S rostoucím těžebním výkonem rýpadel, s jejich rypnou silou a těžbou postupující stále hlouběji, rostlo i zatížení nosných konstrukcí rýpadel proměnnými složkami budících sil. Buzené vibrace se přenášejí i do těch částí stroje, přes které by se rýpací síly do podvozku z pohledu statika vůbec přenášet neměly. K takovým subkonstrukcím patří závěs kabiny řidiče.
Pro umístění kabiny platí pravidla:
- musí být dostatečně blízko u kolesa, aby řidič viděl do řezu - a to i v noci a za mlhy,
- nesmí být umístěná pod těžkou hlavní konstrukcí kolesového výložníku, která by kabinu i s řidičem
při hypotetickém pádu kolesového výložníku na pláň rozmačkala, - měla by být samočinně vyrovnávaná, aby podlaha kabiny byla vždy vodorovně,
nezávisle na sklonu kolesového výložníku, - neměla by zesilovat vibrace, přenášené od kolesového výložníku. Trpí jimi ocel i osádky.
Konstrukce závěsu kabiny musí bezpečně odolávat únavě materiálu způsobené vibracemi. Jenže vibrace kabiny řidiče provázely KoR od počátku jejich vývoje ( v ČR od 50 tých let 20. stol. ) a s postupem těžby do větších hloubek rostly.
Pokusů technicky zvládnout problém vibrací v kabině řidiče nebylo málo, ale většinou nedopadly dobře; spíše vibrace zesilovaly. To zejména proto, že vlastní frekvence odpružené soustavy kabiny vždy rezonovaly s některou budící frekvencí z velmi širokého a hustého spektra, podobného snad nejvíce spektru zemětřesení. Bývaly také složené z příliš jemných technických prvků, vhodných možná do laboratoře, ale ne do podmínek báňského provozu, a proto poruchových.
Rýpadlo K2000 (⇑ viz foto nahoře ⇑) bylo poprvé předáno do provozu r. 1987. Už na montáži bylo zpozorováno, že kabina kmitá, když se točí nevyvážené rotory drtiče ve spodní stavbě, ačkoli na přístupových lávkách kolesového výložníku kmitání nebylo znát. Nepomohlo ani zesilování konstrukce závěsu kabiny.
Na jaře r. 1989 se následkem vibrací a vrubu způsobeného svařováním výztuh ulomil čep hřídele závěsu a kabina spadla na na těženou lávku z asi 10m výšky. Jen zázrakem se to obešlo bez velkého zranění řidiče. Jasné byly dvě věci:
- Výpočet byl proveden podle normy ČSN 27 0101 a ČSN 277008 správně a přesto se čep ulomil už po roce provozu.
- Bylo nutné rychle vyrobit závěs nový, mnohem odolnější, pád kabiny se nesměl opakovat.
Dodnes nevím, proč jsem byl návrhem pověřen zrovna já, tehdy ještě elév. Byla to důvěra, nebo snad poťouchlost kolegů ?
Stál jsem před otázkou, jak odstranit vruby na nezvykle drobné příhradové konstrukci, zejména na tažených prvcích.
Nýtování bylo ve firmě už zakázáno, VP šrouby drahé, vyráběly se na NC strojích soustružením.
Hřídel se v místě ulomeného čepu musela obejít bez svařování. To znamenalo nalisovat na něj kovanou objímku,
na ni bezvrubě přivařit styčníkový plech a spoje tažených prutů navrhnout pouze s VP šrouby. Vše bez opory o výpočtovou normu.
Výsledkem mého rychlého návrhu a bleskové výroby byl druhý závěs, stále ještě neodpružený, který po 15 letech provozu v lednu 2004 už mockrát opravovaný vypadal takto:
Není divu, že osádky se po zkušenosti z r. 89 bály o život a nechaly kabinu ještě sekundárně zavěsit na lana, přehozená přes ocelovou konstrukci kolesového výložníku.
