ZESZYTY NAUKOWE ISTYTUTU POJAZDÓW 2(98)/2014

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "ZESZYTY NAUKOWE ISTYTUTU POJAZDÓW 2(98)/2014"

Kamil Barański
8 lat temu
Przeglądów:

1 ZESZYTY NAUKOWE ISTYTUTU POJAZDÓW 2(98)/2014 Marcin Jasiński 1, Robert Gumiński 2 ANALIZA MODALNA MODELU MES ZBIORNIKA DO AGREGATU UPRAWOWO-SIEWNEGO Z MECHATRONICZNYM UKŁADEM STEROWANIA 1. Wstęp W ramach projektu Innotech którego liderem jest Przemysłowy Instytut Maszyn Rolniczych w Poznaniu są opracowywane konstrukcje i mają być wdrożone do produkcji nowoczesne agregaty uprawowo siewne, o szerokości roboczej 3,0 i 4,0 m, do przedsiewnej uprawy gleby (zarówno po orce, jak i po uproszczonej uprawie bezorkowej) oraz do jednoczesnego wysiewu nasion zbóż i poplonów. Istotę projektu stanowi zastosowanie w agregatach elektronicznego układu sterowania, odpowiedzialnego za jakość procesu wysiewu nasion. Układ ten będzie sterował pracą zespołów wysiewających oraz pracą automatycznego zespołu zapewniającego wysoką dokładność utrzymania zadanej głębokości umieszczenia nasion w glebie. Pozwoli to na zwiększenie prędkości ruchu roboczego agregatu i w efekcie uzyskanie wysokiej wydajności. W skład agregatu wchodzić będzie: zestaw narzędzi do przedsiewnej uprawy gleby (wał strunowy, zęby sprężynowe lekkie i wał zębaty packer) oraz siewnik do wysiewu nasion zbóż i poplonów, nabudowany na tym zestawie. Siewnik wyposażony będzie w zespoły wysiewające typu roweczkowego oraz redlice tarczowe. Siewniki mechaniczne z zespołami wysiewającymi typu kołeczkowego, bądź roweczkowego stosowane obecnie powszechnie w rolnictwie, charakteryzują się zmiennością dawki wysiewu nasion i wskaźników jakości pracy w zależności od warunków eksploatacyjnych. Znaczne zmiany dawki wysiewu nasion oraz pogorszenie wskaźników nierównomierności poprzecznej wysiewu występują pod wpływem zmian pochylenia siewnika na terenach nierównych (pofałdowanych). Wykazały to badania, przeprowadzone m.in. przez Instytut Budownictwa Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa w Warszawie [1] oraz przez Przemysłowy Instytut Maszyn Rolniczych [2]. Potwierdzeniem niezadowalającej jakości pracy redlic (zarówno stopkowych, jak i tarczowych), stosowanych w większości siewników, mechanicznych oraz pneumatycznych, znajdujących się obecnie na rynku, mogą być wyniki testów siewników firm Kongskilde, Kuhn i Unia Group, przeprowadzone przez Redakcję Rolniczego Przeglądu Technicznego [3]. W wyniku tych badań stwierdzono dużą nierównomierność rozmieszczania nasion w glebie w płaszczyźnie pionowej. Zadaniem realizowanym przez Instytut Pojazdów Politechniki Warszawskiej była analiza modalna konstrukcji siewnika w wyniku której, zostaną wyznaczone ścieżki propagacji drgań konstrukcji wsporczej do układu sterowania zespołami wysiewającymi. Celem artykułu była Budowa modelu numerycznego konstrukcji siewnika w środowisku MES, który został przebadany pod kątem minimalizacji drgań. 1 dr inż. Marcin Jasiński, adiunkt, Instytut Pojazdów, Politechnika Warszawska 2 dr inż. Robert Gumiński, adiunkt, Instytut Pojazdów, Politechnika Warszawska 111

siewne, o szerokości roboczej 3,0 i 4,0 m, do przedsiewnej uprawy gleby (zarówno po orce, jak i po uproszczonej uprawie bezorkowej) oraz do jednoczesnego wysiewu nasion zbóż i poplonów.

