Upload
marius-vlad
View
219
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Prezentare Disertatie Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansateing.Vlad Marius
Citation preview
MINISTERUL EDUCAŢIEI NAȚIONALE
UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI
FACULTATEA DE UTILAJ TEHNOLOGIC
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea
sistemelor mecanice avansate
Vibrațiile mașinilor și utilajelor
pentru construcții.
Stabilirea unui model dinamic
unificat pentru unele tipuri de ciururi
și mori vibratoare
Coordonator ştiinţific Prof.univ.dr.ing. Cristian PAVEL
Absolvent Ing. Marius VLAD
Bucureşti -2013-
Introducere
Din toate disciplinele față de care inginerul rămâne îndatorat, de
aproape un secol, datorită succeselor acțiunilor sale, vibrațiile sistemelor
mecanice ocupă un loc de prim rang.
Vibrațiile au un caracter util, o serie de utilaje de construcții fiind
dotate cu organe de lucru acționate prin intermediul vibrațiilor.
Vibrațiile sunt nedorite în majoritatea cazurilor întâlnite, au
caracter nociv, iar prin diminuarea acestora se ajunge la o bună
funcționare a mașinilor și o creștere semnificativă a fiabilității acestora.
În prezenta lucrare se încearcă o sinteză a vibrațiilor
mecanice și stabilirea unui model dinamic unificat integral teoretic, un
calcul analitic fără măsurări experimentale sau simulate.
Structura lucrării:
1 Efectele vibraţiilor asupra omului şi mediului ambiental:
• Influența nocivă;
• Influența utilă.
2 Clasificarea vibraţiilor.
3 Aplicații ale vibrațiilor în inginerie.
4 Stabilirea unui model dinamic unificat pentru ciururile vibratoare cu forța
perturbatoare rotitoare și morile vibrante cu generatorul de vibrații montat
coaxial.
1 EFECTELE VIBRAŢIILOR ASUPRA
OMULUI ŞI MEDIULUI AMBIENTAL
1.1 Influența nocivă a vibrațiilor asupra omului și mediului ambiental
Rezultatele măsurărilor de vibrații se interpretează prin prisma
nocivității lor. Peste anumite limite, ele sunt dăunătoare oamenilor, pot produce
degradări ale clădirilor sau pot deranja buna funcționare a mașinilor.
Numeroasele studii făcute în acest scop au drept subiect omul.
Vibraţiile nocive sunt clasificate funcţie de amplitudine şi frecvenţă.
Direcţiile de
acţionare ale
vibraţiilor mecanice
asupra corpului
omenesc
Efecte de percepţie
Zgomotul ca factor de risc
Sub aspectul nocivităţii zgomotul este procesul
(agentul) fizic care poate constitui un pericol pentru
sănătatea angajaţilor, în condiţii determinate de depăşire
a unor limite admisibile.
Cei care proiectează construcţiile au învăţat o
lecţie amară: oscilaţiile structurilor pot deveni distructive
în anumite condiţii speciale. Aceste condiţii trebuie să fie
depistate din vreme, chiar din faza de proiectare.
Dezastrul de inginerie cel mai
faimos, datorat vibrațiilor mecanice
provenite din acțiunea vântului a fost
Podul Tacoma Narrows din Statele Unite
ale Americii în anul 1940 .
Vibrațiile nocive la mașini și utilaje
În timpul funcționării mașinilor și utilajelor pot apărea procese
vibratorii sub cele mai diverse forme de manifestare.
În majoritatea cazurilor întâlnite în tehnică, vibrațiile sunt
nedorite, cu caracter nociv, iar diminuarea acestora condiționeaza buna
funcționare a mașinilor.
Vibrațiile pot influența negativ parametrii tehnico-funcționali ai
mașinii
Scopurile urmărite sunt acelea de a reduce vibrațiile surselor
producătoare de vibrații dăunătoare, precum și eventuala izolare a
acestora.
1.2 Influența utilă a vibrațiilor asupra omului și mediului ambiental
În natură vibrațiile sunt folosite de multe
tipuri de specii de animale și insecte în viața de zi
cu zi.
Sunetele joacă un rol foarte important în viața oamenilor. Ne oferă
posibilitatea să comunicăm și să primim informații, să ne bucurăm de sunetele
naturii și să ascultăm muzica. Sunetele ne feresc, de asemenea, de pericole.
