a tarczà. Otrzymane wyniki porównano z obliczeniami 

teoretycznymi. W drugiej cz´Êci analizowano model bry∏owy z pojedynczà rurà rozt∏aczanà. Uzyskano w ten sposób 

rozwiàzanie zmienne wzd∏u˝ osi rury. W trzeciej cz´Êci zosta∏ rozwiàzany model po∏àczenia tarczy z kilkoma rurami, 

wykorzystujàc symetri´ po∏àczenia. Zasadniczym celem obliczeƒ jest okreÊlenie charakteru nacisków mi´dzy rurà a Êcianà 

oraz oszacowanie napr´˝eƒ w po∏àczeniu po dokonanym procesie rozt∏aczania. 

S∏owa kluczowe: Êciany sitowe, rozt∏aczanie rur, analiza spr´˝ysto-plastyczna, wymiennik ciep∏a, p∏yty perforowane 

Abstract: The paper deals with a numerical analysis of the tube expanding process in a tube plate. In the first part a plane 

model of the connection was analyzed in ANSYS program, taking into consideration the linear strain-hardening of 

the material. The influence of clearance and expanding pressure on the rest pressure was investigated. In the second part 

a solid model with a single expanded tube was analyzed. A variable solution along the axis of the tube was obtained. In the 

third part the connection model of the tube plate with a few of tubes was analyzed. The perforation factor of the plate on 

stress results can be investigated. The primary objective of the calculation is to determine the nature of the pressure 

between the pipe and the wall and estimation of stresses in the joint after the process of expanding. 

Keywords: numerical analysis, tube expanding process, elastic-plastic analysis, heat exchanger, perforated plates 

Celem pracy jest wyznaczenie stanu napr´˝eƒ 

i przemieszczeƒ w strefie rozt∏aczania rury w Êcianie 

sitowej, co nie jest mo˝liwe do rozwiàzania analitycznie. 

Opracowano procedur´ procesu rozt∏aczania 

przy u˝yciu metod numerycznych, wykorzystujàc 

program ANSYS v.12.1. Istotnà sprawà jest wartoÊç 

ciÊnienia na powierzchni kontaktu rury i Êciany 

sitowej po odcià˝eniu, która wp∏ywa na wytrzyma- 

∏oÊç i szczelnoÊç po∏àczenia w warunkach eksploatacji. 

Dokonano próby rozwiàzania zagadnienia za 

pomocà metod analitycznych [1], przy za∏o˝eniu p∏askiego 

stanu napr´˝enia. W pracy [2] zweryfikowano 

doÊwiadczalnie modele analityczne. 

Podstawà rozwiàzaƒ analitycznych by∏y prace [3] 

i [4] opisujàce odkszta∏cenia spr´˝ysto-plastyczne 

rury i Êciany pod dzia∏aniem ciÊnienia rozt∏aczania. 

Rezultatem obliczeƒ analitycznych i badaƒ eksperymentalnych 

by∏o okreÊlenie ciÊnienia mi´dzy rurà 

i Êcianà po dokonanym procesie rozt∏aczania (odcià˝eniu). 

W pracach tych za∏o˝ono sta∏à wartoÊç 

ciÊnienia pomi´dzy rurà a Êcianà po rozt∏oczeniu. 

Badania wytrzyma∏oÊciowe wykonanych modeli 

potwierdzi∏y wysokà wytrzyma∏oÊç po∏àczenia rury 

ze Êcianà po dokonanym rozt∏oczeniu. Jednak rozk∏ady 

ciÊnienia pomi´dzy rurà a Êcianà po rozt∏oczeniu 

nie by∏y mo˝liwe do przeanalizowania przy za- 

∏o˝eniu p∏askiego stanu odkszta∏cenia. 

Dr in˝. Stanis∏aw ¸aczek – Wydzia∏ Mechaniczny, Politechnika 

Krakowska, Aleja Jana Paw∏a II 37, 31-864 Kraków, 

e-mail:Laczek@mech.pk.edu.pl, prof. dr hab. in˝. Jan RyÊ 

– Wydzia∏ Mechaniczny, Politechnika Krakowska, Aleja Jana 

Paw∏a II 37, 31-864 Kraków, e-mail: Szymon@mech.pk.edu.pl. 

W aspekcie wytrzyma∏oÊciowym uzasadnione jest 

stosowanie w obliczeniach in˝ynierskich Êciany 

sitowej jako p∏yty o zast´pczej sztywnoÊci na pod∏o˝u 

spr´˝ystym rur [5] lub przy zastosowaniu MES, modelujàc 

p∏yt´ wspó∏pracujàcà z rurami jako elementami 

pr´towo-belkowymi. Tak postàpiono w numerycznej 

analizie napr´˝eƒ w wymienniku ciep∏a reaktora 

chemicznego do produkcji formaldehydu [6]. 

Pomini´to resztkowe napr´˝enia, a rury zosta∏y potraktowane 

jak elementy pr´towo-belkowe. Podobnie 

za∏o˝ono przy projektowaniu z∏àcza spawanego 

Êciany sitowej z cz´Êcià walcowà zbiornika ciÊnieniowego 

[7]. 

W niniejszej pracy analizowano proces rozt∏aczania 

rur w tarczy z uwzgl´dnieniem liniowego wzmocnienia 

materia∏u, jak w pracy [1], za pomocà programu 

MES-ANSYS v.12.1. Przyj´to takà samà stal S235 

na rury i na tarcz´. Wymiary analizowanej konstrukcji 

(rys. 1) przyj´to jak w pracy [2] i wykonano obliczenia 

w celu porównania z wynikami teoretycznymi. 

W pracy [1] uda∏o si´ uzyskaç rozwiàzanie teoretyczne 

w zakresie spr´˝ysto-plastycznym w przypadku 

osiowo-symetrycznym, tzn. dla jednej rury rozt∏aczanej 

w tarczy ko∏owej. Wymiar tarczy c obliczono 

tak, aby sztywnoÊç radialna tarczy by∏a równa Êredniej 

sztywnoÊci Êciany sitowej przy przeci´tnym 

wspó∏czynniku perforacji ϕ = (t – 2·b)/t = 0,375 (wg 

rys. 7). 

Rury rozt∏aczano ciÊnieniem wewn´trznym o wartoÊci 

p a 

~ 

= 200 MPa na szerokoÊci tarczy za pomocà 

specjalnego urzàdzenia [2]. Zastosowane ciÊnienie 

wywo∏ywa∏o odkszta∏cenia plastyczne rury i spr´- 

˝ysto-plastyczne tarczy. Po odcià˝eniu na powierzchni 


urà i tarczà oraz zredukowane napr´˝enie 

max 

resztkowe σ eqv 

= 99,6 MPa. Wyniki dla p∏askiego stanu 

odkszta∏cenia sà zbli˝one do wyników w pracy [2], 

a mianowicie w doÊwiadczeniu otrzymano: po obcià- 

~ 

˝eniu p b 

= 154 MPa oraz po odcià˝eniu = 10,1 MPa. 

p^b 

Rozk∏ad napr´˝enia zredukowanego po odcià˝eniu 

pokazano na rys. 3. Model p∏aski pos∏u˝y∏ tak˝e do 

badania wp∏ywu luzu L (od 0,2 do 0,8 mm) i ciÊnienia 

p a 

~ 

(od 80 do 200 MPa) na naciski resztkowe p^b . 

Obserwujàc wyniki testowe, mo˝na stwierdziç, ˝e 

wyst´puje ma∏y wp∏yw luzu, a du˝y wp∏yw ciÊnienia 

p a 

~ 

na naciski resztkowe. Praktycznie przy ciÊnieniu 

~ p a 

> 100 MPa uzyskuje si´ naciski resztkowe p^ 

b 

wi´ksze od zera. Aby uzyskaç trwa∏e po∏àczenie rury 

z tarczà metodà rozt∏aczania, nale˝y zadaç takie ciÊnienie 

p a 

~ 

, aby rur´ ca∏kowicie uplastyczniç, a w tarczy 

~ 

otrzymaç cz´Êciowe uplastycznienie. CiÊnienie p b 

powodujàce uplastycznienie na powierzchni wewn´trznej 

tarczy wynosi [1]: 

Rys. 1. Rysunek pojedynczej rury rozt∏aczanej w tarczy 

(1) 

zewn´trznej rury pozosta∏y naciski 

kontaktowe , które powinny 

p^b 

umo˝liwiç przeniesienie si∏y osiowej 

z dna obcià˝onego ciÊnieniem 

roboczym oraz zapewniç szczelnoÊç 

po∏àczenia. 

Do obliczeƒ pojedynczej rury 

rozt∏aczanej (rys. 1) przyj´to 

wg [2] nast´pujàce wymiary: 

a = 15,53 mm, b = 17,75 mm, 

c = 39,8 mm, Êrednica otworu 

w tarczy D = 36,373 mm, luz Êrednicowy 

L = 0,873 mm, gruboÊç 

tarczy h = 30 mm. D∏ugoÊç rury 

poza po∏àczeniem przyj´to czterokrotnie 

wi´kszà, ni˝ wynosi jej 

Êrednica. Wymienione wymiary 

wynik∏y z przyj´tej Êrednicy zewn´trznej 

rury d z 

= 2·b = 35,5 mm 

i z wprowadzonych bezwymiarowych 

wielkoÊci, a mianowicie: 

β = a/b = 0,875; γ = b/c = 0,446; 

ψ = L/D = (D – d z 

)/D = 0,024. 

Modu∏ Younga E = 2,05·10 5 MPa, Rys. 2. P∏aski model MES po∏àczenia rury z tarczà 

wspó∏czynnik wzmocnienia λ = 

(E – E 1 

)/E = 0,99, gdzie E 1 

– modu∏ sieczny, wspó∏czynnik 

Poissona ν = 0,3, granica plastycznoÊci zewn´trznego tarczy). 

gdzie γ = b/c (iloraz promienia wewn´trznego do 

~ 

R e 

= 235 MPa. 

Dla przyj´tych danych, ciÊnienie p b 

= 96,49 MPa, 

~ ~ 

przy ciÊnieniu p a 

= 200 MPa, p b 

= 153,3 MPa, co daje 

spr´˝ysto-plastyczne odkszta∏cenia tarczy. 

Analiza rozt∏aczania pojedynczej rury 

w p∏askim stanie odkszta∏cenia 

mi´dzy 

W pierwszej kolejnoÊci analizowano numerycznie 

po∏àczenie rury z tarczà jako zadanie p∏askie 2D 

(rys. 2), stosujàc opcj´ p∏askiego stanu odkszta∏cenia 

dla tarczy i rury. Do analizy zastosowano element 

tarczowy Plane82 i elementy kontaktowe Target169 

oraz Contact173. W pierwszym kroku na promieniu 

wewn´trznym a obcià˝ono rur´ (wycinek pierÊcienia) 

~ 

ciÊnieniem p a 

= 200 MPa, a w kroku drugim zadano 

zerowe ciÊnienie. Dla pierwszego kroku uzyskano 

~ 

ciÊnienie p b 

= 153,3 MPa (mi´dzy rurà a tarczà). Po odcià˝eniu 

otrzymano ciÊnienie resztkowe p^ 

= 9,61 MPa 

b 

Analiza rozt∏aczania pojedynczej rury 

dla modelu bry∏owego 

Nast´pnie zdefiniowano model bry∏owy po∏àczenia 

rury z tarczà. Analizowano 1 /4 modelu, ze wzgl´du 

na osiowà symetri´ (rys. 4) i lepszà mo˝liwoÊç porównania 

wyników z dalszymi obliczeniami Êcian 

sitowych. Do tworzenia siatek MES wykorzystano 

elementy bry∏owe Solid95 i elementy kontaktowe 

Target170 oraz Contact174. Za∏o˝ono wspó∏czynnik 

tarcia µ = 0,15. Zdefiniowano materia∏ spr´˝ysto-plastyczny 

z liniowym wzmocnieniem. W pierwszym eta- 

30 


~ 

Rys. 3. Rozk∏ad napr´˝enia zredukowanego dla p∏askiego modelu po odcià˝eniu (p a 

= 0) 

~ 

Rys. 4. Rozk∏ad napr´˝enia zredukowanego dla modelu bry∏owego po obcià˝eniu ciÊnieniem p a 

= 200 MPa 

pie obcià˝ono powierzchni´ wewn´trznà rury ciÊnieniem 

p a 

~ 

= 200 MPa na szerokoÊci (gruboÊci) tarczy. 

Dla tego etapu obliczeƒ otrzymano najwi´ksze 

max 

zredukowane napr´˝enie σ eqv = 306,4 MPa (rys. 4). 

Na rys. 5 widaç map´ rozk∏adu trwa∏ego odkszta∏cenia 

plastycznego (EPPL), a na rys. 6 rozk∏ad nacisków 

na powierzchni zewn´trznej rury p b 

~ 

. Na rys. 6 

widaç, ˝e rozk∏ad nacisków mi´dzy rurà a tarczà 

jest nierównomierny wzd∏u˝ osi rury. Najwi´ksza 

~ 

wartoÊç nacisków p b 

(max) wynosi 222,5 MPa i wyst´puje 

w kontakcie rury ze Êcianà w pobli˝u kraw´dzi 

tarczy, a dla p∏askiego stanu odkszta∏cenia 

~ 

p b 

= 153,3 MPa. Nie uwzgl´dniajàc wystajàcej cz´Êci 

rury, otrzymuje si´ prawie równomierny rozk∏ad nacisków 

(w zakresie od 149 do 171 MPa). UÊredniona 

wartoÊç tych nacisków jest zbli˝ona do nacisków 

w p∏askim stanie odkszta∏cenia. 

W drugim etapie odcià˝ono po∏àczenie, zadajàc 

~ 

ciÊnienie p a 

= 0, i otrzymano map´ zredukowanego 

max 

napr´˝enia w po∏àczeniu (σ eqv 

= 218,7 MPa) i rozk∏ad 

nacisków na powierzchni zewn´trznej rury p^b . Najwi´kszà 

wartoÊç nacisków otrzymuje si´ dla ciÊnienia 

(max) = 33 MPa, podczas gdy dla p∏askiego 

p^b 

stanu odkszta∏cenia = 9,61 MPa. W trzecim etapie 

p^b 

zadano na koƒcu rury niewielkie przemieszczenie 

osiowe u z 

= 0,3 mm, aby odczytaç wartoÊç si∏y 

osiowej roz∏àczajàcej po∏àczenie F z1 

= -1583,2 N, wynikajàcej 

z si∏ poÊlizgu w trakcie przesuwu. Ca∏kowita 

si∏a tarcia wynosi wić F z 

= 4·F z1 

= 6332,8 N 

dla przyj´tego wspó∏czynnika tarcia µ = 0,15. 

