Katedra Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie,

Transkrypt

1 MODELOWANIE INŻYNIERSKIE nr 56, ISSN X BADANIA FUNDAMENTOWYCH ZŁĄCZY ŚRUBOWYCH MASZYN PRZY STAŁYM OBCIĄŻENIU NORMALNYM I ZMIENNYCH OBCIĄŻENIACH STYCZNYCH Część I. Złącze śrubowe z podkładką stalową Paweł Grudziński Katedra Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, pawel.grudzinski@zut.edu.pl Streszczenie W pracy przedstawiono opis i wyniki doświadczalnych badań odkształceń, przemieszczeń, tarcia i tłumienia konstrukcyjnego, występujących w fundamentowych złączach śrubowych ciężkich maszyn i urządzeń, posadowionych w sposób sztywny na fundamentach. Mocowanie sztywne tych urządzeń do fundamentów, według obowiązujących w tym zakresie przepisów (w budowie statków morskich), może być realizowane w sposób tradycyjny na podkładach fundamentowych wykonywanych z metalu (zwykle stali), albo też w sposób nowoczesny na podkładkach fundamentowych odlewanych ze specjalnie do tego celu opracowanych kompozytów polimerowych. Zasadniczym celem tych badań było dokonanie analizy porównawczej tych dwóch rozwiązań i naukowe wyjaśnienie, dlaczego w tego rodzaju posadowieniach maszyn, podkładki fundamentowe odlewane z tworzywa lepiej spełniają swoje zadania techniczne niż podkładki stalowe. Całość tej pracy składa się z dwóch części. Część I opisuje specyfikę rozważanych sztywnych mocowań maszyn do fundamentów i zawiera wyniki doświadczalnych badań modelu fundamentowego złącza śrubowego z podkładką stalową. Część II zawiera wyniki analogicznych badań wykonanych dla modelu fundamentowego złącza śrubowego z podkładką odlaną z tworzywa polimerowego. Przeprowadzono analizę porównawczą i ocenę wyników, uzyskanych dla obydwóch badanych złączy śrubowych. W zakończeniu sformułowano wnioski istotne z punktu widzenia nauki i praktyki inżynierskiej. Słowa kluczowe: maszyny, urządzenia, posadawianie, fundamentowe złącza śrubowe, podkładki fundamentowe TESTING OF MEDELS OF FOUNDATION BOLTED JOINTS UNDER A FIXED NORMAL LOAD AND CHANGING TANGENTIAL LOADINGS Part I. Bolted joint with a steel chock Summary This paper presents a description and results of experimental studies of deformations, friction and structural damping occurring in the foundation bolted joints of machines and devices rigidly seated on foundations. The rigid mounting of these devices to the foundations, according to the accepted principles in this field (applicable in the regulations for the construction of ships), can be implemented in a traditional way on chocks made of metal (usually of steel), or in a modern way on chocks cast from a polymeric material (resin), specially designed for this purpose. The main goal of the studies was to perform a comparative analysis of these two solutions and to give a scientific explanation for why in the machinery seatings the chocks cast of resin better fulfill their technical tasks than the steel chocks traditionally used for this purpose. 19

2 BADANIA FUNDAMENTOWYCH ZŁĄCZY ŚRUBOWYCH... CZ. I The whole of this work consists of two parts. Part I presents the specificity of the rigid mounting of machinery to the foundations and contains the results of experimental studies, performed for a model of a foundation bolted joint with a traditionally used steel chock. Part II contains the results of similar studies carried out for a model of a bolted joint with a modern chock - cast of resin. Next, a comparative analysis and evaluation of the results obtained for both investigated bolted joints was made. At the end conclusions were formulated to highlight important aspects of the problem from