Analiza dynamiczna pojazdu w czasie ruchu na mobilnej platformie pomiarowej na podstawie wymuszonych drgań

Transkrypt

1 JAGIEŁOWICZ-RYZAR Celina 1 Analiza ynamiczna ojazu w czasie ruchu na mobilnej latformie omiarowej na ostawie wymuszonych rgań WSTĘP Jenym z ważniejszych zaganień związanych z esloatacją róg ublicznych rzez wielotonowe i wieloosiowe ojazy samochoowe jest omiar siły nacisu osi na jeznię. Weług rzeisów ruchu rogowego ouszczone są o ruchu ojazy, tórych nacis ojeynczej osi na jeznię nie rzeracza wartości ouszczalnych[3],[7]. Porzez rozorzązenie Ministra Transortu Buownictwa i Gosoari Morsiej [1] wrowazane są również ograniczenia nacisu osi na nietórych ocinach róg o 8 lub 1 ton. W celu srawzenia rzestrzegania rzeisów rzerowazane są ontrole, tóre olegają na statycznym omiarze siły nacisu, czyli zatrzymaniu ojazu nastęnie rzerowazeniu omiaru i innych czynności, co wiąże się z różnymi nieogonościami min. stratą czasu oraz utrunieniami w ruchu. Innym sosobem ontroli jest wmontowanie w as ruchu stacjonarnych urzązeń omiarowych, co z olei wiąże się z całowitym braiem mobilności, a więc ograniczeniem możliwości omiarów na innych ocinach róg [8]. Pomiar statyczny można uzuełnić omiarem ynamicznym wyorzystując o tego celu fat, że w czasie ruchu ojazu oszczególne jego elementy (głównie nawozie) wyonuje rgania na ierunu ionowym. Drgania te zależą la anego ojazu o wymuszenia, tóre w tym rzyau ochozą o nierówności rogi. W warunach iealnych ojaz nie wyonuje żanych rgań lub rgania są barzo małe [2],[3]. Do wywołania rgań nawozia (bez zagrożenia) zaroonowano zastosowanie latformy MMP o ształcie równi ochyłej o małym ącie nachylenia. Platformę MMP bęzie można ustawić na asie ruchu w owolnym ocinu jezni. Platforma ta stanowi zgłoszenie atentowe nr P.261. Wymuszone inematycznie rgania zależą głównie o masy ojazu, sztywności zawieszenia, sztywności ogumienia, tłumienia w amortyzatorach i ogumieniu. [8] Rys. 1. Schemat latformy omiarowej MMP o wyznaczenia masy ojazu w czasie ruchu. [5],[6], [7],[8] Legena o rysunu 1: 1 Politechnia Rzeszowsa, Wyział Buowy Maszyn i Lotnictwa, Katera Mechanii Stosowanej i Robotyi Rzeszów; al. Powstańców Warszawy 8. tel , cjr@rz.eu.l 1875

2 1 - łyta najazowa 2 - łyta oorowa 3 - elementy srężyste - rawęź zjazowa łyty najazowej 5 - strefa wystająca łyty oorowej 6 - olna owierzchnia łyty oorowej 7 - sony rgań 8 - łaszczyzna łyty najazowej 9 - sony omiarowe 1 - sona omiarowa 11,12,13 - miernii 1 - orogramowany rocesor 15 - monitor 16 - czujni oziomej ręości najeżżającego ojazu 17 ojaz samochoowy PS 1. CEL PRACY Celem racy jest analiza rgań ionowych wywołanych ruchem ojazu o mobilnej latformie omiarowej MMP, na ostawie wyznaczenia wsółczynnia obciążenia ół ojazu w czasie rzejazu rzez latformę MMP [5]. Jeną z wielości służącą o oceny rgań ojazu jest obciążenie ół t () i ma on związe z bezieczeństwem jazy i z obciążeniem rogi. Obciążenie s czas t Rys.2 Wyres obciążenia oła PS (rzyae ogólny). [9] Obciążenie ół ojazu słaa się z wóch słaowych: statycznej (rys.2) s i ynamicznej (t) ( t) ( t) (1) Znajomość najwięszego obciążenia oła.max jest ważne nie tylo ze wzglęu na obciążenie rogi, ale taże rzy obliczaniu trwałości i wytrzymałości esloatacyjnej ół i łożys. Dlatego zostaje wrowazony ynamiczny wsółczynni obciążenia ół s stą.max (2) s ( t) (1 ) (3) max s 1876

3 lub wrowazając wsółczynni obciążenia ół K 1 () Otrzymamy zależność t K (5) () max s Obciążenie ynamiczne ół ochozi głównie o nierówności rogi (roces ciągły) oraz o sytuacji losowych n. rzeszoa na roze (n. loalna wyrwa) lub MMP. W ierwszym rzyau wartość śrenia obciążenia oła sr jest równa w rzybliżeniu obciążeniu statycznemu tj. ciężarowi całowitemu ojazu : sr s W rzyaach losowych obciążenie oła ma charater ynamiczny oobny o uerzenia [] i może być uże (w orównaniu o całowitego ciężaru ojazu). W racy nie są analizowane olizje rogowe. Moel ynamiczny analizowanego ułau został oazano na rys. 3. m z n z ut () og MMP h vt L Rys.3 Uroszczony moel ynamiczny ojazu na latformie MMP. a rys.3 uwzglęniono: m - masa nawozia; z - sztywność zawieszenia nawozia; og - sztywność ogumienia ół; α- tłumienie amortyzatorów na ostawie rys. 2 możemy zaisać ( u z ) (6) og 1877