W pracy [2] stwierdzono, ˝e w ustalonych warunkach 

stanu powierzchni zasadniczy wp∏yw na kinematyczny 

wspó∏czynnik tarcia µ 0 

(po poÊlizgu) 

ma ciÊnienie . Zale˝noÊç t´ mo˝na przedstawiç 

p^b 


~ 

Rys. 5. Rozk∏ad odkszta∏ceƒ trwa∏ych po obcià˝eniu ciÊnieniem p a 

= 200 MPa 

~ ~ 

Rys. 6. Rozk∏ad nacisków p b 

po obcià˝eniu p a 

= 200 MPa 

w postaci: µ 0 

= µ 01 

+ p^b · µ , gdzie µ = 0,230, 

02 01 

µ 02 

= 1,15·10 -2 mm 2 /N. W badaniach eksperymentalnych 

po obcià˝eniu ciÊnieniem p a 

~ 

= 200 MPa Êrednia 

wartoÊç = 10,1 MPa, a rzeczywisty kinematyczny 

wspó∏czynnik tarcia wyniós∏ µ 0 

p^b 

= 0,346, co daje 

si∏´ dopuszczalnà dla po∏àczenia: 

P 0 

= 2π · b · h · p^b · µ = 11 692 N (2) 

0 

Analiza uproszczonego modelu 

Êciany sitowej 

Trzecim badanym numerycznie i doÊwiadczalnie 

w [2] obiektem rura-Êciana sitowa by∏ model przedstawiony 

na rys. 7a. Wymiary rur i otworów by∏y 

takie same jak w poprzednim modelu. Ca∏kowita 

liczba rur wynosi∏a 7, a podzia∏ka t = 56 mm, co wynika 

z przyj´tego wspó∏czynnika perforacji ϕ = (t – 2·b)/ 

t = 0,375. Analizowano 1/12 ca∏ego modelu, wykorzystujàc 

warunki symetrii, co przedstawiono na 

rys. 7b. Otrzymane wyniki zbli˝one by∏y do modelu 

z jednà rurà, przy przyj´tym wspó∏czynniku perforacji. 

Na rys. 8 zaprezentowano model MES wycinka 

Êciany sitowej o wymiarach zgodnych z rys. 7. 

Maksymalna wartoÊç napr´˝enia zredukowanego 

dla badanego modelu po obcià˝eniu ciÊnieniem 

~ 

max 

p a 

= 200 MPa wynosi σ eqv 

= 319 MPa (rys. 9). Na 

rys. 10 widaç, ˝e rozk∏ady nacisków po obwodzie powierzchni 

kontaktu sà prawie identyczne, gdy˝ 

nie ma wyraênego oddzia∏ywania zaciÊni´tych rur 

na siebie dla przyj´tego wspó∏czynnika perforacji ϕ 

i podzia∏ki otworów w kierunku promieniowym t. 

~ 

Przeci´tna wartoÊç ciÊnienia to p b 

= 143 – 172 MPa, 

a w strefach brzegowych kontaktu rury ze Êcianà 

32 


Rys. 7. Rysunek Êciany sitowej z rurami: a = 15,53 mm, b = 17,75 mm, t = 56 mm, h = 30 mm 

Rys. 8. Model MES wycinka Êciany sitowej 

~ 

Rys. 9. Rozk∏ad napr´˝enia zredukowanego w modelu po obcià˝eniu ciÊnieniem p a 

= 200 MPa 

~ 

p b 

(max) = 258 MPa. Dla p∏askiego stanu odkszta∏cenia 

p b 

~ 

=153,3 MPa. UÊredniona wartoÊç tych 

nacisków jest zbli˝ona do nacisków w p∏askim stanie 

odkszta∏cenia. Rozk∏ad nacisków po odcià˝eniu 

modelu przedstawiony jest na rys. 11. Jest on 

zmienny wzd∏u˝ osi rury w zakresie od 0 do 41,3 MPa, 

a po obwodzie rury zmiana nacisków jest mniejsza. 

Rozk∏ad napr´˝eƒ resztkowych po odcià˝e- 


~ 

Rys. 10. Rozk∏ad nacisków mi´dzy rurami i tarczà po obcià˝eniu (p a 

= 200 MPa) 

~ 

Rys. 11. Rozk∏ad nacisków mi´dzy rurami i tarczà po odcià˝eniu, p b 

(max) = 41,3 MPa 

max 

niu zaprezentowano na rys. 12 (σ eqv 

= 220,9 MPa). 

Mo˝na zauwa˝yç, ˝e poziom napr´˝eƒ w Êcianie 

plate 

sitowej mieÊci si´ w przedziale (σ eqv 

= 49 – 98 MPa), 

a napr´˝enia w kierunku osi x (radialne, σ x 

) sà Êciskajàce 

(ujemne). Napr´˝enia osiowe σ z 

w rurach 

po odcià˝eniu sà znaczne przy przejÊciu ze strefy 

plastycznej do spr´˝ystej (rys. 13). Na wewn´trznej 

powierzchni σ z 

= 212,3 MPa, a na zewn´trznej 

σ z 

= -253,5 MPa. Napr´˝enia obwodowe w rurze 

wewnàtrz tarczy wynoszà σ θ min 

= -225 MPa, a poza 

tarczà σ θ max 

= 199 MPa. 

Wnioski 

Rozt∏aczanie rur w Êcianach sitowych metodà 

ciÊnieniowà lub przemieszczeniowà jest doÊç cz´stym 

sposobem ∏àczenia rur ze Êcianà sitowà. Wadà tej 

metody jest powstawanie doÊç du˝ych napr´˝eƒ 

resztkowych w rurach. Zastosowana metoda numeryczna 

pozwoli∏a na analizowanie napr´˝eƒ i nacisków 

w tego typu modelach p∏askich i przestrzennych. 

W przypadku analizowania Êciany sitowej 

z du˝à liczbà rur czas analizy znacznie si´ wyd∏u˝a 

ze wzgl´du na podwójnà nieliniowoÊç zadania (kontakt 

i plastycznoÊç). Z przeprowadzonych obliczeƒ 

mo˝na sformu∏owaç u˝yteczne informacje dla technologii 

i obliczeƒ konstrukcyjnych: 

1. W obliczeniach Êcian sitowych poziom napr´˝eƒ 

resztkowych mo˝na pominàç (gdy˝ σ x 

< 0), a rur´ 

mo˝na traktowaç jako utwierdzonà w Êcianie. 

2. W strefach brzegowych rozt∏aczanej rury wyst´puje 

wàskie pasmo zwi´kszonych nacisków w stosunku 

do Êrednich wy˝sze od 50 do 100%. 

34 


Rys. 12. Rozk∏ad napr´˝enia zredukowanego w po∏àczeniu po odcià˝eniu 

Rys. 13. Rozk∏ad napr´˝eƒ wzd∏u˝nych σ z 

w po∏àczeniu po odcià˝eniu 

3. Modele wg rys. 1 i rys. 7 kwalifikujà si´ do badaƒ 

próbnych przed rozt∏aczaniem rur w przemyÊle 

~ 

aparatury ciÊnieniowej, celem doboru ciÊnienia p 

~ 

a 

lub przemieszczenia przy rozt∏aczaniu u a 

. W badanych 

~ 

~ 

przyk∏adach p a 

≥ 200 MPa, a u a 

/2b = 3,5 – 4,5%, 

przy czym luz mi´dzy rurà i otworem w Êcianie sitowej 

przed rozt∏oczeniem wynosi oko∏o 1,5%. 

4. Poziom napr´˝eƒ resztkowych w rurach po 

rozt∏oczeniu jest wysoki (na wewn´trznej powierzchni 

σ z 

= 212,3 MPa, a na zewn´trznej σ z 

= -253,5 MPa), 

co wymaga uwzgl´dnienia w pe∏nej analizie wytrzyma∏oÊciowej 

Êciany sitowej. 

LITERATURA 

1. RyÊ J., ˚yczkowski M.: Analiza procesu rozt∏aczania rur 

w Êcianach sitowych. Archiwum Budowy Maszyn, tom XXII, 

Zeszyt 3, 1976, ss. 391 – 406. 

2. RyÊ J.: Badania doÊwiadczalne nad procesem rozt∏aczania 

rur w Êcianach sitowych. PAN – Kraków, Prace Komisji Mechaniki 

Stosowanej, Mechanika 9, 1976, ss. 131 – 148. 

3. RyÊ J.: Efektywne obliczanie rur gruboÊciennych w przypadku 

liniowego wzmocnienia materia∏u. Rozprawy In˝ynierskie, 

nr 1, t. 17, PWN 1969, ss. 109 – 134. 

4. RyÊ J., ˚yczkowski M.: Obliczanie tarcz z otworem ko∏owym 

w przypadku plastycznego wzmocnienia materia∏u. Archiwum 

Budowy Maszyn, tom XVIII, Zeszyt 3, 1971, ss. 479 – 492. 

5. Miller K.A.G.: The design of tube plates in heat exchangers. 

Pressure Vessel and Piping Design, ASME, N.Y. 1960, p. 672 

– 684. 

6. RyÊ J., ¸aczek S., Betleja T.: Analiza napr´˝eƒ w wymienniku 

ciep∏a reaktora chemicznego. Czasopismo Techniczne, 

Z.6-M/2003, Wydawnictwo PK, ss.163 – 176. 

7. RyÊ J., Barwacz L., Betleja T.: Projektowanie z∏àcza spawanego 

Êciany sitowej z cz´Êcià walcowà zbiornika ciÊnieniowego. 

Czasopismo Techniczne, Z.6-M/2003, Wydawnictwo 

PK, ss. 151 – 161. 


Ocena cyklu ˝ycia kompozytów polimerowych 

oraz analiza struktur samodiagnozujàcych 

i samonaprawialnych 

Life cycle assessment of polymeric composites 

and the analysis of self-diagnosing 

and self-healing structures 

ANDRZEJ KATUNIN 

WOJCIECH MOCZULSKI 

Streszczenie: Artyku∏ przedstawia przeglàd metod oceny cyklu ˝ycia kompozytów polimerowych, w szczególnoÊci niektóre 

hipotezy opierajàce si´ na ocenie ró˝nych parametrów fizycznych. Omówione zosta∏y tak˝e nowe kierunki badawcze 

w eksploatacji i diagnostyce elementów kompozytowych: kompozyty z uk∏adami pomiarowo-wykonawczymi oraz kompozyty 

zdolne do samodzielnej naprawy uszkodzeƒ eksploatacyjnych. 

S∏owa kluczowe: kompozyty polimerowe, ocena cyklu ˝ycia, struktury samodiagnozujàce, struktury samonaprawialne 

Abstract: The paper deals with the overview of methods of life cycle assessment of polymeric composites, in particular 

selected hypotheses, which are based on the evaluation of various physical parameters. The new research directions in 

the operation and diagnostics of composite elements were also discussed: the composites with integrated measurement 

and active systems and the composites, able to perform self-healing of operational damages. 

Keywords: polymeric composites, life cycle assessment, self-diagnosing structures, self-healing structures 

W ostatnim dziesićioleciu zasady stosowania kompozytów 

polimerowych ulegajà ewolucji – zmiany 

dotyczà przede wszystkim rozszerzenia wymagaƒ, które 

powinny spe∏niaç te materia∏y. Gdy kompozyty polimerowe 

zacz´to stosowaç w budowie maszyn, g∏ównym 

celem konstruktorów by∏a redukcja masy urzàdzeƒ 

przy zachowaniu w∏aÊciwoÊci wytrzyma∏oÊciowych. 

Szczególnie istotne by∏o to dla przemys∏u lotniczego, 

gdzie zastosowanie tych materia∏ów pozwoli∏o na 

znacznà redukcj´ kosztów eksploatacji samolotów: 

zmniejszenie masy oznacza∏o mniejsze zu˝ycie paliwa, 

a wyjàtkowe w∏aÊciwoÊci kompozytów polimerowych 

pozwoli∏y na znaczne uelastycznienie procesów projektowania 

i wytwarzania elementów tych maszyn. 

Pomimo wielu zalet wynikajàcych z zastosowania 

tych materia∏ów w konstrukcjach, powstajà trudnoÊci 

zwiàzane z opisem mechanizmów ich degradacji. 

TrudnoÊci te pot´gujà bardzo ró˝ne i szybkozmienne 

warunki pracy: dynamicznie zmieniajàce si´ i cyklicznie 

powtarzalne rozk∏ady napr´˝eƒ, praca w szerokim zakresie 

temperatury, oddzia∏ywanie pól elektromagnetycznych 

i reagentów chemicznych na elementy 

konstrukcyjne i in. Modelowanie matematyczne procesów 

degradacji z uwzgl´dnieniem wymienionych 

czynników w celu dok∏adnej predykcji zachowania 

tych materia∏ów i prognozowania inicjacji i propagacji 

uszkodzeƒ jest bardzo trudne i nie istnieje obecnie 

Dr in˝. Andrzej Katunin – Instytut Podstaw Konstrukcji 

Maszyn, Politechnika Âlàska w Gliwicach, ul. Konarskiego 

18 A, 44-100 Gliwice, e-mail:andrzej katunin@polsl.pl; 

prof. dr hab. Wojciech Moczulski – Instytut Podstaw Konstrukcji 

Maszyn, Politechnika Âlàska w Gliwicach, ul. Konarskiego 

18 A, 44-100 Gliwice, w.a.moczulski@gmail.com. 

uniwersalny model opisujàcy te procesy. W zwiàzku 

z tym, kolejnym etapem w zastosowaniach kompozytów 

w budowie maszyn by∏o rozszerzenie ich mo˝liwoÊci 

przez zintegrowanie z nimi uk∏adów pomiarowych, 

dzi´ki którym mo˝liwe sta∏o si´ monitorowanie 

stanu kompozytowych elementów konstrukcyjnych 

w trybie ciàg∏ym, umo˝liwiajàce szybkà reakcj´ w przypadku 

wystàpienia stanów awaryjnych. 

Jednak, w przypadku niektórych uszkodzeƒ i stanów 

awaryjnych, zatrzymanie maszyny wià˝e si´ z du˝ymi 

kosztami lub jest wrćz niemo˝liwe ze wzgl´du na 

warunki eksploatacji (np. wystàpienie uszkodzenia 

w ∏opatce turbiny samolotu, gdy znajduje si´ on w powietrzu) 

lub ze wzgl´du na szybkoÊç propagacji uszkodzeƒ. 

Spowodowa∏o to rozwój nowych materia∏ów 

kompozytowych wyposa˝onych – oprócz uk∏adów pomiarowych 

– równie˝ w uk∏ady wykonawcze, pozwalajàce 

kontrolowaç stan elementów kompozytowych, gdy 

natychmiastowa ingerencja nie jest mo˝liwa. Uk∏ady 

wykonawcze majà na celu zatrzymanie lub spowolnienie 

procesów degradacji, które powinny zapobiec 

wystàpieniu stanów awaryjnych w elementach 

kompozytowych przed najbli˝szà naprawà. Takie rozwiàzania 

sà szczególnie przydatne w odpowiedzialnych 

elementach konstrukcji in˝ynierskich, których 

poprawna praca decyduje o zdrowiu i ˝yciu cz∏owieka. 