the point of view of science and engineering practice. Keywords: machines, devices, seating, foundation bolted joints, foundation chocks 1. WSTĘP Połączenia śrubowe w ogólnej klasyfikacji przyjętej powszechnie w teorii [1] i praktyce inżynierskiej [2, 3] zaliczane są do grupy sztywnych połączeń konstrukcyjnych. Połączenia te charakteryzuje duża różnorodność konstrukcji i zastosowania. Szczególną grupę takich połączeń, stanowiących przedmiot zainteresowania autora tej pracy, są fundamentowe złącza śrubowe ciężkich maszyn i urządzeń, posadawianych na fundamentach. Przykładem takich posadowień i połączeń z fundamentem mogą być silniki napędu głównego (rys. 1) i urządzenia pomocnicze montowane na statkach morskich, albo też duże sprężarki tłokowe, eksploatowane w przemyśle petrochemicznym, tłoczniach gazu ziemnego oraz innych gałęziach przemysłu i gospodarki. Montaż takich urządzeń nie odbywa się bezpośrednio na powierzchniach oporowych fundamentów, lecz przy zastosowaniu odpowiedniej liczby fundamentowych podkładek wyrównawczych, wykonywanych z materiału o dużej sztywności. W posadowieniach tradycyjnych, podkładki te wykonywane były z metalu (najczęściej stali, rys. 1b). Obecnie, dzięki postępowi jaki dokonał się w inżynierii materiałowej, podkładki te odlewane są coraz częściej ze specjalnie do tego celu opracowanych tworzyw polimerowych (rys. 1c) [3, 4]. Rys. 1. Posadowienie silnika napędu głównego statku: a) schemat ogólny; b) podkładka fundamentowa wykonana tradycyjnie ze stali; c) podkładka odlana z tworzywa polimerowego Traktowanie złączy śrubowych (ogólnie) jako połączeń sztywnych oznacza praktycznie, że występujące w nich odkształcenia są małe, nie mają istotnego znaczenia i mogą być pominięte w modelowaniu i analizie. W odniesieniu do fundamentowych złączy śrubowych maszyn jest to bardzo duże uproszczenie, które zaciemnia obraz występujących w nich zjawisk fizycznych i uniemożliwia w efekcie należyte zrozumienie roli, jaką odgrywają w posadowionych obiektach. Z wielu badań [5, 6, 7] oraz praktyki [8] wynika, że fundamentowe złącza śrubowe stanowią bardzo często najsłabsze ogniwa całych złożonych systemów mechanicznych, w których występują. Stwarzają wiele problemów użytkownikom różnych maszyn i urządzeń. W szczególności zaś, zagadnienie to jest obecnie bardzo aktualne w odniesieniu do użytkowników dużych sprężarek tłokowych [9]. Mając to na uwadze (a także dyrektywę UE dotyczącą obniżenia wibracji i hałasu), podjęto w naszym ośrodku kompleksowe badania, dotyczące tej problematyki. Pewne wycinki tych prac badawczych przestawione zostały we wcześniejszych publikacjach [10]. Zawierają one opisy i wyniki badań odkształceń, występujących w fundamentowych złączach śrubowych, z podkładką stalową i odlaną z tworzywa, przy obciążeniach normalnych do ich powierzchni kontaktowych. W prezentowanej obecnie pracy przedstawiono opis i wyniki badań odkształceń, przemieszczeń, tarcia 20

3 Paweł Grudziński i tłumienia konstrukcyjnego, występujących w fundamentowych złączach śrubowych, przy stałym obciążeniu normalnym i zmiennych obciążeniach stycznych do ich powierzchni kontaktowych. Zasadniczym celem naukowym tych badań było: 1) poznanie zjawisk fizycznych odkształceń, mikropoślizgów, tarcia i tłumienia konstrukcyjnego - występujących w tzw. sztywnych mocowaniach maszyn do fundamentu; 2) wyjaśnienie, dlaczego podkładki fundamentowe odlewane z tworzywa, w tego rodzaju mocowaniach sztywnych, lepiej spełniają swoje zadania techniczne od tradycyjnie stosowanych do tego celu podkładek stalowych, pomimo tego, że wytrzymałość i sztywność tworzywa jest dużo mniejsza od stali. Całość tej pracy składa się z dwóch części. Zawiera opis i wyniki badań wykonanych dla modelu fundamentowego złącza śrubowego z podkładką stalową i odlaną z tworzywa polimerowego. 