4 gzie : - ynamiczna siła wyaowa ziałająca na oło t ; t ; t - czas rzejazu o MMP; ut ()- wymuszenie inematyczne rgań nawozia wywołane ruchem ojazu o MMP; z () t - równanie ruchu osi oła na ierunu ionowym (ierune rgań); - sztywność ogumienia ół; og Wymuszenie inematyczne ut () ma ostać : h u() t v t (7) L t ; t ; t - czas rzejazu o MMP t L (8) v gzie: h wysoość rogu latformy MMP; L ługość latformy MMP v - ręość ojazu Obliczenie masymalnej siły ynamicznej.max srowaza się o wyznaczenia charaterystyi czasowej () t, czyli funcji rzemieszczenia wzglęnego osi ół wzglęem latformy. w ( t) z ( t) u( t) (9) t ; t Stą wsółczynni jest równy w m g og () t max (1) m masa całowita ojazu (lub masa rzyaająca na oło ojazu). Jeżeli ominie się amortyzator (α=) to mamy rosty uła, tórego rozwiązanie analityczne ma ostać (11): Przy t ; t ; sin( t) z( t) u( t) vu 1 (11) 1878

5 z ; og m z na. Przyjmując ane : m na. 1 [ g] 6 z [ / m] 6 og 9 1 [ / m] ; ; Otrzymano: 6 zast [ / m] ; [1/ s] ; T.3958 [ s] ; f 2.5 [ Hz].389 Po ostawieniu owyższych anych o zależności (11) otrzymano Przyjęto wymiary MMP: z t u t t m (12) ( ) ( ) sin( ) [ ] L1 [ m]; h 2 [ cm]; v 2 [ m / s] stą v. [ m/ s] u Uwzglęniając owyższe z t u t m ( ) ( ) [ ] oraz zależności (6) i (1) ( t) 6.35 [ ] max.65 Uła rzestawiony na rys.3 rozwiązano numerycznie rzyjmując ane ja wyżej. Dla α=1 (ratycznie oznacza to bra tłumienia) otrzymano wyres funcji (12), tóry otwierza otrzymane wyżej wynii (rys.). 1879

6 z -u [m] z -u [m] 8 x 1- Przemieszczenie z-u [m] la = Rys. Przemieszczenie wzglęne rzy α=1 Tłumienie rytyczne rgań ochozące o amortyzatora la analizowanego ułau wynosi [ s / m]. r Przerowazone obliczenia numeryczne la różnych wartości tłumienia α wyazały, że istotne różnice w charaterystyach czasowych siły ynamicznej zachozą rzy tłumieniu 5 1 [ s / m] co rzestawiają rys. i 5. Otrzymano nastęujące wynii : Dla 5 1 [ s / m] (rys.5) : t [s] ynamiczny wsółczynni obciążenia ół:.59 logarytmiczny erement tłumienia:.525 częstotliwość rgań oła: f 2.61 [ Hz] 6 x 1- Przemieszczenie z-u [m] la = Rys.5 Przysieszenie nawozia la 5 Dla 1 [ s / m] (rys.6) : t [s] 5 1 ynamiczny wsółczynni obciążenia ół:.58 logarytmiczny erement tłumienia: 1.7 częstotliwość rgań oła: f 2.7 [ Hz] 188