Acustica
Disciplinele cu care este asociată
acustica sunt diverse: mecanica
solidelor și a fluidelor, chimia,
fizica materialelor, electronica,
arhitectura, muzica, medicina,
științele pământului și atmosferei
etc…
Undele sonore sunt mijloace de transmitere a informațiilor. Efectele
fizice ale undelor sonore asupra corpurilor cu care interacționează reprezintă
alte arii de interes și de aplicație utile omului.
Terapia cu ultrasunete se bazează pe
utilizarea aparatelor de fizioterapie care furnizeză
curenți de înaltă frecvență, cuprinse între 800-1000
kHz, corespunzător unor lungimi de undă mici.
Tehnica modernă a imaginat, mașini și utilaje care produc vibrații în
vederea realizării scopurilor tehnologice. În acest situații, vibrațiile produc lucru
mecanic util, organele de lucru ale mașinilor respective realizând execuția
proceselor tehnologice pentru care au fost concepute, ca urmare a funcționării în
regim vibratoriu impus.
Influența utilă a vibrațiilor în domeniul mașinilor și utilajelor
2 CLASIFICAREA VIBRAŢIILOR
Există mai multe criterii de clasificare ale vibrațiilor care în linii mari
converg către acelasi rezultat. Astfel cele mai importante criterii de clasificare sunt:
B. După ecuația diferențială a mișcării:
- vibrații liniare;
- vibrații neliniare.
C. După cauzele care produc vibrația :
- vibrații libere-executate de sistemul
mecanic după încetarea cauzelor care
au scos sistemul respectiv din poziția
de echilibru;
- vibrații forțate-executate de sistemul
mecanic sub acțiunea unor factori care
întrețin mișcarea.
D. După prezența forțelor rezistente:
- vibrații amortizate, sunt vibrații libere
sau forțate care se produc în prezența
forțelor rezistente, ceea ce conduce la
o disipare de energie;
- vibrații neamortizate , la care forțele
rezistente sunt neglijabile și vibrațiile se
produc indefinit în timp presupunând că
nu există disipare de energie;
A. După numărul gradelor de libertate:
- vibrații cu un singur grad de libertate;
- vibrații cu două sau mai multe grade de libertate;
- vibrații cu un număr infinit de grade de libertate.
E. În funcție de deformațiile care apar în sistemul mecanic:
- vibrații axiale, care se produc prin deformări axiale în lungul barelor; - vibrații
transversale sau vibrații de încovoiere;
- vibrații torsionale;
F. După legea de variație în timp a mișcării sau după forma diagramei de vibrație:
- vibrații deterministe;
- vibrații aleatoare.
2.1 Vibrații libere neamortizate
Sistemul masă-arc Sistem torsional
2.2 Vibrații forțate neamortizate
Trecerea prin rezonanță
Variația în timp a deplasării la rezonanță
Rezonanța
Amortizare nulă
2.3 Vibrații libere amortizate
Sistemul masă-arc-amortizor
2.4 Vibrații forțate amortizate
Sistemul forță-masă-arc-
amortizor
Diagramele amplitudine-frecvență
(Cube de rezonanță)
3 APLICAȚII ALE VIBRAȚIILOR ÎN INGINERIE
3.1 Aplicații la sisteme elastice cu un grad de libertate
Bloc de fundație rezemat elastic, vibrator inerțial unidirecțional și
diagrama pulsație excitatoare cu amplitudina vibrațiilor
Un bloc de fundație
este rezemat elastic pe un
suport rigid. Pentru a
determina masa M a blocului
de fundație
3.2 Aplicații la sisteme cu mai multe grade de libertate
3.2.1. Studiul comportării dinamice a maselor vibratoare utilizate
pentru compactarea betonului
Masa vibratoare rezemată
elastic pe un suport fix, acționată de un vibrator multidirecțional vertical.