Ostatnià grup´ materia∏ów w przedstawionej klasyfikacji 

stanowià kompozyty samonaprawialne. Jak 

wspomniano, w przypadku kompozytów ze zintegrowanymi 

uk∏adami wykonawczymi istnieje mo˝liwoÊç 

jedynie zatrzymania lub spowolnienia propagacji 

uszkodzeƒ, jednak nie zawsze pozwala to zapobiec 

skutkom katastrofalnym. W zwiàzku z tym powsta∏a 

potrzeba opracowania materia∏ów, które w pewnych 

36 


specyficznych (cz´sto sterowalnych) warunkach potrafià 

zregenerowaç si´, redukujàc uszkodzenia powsta∏e 

w trakcie eksploatacji. 

W niniejszej pracy autorzy przedstawili przeglàd 

kompozytowych materia∏ów inteligentnych, które 

coraz cz´Êciej wykorzystywane sà nie tylko w lotnictwie 

i kosmonautyce, ale równie˝ w budowie jednostek 

p∏ywajàcych, m.in. w ∏odziach podwodnych [1] i jachtach 

[2]. Ze wzgl´du na bardzo du˝à ró˝norodnoÊç 

rozwiàzaƒ technologicznych i konstrukcyjnych autorzy 

ograniczyli si´ do analizy najwa˝niejszych i najbardziej 

rozpowszechnionych kompozytów inteligentnych, 

których przedstawienie pozwoli okreÊliç wspó∏czesne 

trendy w zastosowaniu tych materia∏ów w budowie 

maszyn. 

Ocena cyklu ˝ycia 

elementów kompozytowych 

Cykl ˝ycia elementów kompozytowych mo˝e byç 

okreÊlony na podstawie wielu hipotez oraz modeli 

teoretycznych i empirycznych, które zazwyczaj pozwalajà 

oszacowaç wytrzyma∏oÊç pozosta∏à, stopieƒ 

kumulacji uszkodzeƒ lub degradacji, czas do wystàpienia 

uszkodzenia/zniszczenia i in. Obszerny przeglàd 

takich modeli mo˝na znaleêç w pracy [3]. Ró˝norodnoÊç 

tych modeli jest bardzo du˝a w zale˝noÊci od obserwowanych/wyznaczanych 

parametrów, typów uszkodzeƒ, 

uwzgl´dnienia dodatkowych efektów i zjawisk 

itd. Degradacja w∏óknistych kompozytów polimerowych 

mo˝e przebiegaç wed∏ug wielu scenariuszy, na 

które majà wp∏yw takie zjawiska, jak: pe∏zanie i relaksacja 

napr´˝eƒ, starzenie, wyst´powanie p´kni´ç, delaminacji, 

dekohezji i in. Zazwyczaj te zjawiska nie wyst´pujà 

pojedynczo, co dodatkowo utrudnia opis zachowania 

i predykcj´ propagacji uszkodzeƒ [4]. 

WÊród modeli opisujàcych cykl ˝ycia laminatów 

mo˝na wyró˝niç nast´pujàce grupy: modele oparte 

na redukcji sztywnoÊci, modele oparte na kumulacji 

uszkodzeƒ oraz modele oparte na estymacji funkcji 

zniszczenia [4]. W pierwszej grupie modeli nale˝y wymieniç 

model Broutmana-Sahu [5] oparty na wyznaczeniu 

sztywnoÊci resztkowej σ * w stosunku do wytrzyma∏oÊci 

granicznej σ UTS 

i liczby cykli do wystàpienia 

uszkodzenia: 

Szczególne miejsce w ocenie cyklu ˝ycia kompozytów 

polimerowych zajmujà modele R. Tarleji. Przedstawi∏ 

on ewolucj´ modeli opisujàcych cykl ˝ycia tych 

materia∏ów w ciàgu ostatnich 25 lat, cz´Êciowo opierajàc 

si´ na pracach w∏asnych, w artykule [6], w którym 

pokazano przejÊcie od modeli opisujàcych ogólnie 

pojmowanà redukcj´ sztywnoÊci (np. (1)), przez modele 

mikromechaniczne, koƒczàc na modelach wieloskalowych 

z uwzgl´dnieniem lepkospr´˝ystoÊci kompozytów 

i zale˝noÊci parametrów modelu od temperatury. 

WÊród modeli opartych na kumulacji uszkodzeƒ 

w kompozytach nale˝y wymieniç dobrze znane prawo 

Parisa, które cz´sto jest stosowane równie˝ do kompozytów 

polimerowych: 

da/dN = C∆K m (2) 

gdzie: 

a – d∏ugoÊç szczeliny p´knićia, 

N – liczba cykli, 

(1) 

∆K – przyrost wspó∏czynnika intensywnoÊci 

napr´˝eƒ, 

C i m – sta∏e materia∏owe. 

W zale˝noÊci od potrzeb, postaç (2) modyfikowana 

jest przez wprowadzenie nieliniowoÊci przyrostu napr´˝eƒ 

oraz zale˝noÊci funkcyjnych sta∏ych materia∏owych 

od innych wielkoÊci fizycznych, np. temperatury. 

Innym modelem wykorzystywanym do opisu kumulacji 

uszkodzeƒ w kompozytach jest model oparty na ca∏ce 

Rice’a: 

gdzie: 

W – g´stoÊç energii odkszta∏cenia, 

T i u – odpowiednio wektory napr´˝enia i odkszta∏cenia, 

dzia∏ajàce w obszarze ca∏kowania Γ. 

Metody te znalaz∏y odzwierciedlenie w wielu implementacjach 

numerycznych w oprogramowaniu komercyjnym 

do obliczeƒ zagadnieƒ mechaniki p´kania. 

Wymienione modele dozna∏y wielu modyfikacji, 

g∏ównie przez wprowadzenie do (2) i (3) dodatkowych 

zwiàzków funkcyjnych. 

Ostatnia grupa modeli opiera si´ na funkcji zniszczenia 

szacowanej zazwyczaj na podstawie spadku 

wartoÊci sta∏ych materia∏owych po przejÊciu okreÊlonej 

liczby cykli wymuszenia w stosunku do stanu pierwotnego. 

Pierwszym modelem, majàcym zastosowanie 

w opisie cyklu ˝ycia kompozytów do dziÊ, jest model 

Palmgrena-Minera: 

(3) 

D = n/N (4) 

w którym funkcja zniszczenia D jest okreÊlana ze stosunku 

przebytej liczby cykli n do liczby cykli do zniszczenia 

N. Model (4) dozna∏ modyfikacji przez wprowadzenie 

prawa wyk∏adniczego do podanego stosunku 

i wprowadzenie sta∏ej niezale˝nej od napr´˝eƒ jako 

wyk∏adnika w (4), np. model Srivatsavana-Subramanyana 

lub model Fonga [4]. Interesujàcy model 

zosta∏ przedstawiony w [7], w którym funkcja zniszczenia 

D jest wyznaczana na podstawie zmian modu∏ów 

dynamicznych kompozytu. Prowadzone badania w tym 

zakresie pozwoli∏y rozszerzyç ten model o zale˝noÊci 

funkcyjne modu∏u zachowawczego E’ od cz´stotliwoÊci 

f, temperatury θ i pr´dkoÊci jej przyrostu β [8]: 

gdzie E’ b 

oznacza wartoÊç modu∏u zachowawczego przy 

inicjacji p´kni´ç. 

Nietrudno zauwa˝yç, ˝e wi´kszoÊç z przedstawionych 

modeli opiera si´ na parametrach mo˝liwych do 

uzyskania tylko eksperymentalnie. W zwiàzku z tym 

omówione zostanà wspó∏czesne metody pomiaru 

i monitorowania stanu struktur kompozytowych. 

Kompozyty samodiagnozujàce 

Metody diagnostyki kompozytów ze zintegrowanymi 

uk∏adami pomiarowo-wykonawczymi w zdecydowanej 

wi´kszoÊci opierajà si´ na monitorowaniu 

odkszta∏ceƒ. WÊród stosowanych uk∏adów pomiarowych 

wbudowanych w struktur´ kompozytów dominujà 

czujniki piezoelektryczne oraz czujniki oparte na 

w∏óknach optycznych. 

(5) 


Czujniki piezoelektryczne majà zazwyczaj postaç 

p∏askich p∏ytek lub folii rozmieszczanych wewnàtrz 

struktury lub na jej powierzchni. Postaç takiego czujnika 

przedstawiono na rys. 1. Czujniki piezoelektryczne 

pozwalajà na pomiar sygna∏u napićia przy ugićiu 

struktury kompozytowej dzi´ki efektowi piezoelektrycznemu. 

Efekt ten stwarza dodatkowà mo˝liwoÊç 

aktywnego wp∏ywu na stan struktury, tj. podawanie 

napićia do czujnika powoduje jego odkszta∏cenia, 

jak i odkszta∏cenia struktury, z którà jest 

zintegrowany. W tym przypadku takie czujniki nazywa 

si´ aktuatorami. 

W literaturze mo˝na znaleêç przyk∏ady wielu zastosowaƒ 

w∏ókien optycznych wykorzystywanych 

w diagnostyce kompozytów. Dzi´ki takim w∏óknom 

zintegrowanym ze strukturà kompozytowà mo˝na 

dokonywaç bardzo precyzyjnych pomiarów odkszta∏ceƒ 

i temperatury. Pomiar odbywa si´ na podstawie 

interferencji Êwiat∏a we w∏óknach i obserwacji jej 

zmian. WÊród nich mo˝na wymieniç czujniki z modulowanà 

intensywnoÊcià lub fazà oraz Êwiat∏owody 

z siatkami Bragga. Zaletà takich rozwiàzaƒ jest bardzo 

dok∏adny pomiar odkszta∏ceƒ przy minimalnym 

wp∏ywie na lokalne zmiany w∏aÊciwoÊci wytrzyma- 

∏oÊciowych struktury. Kompozyt warstwowy ze zintegrowanym 

w∏óknem optycznym w przekroju przedstawiono 

na rys. 1. 

Najnowszym trendem w rozwoju kompozytów samodiagnozujàcych 

jest zatapianie w nich nanorurek 

w´glowych, które jednoczeÊnie mogà s∏u˝yç jako 

wzmocnienie strukturalne i czujnik. Diagnostyka 

w tym przypadku odbywa si´ na zasadzie pomiaru 

rezystancji pràdu elektrycznego, który jest podawany 

Rys. 1. Czujnik piezoelektryczny integrowany z kompozytem w ró˝nych stanach odkszta∏cenia 

[9] oraz przekrój kompozytu ze zintegrowanym w∏óknem optycznym [10] 

do nanorurek w´glowych. W przypadku, gdy wyst´puje 

uszkodzenie, nast´puje prze∏om nanorurek, a bioràc 

pod uwag´, ˝e nanorurki sà dobrym przewodnikiem, 

a polimerowa osnowa kompozytu – zazwyczaj 

dielektrykiem, rezystancja wzrasta. Autorzy prac [11,12] 

przedstawiajà zarówno wyniki badaƒ eksperymentalnych, 

jak i implementacj´ sprz´towà takich uk∏adów 

(rys. 2). 

W niektórych przypadkach naprawa wykrytego 

uszkodzenia jest utrudniona lub wrćz niemo˝liwa, 

szczególnie w przypadku, gdy uszkodzenie wyst´puje 

wewnàtrz materia∏u. Wymiana elementu cz´sto 

jest zbyt kosztowna, dlatego opracowywane sà struktury 

kompozytowe, które mogà naprawiaç si´ samoistnie 

lub w sposób sterowalny. 

Kompozyty samonaprawialne 

Polimerowe materia∏y samonaprawialne (ang. self- 

-healing materials) cechujà si´ du˝à ró˝norodnoÊcià 

ze wzgl´du na metody regeneracji. Obszerny przeglàd 

tych metod przedstawiono m.in. w pracy [13]. WÊród 

wykorzystywanych metod mo˝na wyró˝niç metod´ 

interdyfuzji molekularnej, metody fotoaktywacji, 

metody oparte na rekombinacji koƒców ∏aƒcuchów 

polimerowych, metody oparte na inicjacji reakcji 

chemicznych, majàce na celu wyprodukowanie 

Êrodka regenerujàcego oraz jednà z najbardziej rozpowszechnionych 

metod – metod´ mikroenkapsulacji. 

Metoda interdyfuzji molekularnej opiera si´ na 

podgrzaniu struktury do temperatury bliskiej temperatury 

zeszklenia, dzi´ki czemu nast´puje dyfuzja 

czàstek polimeru, tj. w przypadku wystàpienia 

p´knićia para czàstek polimer-polimer dyfunduje ze 

sobà, tworzàc trwa∏e wiàzanie. Takie rozwiàzanie ma 

pewne ograniczenia – przede wszystkim podgrzanie 

elementu wykonanego z polimeru mo˝e wywo∏aç 

reakcje sieciowania resztkowego, co spowoduje, ˝e 

struktura polimeru przekszta∏ci si´ w trójwymiarowà 

sieç molekularnà o bardzo mocnych wiàzaniach 

[14]. Skutkowaç to b´dzie zmniejszeniem elastycznoÊci 

i zwi´kszeniem kruchoÊci materia∏u. Ponadto, 

taki zabieg wymaga zatrzymania maszyny i demonta˝u 

elementu, co nie zawsze jest mo˝liwe lub wià˝e si´ 

z du˝ymi kosztami. 

Metody fotoaktywacji i rekombinacji 

koƒców ∏aƒcuchów polimerowych 

opierajà si´ na wprowadzeniu 

dodatków do polimeru, 

które mogà inicjowaç reakcje chemiczne 

pod wp∏ywem naÊwietlania 

lub na odpowiednim oddzia∏ywaniu 

na niezmodyfikowany polimer. 

Wykorzystywane sà reakcje fotocykloaddycji, 

które powodujà, ˝e 

pod wp∏ywem Êwiat∏a aktywujà 

si´ czàstki dodatku regenerujàce 

Rys. 2. Próbka: (a) widok 

ogólny, (b) przy∏àczenie 

elektrody, (c) tensometr 

[12] 

Rys. 3. Struktura panelu epoksydowo-szklanego: (a) przed 

samonaprawà, (b) po samonaprawie [15] 

38 


Rys. 4. Mikrofotografia p´knićia z widocznymi 

mikrokapsu∏kami oraz wykres 

regeneracji p´knićia [16] 

struktur´. W przypadku niektórych 

termoplastów reakcje 

pozwalajàce na regeneracj´ materia∏u 

mogà byç zainicjowane 

przez oddzia∏ywanie na materia∏ 

promieniowaniem UV. Powoduje 

to rekombinacj´ ∏aƒcuchów polimerowych, 

co skutkuje umocnieniem wiàzaƒ tych 

∏aƒcuchów pomi´dzy sobà. 

Skutecznà metodà regeneracji kompozytów polimerowych 

jest inicjacja reakcji chemicznych majàcych 

na celu wyprodukowanie zwiàzków regenerujàcych. 

