Τ.Ε.Ι. Θεσσαλίας Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών Τμήμα Μηχανολογίας ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ Κώστας Κιτσάκης Μηχανολόγος Μηχανικός ΤΕ MSc Διασφάλιση ποιότητας Επιστημονικός Συνεργάτης
Στάδιο Σχεδιομελέτης Πορεία εργασίας στη Σχεδιομελέτη Βασικοί κανόνες διαμόρφωσης Μονοσήμαντο Απλό Ασφαλές ΣΤΑΔΙΟ ΔΙΑΣΑΦΗΣΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΣΥΛΛΗΨΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΣΧΕΔΙΟΜΕΛΕΤΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ 2
Πορεία εργασίας στη Σχεδιομελέτη Ποιοτικό > ποσοτικό Αφηρημένο > συγκεκριμένο Χονδρική > λεπτομερή διαμόρφωση Συνεχής έλεγχος και συμπληρώσεις 3
Πορεία εργασίας στη Σχεδιομελέτη Χαρακτηριστικά και παραδείγματα με τη χρησιμοποίηση των οποίων διευκολύνεται η διαμόρφωση της κατασκευής και ο έλεγχος της σχεδίασης Τα χαρακτηριστικά αυτά παρατίθενται με μια σειρά που είναι σκόπιμο να ακολουθείται στην πορεία της διαμόρφωσης και αποτελούν μια παρότρυνση για τη σκέψη του μελετητή αλλά και εξασφάλιση ότι δεν παρέλειψε κάτι το σημαντικό 4
Κανόνες για τη διαμόρφωση που αποβλέπουν στη δημιουργία κατασκευών που θα πληρούν τις τεχνικές λειτουργίες, θα είναι οικονομικές και ασφαλείς για τον άνθρωπο και το περιβάλλον 1. Μονοσήμαντο: επιτυγχάνεται η ασφαλής πρόβλεψη επιδράσεων και συμπεριφοράς και εξοικονομούνται σε πολλές περιπτώσεις χρόνος και δαπανηρές έρευνες 2. Απλό: εξασφαλίζει μια οικονομική λύση με μικτρότερο αριθμός τεμαχίων, απλή διαμόρφωση, για γρηγορότερη και καλύτερη κατασκευή 3. Ασφαλές: επιβάλλει ένα συνεπή χειρισμό των προβλημάτων της ανθεκτικότητας, αξιοπιστίας, πρόληψης ατυχημάτων και προστασίας περιβάλλοντος 5
Μονοσήμαντο 1. Στη δομή λειτουργίας σαφείς επιμέρους λειτουργίες με αντίστοιχα μεγέθη εισόδου-εξόδου 2. Σαφή αλληλοσύνδεση στο αίτιο και το αποτέλεσμα. Η διάταξη πρέπει να εξασφαλίζει μια καθοδηγούμενη ροή ενέργειας, ύλης και σήματος. Διαφορετικά προκύπτουν απρόβλεπτες και αθέλητες καταστάσεις ανάγκης με αυξημένες δυνάμεις, παραμορφώσεις και πιθανώς ταχύτατη φθορά. Αποφεύγονται διπλές συναρμογές 3. Εάν εμφανισθούν παραμορφώσεις, λόγω δυνάμεων ή διαστολές λόγω θερμοκρασίας, πρέπει να προβλεφθούν με κατασκευαστική διαμόρφωση, καθορισμένες διευθύνσεις και δυνατότητες διαστολής 6
Μονοσήμαντο Βασικοί κανόνες διαμόρφωσης Βασικές διατάξεις εδράνων Διάταξη σταθερού και ελεύθερου εδράνου: Το σταθερό έδρανο παραλαμβάνει μόνο του όλες τις αξονικές δυνάμεις. Το ελεύθερο έδρανο επιτρέπει απρόσκοπτη αξονική μετακίνηση λόγω θερμικής διαστολής. Διάταξη αντιστήριξης: Χωρίς καθαρή κατάσταση αξονικής καταπόνησης των εδράνων, εξαρτάται από τη σύσφιγξη. Διάταξη εδράνων με ελατηριωτά στοιχεία: Η αξονική δύναμη του ελατηριωτού στοιχείου δρα μόνιμα στο έδρανο, μειώνει πιθανώς τη διάρκεια ζωής. Μονοσήμαντη δυνατότητα υπολογισμού Δεν είναι μονοσήμαντα καθορισμένη η θέση του άξονα Η θέση του άξονα μονοσήμαντα καθορισμένη 7
