Роботизированная сварка: безопасность человека, оборудования, окружающей среды
Одной из важнейших задач современной отечественной промышленности является повышение производительности труда. При этом качество выпускаемой продукции должно быть стабильно высоким. Одним из эффективных решений этих задач становится внедрение на производство роботов.
Сейчас в России, по данным статистики, их доля на предприятиях достаточно низкая – 6 на 10 000 рабочих мест. Как заявил на недавнем выступлении (14 мая 2024 года) заместитель директора департамента станкостроения и тяжелого машиностроения Минпромторга Александр Львов, через 6 лет на российских предприятиях должно появиться более 94 000 роботов. В 2023 году было внедрено 11 000, в планах на текущий – увеличение до 14 400.
Чаще роботизированные комплексы в России применяются в автомобилестроении, металлообработке и машиностроении. Основными сферами их использования являются перемещение изделий и компонентов, сварка, покраска и обработка деталей. При этом именно последние являются достаточно вредными производствами. Вопросы промышленной безопасности не снимаются даже в случае полной автоматизации процессов. Рассмотрим данное положение на примере роботизированной сварки.
ВРЕДНЫЕ ФАКТОРЫ
В процессе сварки воздушная среда цеха загрязняется дымом, который представляет собой свободно парящие в воздухе мелкие частицы сварочных аэрозолей и газы (см. табл. 1). Их химический состав зависит от технологии, сварочных материалов и режима сварки. В основном в состав входят аэрозоли металлов и их оксидов (железа, марганца, хрома, ванадия, вольфрама, алюминия, титана, цинка, меди, никеля и др.), другие элементы. Сварочный газ состоит из окисей углерода и азота, озона и газообразных фтористых соединений.
Наиболее опасными веществами, которые могут входить в состав сварочных аэрозолей, образующихся при сваривании углеродистой и низколегированной стали с покрытием основного типа считаются соединения фтора (в основном газообразные), а при использовании электрода с покрытиями кислого и целлюлозного типа – марганец. При сваривании оцинкованной стали в составе сварочных аэрозолей присутствует токсичное соединение цинка.
Таблица 1.
ПДК ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ СВАРОЧНОГО АЭРОЗОЛЯ В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ
* Классы опасности:
1 – чрезвычайно опасные, 2 – высокоопасные, 3 – опасные, 4 – умеренно опасные.
Специалисты знают, насколько все компоненты сварочных дымов опасны для здоровья человека. Но в случае роботизации соблюдение мер безопасности также необходимо. Во-первых, цеховая среда, зачастую состоит из смешанных участков, где присутствуют и роботы, и люди. Во-вторых, вредные вещества, выделяющиеся при сварке, могут повредить и технике. Грязный воздух и сварочный дым повышают износ деталей робота, способствуют коррозии и увеличению различных дефектов этого дорогостоящего оборудования. Мелкодисперсная пыль чисто механически может повредить электронику, а химические компоненты привести к необратимым реакциям. В-третьих, многие компоненты веществ, выделяемых при сварке, пожароопасны. Важно не забывать, что роботизированная сварка значительно повышает производительность, что приводит к большему выделению вредных газов и аэрозолей. Поэтому защита рабочих зон становится для предприятия просто необходимой.
МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Локальные
1. Локализовать сварочные загрязнения можно, во-первых, за счёт использования местной вентиляции. Это удобный вариант в случае стационарной точки сварки, к которой можно подвести сопло вытяжного устройства. Такие же методы успешно используются, когда амплитуда движений робота довольно невелика или поле сварки меняется благодаря конвейеру. Фильтровентиляционные устройства типа «Фильтр-Мастер» с вытяжными устройствами могут быть как стационарными/подвесными, так и мобильными.
Последний вариант становится оптимальным для сварочных коботов, когда регулировать направление вытяжки может оператор.
2. При большем диапазоне движений манипулятора удобно использовать фильтровентиляционное оборудование (например, установки FCS и FCS-ECO) в комбинации с защитными перегородками, занавесками и жалюзи. Они создают вокруг рабочей зоны изолированный объём, из которого газы и аэрозоли не могут распространяться по цеху и удаляются.
Как вариант, стоит рассмотреть применение вытяжных зонтов (типа VentMaster). Эта система одновременно и защищает пространство сварочного поста, и вытягивает дымы и аэрозоли. Она может быть как напольная, так и навесная. И в обоих случаях может следовать непосредственно за роботом в случае его передвижения.
Кстати, с помощью перегородок можно создать полностью изолированное пространство, в котором можно создать для робота максимально эффективную среду, независимую от общецеховой. Такие кабины также оснащены шумопоглощающими слоями, что позволяет устраивать «тихие зоны» в цеху.