Na skutek lokalnego prowadzenia reagentów w miejscu 

wyst´powania uszkodzenia wytwarzany jest polimer 

regenerujàcy je. Zaletà wymienionych metod jest 

brak koniecznoÊci katalizy termicznej, jednak zazwyczaj 

wymagajà one demonta˝u cz´Êci z uszkodzeniem 

i przeprowadzenia zabiegów naprawczych. Metody te 

nie zawsze pozwalajà na wyeliminowanie uszkodzenia, 

cz´sto regeneracja nast´puje jedynie cz´Êciowo [15]. 

Przyk∏adowe wyniki w przypadku wyst´powania delaminacji 

pokazano na rys. 3. 

Rewolucyjnym rozwiàzaniem okaza∏a si´ metoda 

mikroenkapsulacji. Metoda ta polega na wprowadzeniu 

do materia∏u mikrokapsu∏, zawierajàcych 

Êrodek regenerujàcy (czasem z utwardzaczem i katalizatorem) 

jeszcze na etapie wytwarzania. W przypadku 

wystàpienia uszkodzenia nast´puje jego 

propagacja do momentu prze∏omu mikrokapsu∏y. 

Wydostajàcy si´ z kapsu∏y Êrodek regenerujàcy 

pozwala, w zale˝noÊci od wielkoÊci uszkodzenia, na 

ca∏kowità bàdê cz´Êciowà regeneracj´. Interesujàce 

wyniki badaƒ zosta∏y przedstawione w pracach 

[16, 17]. Autorzy przedstawili wyniki eksperymentalne 

mikroenkapsulacji i wykazali, ˝e w przypadku 

p´kni´ç we wczesnym stadium rozwoju mo˝liwa 

jest ca∏kowita regeneracja. Mikrofotografia mikroskopowa 

oraz wykres samoistnej naprawy na skutek 

regeneracji metodà mikroenkapsulacji przedstawiono 

na rys. 4. 

Podsumowanie 

Przedstawiony przeglàd wspó∏czesnych kompozytów 

inteligentnych oraz kierunków ich rozwoju 

wskazuje na mo˝liwoÊci i tendencje do wykorzystania 

takich rozwiàzaƒ w wielu zastosowaniach zawierajàcych 

elementy kompozytowe. Wi´kszoÊç tych 

rozwiàzaƒ jest ju˝ stosowana w przemyÊle lotniczym, 

natomiast wyst´powanie uk∏adów samodiagnozujàcych 

oraz materia∏ów samonaprawialnych w jednostkach 

p∏ywajàcych jest sporadyczne i stanowi 

bardziej ciekawostk´ ni˝ prawid∏owoÊç. Przedstawione 

wyniki wskazujà na du˝y potencja∏ opisanych 

metod przy diagnostyce i eksploatacji elementów 

jednostek p∏ywajàcych. Barier´ w szerokim zastosowaniu 

przedstawionych technologii stanowi ich 

wysoki koszt, jednak po uwzgl´dnieniu kosztów 

diagnostyki off-line i kosztów napraw koszt zastosowania 

tych technologii znacznie si´ obni˝a. Ponadto 

w niektórych przypadkach mogà one decydowaç 

o ˝yciu lub zdrowiu cz∏owieka. 

LITERATURA 

1. McConnell V.P.: SAMPE encompasses diversity of materials 

and processing innovations. Reinforced Plastics, Vol. 49, 

2005, pp. 60 – 63. 

2. Hideaki M., Kazuro K., Isao K., Akiyoshi S., Hiroshi N.: Structural 

health monitoring of IACC yachts using fiber optic 

distributed strain sensors: a technical challenge for America’s 

Cup 2000. Proc. SPIE Smart Structures and Materials 

2000: Sensory Phenomena and Measurement Instrumentation 

for Smart Structures and Materials, Vol. 3986, 2000, 

pp. 312 – 323. 

3. Kamiƒski M.M.: On probabilistic fatigue models for composite 

materials. International Journal of Fatigue, Vol. 24, 

2002, pp. 477 – 495. 

4. Katunin A.: Degradacja cieplna laminatów polimerowych. 

Wydawnictwo Instytutu Technologii Eksploatacji – PIB, 

Radom 2012. 

5. Broutman L.J., Sahu S.: A new theory to predict cumulative 

fatigue damage in fiber-glass reinforced plastics. Composite 

Materials: Testing and Design, ASTEM STP 497, 

Baltimore 1972. 

6. Talreja R.: Damage and fatigue in composites – a personal 

account. Composites Science and Technology, Vol. 68, 

2008, pp. 2585 – 2591. 

7. Zhang Z., Hartwig G.: Relation of damping and fatigue 

damage of unidirectional fibre composites. International 

Journal of Fatigue, Vol. 24, 2002, pp. 713 – 718. 

8. Katunin A.: Critical self-heating temperature during fatigue 

of polymeric composites under cyclic loading. Composites 

Theory and Practice, Vol. 12, 2012, pp. 72 – 76. 

9. Giddings P., Bowen C.R., Butler R., Kim H.A.: Characterisation 

of actuation properties of piezoelectric bi-stable 

carbon-fibre laminates. Composites A, Vol. 39, 2008, pp. 

697 – 703. 

10. Takeda S., Okabe Y., Yamamoto T., Takeda N.: Detection of 

edge delamination in CFRP laminates under cyclic loading 

using small-diameter FBG sensors. Composites Science 

and Technology, Vol. 63, 2003, pp. 1885 – 1894. 

11. Wang S., Chung D.D.L.: Self-sensing of flexural strain 

and damage in carbon fiber polymer-matrix composites by 

electrical resistance measurement. Carbon, Vol. 44, 2006, 

pp. 2739 – 2751. 

12. Kim K.J., Yu W.-R., Lee J.S., Gao L., Thostenson E.T., Chou 

T.-W., Byun J.-H.: Damage characterization of 3D braided 

composites using carbon nanotube-based in situ sensing. 

Composites A, Vol. 41/2010, pp. 1531 – 1537. 

13. Wu D.Y., Meure S., Solomon D.: Self-healing polymeric 

materials: A review of recent developments. Progress in 

Polymer Science, Vol. 33, 2008, pp. 479 – 522. 

14. Katunin A., Krukiewicz K.: Physicochemical analysis of 

self-heating of glass-epoxy composites cured by novolac. 

Chemik, Vol. 66, 2012, pp. 1326 – 1331. 

15. Hayes S.A., Jones F.R., Marshiya K., Zhang W.: A self-healing 

thermosetting composite material. Composites A, Vol. 

38, 2007, pp. 1116 – 1120. 

16. Brown E.N., White S.R., Sottos N.R.: Retardation and repair 

of fatigue cracks in a microcapsule toughened epoxy 

composite – Part II: In situ self-healing. Composites Science 

and Technology, Vol. 65, 2005, pp. 2474 – 2480. 

17. Pingkarawat K., Wang C.H., Varley R.J., Mouritz A.P.: 

Self-healing of delamination cracks in mendable epoxy 

matrix laminates using poly[ethylene-co-(methacrylic 

acid)] thermoplastic. Composites A., Vol. 43,2012, pp. 

1301 – 1307. 


Artyku∏ niniejszy autor dedykuje 

pamići profesora Zbigniewa Engela – twórcy i goràcego propagatora wibroakustyki 

Wibroakustyka – pe∏noprawna dyscyplina naukowa 

z polskimi korzeniami 

Vibroacoustics – a full-fledged scientific discipline 

with Polish roots 

ZBIGNIEW DÑBROWSKI 

Streszczenie: Wibroakustyka powsta∏a z chći realizacji postulatu, by ha∏as i drgania mechaniczne rozpatrywaç ∏àcznie 

jako podobne formy propagacji energii, najcz´Êciej paso˝ytniczej (choç zdarza si´ t´ energi´ równie˝ wykorzystywaç 

w maszynach wibracyjnych), stanowiàce przy tym êród∏o informacji o stanie obiektu. Czy jednak zdefiniowanie tego 

wspólnego obszaru jest to˝same z „w∏asnà aksjomatykà i j´zykiem”? Teoria drgaƒ i akustyka dostarczy∏a (i dostarcza dalej) 

wibroakustyce modeli matematycznych. Analiza sygna∏ów wnios∏a interpretacj´ obserwacji rzeczywistoÊci. Wibroakustyka 

musi to jakoÊ po∏àczyç. Musi dysponowaç j´zykiem pozwalajàcym na wspólnà interpretacj´ wyników obliczeƒ modelowych 

i wyników pomiarów. Mo˝na zatem spróbowaç zdefiniowaç podstawy przedmiotu, wychodzàc z relacji obserwowany 

sygna∏ ↔ model matematyczny. ˚àdamy zgodnoÊci wyników wyselekcjonowanej (interesujàcej nas) cz´Êci obserwacji 

z modelem matematycznym z dok∏adnoÊcià co do niedoskona∏oÊci naszego opisu i b∏´dów pomiarowych. Wychodzàc 

z takiego postulatu, mo˝na ÊciÊle zdefiniowaç wszystkie podstawowe zadania wibroakustyki. Tym samym mo˝na stwierdziç, 

˝e wychodzàc z relacji sygna∏ ↔ model, mo˝na w sposób logiczny wy∏o˝yç spójnà ca∏oÊç wibroakustyki, co poÊrednio 

dowodzi faktu, ˝e jest to dobrze zdefiniowana dziedzina naukowa. 

S∏owa kluczowe: aksjomatyka, dyscyplina naukowa, wibroakustyka 

Abstract: Vibroacoustics was created in order to realize the postulate that the noise and mechanical vibrations can be 

considered together as similar forms of energy propagation, predominantly parasitic (however, it happens often that 

this energy is used in vibrating machines), which constitutes the source of information about the object condition. 

However, is defining this common area the same as possessing ”own axiomatics and language”? The vibration theory 

and acoustics provided (and is still providing) vibroacoustics with mathematical models. The signal analysis brought 

the interpretation of observations into practice. Vibroacoustics must combine it somehow. It must have the language, which 

allows for a common interpretation of model calculations results and measurements results. Thus, it is possible to define 

the fundamentals of the subject basing on the observed signal ↔ mathematical model relation. We expect consistency 

of results of the selected (interesting for us) part of observations with the mathematical model with the accuracy of imperfection 

of our description and measurement errors. Starting from this postulate, we can precisely define all the basic tasks 

of vibroacoustics. According to the authors, the proposition, which states that the basis of consideration should be 

the signal ↔ model relation, allows to lecture vibroacoustics as logical subject, which indirectly proves the fact that it is 

a well-defined scientific discipline. 

Keywords: axiomatics, scientific discipline, vibroacoustics 

Termin „wibroakustyka” u˝ywany jako okreÊlenie 

wyodr´bnionej dyscypliny naukowej jest stosunkowo 

nowy. Po raz pierwszy pojawi∏ si´ oko∏o 40 lat temu 

z inicjatywy profesora Zbigniewa Engela i od razu 

wzbudzi∏ powa˝ne kontrowersje, zarówno ze wzgl´dów 

logiczno-semantycznych, jak i potrzeby definiowania 

nowej dziedziny wiedzy. O ile jednak w dalszym ciàgu 

mo˝na by dyskutowaç, czy „zlepek” s∏ów „wibro” 

i „akustyka” ma sens, o tyle fakt istnienia nieêle zdefiniowanej 

dyscypliny naukowej nie budzi dzisiaj wàtpliwoÊci. 

Oko∏o 300 osób *) (w tym ponad 20 profesorów) 

okreÊla swojà specjalnoÊç naukowà jako wibroakustyka, 

przedmioty „wibroakustyczne” figurujà w programach 

*) 

Dok∏adne „wyliczenie” mo˝na znaleêç w monografii 

„Akustyka polska wczoraj i dziÊ” wydanej nak∏adem CIOP PiB 

w 2010 roku przez Komitet Akustyki PAN. 

Prof. dr hab. in˝. Zbigniew Dàbrowski – Wydzia∏ SiMR, 

Politechnika Warszawska, ul. Narbutta 84, 02-524 Warszawa, 

e-mail: zdabrow@simr.pw.edu.pl. 

nauczania Politechniki Krakowskiej, Poznaƒskiej, Âlàskiej, 

Warszawskiej, Wroc∏awskiej, Uniwersytetu Jagielloƒskiego, 

Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego 

w Bydgoszczy, Uniwersytetu Zielonogórskiego, 

Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego 

w Szczecinie, Akademii Marynarki Wojennej w Gdyni, 

Paƒstwowej Wy˝szej Szko∏y Zawodowej w Lesznie i Akademii 

Górniczo-Hutniczej. JedenaÊcie jednostek organizacyjnych 

zawiera w swojej nazwie rzeczownik 

„wibroakustyka”. Istnienie zatem dyscypliny badawczej 

o tej nazwie nie budzi wàtpliwoÊci, tym bardziej ˝e 

od pewnego czasu termin „vibroacoustics” figuruje 

w nazwach wielu powa˝nych konferencji mi´dzynarodowych. 

Warto zaznaczyç, gwoli precyzji, ˝e termin 

wibroakustyczny („vibroacoustics” w terminologii angloj´zycznej) 

by∏ bardziej tolerowany ni˝ forma rzeczownikowa 

i pojawienie si´ literki „s” w koƒcówce nazwy 

sekcji jednego z powa˝nych kongresów przekona∏o do 

poprawnoÊci okreÊlenia „wibroakustyka” ostatnich czynnych 

oponentów. Mo˝na zatem pokusiç si´ o dok∏adne 

sprecyzowanie, co si´ pod tym terminem kryje. 

40 


Odrobina historii, czyli polskie korzenie 

W Polsce po II wojnie Êwiatowej stosunkowo liczna 

grupa mechaników, skupiona w odbudowanych i nowo 

powstajàcych uczelniach oraz IPPT PAN, stan´∏a przed 

dylematem wyboru drogi rozwoju naukowego. W zrujnowanym 

wojnà i zawieruchà ustrojowà kraju nie by∏o 

mo˝liwoÊci rozwoju myÊli konstrukcyjnej Êwićàcej 

niewàtpliwe tryumfy w okresie mi´dzywojennym. By∏a 

natomiast powszechna ÊwiadomoÊç dokonaƒ lwowskiej 

szko∏y matematycznej z jej wymiarem ogólnoÊwiatowym. 

Naturalnà konsekwencjà takiego stanu rzeczy 

by∏o ukierunkowanie si´ uczonych w stron´ prac 

z mechaniki teoretycznej, a w szczególnoÊci teorii drgaƒ 

nieliniowych, opartej na teorii równaƒ ró˝niczkowych. 

Mo˝na wymieniç tu nazwiska wybitnych uczonych, 

twórców polskiej szko∏y mechanicznej klasy – Maksymiliana 

Tytusa Hubera czy Wac∏awa Olszaka – oraz 

matematyków specjalizujàcych si´ w teorii równaƒ ró˝niczkowych 

(Miros∏aw Krzy˝aƒski, Tadeusz Wa˝ewski). 