3.2.2 Parametrii dinamici ai plăcilor vibratoare pentru compactarea
pământurilor și înbrăcăminților asfaltice
Placă compactoare cu vibrator
3.2.3 Studiul vibrațiilor unui compactor vibrator autopropulsat cu
două rulouri vibratoare
Compactor vibrator autopropulsat
Schematizarea modelului dinamic
3.3.3 Parametrii dinamici ai vibrațiilor transportoarelor vibratoare
elicoidale
Transportor vibrator elicoidal
Curbele de variație a amplitudinii
vibrațiilor decuplate funcție de pulsația excitatoare ω
4 STABILIREA UNUI MODEL DINAMIC UNIFICAT PENTRU
CIURURILE VIBRATOARE CU FORȚA PERTURBATOARE
ROTITOARE ȘI MORILE VIBRANTE CU GENERATORUL
DE VIBRAȚII MONTAT COAXIAL
4.1 Ciururi vibratoare cu forța perturbatoare rotitoare
Ciur vibrator inerțial(variantă
constructivă)
Ciur vibrator inerțial (fotografie)
Schematizarea (a) și modelul
dinamic (b) pentru un ciur vibrator
inerțial cu forță perturbatoare
4.2 Mori vibratoare cu generatorul de vibrații montat coaxial
Schema unei mori
vibratoare de tip inerțial
Moară vibratoare tip PALLA-U35
firma HUMBOLDT LTD (Germania)
Modelul dinamic de
calcul schematizat
4.3. Stabilirea modelului dinamic unificat pentru ciururile vibratoare inerțiale
și morile vibratoare cu generatorul de vibrații montat coaxial
Modelul dinamic unificat moară vibratoare - ciur vibrator
Pentru sistemul elastic modelat
ca în Figura, sistemul de ecuații
diferențiale care îi caracterizează
mișcarea poate fi sub forma:
𝑚𝑥 + 4𝑘𝑥 ∙ 𝑥 + 4𝑎𝑧 ∙ 𝑘𝑥 ∙ 𝜑𝑦 = 𝑃0𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡
𝐽𝑦𝜑𝑦 + 4𝜑𝑦 𝑘𝑧 ∙ 𝑎𝑥2 + 𝑘𝑥 ∙ 𝑎𝑧
2 + 4𝑘𝑧𝑎𝑧𝑥 = 𝑧0𝑃0 cos𝜔𝑡
𝑚𝑧 + 4𝑘𝑧 ∙ 𝑧 = 𝑃0 sin𝜔𝑡
Se observă că este același
sistem de ecuații diferențiale la
care s-a ajuns atât în cazul
ciururilor vibratoare inerțiale cu
forța perturbatoare rotitoare cât și
în cazul morilor vibratoare cu
generatorul de vibrații montat
coaxial.
4.4 Deducerea ecuației diferențiale de mișcare din cazurile moară
vibratoare - ciur vibrator
4.4.1 Deducerea ecuației diferențiale de mișcare ale unui ciur
vibrator inerțial cu forța perturbatoare rotitoare
4.4.2 Deducerea ecuației diferențiale de mișcare a unei mori
vibratoare cu generatorul de vibrații montat coaxial
4.5 Rezolvarea ecuației diferențiale de mișcare
𝑚𝑥 + 4𝑘𝑥 ∙ 𝑥 + 4𝑎𝑧 ∙ 𝑘𝑥 ∙ 𝜑𝑦 = 𝑃0𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡
𝐽𝑦𝜑𝑦 + 4𝜑𝑦 𝑘𝑧 ∙ 𝑎𝑥2 + 𝑘𝑥 ∙ 𝑎𝑧
2 + 4𝑘𝑧𝑎𝑧𝑥 = 𝑧0𝑃0 cos𝜔𝑡
𝑚𝑧 + 4𝑘𝑧 ∙ 𝑧 = 𝑃0 sin𝜔𝑡
CONCLUZII
Mașinile analizate pe parcursul lucrării elaborate intră în categoria
acelora la care vibrațiile produc lucru mecanic util. Studiul acestora are la
bază particularitatea existenței a similitudinii modelelor dinamice.
Datorită comportamentului dinamic similar, a fost elaborat și studiat
ulterior, un model dinamic unic pentru ciururile vibratoare inerțiale și morile
vibratoare cu generatorul de vibrații montat coaxial.
Printrea avantajele unui calcul dinamic unificat se află scăderea
costurilor, o metodă sustenabilă de scădere a timpilor de proiectare
teoretică.
Obiectivul major al cercetării realizate pe parcursul elaborării acestei
lucrări a fost stabilirea de modele dinamice unificate. Acest model dinamic
unificat prezentat este exclusiv teoretic și nu este verificată validitatea lui
prin experimentare sau simulare.
Potenţiale direcţii viitoare de cercetare legate de tema abordată este
găsirea unor modele dinamice unificate multidisciplinar și obținerea de
confirmări simulate sau experimentale a teoriei.
Vă multumesc pentru
atenția acordată .
27.02.2013