2. OBIEKT I METODA BADAŃ Obiektem badań doświadczalnych był w tym wypadku model fundamentowego złącza śrubowego z podkładką stalową, pokazany na rys. 2. Składał się z dwóch elementów łączonych oraz znajdującej się między nimi przekładki dystansowej. Elementy łączone w tym modelu reprezentują pewne wycinki stalowej płyty fundamentowej i podstawy posadowionej maszyny. Kwadratowa przekładka dystansowa, o boku 80 mm i grubości 20 mm, z otworem ø 24 mm w środku, reprezentuje stalową podkładkę fundamentową, stosowaną tradycyjnie w tego rodzaju posadowieniach maszyn. Elementem łączącym w tym układzie była śruba M20 z nakrętką. Pod nakrętkę podłożona została specjalna podkładka sprężynująca oraz łożysko z podkładką kulistą w celu zwiększenia podatności sprężystej układu zaciskającego oraz zapewnienia osiowego rozciągania śruby. Na śrubę naklejone zostały tensometry elektrooporowe. Po odpowiednim wywzorcowaniu śruba ta służyła równocześnie jako siłomierz przy jej napinaniu podczas montażu oraz do kontroli tej siły w czasie badań. Powierzchnie kontaktowe łączonych ze sobą elementów były frezowane. Parametry chropowatości tych powierzchni miały wartości: Ra = 2,47 2,51 µm, Rz = 13,40 13,50 µm. Powierzchnie kontaktowe podkładki były toczone i miały parametry chropowatości: Ra = 2,29 3,60 µm, Rz = 11,69 17,25 µm. Badania przyjętego modelu wykonano przy stałym zacisku normalnym elementów łączonych i zmieniających się obciążeniach stycznych do ich powierzchni kontaktowych. Napięcie montażowe śruby wynosiło N = ± 200 N, co wywoływało naprężenie rozciągające w śrubie σ = 199,7 MPa i średnie naciski powierzchniowe na podkładkę p = 8,69 MPa. Po napięciu śruby występował w niej początkowo pewien niewielki spadek siły (rzędu 0,4 %). Podczas badań spadek napięcia śruby był niewielki, mieścił się w granicach 0-0,5 %. Do realizacji obciążeń zastosowano nowoczesną serwohydrauliczną maszynę wytrzymałościową Instron 8850, wyposażoną w profesjonalne oprogramowanie do badań dynamicznych (Istron WaveMatrix v ), charakteryzujące się ogólnie tym, że wszystkie wielkości wejściowe i wyjściowe traktowane są jako funkcje czasu. W czasie obciążeń mierzone były w sposób ciągły względne przemieszczenia elementów łączonych w kierunku stycznym do ich powierzchni kontaktowych. Pomiary przemieszczeń względnych dokonywane były w dwóch miejscach, między punktami oznaczonymi cyframi 1 i 2 oraz 3 i 4 na rys. 2. Do pomiaru tych przemieszczeń użyte zostały ekstensometry firmy Instron. Sposób realizacji obciążeń i pomiaru przemieszczeń pokazano na rys. 3. Maszyna wytrzymałościowa wyposażona jest w hydraulicznie zaciskane szczęki, co umożliwiło wykonywanie badań danego złącza przy obciążeniach dwustronnych, z ciągłym i gładkim przechodzeniem przez stany zerowe obciążeń i przemieszczeń. Rys. 3. Badane złącze zamocowane w szczękach maszyny wytrzymałościowej z widocznymi ekstensometrami do pomiaru względnych przemieszczeń punktów pomiarowych 1 i 2 oraz 3 i 4 ( oznaczonych na rys. 2) Rys. 2. Model fundamentowego złącza śrubowego z podkładką stalową: a) schemat, b) widok elementów łączonych i łączących (śruby) 21

