Praca magisterska Tomasza Targosza, absolwenta Wydziału Mechanicznego, została uznana za najlepszą w dorocznym konkursie SIMP im. Profesora Romana Sobolskiego. Laureat pracował w dziale testów firmy Sitech i tam opracował i zbudował od podstaw stanowisko pomiarowe do analizy właściwości funkcjonalnych manualnego regulatora pochylenia oparcia samochodowego.

Sitech to firma z siedzibą w Polkowicach. Jest zakładem produkcyjnym metalowych konstrukcji komponentów siedzisk i oparć foteli samochodowych dla pojazdów koncernu Volkswagen AG. We współpracy z biurami projektowymi w Wolfsburgu jej inżynierowie i konstruktorzy tworzą oraz udoskonalają konstrukcje mechaniczne i mechanizmy foteli. Od siedmiu lat firma ma także dział testów, którego pracownicy sprawdzają pod kątem bezpieczeństwa i funkcjonalności części projektowane i produkowane w zakładzie. Jednym z nich – w czasie studiów – był Tomasz Targosz, absolwent Wydziału Mechanicznego Politechniki Wrocławskiej.

W ramach swojej pracy magisterskiej postanowił stworzyć stanowisko pomiarowe dla jednego z komponentów wytwarzanych przez firmę. Dotychczasowe – choć spełniało swoje zadanie – nie było jednak doskonałe. Student postanowił popracować nad takim, które usprawni pracę inżynierów i wyeliminuje prawdopodobieństwo błędów pomiarowych. Pracę dyplomową przygotowywał pod okiem dr. inż. Huberta Skowronka z Katedry Obrabiarek i Technologii Mechanicznych.

Czynnik ludzki a błędy pomiarów

Jednym z komponentów, jakie wprowadza na rynek polkowicki Sitech, jest regulator kąta pochylenia oparcia dla foteli samochodowych. Targosz zajął się zbudowaniem stanowiska pomiarowego pozwalającego na prowadzenie kompleksowej analizy jego właściwości funkcjonalnych (a konkretnie zależności między właściwościami fizycznymi takimi jak: moment obrotowy, prędkość kątowa, kąt obrotu w regulatorze oparcia, a także prędkość kątowa i kąt pochylenia samego oparcia). Musiało ono umożliwiać dowolne, automatyczne przestawianie oparcia przy jednoczesnym pomiarze wszystkich tych wielkości, włącznie z pozyskiwaniem tych danych i ich analizą. Powinno także spełniać szereg wyśrubowanych norm – od określonych gabarytów, przez zakres temperatury otoczenia, po mobilność (bo część pomiarów jest prowadzona w komorze klimatycznej).

Dotychczas firma wykorzystywała stanowisko, w którym oparcie fotela było mocowane na stalowej płycie o odpowiednim rozstawie i ręcznie ustawiane w pozycji startowej. Następnie używano elektrycznego klucza dynamometrycznego trzymanego przez operatora, by poprzez sprzęgło mieszkowe przenieść prędkość obrotową. Jak podkreślał student w swojej pracy dyplomowej, badania przeprowadzone w firmie wykazały dużą zależność błędu pomiarowego od doświadczenia osoby wykonującej ten pomiar. Pracownik trzymał bowiem klucz dynamometryczny w rękach, przez co wprowadzał dodatkowe opory ruchu powodowane przez naprężenia wynikające z braku pełnej stabilizacji (wystarczyło zwykłe drganie rąk, by pojawiły się błędy pomiarowe).

Wadą stanowiska był także sposób obciążania oparcia podczas pomiarów momentu obrotowego. Na oparciu fotela zawieszane było metalowe ramię o zarysie ćwierćkola. Do niego przymocowywano linkę z ciężarkiem.

– Podczas ruchu oparcia linka kołysała się, co wprowadzało niestabilność obciążenia – opowiada Tomasz Targosz. – Dodatkowo konstrukcja układu obciążającego wzmacniała drgania oparcia, co wynikało z geometrii i sposobu mocowania ramienia. Było to bardzo niekorzystne i zniekształcające wyniki pomiarów.