Szczególne miejsce nale˝y si´ profesorowi Stanis∏awowi 

Ziembie z racji stworzenia szko∏y naukowej drgaƒ 

nieliniowych kontynuowanej przez jego uczniów i przyjació∏. 

Wymieniç mo˝na tu ca∏à plejad´ profesorów, 

poczynajàc od pierwszych doktorantów Ziemby (prof. 

Janis∏aw Skowroƒski, prof. Roman Gutowski, prof. 

Zbigniew Osiƒski, prof. Agnieszka Muszyƒska i wielu 

innych) poprzez silny oÊrodek krakowski (profesorowie 

W∏adys∏aw Bogusz, Zbigniew Engel, Józef Giergiel 

z AGH, prof. Józef Nizio∏ z Politechniki Krakowskiej), 

szko∏´ stworzonà w WAT przez profesora Sylwestra 

Kaliskiego (prof. Jan Osiecki, prof. Zbigniew D˝ygad∏o 

i inni), a˝ po ich wychowanków (z których wielu ju˝ jest 

na emeryturze). 

Równolegle rozwijajàca si´ akustyka teoretyczna (˝eby 

wymieniç tylko prof. Marka Kwieka, Edmunda KaraÊkiewicza, 

Stefana Czarneckiego i Ignacego Maleckiego) 

stworzy∏a klimat, by powsta∏y próby zintegrowania obu 

dyscyplin wywodzàcych si´ z tych samych podstaw, 

a wyraênie podà˝ajàcych innymi Êcie˝kami rozwoju. Takà 

potrzeb´ stworzenia nowego podejÊcia do obu zagadnieƒ 

z jednoczesnym przybli˝eniem teorii do praktyki 

in˝ynierskiej widzieli badacze w wielu krajach. Na poczàtku 

lat szeÊçdziesiàtych ubieg∏ego wieku I. I. Artobolewskij 

i M. D. Genkin wprowadzili pojćie „akustyczna 

dynamika maszyn”, prace L. Cremera i M. Heckla definiowa∏y 

termin „akustyka strukturalna” itp. Jednak˝e 

pierwszym, który wprowadzi∏ termin „wibroakustyka” 

i zdefiniowa∏ w sposób praktycznie nieró˝niàcy si´ od 

naszych dzisiejszych wyobra˝eƒ zakres, cel i zadania 

dyscypliny, by∏ prof. Zbigniew Engel z AGH. 

W AGH te˝ powsta∏a pierwsza placówka z terminem 

„wibroakustyka” w nazwie (Instytut Mechaniki i Wibroakustyki 

przekszta∏cony póêniej w Katedr´). Pomys∏ od 

razu zyska∏ akceptacj´ prof. Czes∏awa Cempela z Politechniki 

Poznaƒskiej (Zak∏ad Dynamiki i Wibroakustyki 

Systemów Instytutu Mechaniki Stosowanej). Rozpocz´∏a 

si´ walka o przetrwanie. Oponentów by∏o wielu, lecz 

zwolenników równie˝ przybywa∏o. Do dwójki prekursorów 

do∏àczy∏a Politechnika Warszawska, gdzie w Instytucie 

Podstaw Budowy Maszyn pod ˝yczliwym 

protektoratem prof. Zbigniewa Osiƒskiego powsta∏a 

Pracownia Wibroakustyki. Twórca corocznej konferencji 

„Diagnostyka Maszyn” prof. Ludwik Müller z Politechniki 

Âlàskiej potraktowa∏ „diagnostyk´ wibroakustycznà” 

jako wiodàcà ga∏àê diagnostyki. Trzeba sprawiedliwie 

przyznaç, ˝e si∏a opozycji naukowej by∏a wielka i pewnie 

nic by z tego nie wysz∏o, gdyby do grona entuzjastów nie 

do∏àczy∏a ówczesna „m∏odzie˝ naukowa”. Wielcy profesorowie 

mieli widaç si∏´ przekonywania wychowanków 

– ta „m∏odzie˝” to dzisiaj ci profesorowie wymienieni 

w za∏àczniku, którzy definiujàc swojà specjalnoÊç naukowà, 

u˝ywajà terminu „wibroakustyka”. 

Definicja, cel i zakres wibroakustyki 

Wed∏ug twórcy dyscypliny prof. Z. Engela [1] „Wibroakustyka 

jest dziedzinà nauki zajmujàcà si´ wszelkimi 

problemami drganiowymi i akustycznymi zachodzàcymi 

w przyrodzie, technice, maszynach, urzàdzeniach, Êrodkach 

transportu i komunikacji, a wić w Êrodowisku”. 

Dalej znajdziemy, ˝e „Celem utylitarnym wibroakustyki 

jest obni˝enie zak∏óceƒ wibroakustycznych maszyn, urzàdzeƒ, 

instalacji oraz otoczenia do minimum mo˝liwego 

na danym etapie wiedzy i technologii, a tak˝e wykorzystanie 

informacji zawartych w sygnale wibroakustycznym 

do oceny jakoÊci maszyn i urzàdzeƒ, budowli itp. oraz 

realizowanych procesów technologicznych”. 

Tak zdefiniowany cel implikuje podstawowe zadania 

wibroakustyki, które mo˝na przedstawiç jak nast´puje: 

– Identyfikacja êróde∏ energii wibroakustycznej, która 

polega na zlokalizowaniu êróde∏ w obr´bie obiektu, 

maszyny, urzàdzenia. Nast´pnie nale˝y podaç charakterystyki 

êróde∏, okreÊliç wspó∏zale˝noÊç mi´dzy poszczególnymi 

êród∏ami, okreÊliç moc wibroakustycznà 

poszczególnych êróde∏, a tak˝e podaç charakter powstawania 

drgaƒ i dêwi´ków. 

– Identyfikacja dróg transmisji energii wibroakustycznej 

w okreÊlonym Êrodowisku (budowlach, maszynach, 

obiektach, urzàdzeniach itp.). Opracowanie teorii 

transformacji i przenoszenia energii, rozdzielenie sygna∏ów 

wibroakustycznych, opracowanie biernych i czynnych 

metod kontroli zjawiska, opracowanie metod 

analizy na pograniczu falowego i dyskretnego ujćia 

zjawiska. 

– Diagnostyka wibroakustyczna wykorzystujàca sygna∏y 

emitowane przez maszyny, urzàdzenia itp. Sygna∏y 

wibroakustyczne zawierajà informacje o stanie zdrowia, 

stanie obiektu, stanie maszyny. Te w∏asnoÊci sygna∏ów 

sà cz´sto wykorzystywane zarówno w diagnostyce medycznej, 

jak równie˝ w diagnostyce maszyn i urzàdzeƒ 

oraz badaniach nieniszczàcych ich elementów. Zasady 

diagnostyki wibroakustycznej stosowane sà w ka˝dej 

fazie istnienia maszyn i urzàdzeƒ: w konstruowaniu, 

wytwarzaniu i eksploatacji, a tak˝e przy sterowaniu 

procesami wibroakustycznymi. 

– Synteza wibroakustyczna maszyn, obiektów oraz 

sygna∏ów. Zadania syntezy podzieliç mo˝na na dwie 

grupy zagadnieƒ: 

– Synteza parametrów opisujàcych pole akustyczne 

wzgl´dnie synteza wielkoÊci stosowanych w metodach 

aktywnych, synteza dêwi´ków w akustyce mowy. 

– Synteza maszyn i obiektów, przez co rozumiemy 

syntez´ strukturalnà, kinematycznà i dynamicznà prowadzàcà 

do uzyskania odpowiedniej aktywnoÊci wibroakustycznej. 

– Czynne zastosowanie energii wibroakustycznej. 

Procesy wibroakustyczne nie zawsze muszà byç procesami 

szkodliwymi. Zastosowane celowo przy u˝yciu 

odpowiednich Êrodków zabezpieczajàcych mogà byç 

efektywnym noÊnikiem energii, która mo˝e byç wykorzystana 

do realizacji ró˝nych procesów technologicznych 

(np. czyszczenie ultradêwi´kowe, transport wibracyjny, 

wibracyjne zag´szczanie materia∏ów, gruntów, 

czyszczenie odlewów itp.). Czynne zastosowanie energii 

wibroakustycznej zwiàzane jest z kontrolowanym wykorzystaniem 

tej energii przy warunku maksymalnej 

efektywnoÊci energetycznej i minimalnych zak∏óceniach 

zewn´trznych. 

– Opracowanie metod kontroli emisji, propagacji 

i imisji energii wibroakustycznej w Êrodowisku, w tym 

równie˝ maszynach i urzàdzeniach, a tak˝e opracowanie 


metod sterowania procesami wibroakustycznymi, co si´ 

∏àczy z tzw. metodami aktywnymi. Podstawowà cechà 

uk∏adów aktywnych jest to, ˝e zawierajà one zewn´trzne 

êród∏o energii. Uk∏ady te odpowiednio sterowane mogà 

dostarczaç lub absorbowaç energi´ wibroakustycznà 

w okreÊlony sposób z dowolnych miejsc uk∏adu. Metody 

sterowania procesami wibroakustycznymi stanowià 

nowy dzia∏ nauki szybko rozwijajàcy si´ i majàcy ju˝ wiele 

praktycznych zastosowaƒ. 

Taki zakres zadaƒ jest obszerny, a jego realizacja wymaga 

stosowania dobrze wykszta∏conej metodyki badaƒ 

teoretycznych i eksperymentalnych. 

Wibroakustyka powsta∏a z chći realizacji postulatu, by 

ha∏as i drgania mechaniczne rozpatrywaç ∏àcznie jako 

podobne formy propagacji energii, najcz´Êciej paso- 

˝ytniczej [2, 3] (choç zdarza si´ t´ energi´ równie˝ wykorzystywaç 

w maszynach wibracyjnych), stanowiàce 

przy tym êród∏o informacji o stanie obiektu. W naturalny 

wić sposób od poczàtku swego istnienia stanowi∏a 

po∏àczenie teorii drgaƒ i akustyki – dwóch dobrze zdefiniowanych 

dyscyplin. Ale to jeszcze za ma∏o, by mówiç 

o nowej nauce. Zarówno teoria drgaƒ, jak i akustyka 

teoretyczna sà wyodr´bnionymi dzia∏ami fizyki (mechaniki), 

gdzie wnioskowanie oparto na j´zyku równaƒ ró˝niczkowych 

(zwyczajnych i czàstkowych). Próby „po∏àczenia” 

ich razem nie wnoszà ˝adnej nowej wartoÊci poza 

stwierdzeniem, ˝e badacz chcàcy zajmowaç si´ oddzia- 

∏ywaniem drgaƒ i ha∏asu maszyn na Êrodowisko winien 

biegle poruszaç si´ w obu wymienionych teoriach. 

Odr´bnoÊç przedmiotowa wibroakustyki wymaga∏a 

zatem co najmniej innego spojrzenia na rezultaty badawcze. 

Warto tutaj wspomnieç, ˝e wibroakustyka 

kszta∏towa∏a swoje dzisiejsze oblicze w czasach, gdy 

obliczenia in˝ynierskie wykonywano na suwaku, a teoria 

drgaƒ brn´∏a w Êlepy zau∏ek przybli˝onych rozwiàzaƒ 

teoretycznych nieliniowych równaƒ ró˝niczkowych, 

rozpatrujàc zagadnienia, których praktyczna realizacja 

stawa∏a si´ coraz trudniejsza. In˝ynierów nie interesowa∏y 

rachunkowe „odkrycia” badaczy. Oczekiwali 

algorytmów, receptur odpowiadajàcych na pytanie, 

co zrobiç, by zminimalizowaç drgania i ha∏as maszyny, 

lub co uczyniç, by wydobyç z obserwowanego procesu 

oczekiwane informacje diagnostyczne. 

Istotny jest tutaj aspekt aplikacyjny. Mo˝na powiedzieç 

poglàdowo, ˝e relacja pomi´dzy wibroakustykà a teorià 

drgaƒ i akustykà teoretycznà przypomina relacj´ 

pomi´dzy mechanikà i wytrzyma∏oÊcià materia∏ów 

a PKM-em (czy tradycyjnymi „cz´Êciami maszyn”). Niemniej 

jednak swoista „przepychanka” o pe∏noprawne 

obywatelstwo wibroakustyki trwa∏aby nadal, gdyby nie 

ogromny rozwój komputerowych technik obliczeniowych 

i – co si´ z tym wià˝e – technik pomiaru wielkoÊci 

dynamicznych i analizy sygna∏ów. Wibroakustyka 

zyska∏a pot´˝ne narz´dzia integracyjne pozwalajàce na 

badanie rzeczywistych procesów drganiowych i ha∏asowych 

w ca∏ym swoim obszarze dzia∏ania bez wzgl´du 

na aktualne zaawansowanie metod teoretycznych. 

Jeszcze nie tak dawno bowiem jedynym rzetelnym 

wibroakustycznym analizatorem diagnostycznym by∏o... 

ucho doÊwiadczonego praktyka. DoÊç silnie otwiera∏a si´ 

wówczas przepaÊç pomi´dzy naukà i praktykà, która 

zmusi∏a konstruktorów i producentów urzàdzeƒ technicznych 

do badaƒ eksperymentalnych. 

DoÊç dobrym odzwierciedleniem stanu relacji teoria 

↔ praktyka (z po∏owy lat 60. ubieg∏ego wieku) jest 

znakomita skàdinàd ksià˝ka Japoƒczyka Hihiro-Hayashi 

„Drgania nieliniowe w uk∏adach fizycznych”. Dzisiaj budzi 

ona jedynie refleksj´, jak du˝o trzeba by∏o si´ nauczyç, by 

znaleêç niewiele przyk∏adów ilustrujàcych teori´. Rodzàca 

si´ wibroakustyka prze∏ama∏a w pewien sposób 

impas rozwoju obu nauk teoretycznych. Do ich osiàgni´ç 

do∏àczy∏a bowiem od samego poczàtku badania eksperymentalne. 

Takie po∏àczenie musia∏o spowodowaç 

inny (nowy) punkt widzenia badanego zjawiska, „odfiltrowaç” 

z nauk teoretycznych jedynie wyniki i metody 

fizycznie realizowalne. Mo˝na stwierdziç, ˝e w tym punkcie 

twórcy dyscypliny „trafili w dziesiàtk´”, rewolucja 

informatyczna bowiem dostarczy∏a znakomitego narz´dzia, 

którym jest w∏aÊnie rozwini´ta analiza sygna∏ów. 

J´zyk i aksjomatyka 

Jak wiadomo, ka˝da wyodr´bniona dyscyplina naukowa, 

by na takà nazw´ zas∏ugiwaç, musi spe∏niç kilka podstawowych 

warunków. Sà to: 

– Dobrze okreÊlony obszar badawczy. 

– Aksjomatyka (za∏o˝enia wst´pne, podstawowe iloÊci 

wiedzy empirycznej). 

– System dedukcyjny pozwalajàcy na wnioskowanie 

a priori i a posteriori. 

