Kopalnie odkrywkowe przypominają księżycowy krajobraz rodem z filmów science fiction. Wielkie dziury w ziemi, hałdy kamieni oraz żwiru, zupełny brak roślinności. I olbrzymie machiny, np. wysokość największych koparek używanych w Bełchatowie wynosi ok. 70 m, a masa całej maszyny przekracza kilkanaście tysięcy ton. Te koparki są tak wielkie, że bardzo trudno je transportować poza odkrywką, a po pół wieku pracy lub wyczerpaniu złóż w kopalni przeważnie złomuje.

Mimo potężnej mocy nawet one czasem przegrywają w walce z naturą. Problem leży w tym, że w kopalniach odkrywkowych – by dostać się do tak pożądanych pokładów węgla – trzeba zedrzeć wierzchnią warstwę skał. A w niej często znajdują się wielkie kamienie. Gdy olbrzymi czerpak koparki natrafi na taką niespodziankę, poddawany jest olbrzymim przeciążeniom. I co gorsze, te przeciążenia są przenoszone na cały układ napędowy, który wskutek tego niszczy się znacznie szybciej.

Dlatego naukowcy z Politechniki Wrocławskiej opracowali sprzęgło przeciążeniowe rozłączne mechatronicznych systemów bezpieczeństwa maszyny, które pozwala na nawet dwukrotne zmniejszenie ekstremalnych przeciążeń mechanizmu urabiania.

– W przypadki kolizji z kamieniem sprzęgło będzie się ślizgać, co ograniczy obciążenie w całym układzie napędowym do dopuszczalnego poziomu – mówi dr inż. Marcin Kowalczyk, który był jednym z twórców wynalazku. – Jednym z największych wyzwań było znalezienie metody określenia momentu, w którym należy zainicjować działanie sprzęgła, aby bez potrzeby nie wyłączać napędów koparki – dodaje. W przypadku urabiania skał trudno wychwycić symptomy przeciążenia udarowego, nie myląc ich ze skutkami prawidłowej pracy, podczas której czerpak jest poddawany wielkim przeciążeniom.

0,15 sekundy

Sprzęgła przeciążeniowe starszej generacji były wolne, mało skutecznie zabezpieczały napęd lub szybko się rozregulowywały. Aby działanie sprzęgła było skuteczne, musi zadziałać błyskawicznie, bo obciążenie w trakcie kolizji czerpaka z kamieniem narasta w ciągu 0,15 s do wartości nawet 6 razy większej niż nominalnie. Udało się zmieścić w tym czasie dzięki zastosowaniu układu mechatronicznego, który mierzy siły działające na czerpak koparki i w razie zagrożenia przeciążeniem inicjuje wyłączenie napędów koparki. Ogromną zaletą wynalazku naukowców z PWr jest także to, że sprzęgło można zamontować w miejscu, które skutecznie ogranicza skutki szybkiego zatrzymania mas wirujących.

– Już podczas pracy doktorskiej zajmowałem się metodami szybkiej identyfikacji obciążeń udarowych powstających w maszynach górniczych, ale nie miałem możliwości wdrożenia pomysłów w życie. W końcu z kopalni w Bełchatowie przyszło zamówienie, by powstrzymać niszczenie przekładni. Bo wymiana kół zębatych to koszt idący w miliony złotych. Uznaliśmy, że najlepszym rozwiązaniem będzie zastosowanie szybkich sprzęgieł sterowanych układem mikroprocesorowym – tłumaczy Kowalczyk. Po tym doświadczeniu powstało kolejne sprzęgło przeciążeniowe dla nowej koparki w Kopalni Węgla Brunatnego Turów wymagające trudniejszych problemów do rozwiązania.

Dlaczego wynalazek jest tak istotny? – Uszkodzenie koparki spowodowane trafieniem czerpaka w olbrzymi kamień może ją wyłączyć z pracy nawet na kilka miesięcy – tłumaczy współtwórca innowacji prof. dr hab. inż. Eugeniusz Rusiński. I dodaje, że tego typu wynalazki to na Politechnice Wrocławskiej codzienność. – Wśród rodzimych uczelni PWr zajmuje pierwsze miejsce pod względem liczby zgłaszanych w kraju. Jest tak dlatego, ponieważ stworzyliśmy dobre warunki do wymyślania innowacji – stwierdza profesor, który również jest prorektorem ds. badań naukowych i współpracy z gospodarką.

48 godzin

Wrocławska uczelnia stara się też coraz więcej rozwiązań komercjalizować. Właśnie dlatego powstało centrum informacji naukowo-technicznej, do którego mogą się zgłaszać przedsiębiorcy z konkretnymi problemami do rozwiązania. Założenie jest takie, że w ciągu 48 godzin dostaną kontakt do naukowca, który może być w stanie ruszyć im z pomocą. – Dziś główną przeszkodą w badaniach nie jest brak pieniędzy. Większą trudnością jest to, że firmy, które zlecają nam opracowanie nowych rozwiązań, potem są ich jedynymi właścicielami, co ogranicza ich rozpowszechnianie i dalszy rozwój – mówi Rusiński.

Zdarzają się też sytuacje, gdy do PWr zgłaszają się przedsiębiorcy i mówią, że chcą zainwestować np. milion złotych w innowacyjną działalność w oparciu o patent PWr. Spółka, która powstała właśnie w ten sposób, działa i wydaje się, że ma przed sobą świetlaną przyszłość w dziedzinie oświetlenia LED. – Oczywiście wiele pomysłów nie da się skomercjalizować, ale wbrew pozorom odniesienie sukcesu finansowego w polskiej nauce nie jest tak trudne – stwierdza prof. Eugeniusz Rusiński. Sprzęgła przeciążeniowe do maszyn górniczych są tego najlepszym przykładam – już działają w największych polskich kopalniach odkrywkowych.