8806043
iiMPip(D)mTr
Ulf Eek, Eric von Gertten
Förbättring av arbetsmiljön
vid överfräsmaslciner
Trätek
U l f E e k E r i c v o n G e r t t e n , k o n s u l t F Ö R B Ä T T R I N G A V A R B E T S M I L J Ö N V I D Ö V E R F R Ä S M A S K I N E R T r ä t e k n i k C e n t r u m , R a p p o r t P 8 8 0 6 0 ^ 3 N y c k e l o r d dust mi I l-ing noise working conditions S t o c k h o l m m a j 1 9 8 9
INNEHÅLLSFÖRTECKNING Sid 1. SAMMANFATTNING 2. BAKGRUND 3. BESKRIVNING AV OVERFRASNASKINER 3.1 HandMtada överfråiir 3.2 N u n e r i i k t s t y r d a överfräsar 3.3 Sinkmaskiner 4. BEARBETAT MATERIAL 5. PROJEKTETS MAL 6. GJORDA STUDIER 7. SLUTSATSER 8. KONSTRUKTIONSLÖSNINGAR 9. ERGONONIATGARDIR 10. KOMMENTAR 10 10 18 19
1. SAMMANFATTNING
Overfräsar är en grupp tråbearbetningsmaskiner BOU h a r e t t s t o r t anvAnd-ningsområde. De v a n l i g a s t e a r b e t s i o a e n t e n är p r o f i l e r i n g samt fräsning av f a l s a r och notspår. Overfräsar har en motor med högt v a r v t a l , 10.000 t i l l 24.000 r/min. Det medför a t t skärfrekvensen för verktygen b l i r hög. Andelen findamm b l i r s t o r och b u l l r e t högfrekvent. Overfräsmaskiner i n -delas i t r e undergrupper, handmatad överfräsar, numeriskt s t y r d a över-fråsar och sinkmaskiner.
P r o j e k t e t s mål v a r a t t k o n s t r u e r a väl fungerande spånkåpor som kan användas t i l l o l i k a v e r k t y g . Spånkåporna s k a l l kunna a p p l i c e r a s på inom i n d u -s t r i n b e f i n t l i g ma-skinpark. De-s-sutom v i d t o g -s b u l l e r r e d u c e r a n d e åtgärder k r i n g d r i v m o t o r n .
P r o j e k t a r b e t e t har i huvudsak b e d r i v i t s v i d Trätek. Tillämpningar på e r -hållna r e s u l t a t h a r prövats i i n d u s t r i n under p r o d u k t i o n s t e k n i s k t r i k t i g a förhållanden.
Tre v a r i a n t e r av kåpor h a r t a g i t s fram. Två av kåporna användes v i d genom-gående spårfräsning och kantfråsning. Den t r e d j e v a r i a n t e n användes v i d fräsning där v e r k t y g e t e j går igenom m a t e r i a l e t .
T i l l en på Trätek i n s t a l l e r a d överfräs av f a b r i k a t JONSERED konstruerades e t t fäste t i l l v i l k e t s a m t l i g a kåpor kan a n s l u t a s . T i l l denna maskin u t -formades även en bullerkåpa k r i n g motorn. L j u d e f f e k t e n minskade från 94 dB t i l l 85 dB.
T i l l handmatade överfråsar framtogs en u t r u s t n i n g , bestående av en l u f t -k o l v med tillhörande r e g l a g e , för a t t r e g l e r a v e r -k t y g e t s v e r t i -k a l a rörel-se.
2. BAKGRUND
Inom träaanufakturindustrin upplevs trädanm och b u l l e r som e t t bland de a l l v a r l i g a s t e problemen med avseende på arbetsmiljön. Nan v e t sedan t i d i -gare a t t trädamm kan ha a l l v a r l i g a medicinska skadeverkningar. Området är e m e l l e r t i d ännu e j fullständigt k a r t l a g t . Skälen för a t t v i d t a åtgärder för a t t reducera exponering för trädamm är ändå tillräckligt s t a r k a . Trätek b a r med anslag från Arbetsmiljöfonden l a g t ned s t o r t a r b e t e på f o r s k n i n g och i n f o r m a t i o n inom d e t t a område.