Obszar badawczy przedmiotu znakomicie okreÊli∏y 

podane wczeÊniej definicje. Wibroakustyk´ mo˝emy 

sklasyfikowaç jako nauk´ interdyscyplinarnà, dzia∏ajàcà 

we wspólnym obszarze teorii drgaƒ, akustyki i pomiarów 

wielkoÊci dynamicznych. 

Czy jednak zdefiniowanie tego wspólnego obszaru jest 

to˝same z „w∏asnà aksjomatykà i j´zykiem”? Spójrzmy 

na problem nast´pujàcy. Teoria drgaƒ i akustyka dostarczy∏a 

(i dostarcza dalej) wibroakustyce modeli matematycznych. 

Analiza sygna∏ów wnios∏a interpretacj´ 

obserwacji rzeczywistoÊci. Wibroakustyka musi to jakoÊ 

po∏àczyç. Musi dysponowaç j´zykiem pozwalajàcym na 

wspólnà interpretacj´ wyników obliczeƒ modelowych 

i wyników pomiarów. Mo˝na zatem spróbowaç zdefiniowaç 

podstawy przedmiotu, wychodzàc z relacji obserwowany 

sygna∏ ↔ model matematyczny [7]: 

obserwowany 

sygna∏ 

 

model 

matematyczny 

gdzie lewa strona oznacza wyselekcjonowanà cz´Êç 

obserwowanego sygna∏u b´dàcego w ogólnoÊci procesem 

losowym zale˝nym od czasu obserwacji, lokalizacji 

urzàdzenia rejestrujàcego, egzemplarza maszyny 

(urzàdzenia) oraz czasu ewolucyjnego (˝ycia), a prawa 

strona przedstawia rezultaty obliczeƒ modelowych 

z dok∏adnoÊcià co do b∏´du struktury modelu i szumu 

pomiarowego. Relacj´ takà mo˝na przet∏umaczyç poglàdowo 

na pewnà filozofi´ dzia∏ania wibroakustyki. 

˚àdamy zgodnoÊci wyników wyselekcjonowanej (interesujàcej 

nas) cz´Êci obserwacji z modelem matematycznym 

z dok∏adnoÊcià co do niedoskona∏oÊci naszego 

opisu i b∏´dów pomiarowych. Je˝eli zdefiniujemy 

teraz wspólnà przestrzeƒ obserwacji i rezultatów badaƒ 

modelowych, np. wprowadzajàc odpowiednià metryk´, 

to wymieniona relacja nabierze cech równania pozwalajàcych 

na przekszta∏cenia prowadzàce w efekcie do 

rozwiàzania np. zadania diagnostycznego czy problemu 

dróg propagacji energii wibroakustycznej [6]. 

W zapisie matematycznym wyglàda to nast´pujàco: 

gdzie: 

{x(....)} – obserwowany proces dynamiczny 

(akustyczny) z regu∏y losowy zale˝ny od minimum 

4 zmiennych. 

t – czas obserwacji (dynamiczny). Najcz´Êciej 

zak∏adamy, ˝e wzgl´dem zmiennej „t” proces jest 

(1) 

42 


stacjonarny i ergodyczny, choç oczywiÊcie za∏o˝enie to 

mo˝e nie byç spe∏nione. 

θ – czas ewolucyjny (czas „˝ycia” maszyny). 

Wprowadzenie drugiej zmiennej, traktowanej jako 

niezale˝na, zmiennej czasowej θ jest mo˝liwe ze wzgl´du 

na spe∏nienie warunku θ >> t. Czas ˝ycia urzàdzenia jest 

bowiem o wiele rz´dów wielkoÊci wi´kszy od czasu 

rejestracji zachowaƒ dynamicznych. Zmienna θ w niektórych 

zadaniach mo˝e byç równie˝ funkcjà czasu 

ewolucyjnego, wyst´pujàc jako np. parametr uszkodzenia. 

Oczekujemy, ˝e wzgl´dem zmiennej θ proces jest 

wielozmienny i ograniczony. 

n – zmienna okreÊlajàca egzemplarz maszyny 

w zadanym zbiorze. 

r – uogólniona wspó∏rz´dna punktu pomiarowego 

(obserwacji). Zwykle zak∏ada si´, ˝e wzgl´dem zmiennej 

„r” w bezpoÊrednim otoczeniu wybranego punktu 

(znamionowego punktu pomiarowego) proces jest 

wielozmienny, a dok∏adniej s∏abo wra˝liwy na niewielkie 

zmiany. 

p i 

– ró˝nego rodzaju wymuszenia dzia∏ajàce na 

uk∏ad nale˝àce do kilku grup. 

p 1 

– wymuszenia funkcjonalne nierozerwalnie 

zwiàzane z pracà maszyny. 

p 2 

– wymuszenia pochodzàce z zewnàtrz niezale˝ne 

od trybu pracy urzàdzenia – np. zak∏ócenia wynikajàce 

z pracy innych maszyn w hali fabrycznej itp. 

p 3 

– wymuszenia powstajàce wewnàtrz struktury 

maszyny na skutek jej uszkodzenia (zu˝ycia). 

h i 

– transmitancje opisane w prostym liniowym 

przekszta∏ceniu. 

ϕ – b∏àd strukturalny modelu b´dàcy efektem 

Êwiadomego uproszczenia modelowania. W tym zapisie 

w funkcji ϕ zawarto równie˝ b∏àd liniowej aproksymacji 

zjawisk nieliniowych. 

– b∏àd obserwacji (szum pomiarowy). 

ρ – odpowiednio zdefiniowana metryka. 

S t 

– operator selekcji i uÊredniania w dziedzinie 

czasu. 

OkreÊlenie w sposób w∏aÊciwy operatora S t 

jest kluczowe 

dla poprawnego zdefiniowania zadania. W równaniu 

(1) najcz´Êciej bowiem chcemy porównywaç 

efekty obliczeƒ dyskretnego modelu matematycznego, 

si∏à rzeczy uproszczonego, z rezultatami obserwacji majàcymi 

z regu∏y charakter losowy. Operator S t 

pozwala 

wybraç odpowiednià charakterystyk´ b´dàcà elementem 

tej samej przestrzeni wed∏ug zdefiniowanej odleg∏oÊci 

co rozwiàzanie opisu modelowego. Niekiedy 

zresztà „dopasowuje” si´ do siebie obie strony równania 

(1), wprowadzajàc operator przekszta∏cenia prawej 

strony. Potrzeba taka mo˝e wystàpiç np. w sytuacji, gdy 

stosujàc prosty model matematyczny, okreÊliliÊmy 

empirycznie funkcj´ b∏´du ϕ (identyfikacja strukturalna) 

i tak skorygowany model porównujemy z wynikami 

eksperymentu w innych warunkach pracy. Sprowadza to 

równanie (1) do postaci: 

gdzie – operator dopasowania. 

Równanie (1) lub (2) mo˝na poddaç obustronnej transformacie 

ca∏kowej i sprowadziç do dziedziny cz´stotliwoÊci 

lub podobnej (np. transformat falkowych), czyli do 

zale˝noÊci: 

(2) 

(3) 

gdzie odpowiednie transformaty oznaczono wielkimi 

literami: literà F transformat´ Fouriera, a S ω 

oznaczono 

operator selekcji w dziedzinie cz´stotliwoÊci (operator 

filtracji). 

Równania (1) i (3) pozwalajà zdefiniowaç wszystkie 

podstawowe zadania wibroakustyki wed∏ug nast´pujàcych 

zale˝noÊci: 

1. Identyfikacja modelu matematycznego 

L – P < δ 

2. Zadanie diagnostyczne 

L(θ 1 

...) – L(θ 2 

...) = P(θ 1 

) – P(θ 2 

) 

3. Minimalizacja drgaƒ i ha∏asu 

P → P min 

4. Synteza uk∏adu dynamicznego 

P → P 0 

Dla prostoty zapisu oznaczono przez P – prawe, 

L – lewe strony równania (1) lub (3), a δ oznacza dopuszczalny 

b∏àd identyfikacji spe∏niajàcy zale˝noÊç δ ≥ Φ + Ψ. 

Dla przyk∏adu rozpiszmy dok∏adniej pierwsze z tych 

zadaƒ. Niech b´dzie dany uk∏ad dyskretny o skoƒczonej 

liczbie stopni swobody. Zadanie identyfikacji parametrycznej 

w dziedzinie cz´stotliwoÊci zapiszemy jak nast´puje: 

gdzie m i 

, k i 

, c i 

– odpowiednio masy, sztywnoÊci i t∏umienia, 

a z j 

– wybrane spoÊród nich zmienne decyzyjne. 

OczywiÊcie w podobny sposób mo˝na uszczegó∏awiaç 

wymienione zadania i dalej definiowaç coraz bardziej 

z∏o˝one problemy. Szczególnie wa˝ne jest precyzyjne 

ka˝dorazowe zdefiniowanie metryki. Tak jak pokazano 

mi´dzy innymi w [4, 5], mo˝na w podobny sposób zapisaç 

zadanie nieliniowe, a tak˝e procedury post´powania 

w tak zwanych metodach inwersyjnych czy 

obliczaniu modnych ostatnio makrowskaêników. Tym 

samym mo˝na zatem stwierdziç, ˝e wychodzàc z relacji 

sygna∏ ↔ model, mo˝na w sposób logiczny wy∏o˝yç 

spójnà ca∏oÊç wibroakustyki, co poÊrednio dowodzi 

faktu, ˝e jest to dobrze zdefiniowana dziedzina naukowa. 

LITERATURA 

1. Engel Z., Piechowicz J., Stryczniewicz L.: Podstawy wibroakustyki 

przemys∏owej. Wydzia∏ In˝ynierii i Robotyki AGH, Katedra 

Mechaniki i Wibroakustyki, Kraków 2003. 

2. Batko W., Dàbrowski Z., Engel Z., Kiciƒski J., Weyna S.: Nowoczesne 

metody badania procesów wibroakustycznych. Cz´Êç I. 

Biblioteka Problemów Eksploatacji, Wydawnictwo Instytutu 

Technologii Eksploatacji – PIB, Radom 2005. 

3. Batko W., Dàbrowski Z., Kiciƒski J.: Nonlinear Effects in Technical 

Diagnostics. Publishing and Printing House of Sustainable 

Technologies – NRI, Warszawa 2008. 

4. Dàbrowski Z., Deuszkiewicz P.: Designing of High-Speed Machine 

Shafts of Carbon Composites with Highly Nonlinear 

Characteristics. Key Engineering Materials, Vol. 490, 2012, Trans 

Tech Publications Ltd, Switzerland, pp. 76 – 82. 

5. Klekot G.: The Measure of the Propagation of Vibration for the 

Assessment of Damages in a Concrete Beam. Zagadnienia 

Eksploatacji Maszyn, Scientific Problems of Machines Operation 

and Maintenance, Polish Academy of Sciences – Committee of 

Machine Engineering, nr 1 (165), Vol. 46, 2011, ss. 105 – 112. 

6. Dàbrowski Z., Dziurdê J.: The Analysis of Vibroacoustic Energy 

Propagation in Construction Machinery. VIBRO-ENGINEERING 

2012 – 11th International Conference, 11-12 October, 2012, 

Lithuanian Academy of Sciences, Kaunas, Lithuania 2012. 

7. Dàbrowski Z.: Nieliniowa zale˝noÊç sygna∏-model w diagnostyce 

wibroakustycznej. IX Sympozjum Naukowo-Techniczne 

„SILNIKI SPALINOWE W ZASTOSOWANIACH WOJSKO- 

WYCH” – SILWOJ 2012, AMW Gdynia, WAT Warszawa – Puck, 

21-23.10.2013, str. 49. 


W dniu 2 listopada 2013 zmar∏ profesor Zbigniew Engel 

Profesor Zbigniew Engel 

Profesor zwyczajny Zbigniew Witold Engel, doktor 

honoris causa Akademii Górniczo-Hutniczej, Politechniki 

Krakowskiej i Politechniki Âwi´tokrzyskiej 

oraz profesor honorowy Politechniki Warszawskiej 

(Wydz. SiMR) urodzi∏ si´ 1 kwietnia 1933 roku 

w Zawadach, w województwie lwowskim. W latach 

1950–55 studiowa∏ na Wydzia∏ach Politechnicznych 

AGH i Politechniki Krakowskiej. Od 1962 roku a˝ do 

przejÊcia na emerytur´ pracowa∏ w Akademii Górniczo-Hutniczej. 

W 1962 roku uzyska∏ stopieƒ doktora 

nauk technicznych na Wydziale Maszyn Górniczych 

i Hutniczych, zaÊ w roku 1966 stopieƒ doktora habilitowanego. 

W roku 1973 uzyska∏ tytu∏ naukowy profesora 

nadzwyczajnego, a w roku 1978 tytu∏ profesora 

zwyczajnego. 

Prof. Zbigniew Engel – to organizator i wieloletni 

dyrektor Instytutu Mechaniki i Wibroakustyki AGH, 

a nast´pnie kierownik Katedry Mechaniki i Wibroakustyki, 

specjalista z zakresu mechaniki i wibroakustyki. 

Publikowany dorobek Prof. Z. Engela obejmuje 

ponad 600 prac, w tym monografii, podrćzników, 

skryptów, referatów na konferencjach i kongresach 

naukowych. By∏ promotorem 40 zakoƒczonych 

prac doktorskich. Przez ca∏y okres dzia∏alnoÊci 

naukowej wspó∏pracowa∏ z wieloma instytucjami 

naukowymi ca∏ego Êwiata, wÊród których 

wymieniç nale˝y: Purdue University w Stanach 

Zjednoczonych, Uniwersytet Techniczny w Kopenhadze, 

Uniwersytet Techniczny w Bratys∏awie, Instytut 

Materia∏ów i Mechaniki Maszyn S∏owackiej Akademii 

Nauk w Bratys∏awie, Instytut Budowy Maszyn 

Rosyjskiej Akademii Nauk w Moskwie, Instytut Politechniczny 

w Kijowie, Politechnik´ w Budapeszcie, 

Uniwersytet Techniczny w Tokio, Instytut Mechaniki 

Stosowanej Politechniki Krakowskiej, Instytut Mechaniki 

Stosowanej Politechniki Poznaƒskiej, Instytut 

Techniki Budowlanej, Instytut Podstaw Budowy 

Maszyn Politechniki Warszawskiej, Instytut Odlewnictwa 

w Krakowie. 

