Modernizacja stanowiska do badań wytrzymałościowych konstrukcji wielkogabarytowych.

Transkrypt

1 Modernizacja stanowiska do badań wytrzymałościowych konstrukcji wielkogabarytowych. Janusz Kobiałka Małgorzata Krakówka Przemysław Łukasik

2 Celem prezentacji jest przedstawienie stanowiska do badań wytrzymałościowych konstrukcji wielkogabarytowych, historii jego powstania, przeprowadzanych na nim testów oraz założeń do modernizacji jego systemu sterowania i wybranych problemów, jakie się z tym wiążą. 2

3 Trochę historii. Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego W roku 1999 w Instytucie Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego stworzono odpowiednio wyposażone stanowisko do badań konstrukcji ochronnych maszyn samobieżnych. Koncepcja stanowiska została opracowana na bazie ówcześnie obowiązujących norm i przepisów. Zarówno w przepisach europejskich, jak i krajowych, w odniesieniu do maszyn samojezdnych pracujących w warunkach zagrożenia przewróceniem lub w zagrożenia spadającymi przedmiotami, wprowadzona jest zasada, z której wynika konieczność stosowania konstrukcji ochronnych. Są to tzw. konstrukcje typu ROPS (Roll Over Protection Structure konstrukcja zabezpieczająca przy przewróceniu) i FOPS (Falling Over Protection Structure konstrukcja zabezpieczająca przed spadającymi przedmiotami). 3

4 Norma: PN-EN ISO 3471:2009 Maszyny do robót ziemnych. Konstrukcje chroniące przy przewróceniu się maszyny. Badania laboratoryjne i wymagania techniczne. Obciążenie boczne Obciążenie pionowe Obciążenie wzdłużne 4

5 Widok ogólny i podstawowe dane techniczne stanowiska pomiarowego: 1. Dwa podwójne słupy nośne; 2. Wsporniki podpierające słupy nośne; 3. Poprzeczna belka łącząca podwójne słupy nośne i wsporniki; 4. Ruchoma trawersa główna służąca do wywierania nacisków pionowych na badane konstrukcje ochronne; 5. Siłowniki hydrauliczne realizujące ruch pionowy; 6. Belki wbetonowane w fundament wiążące ze sobą słupy nośne oraz łoże służące do mocowania badanych obiektów; 7. Trawersa poprzeczna z prowadnicami do wywierania nacisków poziomych i skośnych na badane konstrukcje ochronne; 8. Dodatkowy siłownik hydrauliczny odchylający prowadnice trawersy poprzecznej ustalenie kierunku działania siły bocznej na badane konstrukcje ochronne. 5

6 Czas budowy. 6

7 Warunki badań dla konstrukcji ochronnych typu ROPS powinny odwzorowywać następujące zalecenia: operator ma zapięte pasy bezpieczeństwa, pojazd lub maszyna przemieszcza się z prędkością do 16 km/h po twardej niezamarzniętej nawierzchni o pochyleniu stoku nie większym niż 30, przewracająca się maszyna ma zakres obrotu 360 względem osi równoległej do kierunku jazdy i odbywa się bez utraty styczności z podłożem stoku. Konstrukcja ochronna typu ROPS zapewnia operatorowi przestrzeń chronioną przed odkształceniem, tzw. DLV (Deflection Limiting Volume). Jest to ta minimalna przestrzeń, która nie może zostać naruszona w wyniku przewrócenia dla zapewnienia bezpieczeństwa operatora. Spełnienie norm bezpieczeństwa jest zależne zatem od nienaruszenia przestrzeni ochronnej operatora DLV w czasie praktycznych prób przewracania pojazdu lub maszyny z makietą zamiast operatora 7

8 Pierwszy etap symulujący przewracanie się na bok. Kryteria: Siły; Energii; Naruszenie DLV. Obciążenie w trakcie testu quasi-statyczne, tj. prędkość odkształcenia < 5 mm/sek. 8

9 Drugi etap symulujący przewracanie się na dach. Kryteria: Siły przez 5 min.; Naruszenie DLV. Obciążenie w trakcie testu quasi-statyczne, tj. prędkość odkształcenia < 5 mm/sek. 9

10 Drugi etap symulujący przewracanie się na dach. Kryteria: Siły; Naruszenie DLV. Obciążenie w trakcie testu quasi-statyczne, tj. prędkość odkształcenia < 5 mm/sek. 10

11 11 Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego Badanie przestrzeni ochronnej operatora DLV.

12 12 Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego Badanie przestrzeni ochronnej operatora DLV.

13 13 Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego Badanie wytrzymałości betonowego kręgu.

14 14 Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego Badanie wytrzymałości fragmentu rury z tworzywa sztucznego.