7 z -u [m] x 1- Przemieszczenie z-u [m] la = Rys.6 Przysieszenie nawozia la WIOSKI t [s] 5 1 Wsółczynni ynamiczny w czasie rzejazu o latformie omiarowej MMP ma stosunowo mała wartość. ajwięszą wartość wsółczynnia otrzymano la α=. Wraz ze wzrostem tłumienia wartości wsółczynnia maleje. Przy wartościach 5 1 [ s / m] w stosunu o.max.65 nastąił sae o. 1%. Przy wzroście tłumienia w amortyzatorze o [ s / m] o 1 [ s / m] nastąił wzrost logarytmicznego erementu tłumienia rgań oła rawie wurotnie. Ze wzrostem tłumienia w amortyzatorze nieznacznie zwięsza się częstotliwość rgań oła. Przerowazone obliczenia wyazały, że rzy wyznaczaniu obciążeń ynamicznych w ojazach PS należy uwzglęniać masę zreuowaną o osi oła. Co jest rzemiotem atualnie rowazonych rac. Streszczenie Celem racy jest analiza rgań ionowych wywołanych ruchem ojazu o mobilnej latformie omiarowej (MMP), na ostawie wyznaczenia ynamicznego wsółczynnia obciążenia ół ojazu w czasie ruchu o MMP. Ponieważ nacis na oszczególne osie ojazu nie może rzeraczać wartości ouszczalnej ze wzglęu na wytrzymałość jezni ja i stosowne rzeisy aministracyjne) zachozi onieczność srawzenia tego nacisu, jenocześnie z zachowaniem warunu mobilności rzerowazanych omiarów, w szczególności łatwość umieszczenia na ontrolowanych jezniach, oraz bez zatrzymywania ruchu ojazów, bez uciążliwości la ierowców. Dla uzysania możliwości omiarów zaroonowano ustawienie na jezni mobilnej latformy omiarowej MMP o tórej oruszają się ojazy mechaniczne. Platforma ta stanowi zgłoszenie atentowe nr P.261. Do analizy rzyjęto uroszczony moel ynamiczny ojazu o wóch stoniach swoboy. Uwzglęniono sztywność zawieszenia nawozia, sztywność ogumienia ół oraz tłumienie w amortyzatorze. Wyorzystano zasaę wzglęności ruchu rzyjmując, że MMP orusza się ze stałą ręością równą ręości ojazu, w ierunu o zwrocie rzeciwnym o nieruchomego ojazu a osie ół ojazu wyonują rgania ionowe wymuszone geometrią MMP. W części obliczeniowej wyznaczono wsółczynni obciążenia oła ojazu w czasie ruchu o mobilnej latformie omiarowej MMP o ształcie równi ochyłej o ustalonych wymiarach. Jao arametry zmienne rzyjęto tłumienie w amortyzatorze oraz sztywność ogumienia ół. ależy oać że niezależnie o srawzenia masymalnego nacisu osi ojazów, ważnych z untu wizenia atualnej esloatacji rogi, rzestawiona metoa omiarów mogłaby stanowić zbiór informacji otyczący obciążenia ynamicznego jezni w warunach on-line, co jest niezbęne o rawiłowego zarojetowania nośności jezni mających być rzebuowanymi. Słowa luczowe: rgania, masa ojazu, nacisi na oś, ojaz, moel ynamiczny, latforma omiarowa 1881

8 The ynamic analysis of the vehicle in motion on the mobile measurement latform, on the base of force vibrations Abstract The analysis of the vertical vibration cause with the movement on the mobile measurement latform (MPP), base on the ynamic loa factor of the vehicle wheels, is the aim of this article. Because of the ressure on the iniviual axles of the vehicle, which can not excee the limit value (in view of the strength of the roaway an aroriate aministrative regulations) it is necessary to chec this ressure an to maintain the conition of mobility simultaneously, in articular the ease of setting on the controlle roaways without stoing vehicles on the roa an nuisance for rivers. To get the measurement caabilities, setting on the roa mobile measurement latform (MMP), which the vehicles move on, was roose. This latform is Patent Alication o. P.261. To the analysis simlifie ynamic moel of the vehicle with two egrees of latitue was taen. The inflexibility of the boy s susension, the tires of the wheels inflexibility an the aming of the shoc absorber were consulte. The rincile of relativity of motion was use on the ermise that MMP moves at a constant see equal to vehical s see, in the oosite irection to the stationary vehicle, an the wheel axles of the vehicle mae vertical oscillations force with MMP geometry. In the comutational art the loa of a vehicle wheel s factor, in the motion of the vehicle on a mobile measurement latform shae of the incline lane an assesse imensions, was set. As variable arameters the aming of the shoc absorber an the inflexibility the tires of the wheels were taen. It is imortant to oint out that irresective of checing the vehicles axles maximum ressure, which is significant for the current oeration of the roa, the metho of measurement, which was shown, can be collection of information concerning the ynamic loa of the roa, in the on line conitions, which is necessary to roerly esign the lifting caacity of the roa having to be rebuilt. Key wors: vibration, vehicle weight, axle loas, vehicle, ynamic moel, measuring latform BIBLIGRAFIA 1. Dzienni Ustaw 212 nr 161 z Giergiel Józef : Drgania mechaniczne UWT AGH, Kraów 2 3. Giergiel Józef : Tłumienie rgania mechanicznych Sryt AGH, Kraów 198. Gryboś Ryszar: Teoria uerzenia w ysretnych ułaach mechanicznych IPPT PA, Warszawa Jagiełowicz-Ryznar Celina: Analiza ynamiczna ojazu w ruchu ciągłym na latformie omiarowej XII Symozjum Wływ wibracji na otoczenie Kraów-Wiśnicz, Jagiełowicz-Ryznar C.: " Dynamic axle loa of an automotive vehicle when riven on mobile measurment latform" International Journal of Alie Mechanics an Engineering, umber 3, Vol.9, Jagiełowicz-Ryznar C.: The stuy of the ynamic axle loa in automotive vehicles by the use of the mobile measurement latform, Systems an Means of motors Transort, monografia z serii: Transort, Rzeszów, Jagiełowicz-Ryznar C.: Wyznaczenie ouszczalnej ręości ojazu samochoowego w czasie rzejazu o mobilnej latformie omiarowej, Logistya 6/21 9. Mitsche Manfre: Dynamia ojazu Tom 2. Drgania; WKiŁ, Warszawa Ustawa Prawo o ruchu rogowym z nia r. 1882