2. Model MES i analiza modalna W celu przeprowadzenia analizy przenoszenia drgań konstrukcji wsporczej na układ sterowania z zespołami wysiewającymi niezbędne było opracowanie modelu MES.

2 2. Model MES i analiza modalna W celu przeprowadzenia analizy przenoszenia drgań konstrukcji wsporczej na układ sterowania z zespołami wysiewającymi niezbędne było opracowanie modelu MES. Analizy zostały wykonane w programie ANSYS. Konstrukcja siewnika jest konstrukcją cienkościenną wykonaną z blach. Obliczenia przeprowadzono przy użyciu czterowęzłowych elementów powłokowych typu Shell z sześcioma stopniami swobody w każdym węźle, o grubości 2 i 3[mm] zgodnie z projektem. Do obliczeń przyjęto stal S235J o następujących właściwościach materiałowych: Moduł Younga E = 2.1E11 [Pa], gęstość ρ = 7800 [kg/m3], współczynnik Poissona ν = Na rysunku 1 przedstawiono sposób wprowadzenia warunków brzegowych przyjęty w symulacji. Mocowanie przez zablokowanie przemieszczeń i obrotów węzłów zlokalizowanych na liniach określających otwory, symetrycznie po trzy otwory na stronę. Rys. 1. Utwierdzenie zbiornika przyjęte do analizy modalnej Kolejnym krokiem było przeprowadzenie analizy modalnej stworzonego modelu. Analizę przeprowadzono dla przyjętego zakresu częstotliwości od 0 do 1000Hz. Przyjęty zakres częstotliwości odpowiada drganiom generowanym w trakcie przejazdu siewnika w warunkach polowych z określoną prędkością. W zadanym zakresie częstotliwości wykazano 188 częstotliwości własnych zbiornika siewnika. W tabeli 1 przedstawiono częstotliwości drgań własnych, ograniczono się do dziesięciu pierwszych postaci drgań jako dominujących pod względem amplitudy. Tabela 1. Częstotliwości drgań własnych zbiornika Numer postaci drgań Częstotliwość drgań własnych

Obliczenia przeprowadzono przy użyciu czterowęzłowych elementów powłokowych typu Shell z sześcioma stopniami swobody w każdym węźle, o grubości 2 i 3[mm] zgodnie z projektem.

3 Część z wyznaczonych wartości została wygenerowana przez wprowadzenie asymetrii w modelu, wynikającej z zadanej siatki elementów skończonych (mimo symetrii modelu geometrycznego). Na rysunku 2 przedstawiono pierwszą postać drgań występującą dla częstotliwości 40 Hz. W przedstawionej postaci następują drgania tylnej dolnej ściany zbiornika. Najniższa spośród wyznaczonych częstotliwości powoduje drgania ściany o największych wymiarach. Rys. 2. Pierwsza postać drgań zbiornika. Na rysunku 3 przedstawiono drugą postać drgań, dla częstotliwości 59Hz występują głównie drgania ścian bocznych siewnika. Trzecia z wyznaczonych postaci występowała dla częstotliwości 59,605Hz (przy częstotliwości drugiej postaci wynoszącej dokładnie 59,34Hz) wynikała z asymetrii siatki elementów skończonych o czym wspominano wcześniej. Kolejne dwie spośród wyznaczonych postaci występują dla częstotliwości ok. 68Hz, w postaciach tych występują drgania dolnych części ścian bocznych zbiornika. Na rysunku 4 przedstawiono jedną z omawianych postaci, drgania obu blach w rzeczywistości będą występowały jednocześnie. Podobna sytuacja ma miejsce dla postaci występujących dla częstotliwości około 75Hz (Rys. 5). Kolejne częstotliwości własne powodują drgania ścian tylniej lub przedniej siewnika, postacie zostały przedstawione na rysunkach

Najniższa spośród wyznaczonych częstotliwości powoduje drgania ściany o największych wymiarach. Rys. 2. Pierwsza postać drgań zbiornika.