4 BADANIA FUNDAMENTOWYCH ZŁĄCZY ŚRUBOWYCH MASZYN... CZ. I 3. REALIZACJA BADAŃ I WYNIKI Badania doświadczalne wykonane zostały na stanowisku pokazanym na rys. 4. Realizacja tych badań sterowana była w całości komputerowo. Zapewniło to dużą dokładność i powtarzalność ich przebiegu, a także odpowiednią obróbkę oraz i wydruk otrzymywanych wyników. Przeprowadzono kilka eksperymentów, przy różnych programach zadawanych obciążeń lub przemieszczeń stycznych, odpowiadających różnym sytuacjom, występującym w praktycznych posadowieniach maszyn i urządzeń. Rys. 4. Stanowisko do realizacji badań modelu fundamentowego złącza śrubowego 3.1 EKSPERYMENT NR 1 Polegał na powolnym obciążania i odciążaniu badanego złącza siła styczną T i mierzeniu przy tym względnych przemieszczeń δt elementów łączonych. Realizację tego eksperymentu przedstawiono na rys. 5. Obrazuje on czasowy przebieg siły T(t) i wywołanych przez nią przemieszczeń względnych δt(t) elementów łączonych, mierzonych w punktach 1 i 2. Sterowanie w tym eksperymencie odbywało się na przemian siłą T lub przemieszczeniem δt, mierzonym za pomocą ekstensometru 1 (rys. 3). Rys. 5. Czasowe przebiegi obciążeń T i przemieszczeń względnych δt elementów łączonych mierzonych w punktach 1 i 2 Na rys. 6. pokazano wyniki tego eksperymentu w układzie współrzędnych T-δt.. Otrzymany wykres przestawia przemieszczenia względne δt punktów 1 i 2 elementów łączonych, w zależności od siły T. Jest to typowa charakterystyka, obrazująca zależność przemieszczeń od obciążeń, z tym, że podczas trwania tej próby dokonywano kilkakrotnego odciążania (do zera) i ponownego obciążania. Ostatnia krzywa odciążania nie zakończyła się na zerowej wartości siły T, lecz przeszła w sposób ciągły i gładki od rozciągania do ściskania badanego złącza. Obciążenie ściskające realizowane było tak długo i w taki sposób, aż osiągnięty został stan początkowy tego złącza, tzn. zerowe wartości siły T i przemieszczeń δt elementów łączonych (rys. 5 i 6). Z wykresów wynika, że występujące w badanym układzie z podkładką stalową przemieszczenia względne elementów łączonych mają przebiegi nieliniowe i charakter sprężysto-plastyczny. Ilościowy udział przemieszczeń sprężystych i plastycznych w przemieszczeniach całkowitych zależy w tym wypadku nie tylko od wartości siły T, ale także od historii jej realizacji. Przy dostatecznie małych wartościach tej siły, przemieszczenia są niewielkie i mają w przeważającej mierze charakter sprężysty. Przy większych obciążeniach dominującą rolę odgrywają mikropoślizgi (rys. 6), które mogą osiągać znaczne wartości przed zerwaniem styku i wystąpieniem makropoślizgu. Uwaga: W powyższym eksperymencie nie obciążano badanego złącza aż do zerwania styku i wystąpienia makropoślizgu, ze względu na możliwość uszkodzenia kosztownych ekstensometrów. 22

5 Paweł Grudziński Rys. 6. Współzależność średnich naprężeń stycznych τ i względnych przemieszczeń stycznych δt elementów łączonych. mierzonych w punktach 1 i 2 Wartości sprężystych przemieszczeń stycznych, występujących w badanym układzie, można łatwo wyznaczyć w każdym punkcie charakterystyki poprzez odciążenie i ponowne obciążenie danego złącza. Z badań wynika, że podczas odciążania i ponownego obciążania układ zachowuje się liniowo-sprężyście, aż do osiągnięcia punktu na wykresie, od którego zaczął się proces odciążania (rys. 6). Po osiągnięciu tego punktu i kontynuowaniu obciążania następuje dalszy mikropoślizg, przy minimalnym wzroście siły. Podczas odciążania i ponownego obciążania powstają pewne niewielkie pętle histerezy sprężystej, które widoczne są wyraźnie na rys. 7. Kąt pochylenia wszystkich pętli jest jednakowy. Oznacza to, że sprężysta podatność stykowa styczna, mierzona stosunkiem sprężystych przemieszczeń stycznych δt spr do siły T (kt = δt spr/t), jest wielkością stałą (dla warunków przyjętych w tym eksperymencie). Ogólnie zależy ona od wartości obciążenia normalnego i maleje z jego wzrostem. Maksymalna wartość sprężystych przemieszczeń stycznych, w tym eksperymencie, δt spr max = 5,5 µm, a maksymalny poślizg (mierzony w punktach 1 i 2), wynosił ok. 106 µm (rys. 6). Rys. 7. Pętle histerezy sprężystej badanego złącza przy odciążaniu i ponownym obciążaniu stycznym w powiększonej skali przemieszczeń 23