Man har inom träindustrin sedan lång t i d använt s i g av fläktdrivna utsugningssystem för a t t t r a n s p o r t e r a b o r t spån och damm från b e a r b e t n i n g s -zonen. Den e l l e r de anordningar som fångar i n spånorna och dammet k a l l a s för spånkåpor. Deras b e t y d e l s e för a t t minska s p r i d n i n g e n av damm och spån har särskilt s t u d e r a t s .
Med r i k t i g t aerodynamiskt utformade spånkåpor h a r d e t v i s a t s i g möjligt a t t minska luftflödena i s t o r utsträckning och s a m t i d i g t förbättra l u f t -k v a l i t e t e n i a r b e t s l o -k a l e n . Det medför mins-kade -kostnader för uppvärmning av a r b e t s l o k a l e n , samt lägre e l k o s t n a d e r för d r i v n i n g av fläktsystemen. Träteks a r b e t e inom d e t t a område v i s a r a t t spånkåpor kan utformas så a t t de samverkar med v e r k t y g e t s fläktverkan och u t n y t t j a r denna som d r i v k r a f t för infångningen av spån och damm. S a m t i d i g t kan utblåsningen av spån och damm från bearbetningsstället så g o t t som h e l t t a s b o r t .
3. BESKRIVNING AV OVERFRASMASKINER
Overfräsmaskiner är en grupp av träbearbetningsmaskiner som har e t t s t o r t användningsområde. Det f i n n s mer än 1000 maskiner i d r i f t i Sverige. De mest förekommande användningsområdena är p r o f i l e r i n g samt fräsning av f a l s a r och notspär. Overfräsar har en motor med högt v a r v t a l . D i r e k t på motoraxeln s i t t e r verktygschucken. Motorn är p l a c e r a d på e t t s t a t i v och s p i n d e l n är c e n t r e r a d v e r t i k a l t över e t t a r b e t s b o r d . Både bordet och motorn kan höjas och sänkas.De mest förekommande diametrarna på v e r k t y g e n är 10-50 mm. Exempel på v e r k t y g framgår av f i g u r 1 . För a t t erhålla b r a skärdata med dessa små d i a m e t r a r är d e t nödvändigt a t t använda höga v a r v -t a l , 10.000-24.000 r/min. De-t för med s i g a -t -t skärfrekvensen för v e r k -t y g e -t b l i r mycket hög. Andelen findamm b l i r i och med d e t s t o r och b u l l r e t hög-f r e k v e n t .
Figur 1. Exenpel på v e r k t y g .
OverfräflMasklDer i n d e l a s i följande undergrupper: - handmatade överfräsar
- n u n e r i s k t s t y r d a överfräsar ' s i n k a a s k i n e r
3.1 Handaatade överfräsar
M a t e r i a l h a D t e r i n g och n a t n i n g av a r b e t s s t y c k e n sker för hand. Det innebär a t t operatören f i n n s i Maskinens närhet.
Det är v a n l i g a s t a t t a r b e t s s t y c k e t spänns f a s t i en f i x t u r . F i x t u r e n är pä s i n undersida försedd med en s t y r n a l l . Denna a a l l passar n o t en s t y r p i n n e som s i t t e r pä maskinbordet. Hela f i x t u r e n kan v i d matning för hand fäs a t t följa s t y r m a l l e n s k u r v l i n j e r . D e t t a ger s t o r v a r i a t i o n v i d k o n t u r - och mönsterfräsning.
V e r k t y g e t är o f t a i ingrepp över en s t o r d e l av skärcirkeln. Spänavgängen är därför svär a t t o r i e n t e r a i en s p e c i e l l r i k t n i n g , den bestäms h e l t av i v i l k e n r i k t n i n g d e t bearbetade m a t e r i a l e t framföres i .
Den v a n l i g a s t förekommande spänkäpan är en s u g t r a t t v i l k e n är p l a c e r a d i kanten av fräsbordet pä r e l a t i v t s t o r t avständ frän bearbetningsstället. Det medför a t t s t o r a mängder spän och damm b l i r kvar k r i n g arbetsstället. Tryckluftbläsning t i l l g r i p s sedan för a t t hälla r e n t pä och k r i n g maskin-en.