4 Rys. 3. Druga postać drgań zbiornika. Rys. 4. Trzecia postać drgań zbiornika. 114

5 Rys. 5. Czwarta postać drgań zbiornika. Rys. 6. Piąta postać drgań zbiornika. 115

6 Rys. 7. Szósta postać drgań zbiornika. Rys. 8. Siódma postać drgań zbiornika. 116

7 Kolejnym krokiem prac będzie przeprowadzenie eksperymentalnej analizy modalnej wykonanego zbiornika. W tym celu zostanie wykonany specjalny uchwyt pozwalający na pobudzenie konstrukcji z wykorzystaniem modalnego wzbudnika drgań. Uzyskany. model zostanie walidowany po wykonaniu pomiarów na obiekcie rzeczywistym. W celu zaproponowania zmian konstrukcyjnych pozwalających na redukcję drgań pracującego siewnika, niezbędny jest pomiar wymuszeń w warunkach polowych. Dopiero porównanie częstotliwości generowanych w trakcie pracy i częstotliwości własnych pozwoli wytypować postacie które powinny być wyeliminowane i zaproponować zmiany konstrukcyjne. W pierwszym kroku nowa konstrukcja zostanie zweryfikowana numerycznie a następnie wykonana i przetestowana na stanowisku laboratoryjnym i w warunkach rzeczywistych. 4. Podsumowanie W referacie przedstawiono analizę modalną zbiornika agregatu uprawowo siewnego z mechatronicznym układem sterowania umożliwiającym zwiększenie prędkości roboczej i podwyższenie dokładności wysiewu. Przeprowadzona analiza zostanie wykorzystana w celu znalezienia ścieżek propagacji drgań konstrukcji wsporczej na układ sterowania zespołami wysiewającymi w celu minimalizacji drgań przenoszonych na układ wysiewu. Następnym etapem będzie opracowanie systemu monitorowania drgań konstrukcji, składającego się z zestawu czujników oraz sterownika komputerowego do rejestracji i analizy drgań konstrukcji, umożliwiającego walidację modelu za pomocą analizy modalnej. Badania wykonano w ramach projektu INNOTECH-K2/IN2/64/182979/NCBR/12. References [1] Grudnik P.: Równo w rzędzie. Farmer, 2007, nr 5. [2] Szczepaniak M., Rogacki R.: Badania wpływu nachylenia terenu na stałość ilości wysiewu nasion siewnikiem z roweczkowymi zespołami wysiewającymi. Prace PIMR, [3] Szulc T.: Test siewników. Rolniczy Przegląd Techniczny, 2009, nr 1. Streszczenie W referacie przedstawiono analizę modalną zbiornika na nasiona agregatu uprawowo siewnego z mechatronicznym układem sterowania umożliwiającym zwiększenie prędkości roboczej i podwyższenie dokładności wysiewu. Analizę przeprowadzono w celu znalezienia ścieżek propagacji drgań konstrukcji wsporczej na układ sterowania zespołami wysiewającymi czyli w celu minimalizacji drgań siewnika. Słowa kluczowe: MES, zbiornik siewnika, analiza modalna 117

model zostanie walidowany po wykonaniu pomiarów na obiekcie rzeczywistym.

8 MODAL ANALYSIS OF FEM MODEL OF TANK FROM TILLING AND SOWING SET EQUIPPED WITH MECHATRONIC CONTROL SYSTEM Abstract In the paper it was presented the modal analysis of seed drill tank FEM model. This in new mechanical seed drills with seeder unites with mechatronic control system which allows to increase the operating speed and increase the accuracy of sowing. This analyses were made in case of finding propagation paths of vibration, transferred from support structure to the control unit of seed drill, i.e. in case of vibrations reduction of seed drill. Key words: FEM, seed grill tank, modal analysis 118

This in new mechanical seed drills with seeder unites with mechatronic control system which allows to increase the operating speed and increase the

Podobne dokumenty

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 3(99)/2014

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 3(99)/2014 Adam Gałęzia 1, Robert Gumiński 2, Marcin Jasiński 3, Jędrzej Mączak 4 WPŁYW DRGAŃ NA PRACĘ AGREGATU UPRAWOWO-SIEWNEGO Z MECHATRONICZNYM UKŁADEM STEROWANIA