6 BADANIA FUNDAMENTOWYCH ZŁĄCZY ŚRUBOWYCH MASZYN... CZ. I Rys. 8. Schemat objaśniający przemieszczenia względne punktów pomiarowych 1 i 2 w złączu śrubowym z podkładką stalową Mechanizm występowania przemieszczeń względnych δt elementów łączonych, mierzonych w punktach 1 i 2, objaśnia rys. 8. W tym wypadku mierzone przemieszczenia względne (całkowite) δt są efektem sprężystych odkształceń postaciowych γ materiału łączonych elementów (δt =γh), kontaktowych odkształceń stycznych występów nierówności oraz mikropoślizgów, występujących w kontakcie oddziałujących na siebie powierzchni. Dla celów porównawczych pokazano na rys. 9 przemieszczenia względne elementów łączonych, zmierzone w punkach 3 i 4, znajdujących się w znacznej odległości od siebie (rys. 2a). Porównując ze sobą wykresy przedstawione na rys. 6 i 9, można stwierdzić znaczące różnice udziału przemieszczeń sprężystych w przemieszczeniach całkowitych. Natomiast przemieszczenia plastyczne, tzn. mikropoślizgi, w obu przypadkach mają wartości porównywalne. Znacząca różnica przemieszczeń sprężystych wynika z faktu, że przyjęte do pomiaru bazy między punktami pomiarowymi różnią się zasadniczo. Punkty 1 i 2 znajdują się w jednym przekroju poprzecznym, natomiast punkty 3 i 4 są w różnych przekrojach, znajdujących się w odległości l = 150 mm od siebie (rys. 2a ). Przemieszczenia punktów 1 i 2 są efektem tylko odkształceń i poślizgów stycznych. Natomiast przemieszczenia względne punktów 3 i 4 uwzględniają dodatkowo sprężyste wydłużenia lub skrócenia tych części elementów łączonych, które znajdują się między tymi punktami pomiarowymi. Bardzo małe różnice przemieszczeń plastycznych (mikropoślizgów), widoczne na wykresach (rys. 6 i 9) wskazują, że występujące tutaj mikropoślizgi są w przybliżeniu jednakowe na całej długości podkładki. Działająca na badany układ zmienna siła styczna T równoważona jest cały czas przez siły tarcia, występujące w kontakcie łączonych elementów. Tak więc charakterystyka przedstawiona na rys. 6. obrazuje jednocześnie zależność siły tarcia od przemieszczeń stycznych, występujących w danym złączu śrubowym. Jest to tzw. tarcie konstrukcyjne. Zgodnie z definicją, związane jest ono z pewnymi małymi przemieszczeniami stycznymi oddziałujących na siebie powierzchni styku, występującymi w stanie globalnej równowagi spoczynkowej badanego układu. Maksymalna wartość współczynnika tarcia, wyznaczona w tym eksperymencie µ = Tmax /N = 0,24. Z tych badań wynika (rys. 6), że zależność siły tarcia od względnych przemieszczeń stycznych jest nieliniowa i niejednoznaczna. Rys. 9. Współzależność siły T i względnych przemieszczeń stycznych δt elementów łączonych: mierzonych w punktach 3 i 4 24

7 Paweł Grudziński 3.2 EKSPERYMENT NR 2 W eksperymencie nr 2 badano zachowanie się układu przy wymuszeniach cyklicznych. Wymuszenia te dotyczyły względnych przemieszczeń stycznych δt elementów łączonych, mierzonych w punktach 1 i 2. Przemieszczenia te miały przebiegi sinusoidalne, o amplitudach wynoszących 1, 2,5, 5, 10 i 15 µm i sterowane były za pomocą ekstensometru nr 1 (rys. 3b). Mając zadany program tych przemieszczeń względnych δt(t), zadaniem maszyny wytrzymałościowej, wyposażonej w odpowiedni program do badań dynamicznych było dobranie i wykonanie odpowiedniego