F i g u r 2. Handmatad överfräs.
3.2 WuaerisXt s t y r d a överfråsar
Under senare år h a r n u a e r i s k t s t y r d a överfråsar b l i v i t a l l t v a n l i g a r e . T i l l s i n k o n s t r u k t i o n påainner de on s i n k n a s k i n e n . Matningen s t y r s dårenot på e l e k t r i s k våg, d v s programmerad k o o r d i n a t s t y r n i n g . Arbetsborden kan ha en långd på f l e r a meter. På v i s s a m o d e l l e r kan b e a r b e t n i n g ske med upp t i l l sex v e r k t y g på samma gång. Andra t y p e r h a r v e r k t y g e n monterade i en v e r t i k a l r e v o l v e r . B e a r b e t n i n g kan då ske med o l i k a t y p e r av v e r k t y g i samma uppspånning.
F i g u r 3. Numeriskt s t y r d överfrås.
( K ä l l a : R y e M a c h i n e r y L t d . , E n g l a n d . )
3.3 Sinkmaskiner
En annan form av överfrås år sinkmaskinen. Hår s t y r s rörelserna i x- och y - l e d mekaniskt på g e j d r a r . Matning sker med hjålp av vevar. Sinkmaskinen var från början avsedd för a t t göra hörnförband, s k s i n k a r . E f t e r h a n d har den fått s t o r anvåndning v i d råtlinjig överfråsning dår p r e c i s i o n kråvs.
F i g u r 4. Sinkmaskln.
K ä l l a : E j d e r s t e d t & F r ö d i n g A B .
4. BEARBETAT MATERIAL
Det som framför a l l t g j o r t a t t s p r i d n i n g e n av damm v i d arbete med över-fråsar b l i v i t e t t a l l t större problem är den ökade användningen av en ny t y p av tråfiberskivor, s k skivor (Medium D e n s i t y F i b e r b o a r d ) . MDF-s k i v o r beMDF-står av f i n m a l d a ( d e f i b r e r a d e ) träfibrer, MDF-som limmatMDF-s MDF-samman under högt t r y c k . Det g e r en tät och homogen s k i v a . MDF-materialets homo-g e n i t e t homo-gör a t t p r o f i l e r i n homo-g av k a n t e r för raka och svänhomo-gda d e t a l j e r kan ske utan k a n t l i s t n i n g . Det är i n t e möjligt med andra s k i v m a t e r i a l som spånskivor, lamellträ e l l e r plywood. Likaså kan mönsterfräsning ske d i r e k t på y t a n utan förbehandling, v i l k e t g i v i t nya möjligheter t i l l design och s t a r k t b i d r a g i t t i l l m a t e r i a l e t s ökade användning.
5. PROJEKTETS MAL
Målet med d e t t a p r o j e k t år a t t k o n s t r u e r a väl fungerande spånkåpor som kan användas t i l l o l i k a v e r k t y g . Spånkåporna s k a l l kunna a p p l i c e r a s på inom i n d u s t r i n b e f i n t l i g maskinpark.
Dessutom s k a l l b u l l e r r e d u c e r a n d e åtgärder k r i n g d r i v m o t o r n v i d t a s . 6. GJORDA STUDIER
P r o j e k t a r b e t e t h a r i huvudsak b e d r i v i t s v i d Trätek där en överfräs av f a b r i k a t JONSERED f i n n s i n s t a l l e r a d . Tillämpningar på erhållna r e s u l t a t har prövats i i n d u s t r i n under p r o d u k t i o n s t e k n i s k t r i k t i g a förhållanden. S t u d i e r utfördes på avsugningssystemets egenskaper. V a r i a t i o n e r i u t n y t t -j a n d e t av maskinen v i l k a kan påverka a v s u g n i n g s r e s u l t a t e t k a r t l a d e s även. R e s u l t a t e n är ännu så länge preliminära varför de e j redovisas i denna r a p p o r t .