15 Modernizacja układu sterowania. Sterownik PAC GE-IP PACSystems RX3i CANopen Przetworniki położenia Balluff BTL5 Wzmacniacze pomiarowe HBM MP55 Interfejs komunikacyjny hydrauliki Danfoss PVG CIP 15

16 16 Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego Typowe wykresy rozciągania tworzyw sztucznych: Krzywa 1 przedstawiająca zachowanie się materiału kruchego; Krzywe 2 i 3 przedstawiają materiały ciągliwe

17 + - Algorytm synchronizacji siłowników. + - k p =5 T i =3,3 Regulator 1 (PI) Obiekt 1 Generator wartości zadanej k p =3 T i =2 Regulator 3 (PI) + - Sprzężenie od położenia prędkości Sprzężenie od prędkości położenia k p =5 T i =3,3 Regulator 2 (PI) Obiekt 2 1. Narastający błąd synchronizacji (statyczny) 2. Błąd dynamiczny 3. Mały błąd statyczny Niepewność pomiaru Przekoszenie trawersy przy dużych obciążeniach Mały błąd dynamiczny Doprowadzenie do pełzania Brak błędu statycznego Brak tendencji do przekaszania 17

18 Położenie wirtualnego punktu [mm] 18 Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego Algorytm synchronizacji siłowników Czas [s] Położenie siłownika 1 Siła Położenie siłownika 2 Generator wartości zadanej Wartość zadana regulatorów

19 Położenie [mm] Błąd synchronizacji [mm] Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego 0,3 Przebieg położenia i błędu synchronizacji 0,2 0,1 0-0,1-0,2-0,3-0,4-0, Czas [s] Czas [s] Położenie 1 Położenie

20 Siła [N] Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego Przebieg siły Czas [s] 20

21 21 Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego Przykładowy ekran wizualizacji procesu badań.

22 22 Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego Podsumowanie. Poprawnie działające algorytmy regulacji Finalne uruchomienie stanowiska Działająca sieć CAN Zgodność z postanowieniami norm

23 Podsumowanie. Stanowisko badawcze, zaprezentowane powyżej, może być stosowane do badań konstrukcji ochronnych typu ROPS nie tylko zgodnie z normą PN-EN ISO 3471:2009, ale i normami ISO 6055:2004, PN-EN A1:2009E oraz PN-EN ISO :2013. Jest ono użytkowane w ramach akredytowanego laboratorium będącego w strukturach IMBiGS i wykorzystywane również do innych badań wytrzymałościowych. Największym wyzwaniem modernizacji jego systemu sterowania było stworzenie stabilnych bezpiecznie działających algorytmów regulacji kontrolujących poszczególne ruchy trawersy głównej w trakcie przeprowadzanych badań testowych różnego rodzaju konstrukcji wielkogabarytowych. Udało się to przez dobranie odpowiednich struktur algorytmów regulacji oraz nastaw regulatorów w trakcie prac doświadczalnych. 23

24 Literatura: Norma: PN-EN ISO 3471: wersja polska; Maszyny do robót ziemnych -- Konstrukcje chroniące przy przewróceniu się maszyny -- Badania laboratoryjne i wymagania techniczne, Norma: PN-ISO 9248: wersja polska; Maszyny do robót ziemnych -- Jednostki wymiarów i parametrów technicznych oraz dokładność pomiarów, GFK-2314D, PACSystems RX3i System Manual, GE Intelligent Platforms, 2011, GFK-2222S, PACSystems RX3i CPU Reference Manual, GE Intelligent Platforms, 2013, GFK-2831, PACSystems RX3i CANopen Master Module User s Manual, GE Intelligent Platforms, 2013, GFK-2837, PACSystems RX3i CANopen Master Module Quick Start Guide, GE Intelligent Platforms, 2013, BTL5-H1 Configuration Manual, E, Balluff, 2009, Micropulse Linear Transducer in Profile Housing User s Guide, E, Balluff, 2005, CAN Bus Components, HN.50.Y1.02, Saufer-Danfoss, 1998, PVG 32 Proportional Valves, Technical Information, DKMH.PK.570.C L0344, Saufer-Danfoss, 2001, CIP Configuration Tool and CIP downloading utility User s Manual, Saufer-Danfoss, 1998, Kopczyński A., Rusiński E., Bezpieczeństwo bierne, pochłanianie energii przez profile cienkościenne, OW Politechnika Wrocławska,

25 25 Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego Dziękujemy za uwagę. mgr inż. Janusz Kobiałka Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego, Zakład Mechaniki i Budowy Maszyn, Warszawa, ul. Racjonalizacji 6/8, tel.: w. 264, j.kobialka@imbigs.pl mgr inż. Małgorzata Krakówka Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego, Zakład Mechaniki i Budowy Maszyn, Warszawa, ul. Racjonalizacji 6/8, tel.: w. 264, m.krakówka@imbigs.pl mgr inż. Przemysław Łukasik ASTOR Sp. z o.o. Oddział Warszawa, Warszawa, ul. Stępińska 22/30, tel.: , przemyslaw.lukasik@astor.co.pl