Συνδυασμός εδράνων κύλισης a. μη μονοσήμαντη παραλαβή των ακτινικών δυνάμεων b. συνδυασμός εδράνων κύλισης (με στοιχεία όπως a) αλλά με μονοσήμαντη μεταβίβαση ακτινικών και αξονικών δυνάμεων 8
Σύρτης με μεγάλο σχετικά θάλαμο συγκέντρωσης στο κάτω μέρος Ο σύρτης έχει σκοπό τη διακοπή της ροής ατμού σ' ένα σωλήνα. Στο κάτω μέρος νερό από συμπύκνωση > αν εξατμισθεί το εγκλωβισμένο νερό συμπύκνωσης > ανεξέλεγκτη αύξηση της πίεσης στο κέλυφος του σύρτη > θραύση του κελύφους. Τρόποι για βελτίωση της ανωτέρω κατασκευής: ασφάλεια έναντι υπερπίεσης στο κέλυφος του σύρτη, αφαίρεση νερού συμπύκνωσης πριν από τη λειτουργία.. 9
Μονοσήμαντο Σχέση ανθρώπου-μηχανής (εργονομία): εξασφαλίζεται με ορθολογικό τρόπο η σειρά και η εκτέλεση των χειρισμών μέσω αντίστοιχων διατάξεων. Η κατασκευή και ο έλεγχος πρέπει να διευκολύνονται από μονοσήμαντα και ολοκληρωμένα στοιχεία στα σχέδια, στους πίνακες τεμαχίων και στις οδηγίες. Τα ίδια ισχύουν και για τη συναρμολόγηση και μεταφορά. Με βάση την κατασκευαστική διαμόρφωση πρέπει να δίνεται η αναγκαία σειρά συναρμολόγησης που ν' αποκλείει σφάλματα. 10
Απλό 1. Για τεχνική χρήση = όχι πολύπλοκο, εποπτικό, μικρό κόστος 2. Λύση απλούστερη: με λιγότερα επιμέρους τεμάχια, με απλή διάταξη και γεωμετρική μορφή (σημεία φθοράς, κόστος επεξεργασίας, δαπάνη συντήρησης) 3. Χρησιμοποίηση γεωμετρικών μορφών για μαθηματικούς υπολογισμούς στην αντοχή των υλικών και τη θεωρία της ελαστικότητας. Συμμετρικές μορφές πιο εποπτικές παραμορφώσεις στην κατασκευή ή στην επίδραση φορτίου ή θερμοκρασίας 4. Σχέση ανθρώπου-μηχανής: απλή με ορθολογικούς χειρισμούς, εποπτικές διατάξεις και κατανοητά σήματα 5. Γεωμετρικές μορφές: ταχύτερες κατεργασίες με λίγες αλλαγές προσδέσεων στην εργαλειομηχανή και μικρούς χρόνους αναμονής. 6. Μορφές που επιτρέπουν εποπτεία: καλύτερος και ταχύτερος έλεγχος 7. Εύκολη, γρήγορη, διαφανής και εποπτική συναρμολόγηση, κάθε απαιτούμενη ρύθμιση γίνεται μόνο μια φορά 8. Απλές διαδικασίες συντήρησης 11
Παράδειγμα: μπαταρία μπάνιου με μοχλό χειρισμού Μικρός αριθμός επιμέρους τεμαχίων λιγότερες θέσεις φθοράς, οικονομικότερη λύση, πιο πρακτική στη χρήση (καθαριότητα) και με βελτιωμένη εμφάνιση 12
Παράδειγμα: Ρυθμιστικός σύρτης 1. Χυτευτή κατασκευή δύσκολη και ακριβή 2. Βελτίωση με χωρισμό σε απλά τεμάχια που ενώνονται με διπλή συγκόλληση 3. Απλούστευση του κεντρικού, σωληνωτής μορφής, τεμαχίου 4. Πρόσθετη δυνατότητα απλούστευσης αν δεν απαιτούνται αντίστοιχες αξονικές επιφάνειες 13
Παράδειγμα: Στρεφόμενη σύνδεση 14
Ασφαλές Αφορά τη λειτουργία Τεχνικού Κατασκευάσματος, και τη μείωση των κινδύνων για τον άνθρωπο και το περιβάλλον Τεχνική μέθοδος 3 βαθμίδων (DIN 31000): 1. άμεση ασφάλεια 2. έμμεση ασφάλεια 3. ασφάλεια που παρέχεται με υποδείξεις 15