När d e t gäller l u f t h a s t i g h e t e r k r i n g v e r k t y g e t är d e t k l a r l a g t a t t spän-käpans u t f o r m n i n g är av s t o r b e t y d e l s e . De smala s p a l t e r som kan uppkomma v i d v i s s a t y p e r av b e a r b e t n i n g kräver e m e l l e r t i d a t t d e t f i n n s tillgäng t i l l e t t s t o r t u n d e r t r y c k i systemet för a t t l u f t s k a l l kunna beredas tillträde t i l l käpan.
Det visade s i g vara av s t o r b e t y d e l s e a t t t r a n s p o r t l u f t e n fär s i t t t i l l -träde underifrän för a t t erhälla en uppätriktad luftrörelse.
Det framgär av d e t t a a t t man i n t e har kunnat u t n y t t j a t i d i g a r e e r f a r e n h e t e r frän u t v e c k l i n g av spänkäpor k r i n g v e r k t y g med hög p e r i f e r i -h a s t i g -h e t .
Även om de l u f t h a s t i g h e t e r som v e r k t y g e n a l s t r a r i n t e är höga ökar de tillsammans med k a s t v e r k a n hos v e r k t y g e t och andra s p r i d n i n g s f a k t o r e r , t ex d r i v m o t o r n s kylfläkt, kraven pä u t s u g n i n g s e f f e k t e n hos kombinationen spänkäpa och utsugningssystem.
A t t skapa en b r a form för käpan och e t t lägt luftmotstånd för anslutande systemdelar är därför en v i t a l u p p g i f t .
S t u d i e r av o l i k a delbullerkällor utfördes även. Bullerkällorna måste delas upp i tvä grupper: Tomgångsbuller * Motorns kylfläkt * V e r k t y g e t * L a g e r l j u d B e a r b e t n i n g s b u l l e r * N a t e r i a l v i b r a t i o n e r * Bearbetningskompression * S t a t i v v i b r a t i o n
Mätningar utfördes under tomgängskörning och gav följande r e s u l t a t : 1. Maskinen i originalutförande n=17611 r/min
Frekvens 294 Hz 588 Hz 4696 Hz Ljudnivå 90 dB(A) 84 dB(A) 82 dB(A)
2. Som 1 men fläktens skyddskåpa b o r t t a g e n . Det innebär a t t en b u l l e r -källa frilägges men s a m t i d i g t ändras egenskaperna då l u f t e n i n t e längre t v i n g a s ned i motorkäpan och fläktens p e r i f e r i får därigenom d i r e k t möta stillastående l u f t .
Frekvens 294 Hz 588 Hz 4696 Hz Ljudnivå 90 dB(A) 84 dB(A) 84 dB(A)
10
3. Som 2 men flåkten b o r t t a g e n .
Frekvens 294 Hz 588 Hz 4696 Hz Ljudnivå 91 dB(A) 80 dB(A) 80 dB(A)
O l i k a försök med a t t åndra i n l o p p e t t i l l motorns kylflåkt visade på goda möjligheter a t t påverka såvål l j u d som fläktens flöde. Då d e t t a e m e l l e r t i d e j gav u t s l a g för dominanta d e l a r av l j u d e t avbröts försöken.
7. SLUTSATSER
Avgörande för s p r i d n i n g e n av damm är v e r k t y g e t s flåktverkan och kastför-måga. Det måste således f i n n a s mekaniska h i n d e r e l l e r en riktningsdämpande luftström för a t t h i n d r a damm och spån a t t hamna utanför d e t område där spånkåpan har någon s u g e f f e k t . S t u d i e r som utfördes med b o r s t k r i n g bear-betningspunkten visade på en minskad möjlighet a t t nå en hög l u f t h a s t i g h e t i s p a l t e r m m. Borsten släpper igenom l u f t som minskar u n d e r t r y c k e t i kåpan och därmed möjlighet a t t nå en hög l u f t h a s t i g h e t i urfråsta s p a l t e r m m. A t t välja e t t v e r k t y g som ger e t t l i t e t luftflöde är en väsentlig fråga men d e t t a kan i n t e a l l t i d göras p g a behovet av spånluckor i verk-t y g e verk-t .