Automatyzacja i stabilne obciążenie

Skonstruowane przez Targosza nowe stanowisko jest bardziej zautomatyzowane. Pracownik firmy mocuje oparcie fotela i podłącza do niego cały układ z silnikiem i czujnikiem, a sam podczas pomiaru nie musi nawet dotykać urządzenia.

– Z kolei układ obciążający nie wisi z tyłu oparcia, a leży na nim od przodu w postaci atrapy pleców, cały czas je dociskając, co bardziej tłumi niż wzmacnia drgania. W swoim stanowisku wyeliminowałem też linkę, co sprawia, że obciążenie jest stabilne – opisuje absolwent W10.

Stanowisko tworzy rama z profili aluminiowych połączonych kątownikami za pomocą śrub i nakrętek. Na górze zamontowana jest aluminiowa płyta ze stalowymi kośćmi montażowymi pod metalową strukturą oparcia. Z jednej strony do boku profilu przymocowano podporę pod silnik i czujnik momentu obrotowego. Cały zespół napędowy jest otoczony zamkniętą konstrukcją z profilu aluminiowego pełniącego rolę zderzaka – osłony przed mechanicznym uszkodzeniem silnika, sprzęgieł lub czujnika. Mobilność stanowiska zapewniają gumowane koła z hamulcami, przymocowane od dołu do profili. Po przeciwnej stronie napędu, do ramy przymocowano układ obciążający.

Aplikacja sama opracowuje wyniki

Jedną z największych zalet nowego stanowiska jest fakt, że student stworzył dla niego aplikację sterującą opartą na środowisku LabVIEW firmy National Instrument. Poprzednia aparatura wymagała ręcznej obróbki danych po teście, czyli skopiowania pliku z tabelką pełną liczb i obrobieniu ich w arkuszu w Excelu.

Klucz dynamometryczny jest bowiem urządzeniem uniwersalnym i jego oprogramowanie nie jest w stanie przetworzyć danych do formy oczekiwanej przez normy opisujące tego typu pomiary. W nowym stanowisku wyniki badania są automatycznie przetwarzane, a pracownicy od razu dostają gotowy raport.

– Zastosowanie środowiska LabVIEW daje ogromne możliwości przebudowywania stanowiska i dostosowywania go do aktualnych potrzeb badawczych firmy – podkreśla Tomasz Targosz. – Inżynierowie mają możliwość podpinania do stanowiska dodatkowych czujników czy zmiany parametrów ruchu takich jak prędkość, przyspieszenie czy droga. Dzięki temu stanowisko może być wykorzystywane także do badań niekonwencjonalnych na zlecenie działu konstrukcyjnego, a nie tylko  do zwyczajnych testów koniecznych przy walidacji produktu dla fabryki.

Takie badanie student przeprowadził także w ramach swojej pracy dyplomowej. Był to pomiar skręcania rury sprzęgającej dwa mechanizmy regulatora oparcia. Wykazało ono, że praca nad usztywnieniem tej rury może przynieść pozytywne skutki w kwestii zużywania się mechanizmu regulatora i własności jego pracy.

Pierwsza nagroda w konkursie

Praca magisterska Tomasza Targosza opisująca skonstruowane stanowisko i przeprowadzone na nim badania została nagrodzona pierwszym miejscem we wrocławskiej edycji konkursu Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Mechaników Polskich.

Każdego roku SIMP organizuje konkurs na najlepszą pracę dyplomową o profilu mechanicznym wykonaną i obronioną w krajowej wyższej szkole technicznej (na wydziałach prowadzących studia o profilu mechanicznym w politechnikach i innych wyższych szkołach technicznych: cywilnych, wojskowych, publicznych i prywatnych, a także na wydziałach o innych profilach, na których wykonywane są prace dyplomowe z dziedziny mechaniki). Konkurs ma zachęcać młodych inżynierów do podejmowania ambitnych prac dyplomowych i zainteresować ich tematyką przydatną dla gospodarki kraju.

Wyniki wrocławskiej edycji można zobaczyć tutaj. W styczniu poznamy wyniki ogólnopolskiego finału konkursu.

Lucyna Róg