Vibrace v kabině byly značné. Když se v kabině řidiče za plného provozu člověk postavil na napnuté nohy, vznášel se chvílemi ve vzduchu. To odpovídá amplitudě zrychlení > 1g, tj. úrovni vibrací > 140 dB.
Dovolené úrovně expozice vibrací jsou závislé na přenášených frekvencích, protože lidské tělo a hlava rezonují na frekvencích 4 .. 7 Hz ve svislém směru, ve směrech vodorovných pak mezi 1 .. 2 Hz. Počítá se X [dB] = 10 log ( a / 1E-6 )² krát korekce.
Bývaly kdysi v NDR stanoveny normou TGL 22 312, v ČR hygienickými předpisy MZ, pak vládní vyhláškou, dnes Nařízením vlády 148/2006 Sb.
Všichni už věděli, že tohle je neúnosné, že to odporuje nařízení vlády, ale nikdo nevěděl, jak to řešit.
V r. 2003 přišla do Uničovských strojíren nabídka fy Synerma s.r.o., kde pracovali bývalí vývojáři z Liazu a TU v Liberci, kteří byli vybaveni měřící a výpočtovou technikou, uměli ji používat a byli zvyklí navrhovat odpružení vozidel. Domluvili jsme se na spolupráci. Byl jsem byl pověřen komunikací mezi firmami a dohledem nad bezpečností budoucí konstrukce.
Všechno se však zkomplikovalo tím, že nové vedení fy Unex už nechtělo dál pokračovat ve vývoji kolesových rýpadel. Na to zareagovali vývojáři hromadným odchodem z firmy a založením inženýringové fy Noen. V mezidobí mezi oběma zaměstnáními jsem, aby věc nestála, tužkou načrtnul kinematiku jednoduchého a bezpečného odpružení kabiny a podle svých zkušeností jsem doma na svém počítači zvládl i studii ocelové konstrukce závěsu.
Verze tohoto systému odpružení s velmi poddajnými pružinami se podle simulačních výpočtů ukázala jako nejvhodnější z navrhovaných. Jeho myšlenka je založena na tom, že k odpružení je využívána nejen poddajnost pružin ve svislém směru, nýbrž i jejich poddajnost příčná, což vypadá jednoduše, ale hodně to komplikuje výpočty.
Bylo zřejmé, že bude nutné omezit zkosení pružin dorazy, aby nedošlo k jejich zvrtnutí nebo zlomení, k havárii a pádu kabiny na pláň, jako v r. 89. Jako dorazy posloužily pruhy dopravního pásu, prověšené natolik, aby omezily zkosení pružin na přípustnou mez. Gurty je na povrchových lomech všude dost a má vynikající odolnost proti škubancům, správněji rázům.
Co jsme ale ani já ani Synerma nedomysleli, byl problém stability polohy kabiny, stojící na tlačných pružinách, k jehož řešení bylo nutno teoreticky odvodit, naprogramovat a otestovat výpočet proměnné příčné tuhosti pružiny v závislosti na jejím axiálním stlačení. Aby zařízení fungovalo optimálně, musely být pružiny velmi poddajné jak svisle, tak příčně, ale pořád ještě stabilní.
Stabilita je výrok [ ANO \ NE ] a ten je možné vyřknout právě a jedině na základě výpočtu silně nelineární příčné tuhosti pružiny, která nesmí klesnout do záporných hodnot při žádné hodnotě axiálního stlačení. To je hodně obtížný výpočet a nikdo ho tehdy nedokázal zvládnout.
První pružiny tudíž stabilní nebyly a kabina se bočně trvale opírala o jeden z dorazů.
a to ani první skládané ( viz obr. vlevo ), ani druhé celistvé pružiny, jak je patrné z obr. vpravo i z pozdějšího výpočtu ⇓:
Pružiny větších rozměrů v ČR nebyly k mání.