A t t l y f t a en p a r t i k e l kräver endast måttlig l u f t h a s t i g h e t om den år svä-vande. O f t a s t e r f o r d r a s mindre än 1 m/sek. Har p a r t i k e l n däremot l a g t s i g på en y t a krävs d e t en s t o r och välriktad k r a f t för a t t l y f t a denna, v i l k e t kan vara svårt a t t uppnå i n t i l l en y t a . Vissa a d h e s i o n s k r a f t e r måste då också övervinnas.
B e a r b e t n i n g s t i d e r n a v i d o p e r a t i o n e r med överfråsar år k o r t a jämfört med h a n t e r i n g s t i d e r n a för m a t e r i a l . Bullerminskande åtgärder i n r i k t a s därför i första hand på a t t minska tomgångsbullret. Det kan göras med o l i k a typer av i n k a p s l i n g a r k r i n g d r i v m o t o r n med dess kylflåkt. Detta ökar behovet av k y l n i n g för d r i v m o t o r n , v i l k e t löses med en bättre aerodynamisk u t f o r m n i n g av i n t a g e t t i l l kylfläkten.
8. KONSTRUKTIONSLÖSNINGAR
Av de g j o r d a s t u d i e r n a framgår a t t e t t svårt problem är a t t erhålla t i l l -räcklig l u f t h a s t i g h e t i de små kanaler som b i l d a s v i d v i s s a f a l l av spår-fräsning. Det kräver o f t a en större tryckuppsättning i spåntransportsy-stemet än vad som normalt f i n n s a t t tillgå. T r y c k f a l l e t b l i r så s t o r t a t t tillgängligt luftflöde söker s i g andra vägar med mindre motstånd. För a t t komma tillrätta med d e t t a är d e t v a n l i g t a t t man ökar tryckuppsättningen och luftflödet i systemet med en ökad bullernivå i a r b e t s l o k a l e n som följd.
11
Problemet kan delas upp i t r e o l i k a delområden; 1. Genomgående spårfräsning Fräsverktyg 2. Ej genomgående spårfräsning Fräsverktyg 3. Kantfräsning Fräsverktyg
V i d genomgående spårfräsning v i s a r d e t s i g a t t b o r t t r a n s p o r t av spån och damm sker lättast om l u f t e n beredes tillträde underifrån genom d e t u r -frästa spåret. Det förutsätter a t t maskin och f i x t u r medger d e t t a .
12
Två v a r i a n t e r av kåpor konstruerades
F i g u r 5. Kåpa avsedd för spårfräsning med v e r k t y g s d i a m e t e r i 30 mm.
Ovanstående kåpa f u n g e r a r mycket b r a v i d spårfräsning med en diameter på v e r k t y g e t upp t i l l 30 mm. Detta täcker de v a n l i g a s t e a r b e t s o p e r a t i o n e r n a . För a t t ha möjlighet a t t använda v e r k t y g med större d i a m e t r a r framtogs en v a r i a n t utan den i n r e styrande kroppen. Då f i n n s möjlighet a t t använda v e r k t y g med en diameter på upp t i l l 70 mm.
F i g u r 6. Kåpa avsedd för fräsning med v e r k t y g s d i a m e t e r <, 70 m m .
13
V i d e j genomgående fräsning, f a l l 2, kan dessa båda kåpor i n t e användas eftersom tillräcklig mäugd t r a n s p o r t l u f t e j kommer i n genom d e t ut frästa spåret.
Det konstruerades därför en kåpa t i l l v i l k e n t r a n s p o r t l u f t e n beredes t i l l -träde genom s l i t s a i i kåpans sidoväggar. S l i t s a r n a är v i n k l a d e 45°. Det medför a t t en v i s s d e l av l u f t e n får r o t a t i o n i kåpan v a r v i d spån och damm lättare kan l y f t a s u r d e t frästa spåret. I och med a t t s l i t s a r n a är v i n k -lade f i n n s d e t e j h e l l e r någon möjlighet för spån och damm a t t slungas u t genom dessa.
Figur 7, Kåpa för e j genomgående fräsning.