Периферийные
В ряде ситуаций нет возможности локализовать рабочую зону. Для таких случаев используются системы передува, очищающие воздух во всем цеховом пространстве. Установки типа FCS улавливают сварочный аэрозоль, который благодаря им поднимается вверх, создавая газопылевое облако. Оно всасывается, а после фильтрации чистый воздух выбрасывается обратно в цех.
Если пространство цеха ограничено или воздуховоды можно смонтировать только по одной стороне цеха, то оптимальным решением становится применение установок серии EuroJET.
БЕЗОПАСНОСТЬ НА ТЕХНИЧЕСКОМ УРОВНЕ
1. Чтобы не возникало угрозы механических повреждений оборудования и работников, необходимо обратить внимание на устойчивость роботехнического комплекса. При его стационарном положении важно использовать надёжные системы крепежа, подготовить зону установки, учитывая все массогабаритные параметры.
При подвижном варианте база робота также должна быть максимально устойчивой, как и само устройство, крепление должно учитывать все технические характеристики и уровни колебаний при манипуляциях.
2. В камере с роботом не должно быть взрывчатых веществ и опасных предметов.
3. Кабели, выносные приборы, периферийные устройства должны быть расположены таким образом, чтобы ни сам робот, ни оператор не могли их повредить или о них запнуться, а сварочные брызги не могли их повредить или воспламенить.
4. Если существует опасность споткнуться о кабели робота или поскользнуться на сварочных брызгах, убедитесь в том, что для снижения этих рисков используются соответствующие периферийные устройства.
5. Ограждения роботизированных сварочных постов должны учитывать весь диапазон их движения и покрывать его на безопасном для окружающих и оборудования расстоянии.
КЕЙСЫ СОЗДАНИЯ БЕЗОПАСНОЙ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ПРИ РОБОТИЗИРОВАННОЙ СВАРКЕ ОТ КОМПАНИИ «ЕВРОЛЮКС ГРУПП»
1. Фильтровентиляционные агрегаты
Петербургская компания «ПроТехнологии» во время демонстрации своей техники – высокоточного сварочного робота-манипулятора STEP на выставке «Металлообработка. Сварка – Урал-2024» использовала механический фильтровальный агрегат «Фильтр-Мастер-У-П-1,5/380» с дополнительным угольным фильтром большого объема (20 кг) для более тщательной фильтрации и очистки воздуха от вредных примесей и запахов.
Оборудование на стенде должно было быть максимально безопасным для окружающих. Агрегат компании «ЕвроЛюкс Групп» удалял сварочный дым непосредственно в зоне образования. Кроме того, он обладал низкими шумовыми характеристиками, что тоже было важно для представления на стенде.
2. Защитные системы
Вариант решения для одного из крупнейших в мире производителей строительной техники и оборудования для ведения горных работ, чей завод находится в центральной России. Для зоны роботизированной сварки были поставлены стационарные фильтровальные установки FCS-9000-09 и FCS ECO-T-06-VR, а также сдвижной вытяжной зонт VentMaster, полностью закрывающий опасный участок в момент проведения работ.
Похожий кейс, но уже в стационарном исполнении, был осуществлён на одном из ведущих предприятий химического машиностроения — производстве железнодорожного грузового подвижного состава и цистерн в Кемерово. Здесь для робототехнического комплекса был смонтирован вытяжной зонт VentMaster на опорах. Очистка воздуха осуществлялась установкой FCS ECO-16.
Еще одним решением для роботизированной сварки является использование защитных кабин. Кроме функции локализации загрязнений с последующей очисткой воздуха они предназначены для устройства «тихих» рабочих мест, укрытия источников шума. От защитных перегородок отличаются закрытием по всему периметру и возможностью герметичного подключения к фильтровентиляционной установке. Примером стало оборудование участка роботизированной сварки для инжинирингового центра промышленных лазерных технологий. Опасная зона была закрыта с помощью защитных шумопоглощающих панелей со всех сторон и герметично подключена к фильтровальной установке FCS 6000-06, что позволило создать благоприятные условия как для работы персонала, так и аппаратуры.
Интересным кейсом стало и создание кабины для крупного пружинного завода. По проекту было необходимо создать условия, при которых заготовки должны были поступать извне, обрабатываться на участке, а потом готовое изделие так же возвращалось наружу. Конструкторы «ЕвроЛюкс Групп» с данной задачей справились, обеспечив при этом и безопасность участка.
3. Системы передува
Вариант был применён на одном из ведущих предприятий России в области транспортного машиностроения. Для очистки воздуха в цехе были использованы установки FCS, а также локализована вентиляция над рабочей зоной сварочного трактора.
При создании публикации использованные материалы, подготовленные руководителем обособленного подразделения ООО «ЕвроЛюкс Групп» в Москве А.Б. Муравьевым.