Dzia∏alnoÊç naukowa przynios∏a Profesorowi uznanie 

w postaci cz∏onkostwa w wielu organizacjach 

naukowych. G∏ówne z nich to: Akademia In˝ynierska 

w Polsce, Petersburska Akademia Nauk, Institute 

of Noise Control Engineering, International Institute 

of Acoustics and Vibration. By∏ cz∏onkiem honorowym 

Polskiego Towarzystwa Akustycznego, Ligi Walki 

z Ha∏asem oraz Wschodnio-Europejskiego Towarzystwa 

Akustycznego w Petersburgu. By∏ organizatorem 

wielu konferencji i kongresów naukowych, 

m.in: Internoise ’79 w Warszawie, konferencji Noise 

Control i mi´dzynarodowych konferencji Dynamiki 

Maszyn. Pe∏ni∏ wiele odpowiedzialnych funkcji, takich 

jak: wiceprzewodniczàcy Rady G∏ównej Nauki i Szkolnictwa 

Wy˝szego (1989-1990), wiceprzewodniczàcy 

i cz∏onek Prezydium, a nast´pnie przewodniczàcy 

Komitetu Akustyki PAN, wiceprzewodniczàcy i przewodniczàcy 

Komisji Mechaniki Stosowanej Krakowskiego 

Oddzia∏u PAN, sekretarz, wiceprzewodniczàcy, 

przewodniczàcy krakowskiego oddzia∏u 

Polskiego Towarzystwa Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej, 

przewodniczàcy Rady Naukowej Centralnego 

Instytutu Ochrony Pracy. By∏ laureatem wielu 

nagród, m.in. Nagród Ministra Szkolnictwa Wy˝szego, 

Ministra Edukacji Narodowej, Ministra Budownictwa 

oraz Nagrody Sto∏ecznego Królewskiego Miasta 

Krakowa w dziedzinie nauki i techniki. 

WÊród odznaczeƒ krajowych i zagranicznych wymieniç 

nale˝y: Z∏oty Medal im. Krizika – Czechos∏owackiej 

Akademii Nauk, Medal W´gierski „PRO 

SILENTIA”, oraz wysokie odznaczenia paƒstwowe: 

Z∏oty Krzy˝ Zas∏ugi, Krzy˝ Kawalerski, Oficerski i Komandorski 

Orderu Odrodzenia Polski, Medal Komisji 

Edukacji Narodowej. 

Ale nade wszystko Profesor Zbigniew Engel na 

trwa∏e wpisa∏ si´ w histori´ polskiej myÊli naukowej 

jako twórca i propagator wibroakustyki – nowej 

dziedziny naukowej dynamicznie si´ rozwijajàcej. 

Narzucona przez Niego filozofia przedmiotu zdoby∏a 

sobie obywatelstwo mi´dzynarodowe. Do ostatnich 

chwil ˝ycia filozofi´ t´ rozwija∏, ostatnio opracowujàc 

i wdra˝ajàc teori´ metod inwersyjnych i wzajemnoÊciowych 

oraz lokujàc wibroakustyk´ w teorii 

zrównowa˝onego rozwoju. 

W Êrodowisku mechaników polskich bardzo znany 

jako cz∏owiek wielkiej pracowitoÊci, niespo˝ytej energii 

i ˝elaznej konsekwencji dzia∏ania, a ka˝demu 

odwiedzajàcemu AGH pawilon wibroakustyki nazywany 

z racji charakterystycznej elewacji „czekoladkà” 

kojarzy si´ z Jego Osobà. 

W. Batko 

Z. Dàbrowski 

44 



46 


metody i urzàdzenia pomiarowe 

Badania mechaniczne mi´kkich tkanek biologicznych 

Stosowanie na masowà skal´ biomateria∏ów 

w medycynie oraz rozwój in˝ynierii tkankowej spowodowa∏y 

wzrost zapotrzebowania na urzàdzenia 

badawcze do okreÊlania w∏aÊciwoÊci mechanicznych 

tych materia∏ów. 

Najcz´Êciej przeprowadza si´ statyczne próby 

rozciàgania, Êciskania i zginania. OkreÊlajà one elastycznoÊç 

materia∏u, wytrzyma∏oÊç na rozciàganie 

i Êciskanie oraz wytrzyma∏oÊç na p´kanie. 

Badania wytrzyma∏oÊciowe tkanek mi´kkich wymagajà 

specjalnych warunków. Istotne jest utrzymanie 

w∏aÊciwej wilgotnoÊci, pH, niekiedy tak˝e 

w∏aÊciwego sk∏adu powietrza. Cz´sto badania muszà 

byç prowadzone w p∏ynnym medium o odpowiedniej 

temperaturze. Jednym z trudniejszych zadaƒ w badaniach 

tkanek jest ich w∏aÊciwe uchwycenie w maszynie 

wytrzyma∏oÊciowej. Cz´sto uchwyty standardowych 

maszyn wytrzyma∏oÊciowych nie sà w stanie 

zapewniç prawid∏owego mocowania tych próbek. 

Dodatkowo podczas testów nale˝y uwzgl´dniaç czynniki 

fizjologiczne. W niektórych przypadkach konieczne 

jest prowadzenie prób w warunkach in vivo. 

Ponadto w biomateria∏ach zachodzà oddzia∏ywania 

na pograniczu mechaniki, fizjologii i biologii komórki. 

Do testów wykorzystuje si´ maszyny wytrzyma∏oÊciowe 

elektromechaniczne lub serwohydrauliczne. 

Tkanki mi´kkie – skóra lub kolagen cechujà si´ niskà 

granicà wytrzyma∏oÊci i wymagajà stosowania maszyn 

wytrzyma∏oÊciowych z bardzo czu∏ym systemem 

pomiarowym umo˝liwiajàcym okreÊlenie niskich 

wartoÊci si∏ oraz ma∏ych odkszta∏ceƒ podczas realizowanych 

prób rozciàgania, Êciskania, zginania i zmćzeniowej. 

System ElectroPuls do badaƒ w∏aÊciwoÊci mechanicznych 

firmy Instron (fot. 1) umo˝liwia prowadzenie 

badaƒ tkanek i biomateria∏ów z odpowiednià 

precyzjà parametrów obcià˝eniowych. W przypadku 

badaƒ prowadzonych w zakresie bardzo ma∏ych 

obcià˝eƒ, wa˝ny jest wybór odpowiedniej g∏owicy 

pomiarowej zapewniajàcej uzyskanie wymaganej 

dok∏adnoÊci podczas zbierania danych oraz kontroli 

parametrów próby. Do badaƒ w zakresie si∏ poni˝ej 

1 N (do 1 grama) wymagane jest zastosowanie 

g∏owicy do pomiaru ultraniskich wartoÊci si∏y. Do 

badaƒ tkanek mi´kkich u˝ywany jest specjalistyczny 

system do prowadzenia prób rozciàgania umo˝liwiajàcy 

ustawienie odpowiedniej si∏y zaciskajàcej 

na uchwytach. Urzàdzenie wykonano z uwzgl´dnieniem 

wymagaƒ dotyczàcych ci´˝aru. Uniwersalna 

konstrukcja urzàdzenia ElectroPuls umo˝liwia równie˝ 

stosowanie w badaniach wymagajàcych obcià˝eƒ 

wi´kszych ni˝ 1000 N. WszechstronnoÊç aplikacyjnà 

urzàdzenia uzyskano przez zaawansowane algorytmy 

kontrolujàce pozycj´ si∏ownika systemu ElectroPuls. 

Badanie mi´kkich tkanek w warunkach dwuosiowego 

stanu napr´˝eƒ w p∏aszczyênie umo˝liwia 

uzyskanie pe∏nej charakterystyki w∏aÊciwoÊci anizotropowych 

tkanek. Dodatkowo, badanie in vivo z u˝yciem 

dwuosiowego obcià˝enia zapewnia uzyskanie 

danych z prób obcià˝enia tkanek biologicznych 

Fot. 1. fot. Instron 

Fot. 2. fot. MTS Systems Corp. 


w warunkach naturalnych. W tym wypadku próbka 

powinna si´ odkszta∏caç równomiernie we wszystkich 

kierunkach dzia∏ania si∏, nie wolno dopuÊciç do 

zniszczenia próbki wskutek koncentracji napr´˝eƒ. 

Z kolei firma MTS oferuje maszyny wieloosiowe. 

S∏u˝à one najcz´Êciej do badania konkretnych 

organów lub stawów. Za pomocà maszyny dwuosiowej 

(osiowo-skr´tnej) mo˝na badaç wytrzyma∏oÊç 

osiowà endoprotezy oraz ÊcieralnoÊç g∏ówki i panewki 

stawowej. Urzàdzenie jednoczeÊnie dociska g∏ówk´ 

do panewki i obraca si´ w zakresie swobody ruchów 

stawu biodrowego. Odtworzenie pe∏nego zakresu 

ruchów w stawie biodrowym wymaga zastosowania 

maszyny o 6 stopniach swobody. 

Równie˝ do badania endoprotez stawu kolanowego 

wykorzystuje si´ maszyny wieloosiowe. Urzàdzenie 

musi odtworzyç si∏y i obcià˝enia wyst´pujàce 

w danym stawie. Synchronizacj´ ruchów i obcià˝eƒ 

zapewniajà wielokana∏owe kontrolery czasu rzeczywistego 

oraz zaawansowane oprogramowanie. 

Równie˝ w firmie MTS powsta∏o urzàdzenie 

Tytron do testowania ma∏ych próbek (fot. 2). Jego 

konstrukcja zapewnia bardzo precyzyjne sterowanie 

drogà (rozdzielczoÊç 0,1 µm), urzàdzenie mo˝e 

wykonywaç ruchy w zakresie 100 mm (+/- 50 mm). 

Si∏ownik pracuje w pozycji poziomej i przemieszcza 

si´ na poduszce powietrznej, co gwarantuje eksploatacj´ 

bez tarcia. Si∏ownik o nap´dzie elektrodynamicznym 

zapewnia szybkoÊç ruchu 0,5 m/s. 

Tytron umo˝liwia badanie zarówno bardzo delikatnych 

tkanek mi´kkich (rogówka, p∏atki zastawek, 

epiderma), jak i sztywnych elementów protetycznych, 

takich jak ceramika oraz kleje. Pozioma oÊ ruchów 

si∏ownika u∏atwia prowadzenie badaƒ w p∏ynach 

fizjologicznych oraz obserwacj´ mikropróbek 

za pomocà mikroskopu stereoskopowego. 

Wykorzystano materia∏y firmy Instron 

oraz MTS Systems Corporation 

technologie chroniàce Êrodowisko 

Wysokoenergetyczny kwasowy akumulator 

w´glowo-o∏owiowy 

Laureatem XVI edycji Konkursu POLSKI PRODUKT 

PRZYSZ¸OÂCI w kategorii „wyrób przysz∏oÊci w fazie 

przedwdro˝eniowej” wyró˝nionym nagrodà, zosta∏ 

wysokoenergetyczny kwasowy akumulator w´glowo- 

-o∏owiowy – projekt zg∏oszony przez Instytut Chemii 

Przemys∏owej z Warszawy i Wydzia∏ Chemii Uniwersytetu 

Warszawskiego. Jego twórcami sà: prof. dr 

hab. Andrzej Czerwiƒski, dr Zbigniew Rogulski, dr Jan 

Kotowski, dr Szymon Obr´bowski, mgr Jakub Lach, 

mgr Justyna Wróbel, mgr Kamil Wróbel. 

Nowy typ akumulatora wyró˝nia zastosowanie 

innowacyjnego kolektora pràdowego wykonanego 

z lekkiego, porowatego materia∏u w´glowego zamiast 

standardowej kratki o∏owianej ci´˝szej ok. 8 razy. 

Opis rozwiàzania 

Obecnie na rynku dost´pna jest szeroka gama 

komercyjnych akumulatorów kwasowo-o∏owiowych 

(LAB – lead-acid battery) przeznaczonych do zasto- 

Z prawej strony wyglàd stosowanego w nowym akumulatorze 

w´gla szklistego, a z lewej tradycyjnej kratki o∏owianej 

(fot. Jakub Lach, Kamil Wróbel) 

48 

sowaƒ konsumenckich i przemys∏owych. Pomimo 

wprowadzania do obrotu nowych elektrochemicznych 

êrode∏ pràdu o parametrach u˝ytkowych znacznie 

lepszych (np. ogniwa litowe lub wodorkowe) Êwiatowa 

produkcja akumulatorów LAB wynosi ponad 

360 mln szt. rocznie przy zu˝yciu ponad 60% Êwiatowej 

produkcji o∏owiu. Przesz∏o 90% produkcji akumulatorów 

o∏owiowo-kwasowych stanowià tzw. akumulatory 

rozruchowe, których g∏ównym odbiorcà 

jest przemys∏ motoryzacyjny. Czynnikami decydujàcymi 

o bezkonkurencyjnoÊci zastosowania LAB 

w pojazdach z silnikami spalinowymi jest niska cena, 

niezawodnoÊç, ∏atwoÊç obs∏ugi oraz prosta technologia 

produkcji. Przyk∏adowo, koszt 1 kWh energii 

w akumulatorze o∏owiowo-kwasowym jest przesz∏o 

dziesi´ç razy ni˝szy ni˝ w bateriach Ni-Cd. W konsekwencji 

cena innego typu akumulatora ni˝ o∏owiowo-kwasowy 

stosowanego do tego samego celu 

wynosi∏aby nie kilkaset, ale kilka tysićy z∏otych. 

Nie ma to zatem ekonomicznego uzasadnienia. 

W obecnych konstrukcjach akumulatorów o∏owiowo-kwasowych 

pó∏ogniwa zazwyczaj sk∏adajà si´ 

z substancji czynnej osadzonej na kratownicy wykonanej 

ze stopu metalicznego o∏owiu z domieszkami 

innych metali, np.: antymonu, wapnia, cyny. 

Dotychczasowe próby zastàpienia kratek o∏owianych, 

szczególnie w p∏ytach dodatnich, innymi przewodzàcymi 

materia∏ami, takimi jak inne metale, lub 

tworzywami sztucznymi pokrytymi o∏owiem albo 

innymi metalami, zakoƒczy∏y si´ niepowodzeniem. 

Wprowadzone nowoÊci 

W prezentowanym rozwiàzaniu konstrukcyjnym 

dotychczas stosowana ci´˝ka kratka o∏owiana zosta- 

∏a zastàpiona oÊmiokrotnie l˝ejszà matrycà w´glowà. 


Zasi´g samochodów elektrycznych zasilanych standardowym i nowym akumulatorem kwasowo-o∏owiowym (rys. Szymon 

Obr´bowski) 

Ze wzgl´dów konstrukcyjnych materia∏ w´glowy 

przed zastosowaniem w akumulatorze zostaje odpowiednio 

zmodyfikowany przez pokrycie cienkà 

warstwà o∏owiu lub jego stopu. Dzi´ki temu rozwiàzaniu 

zosta∏a znacznie obni˝ona masa akumulatora 

przy zachowaniu takiej samej pojemnoÊci elektrycznej. 

Badania przeprowadzone na wykonanych 

prototypach akumulatora wykaza∏y, ˝e przy zachowaniu 

dotychczasowej masy, a wić zwi´kszeniu 

iloÊci masy aktywnej w p∏ytach akumulatora, jego 

pojemnoÊç w∏aÊciwa (Wh/kg) zwi´ksza si´ prawie 

o 50%. Ponadto, zastosowanie rozwiàzania konstrukcyjnego 

wp∏ywa na zmniejszenie zawartoÊci o∏owiu 

w akumulatorze o ponad 20%, co jest istotne ze 

wzgl´dów ekonomicznych i ekologicznych. 