Dessa t r e v a r i a n t e r av kåpor har prövats under d r i f t i i n d u s t r i n med e t t mycket g o t t r e s u l t a t . Provningarna utfördes på en numeriskt s t y r d fräs av f a b r i k a t HEYAN. Maskinen v a r försedd med revolverväxling av v e r k t y g e n . Kåporna monterades på d e t b e f i n t l i g a fästet på r e s p e k t i v e d r i v e n h e t . Det visade s i g däremot a t t den aerodynamiska utformningen på a n s l u t n i n g e n t i l l frånluftsystemet medförde onödiga t r y c k f a l l och därmed försämrad utsug-ningsförmåga.
En ny övergång mellan kåpa och frånluftsystem konstruerades och en s l a n g med lågt t r y c k f a l l och lämpligt böjmotstånd för mjuka krökar i n s a t t e s . Dessa åtgärder medförde en mycket s t o r förbättring.
14
F i g u r 8 a,b. övergång mellan kåpa och frånluftsystem.
T i l l den på Trätek b e f i n t l i g a överfräsen, f a b r i k a t JONSERED, konstruerades e t t fäste t i l l v i l k e n s a m t l i g a de i p r o j e k t e t framtagna kåporna kan an-s l u t a an-s .
15
Figur 9. Upphängning av kåpa för handmatad överfräs.
Upphängningen av kåpan är så utformad a t t då v e r k t y g e t i n t e är i ingrepp fungerar kåpan som e t t skydd över h e l a v e r k t y g e t .
T i l l denna maskin utformades en bullerkåpa k r i n g motorn med en inbyggd ljudfälla för dess kylfläkt. L j u d e f f e k t e n minskade från 94 dB t i l l 85 dB.
16
Figur 10. Monterad bullerkåpa t i l l handmatad överfräs
17
Figur 11 b. Isärtagen bullerkåpa.
För a t t e j r i s k e r a en ökning av l a g e r t e m p e r a t u r e n monterades en s t y r n i n g av n y l o n pä fläktens i n l o p p s d e l . Det medförde a t t luftflödet frän k y l -fläkten ökade frän 255 m3/h t i l l 310 mS/h. Mätningar pä l a g e r t e m p e r a t u r e n utfördes och d e t konstaterades ingen s k i l l n a d mellan maskinen i o r i g i n a l -utförande och e f t e r v i d t a g n a ätgärder.
9. ERGONOMIÄTGÄRDER
Pä handmatade överfrasar r e g l e r a s v e r k t y g e t s v e r t i k a l a rörelse med en f o t p e d a l . Pedalen är i v i s s a f a l l 30-40 cm över g o l v e t . Slaglängden är ca 20 cm. Det medför en mycket påfrestande b e l a s t n i n g på operatören dä pe-dalen måste användes v i d v a r j e a r b e t s o p e r a t i o n . Pä en i n d u s t r i monterades en l u f t k o l v pä pedalens hävarm. Kolven påverkades med en ny pedal vars
18
F i g u r 12. Kolv monterad på handmatad överfräs 10. KOMMENTAR
Samtliga i p r o j e k t e t framtagna spånkåpor och fäste t i l l handmatade över-fräsar samt b u l l e r i n b y g g n a d e r för d y l i k a f i n n s för närvarande a t t tillgå hos EJDERSTEDT £ FRÖDING AB Jönköping, t e l 036-18 60 50.
Detta digitala dokument skapades med anslag från
Stiftelsen Nils och Dorthi
Troédssons forskningsfond
Trätekn i kCent ru m
I N S T I T U T E T F O R T R A T E K N I S K F O R S K N I N G
Box 5609,114 86 STOCKHOLM Besöksadress: Drottning Kristinas väg 67 Telefon: 08-14 53 00
Telex: 144 45 tratek s Telefax: 08-11 61 88 Huvudenhet med kansli
Asenvägen 9, 552 58 JÖNKÖPING Telefon: 036-12 60 41
Telefax: 036-16 87 98 ISSN 0283-4634
93187 SKELLEFTEÅ
Besöksadress: Bockholms vägen 18 Telefon: 0910-652 00
Telex: 650 31 expolar s Telefax: 0910-652 65