Prototyp odpruženého závěsu kabiny řidiče byl namontován koncem r. 2005 a vydržel na stroji K2000 přes čtyři roky.
I přesto, že se soustava kabiny trvale opírala o jeden z dorazů, vykazovala smluvně požadovaný útlum 8 dB.
Prototyp přežil dvě velké havárie, obě způsobené ujetím bloku těžené horniny a následným závalem.
Aby se takové havárie s ohrožením života bagráků neopakovaly, bylo po závalu 2009 rozhodnuto, že kabina K2000 bude přemístěna o 7,7 m dále od kolesa a spolu s přemístěním bude i odpružený závěs vyměněn za nový typ, připravovaný pro vyvíjené rýpadlo KK1300, s pružinami ještě poddajnějšími, ale přesto stabilními tak, jak jsem předpokládal v původním návrhu v r. 2003. Rozměry navrhovaných pružin ovšem přesahovaly výrobní možnosti tuzemských výrobců a tak bylo nutné hledat jej v zahraničí.
Po minulých zkušenostech je tahle konstrukce závěsu kabiny dimenzovaná na trvalou pevnost pro zatížení únavou ± 0,2g s počtem cyklů 1E8 a šroubové spoje tažených prutů unesou tolik, co pruty, takže při havarijním zatížení by se snad měly přetrhnout dříve pruty, než jejich spoje. To jsou požadavky bezpečnosti jinde nevídané. Počet cyklů 1E8 odpovídá trvalé pevnosti oceli.
Přesto je kabina ještě jištěná lanem sekundárního zavěšení ∅25 vedeného skrz speciální průvlak.
Odpružení vykazuje útlum 10 dB. A je dobře, že vykazuje. Buzení vibrací je totiž v novém umístění kabiny silnější.
Na fotografii je vidět ocelová konstrukce závěsu kabiny. Byly na ní ve větší míře použity třecí spoje s VP šrouby, aby byla odolná v únavě. Vnitřní rohy svařovaných styčníkových plechů jsou zaoblené, konce svarů zabroušené.
RADA VYNÁLEZCŮM:
Nezkoušejte domáhat se zákonů o užitných vzorech nebo o vynálezech.
Vyvoláte tím jenom závist vašich nadřízených a svoje okamžité propuštění z práce bez udání důvodu, abyste se náhodou nedostali k podkladům, které byste mohl potřebovat u případného soudního sporu.
Vaši bývali kolegové se Vás budou bát jenom pozdravit a rychle pochopíte, že vůbec nepřichází do úvahy dovolávat se jejich svědectví. Pokud se někdo z nich k soudu dostaví, bude lhát proti Vám, jak mu nařídili nadřízení, neboť dobře chápe, že jeho kariérní postup není dán jeho odborností, nýbrž pouze mírou loajality k nadřízeným.
Spojí se proti Vám obhájci jak výrobce zařízení, tak firma, která zařízení koupila a užívá, u soudu budou hrát přesilovku ( institut vedlejšího účastníka na straně žalované ), oba obhájci budou bezuzdně lhát, protože to se u našich soudů může, odnese to Vaše zdraví, soud prohrajete a ještě zaplatíte soudní náklady. Nemyslete si, že soudci technice rozumějí. Ti nevědí ani to, jak probíhá technický vývoj a ve které fázi vývoje vzniká původcovství a tím i nárok na podání přihlášky. Svoji neznalost zákonů fyziky budou nahrazovat svědeckými výpověďmi na straně obhájců stylem: Každý blábol dobrý.
Bohatá firma lehce podplatí úředníky Úřadu průmyslového vlastnictví, takže ani Úřad Vás nepodrží a bude Vám po celou dobu soudní pře vymazávat patent z nesmyslných důvodů, budete jen psát a platit zbytečné rozklady k jeho rozhodnutím.
Žijeme v české závistivé kotlině.