Zastosowanie 

W wyniku zrealizowania inwestycji technologicznej, 

zwiàzanej z wdro˝eniem technologii produkcji 

nowego akumulatora, do oferty przedsi´biorstwa 

wdra˝ajàcego zostanie dodany znacznie ulepszony 

produkt. Dzi´ki polepszeniu parametrów u˝ytkowych 

nowych akumulatorów kwasowo-o∏owiowych mo˝liwe 

b´dzie rozszerzenie zakresu ich stosowania, m.in. 

jako: magazynu energii elektrycznej w samochodach 

osobowych, ma∏ych si∏owniach wiatrowych 

i/lub s∏onecznych, wózkach inwalidzkich, ∏odziach 

z nap´dem elektrycznym, przyczepach kempingowych 

itd. Doprowadziç to powinno do wzmocnienia 

udzia∏u firmy wdra˝ajàcej na polskim i europejskim 

rynku akumulatorów. 

Stan wdro˝enia 

Opracowywany nowy akumulator jest testowany 

we wspó∏pracy z jednà z polskich firm pod wzgl´dem 

zastosowania w ró˝nych dziedzinach gospodarki. 

Elementem kluczowym majàcym podstawowy wp∏yw 

na powodzenie projektu jest opracowanie sposobu 

syntezy porowatych matryc w´glowych analogów 

dost´pnego na rynku usieciowanego w´gla szklistego 

RVC, co ogranicza koszty zwiàzane z wytwarzaniem 

kolektorów pràdowych do akumulatora nowego 

typu. W ramach projektu finansowanego przez NCBiR 

uda∏o si´ opracowaç dodatkowà technologi´ wytwarzania 

porowatych matryc w´glowych o parametrach 

elektrycznych lepszych ni˝ parametry materia∏ów 

dost´pnych na rynku. Uniezale˝nia to producenta 

nowych akumulatorów od dostaw matryc 

do osadzania o∏owiu od podwykonawców zagranicznych. 

KorzyÊci wynikajàce 

z zastosowania rozwiàzania 

Opracowane rozwiàzanie jest unikatowe w skali 

Êwiatowej. Rozpoczćie produkcji w Polsce akumulatorów 

z matrycà w´glowà (carbon lead-acid 

battery – CLAB) spowodowa∏oby ekspansj´ polskiej 

bran˝y akumulatorowej na rynki zagraniczne. Ponadto 

zmiana noÊnika mas czynnych przyczyni si´ do 

zmniejszenia zu˝ycia o∏owiu, co przyniesie realne 

korzyÊci ekonomiczne oraz ekologiczne. 

Porównanie z aktualnym stanem techniki 

W klasycznych typach akumulatorów elektrody 

wyst´pujà w postaci p∏yt, sk∏adajàcych si´ ze szkieletu 

w formie kratki oraz masy aktywnej w postaci 

pasty wype∏niajàcej otwory kratownicy. Kratki wykonywane 

ze stopów o∏owiowych stanowià niekiedy 

(w zale˝noÊci od producenta) prawie 1/4 ca∏kowitej 

masy akumulatora. Nowy typ akumulatora 

wyró˝nia zastosowanie innowacyjnego kolektora 

pràdowego wykonanego z lekkiego, porowatego 

materia∏u w´glowego zamiast standardowej kratki 

o∏owianej ci´˝szej ok. 8 razy. Zastosowanie nowego 

w´glowego kolektora prowadzi do zmniejszenia 

ci´˝aru akumulatora, w zwiàzku z czym uzyskano 

wzrost wartoÊci energii w∏aÊciwej oraz pojemnoÊci 

w∏aÊciwej. Zmniejszenie iloÊci o∏owiu w akumulatorze, 

oprócz polepszenia parametrów pracy 

akumulatora, ma równie˝ pozytywny wp∏yw na Êrodowisko. 

èród∏o: Katalog Laureatów XVI edycji Konkursu 

Polski Produkt PrzyszloÊci 


Wytwarzanie kruszyw lekkich z osadów Êciekowych 

Unieszkodliwianie i zagospodarowanie osadów 

Êciekowych jest problemem globalnym. Przez wiele 

lat odpady te by∏y wykorzystywane w rolnictwie. 

Z powodu wspólnego odprowadzania Êcieków 

komunalnych i przemys∏owych osady Êciekowe sà 

zanieczyszczone zwiàzkami metali ci´˝kich, substancjami 

organicznymi, bakteriami chorobotwórczymi, 

grzybami, jajami paso˝ytów itp. 

Obecnie osady Êciekowe utylizuje si´ metodami 

termicznymi (spalanie). Wykorzystanie metod termicznych 

jest jedynym bezpiecznym rozwiàzaniem 

problemu utylizacji komunalnych osadów Êciekowych. 

Dotychczasowe technologie majà jednak wiele 

minusów. Nie wykorzystuje si´ gospodarczo produktów 

spalania, lecz si´ je sk∏aduje. W Polsce najcz´Êciej 

stosowane jest wspó∏spalanie w piecach do 

produkcji cementu, co przynajmniej pozwala odzyskaç 

cz´Êç energii. 

W Instytucie Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa 

Skalnego opracowana zosta∏a energooszcz´dna 

metoda termicznej przeróbki osadów Êciekowych 

z wykorzystaniem wy∏àcznie surowców odpadowych. 

W technologii wykorzystuje si´, jako surowiec wyjÊciowy, 

py∏y krzemionkowe, osady Êciekowe oraz 

drobne frakcje szk∏a. 

Osady Êciekowe stosuje si´ w postaci, w jakiej sà 

sk∏adowane na sk∏adowiskach, bez procesu osuszania. 

Woda, stanowiàca oko∏o 80% masy osadów 

Êciekowych, pozwala na utworzenie granulatu, zmieniajàc 

si´ z czynnika k∏opotliwego w po˝àdany 

sk∏adnik technologii. Wykorzystanie specyficznych 

w∏aÊciwoÊci poszczególnych substancji pozwala 

obni˝yç temperatur´ procesu o ponad 400°C w porównaniu 

z witryfikacjà. 

Opis technologii 

Opracowana metoda polega na: 

zmieszaniu sk∏adników odpadowych w postaci 

uwodnionych osadów Êciekowych, odpadowego py∏u 

krzemionkowego i rozdrobnionego odpadu szklanego, 

granulowaniu utworzonej mieszaniny do ˝àdanej 

wielkoÊci, 

spiekaniu otrzymanych granulek do postaci kruszywa. 

Podstawowà strukturà spieku jest kruszywo. Sk∏adniki 

palne mieszaniny podczas spiekania wytwarzajà 

gazy, które powodujà powstawanie porów w granulkach 

i utworzenie struktury kruszywa lekkiego. 

Bardzo wa˝nà cechà opisywanej metody jest to, ˝e 

zwiàzki metali ci´˝kich obecne w surowcach wyjÊciowych 

sà wbudowywane w struktur´ powstajàcego 

krzemianu w sposób trwa∏y, tworzàc odpowiednie 

krzemiany – analogicznie jak w przypadku naturalnych 

minera∏ów. Produktem koƒcowym jest lekkie 

kruszywo, stabilne w czasie przechowywania i stosowania, 

o w∏aÊciwoÊciach podobnych do keramzytu. 

Reakcja w fazie sta∏ej daje podobny efekt jak 

przy witryfikacji, ale temperatura, w której zachodzi 

proces, jest o ponad 400°C ni˝sza, co wp∏ywa na 

efekt ekonomiczny ca∏ego przedsi´wzićia. Py∏ krzemionkowy 

nie wymaga wst´pnego przygotowania, 

a w procesie syntezy termicznej tworzy struktur´ 

50 

krzemianowà, w którà wbudowujà si´ tlenki metali 

ci´˝kich, znajdujàce si´ w osadach Êciekowych. Metoda 

przewiduje zastosowanie odpadu krzemionki 

o wysokiej zawartoÊci SiO 2 

, dzi´ki czemu proces syntezy 

termicznej kruszywa lekkiego jest powtarzalny, 

pomimo niejednorodnoÊci sk∏adu drugiego sk∏adnika 

budujàcego kruszywo lekkie – osadu Êciekowego. Wytworzony 

produkt charakteryzuje si´ powtarzalnymi 

w∏aÊciwoÊciami fizykochemicznymi i mechanicznymi. 

Wa˝nym elementem technologii jest zastosowanie 

topnika w postaci py∏ów szk∏a, które nie nadajà si´ do 

powtórnego przetworzenia w hutach. 

Wp∏yw na Êrodowisko 

Zastosowanie syntezy termicznej osadów Êciekowych 

i odpadów mineralnych pozwala uzyskaç 

bezpieczny produkt, który ze wzgl´du na swoje 

w∏aÊciwoÊci mo˝e byç stosowany jako zamiennik 

keramzytu lub kruszyw naturalnych. Technologia 

lekkiego kruszywa na bazie osadów Êciekowych 

i odpadów wydobywczych stwarza mniejsze prawdopodobieƒstwo 

emisji dioksyn ze wzgl´du na wy˝szà 

ni˝ podczas rutynowego spalania osadów Êciekowych 

temperatur´ gazów spalinowych. Uproszczenie 

procesu technologicznego, mniejsza energoch∏onnoÊç 

oraz stosowanie wy∏àcznie surowców 

odpadowych stanowià o jej atrakcyjnoÊci w porównaniu 

z innymi technologiami unieszkodliwiania 

osadów Êciekowych. 

Technologia zosta∏a opracowana i sprawdzona 

w skali laboratoryjnej, co pozwoli∏o na wst´pne 

okreÊlenie za∏o˝eƒ i wymagaƒ technicznych niezb´dnych 

do zweryfikowania technologii w skali 

technicznej. W 2011 r. Instytut otrzyma∏ dofinansowanie 

w ramach instrumentu finansowego Life+ 

oraz dotacj´ z Narodowego Funduszu Ochrony 

Ârodowiska i Gospodarki Wodnej na realizacj´ projektu 

pn. „Instalacja demonstracyjna wytwarzania 

kruszyw lekkich z osadów Êciekowych i krzemionki 

odpadowej”. Realizacja przedsi´wzićia umo˝liwi 

potwierdzenie skutecznoÊci opracowanej technologii 

oraz przyczyni si´ do zwi´kszenia ÊwiadomoÊci 

spo∏eczeƒstwa na temat problemu zagospodarowania 

osadów Êciekowych. 

Obecnie trwa budowa instalacji demonstracyjnej, 

której pierwsze uruchomienie planowane jest 

w I kwartale 2014. W trakcie trwania projektu 

prowadzona jest kampania informacyjna dotyczàca 

opracowanej technologii oraz realizowanego przedsi´wzićia. 

Dotychczas zorganizowane zosta∏y dwa 

spotkania krajowe oraz dwa za granicà – w Niemczech 

i Czechach. Projekt zaprezentowany zosta∏ podczas 

Mi´dzynarodowych Targów Ochrony Ârodowiska 

POLEKO 2012 w Poznaniu. W grudniu 2013 projekt 

prezentowany by∏ na Targach POLLUTEC HORIZONS 

– jednej z najwi´kszych na Êwiecie imprez bran˝y 

ochrony Êrodowiska. Po uruchomieniu instalacji, 

zorganizowanych zostanie dziesi´ç wizyt demonstracyjnych 

prezentujàcych technologi´. Na stronie 

internetowej www.dim-waste.eu dost´pne sà informacje 

o technologii oraz wydarzeniach organizowanych 

w ramach projektu. 

D. Kukielska, M. Paƒkowska, E. Uzunow (IMBiGS) 



Finansowe wsparcie dla firm 

wdra˝ajàcych 

najnowsze technologie 

Firmy, które chcà wprowadzaç wyniki badaƒ 

naukowych i prac rozwojowych na rynkach Êwiatowych, 

mogà wziàç udzia∏ w pilota˝owym przedsi´wzićiu 

Go_Global.pl. 

Narodowe Centrum Badaƒ i Rozwoju uruchomi∏o 

trzecià edycj´ konkursu, na który przeznaczy 5 mln z∏. 

Program Go_Global.pl wspiera polskich przedsi´biorców 

dzia∏ajàcych w sferze najnowszych technologii, 

stwarzajàc im mo˝liwoÊç ekspansji na du˝e 

i perspektywiczne rynki zagraniczne. 

W Go_Global.pl przedsi´biorcy mogà uzyskaç 

dofinansowanie kosztów przygotowania strategii 

wejÊcia na rynki Êwiatowe oraz dopasowanie swoich 

produktów do specyficznych wymagaƒ konkretnego 

regionu. 

Dofinansowanie b´dzie mo˝na przeznaczyç tak˝e 

na rozwój i weryfikacj´ strategii w relacjach z potencjalnymi 

inwestorami mi´dzynarodowymi. 

Program jest skierowany do firm rozwijajàcych 

produkty z bran˝ wysokich i Êredniowysokich technologii. 

W konkursie mogà startowaç tak˝e podmioty 

dzia∏ajàce na zasadzie jednoosobowej dzia∏alnoÊci 

gospodarczej. 

Przedsi´wzićie jest realizowane z partnerami 

umo˝liwiajàcymi dost´p do inwestorów wspierajàcych 

innowacyjne firmy na Êwiatowych rynkach. 

Nale˝à do nich podmioty wspierajàce badania 

stosowane, wymian´ naukowà czy pomagajàce 

start-upom. WÊród nich sà: Polsko-Amerykaƒska 

Rada Wspó∏pracy (USPTC), Plug&Play Tech Center 

czy Fraunhofer-Zentrum für Mittel- und Osteuropa. 

W trzeciej edycji programu do partnerów NCBR 

do∏àczy∏y Akademickie Inkubatory Przedsi´biorczoÊci, 

które – we wspó∏pracy z US Market Access 

Center – przygotowa∏y nowy program akceleracji 

w Dolinie Krzemowej. 

WÊród firm, które otrzyma∏y ju˝ Êrodki w programie, 

znalaz∏a si´ m.in. Audioteka S.A., która dzi´ki 

przyznanemu dofinansowaniu nawiàza∏a wspó∏prac´ 

z Renault, Volvo, Fordem i Toyotà na pierwszà 

na Êwiecie „audiobookowà” aplikacj´ instalowanà 

fabrycznie w samochodach. 

Laureatem programu jest tak˝e firma HOMPLEX 

Sp. z o.o., która z Doliny Krzemowej uruchamia 

interaktywnà platform´ aran˝acji wn´trz. 

Termin zakoƒczenia naboru wniosków w III turze 

konkursu up∏ywa 31 marca 2014 r. 

Maksymalna wartoÊç dofinansowania dla jednego 

projektu wynosi 200 tys. z∏. 

52

PRZEGLĄD MECHANICZNY 3/2014

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?