Άμεση ασφάλεια Μέσω των συστημάτων ή τεμαχίων που αποτελούν την ίδια την κατασκευή 1. Αρχή της ασφαλούς ύπαρξης (συμπεριφορά safe-life) Όλα τα επιμέρους τεμάχια και η διασύνδεσή τους κατά την προβλεπόμενη διάρκεια λειτουργίας αντέχουν σε οποιαδήποτε πιθανά ή δυνατά συμβάντα, χωρίς διακοπή λειτουργίας ή βλάβη (προσδιορισμός φορτίων, συνθήκες περιβάλλοντος, δυνάμεις, διάρκεια, είδος και επίδραση), ασφαλή κατασκευή με βάση δοκιμασμένες υποθέσεις και μεθόδους υπολογισμού, πολλούς και ριζικούς ελέγχους της διαδικασίας παραγωγής και συναρμολόγησης, έρευνα για τον προσδιορισμό της αντοχής των επιμέρους τεμαχίων ή συστημάτων κάτω από δυσμενέστερες συνθήκες φόρτισης και επιδράσεων του περιβάλλοντος Απαιτεί σχετική εμπειρία ή συχνά υψηλή δαπάνη για ελέγχους και συνεχή επιτήρηση της κατάστασης του υλικού και του τεμαχίου. Διακοπή της λειτουργίας προκαλεί σοβαρό ατύχημα (η θραύση πτέρυγας αεροπλάνου, κατάρρευση μιας γέφυρας) 16
Άμεση ασφάλεια 2. Αρχή της περιορισμένης λειτουργίας (συμπεριφορά failsafe) Επιτρέπει κατά τη διάρκεια της λειτουργίας μια βλάβη ή θραύση, χωρίς να προκύπτουν σοβαρές συνέπειες, διατηρείται μια περιορισμένη ικανότητα λειτουργίας ώστε ν' αποφευχθεί μια επικίνδυνη κατάσταση Η περιορισμένη ικανότητα λειτουργίας περιορίζεται στο ίδιο το τεμάχιο για όσο χρονικό διάστημα χρειάζεται Είναι δυνατόν ν' αναγνωρισθεί το λάθος ή το αίτιο της βλάβης Η θέση που σημειώθηκε η βλάβη να επιτρέπει μια διάγνωση της κατάστασης που αφορά την ολική ασφάλεια της μηχανής ή εγκατάστασης 17
Άμεση ασφάλεια 3. Αρχή της περίσσειας διατάξεων η λειτουργία ενός στοιχείου που έπαθε βλάβη συνεχίζεται στο σύνολό της ή τουλάχιστον περιορισμένα, από ένα άλλο εφεδρικό στοιχείο, συνδεδεμένο σε σειρά ή παράλληλα Αύξηση της ασφάλειας ΜΟΝΟ ΌΤΑΝ το στοιχείο που έπαθε βλάβη δεν θα προκαλέσει κίνδυνο σ' ολόκληρο το σύστημα Η ασφάλεια αυξάνει μόνο όταν τα στοιχεία των πολλαπλών διατάξεων είναι κατασκευασμένα σύμφωνα με τις αρχές της ασφαλούς ύπαρξης και της περιορισμένης λειτουργίας 18
Έμμεση ασφάλεια Συστήματα και διατάξεις που εξασφαλίζουν την απαιτούμενη προστασία στην περίπτωση που η τεχνική για άμεση ασφάλεια δεν είναι σε θέση να το κάνει. Θέσουν τη μηχανή ή εγκατάσταση σε περίπτωση κινδύνου εκτός λειτουργίας ή περιορίζουν τη ροή ενέργειας ή ύλης ή εμποδίζουν την έναρξη λειτουργίας όταν υπάρχει κίνδυνος 19
Έμμεση ασφάλεια Προειδοποίηση ή γνωστοποίηση Αυτοεπιτήρηση Βασικοί κανόνες διαμόρφωσης Πολλαπλά ανεξάρτητα και διαφορετικά σε τρόπο λειτουργίας συστήματα ασφαλείας 20
Σχεδιασμός με βάση την ασφάλεια Πρόνοια ώστε η λύση που επιλέχθηκε να δίνει μια λειτουργία ασφαλή και αξιόπιστη. Επικείμενες ή πιθανές βλάβες, και υποθετικές βλάβες πρέπει να εξετασθούν. Λαμβάνονται υπόψη εκείνα τα περιστατικά που προκύπτουν από τον τύπο, τη λειτουργία και το περιβάλλον και προέρχονται από επικείμενες ή πιθανές βλάβες που πρέπει να αποτραπούν Η διαμόρφωση των επιμέρους τεμαχίων πρέπει να γίνει κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να τηρούνται και να εξασφαλίζονται κατά την εκτέλεση της κατασκευής οι απαιτούμενες ποιοτικές ιδιότητες. Η χρήση και ο χειρισμός πρέπει να είναι απόλυτα ασφαλείς. Σε περίπτωση βλάβης, ένας αυτοματισμός οφείλει να ειδοποιεί τον άνθρωπο, που αντίστοιχα να είναι σε θέση να επέμβει. Επίσης πρέπει να λαμβάνονται μέτρα έναντι αθέλητης θέσης σε λειτουργία μιας μηχανής ή εγκατάστασης. 21
22
23