przebiegu obciążeń T(t), który zapewni ich praktyczną realizację. Rys. 10. Wyniki eksperymentu nr 2: a) czasowy przebieg względnych przemieszczeń łączonych elementów (mierzonych w punktach 1 i 2), b) czasowy przebieg siły T realizującej te przemieszczenia, c) czasowy przebieg średnich naprężeń stycznych τ działających na podkładkę, d) pętle histerezy Wyniki tego eksperymentu przedstawiono na rys. 10. Rys. 10a pokazuje czasowe przebiegi przemieszczeń względnych (mierzonych w punktach 1 i 2), zrealizowanych przez maszynę wytrzymałościową. Widoczna jest bardzo duża dokładność realizacji założonych cykli przemieszczeń o przebiegu sinusoidalnym, nawet tych o najmniejszej amplitudzie, wynoszącej 1 µm. Siła realizująca zadane przemieszczenia o przebiegu sinusoidalnym nie ma przebiegu sinusoidalnego (rys. 10b). Widoczne to jest zwłaszcza przy większych wartościach przemieszczeń δt. Oznacza to, że badany układ zachowuje się nieliniowo. Widać to wyraźnie na rys. 10d, który powstał z odpowiedniego przekształcenia wyników pomiarów podanych na rys. 10a i c. Charakterystyczną cechą tego złącza są duże pętle histerezy. Wpływ na to mają zmienne opory tarcia oraz mikropoślizgi, występujące w kontakcie oddziałujących na siebie powierzchni (patrz rys. 6 i 8). 3.3 EKSPERYMENT NR 3 W eksperymencie nr 3 badany układ poddany został cyklicznym wymuszonym kinematycznym s(t), sterowanym przez głowicę maszyny wytrzymałościowej. Wymuszenia te miały przebiegi sinusoidalne, o amplitudach 25, 50, 75, 100 i 125 µm. Przy tak założonych wymuszeniach, działających na badane złącze, wyznaczane były czasowe przebiegi siły T(t) (realizującej zadane przebiegi przemieszczeń głowicy s(t)), przemieszczeń względnych elementów łączonych δt(t), mierzonych w punkach 1 i 2, w punktach 3 i 4 oraz pętle histerezy. Wyniki tego eksperymentu przedstawiono na rys. 11 i 12 Analizując wyniki pomiarów, przedstawione na rys. 11, łatwo można zauważyć, że odpowiedzi badanego układu na zadane wymuszenia harmoniczne nie mają przebiegu harmonicznego. Występują tutaj skomplikowane nieliniowe zależności między przemieszczeniami s głowicy, siłą T (która je realizuje) oraz przemieszcze- 25

8 BADANIA FUNDAMENTOWYCH ZŁĄCZY ŚRUBOWYCH MASZYN... CZ. I niami δt elementów łączonych (mierzonymi w punktach 1 i 2). Jest to efekt zmienności oporów tarcia i występowania mikropoślizgów w kontakcie łączonych ze sobą elementów. Rezultatem tego są duże pętle histerezy, które są miarą występującego w tym układzie dużego tłumienia konstrukcyjnego. Na rys. 12, dla celów porównawczych, pokazano czasowe przebiegi względnych przemieszczeń elementów łączonych, mierzonych w punktach 3 i 4, oraz pętle histerezy, odniesione do tych przemieszczeń. Przemieszczenia przedstawione na rys. 11c są efektem odkształceń i poślizgów, występujących między punktami 1 i 2, znajdującymi się w jednym przekroju poprzecznym tego złącza (rys. 2a). Przemieszczenia względne punktów 3 i 4, pokazane na rys. 12a, są większe od przemieszczeń mierzonych w punktach 1 i 2. Uwzględniają one bowiem jeszcze wydłużenia sprężyste tych części elementów łączonych (długości l = 150 mm), które zawarte są między tymi punktami pomiarowymi. Przemieszczenia plastyczne, będące efektem mikropoślizgów, są w obu wypadkach porównywalne, co widać wyraźnie na rys. 11d i 12b. Pokazuje to, że mikropoślizgi są w przybliżeniu jednakowe na całej długości styku podkładki z elementami łączonymi. Kształty powstałych pętli histerezy różnią się nieco, natomiast pola zawarte wewnątrz tych pętli są porównywalne. Rys. 11. Wyniki eksperymentu nr 3: a) czasowy przebieg zadanych wymuszeń kinematycznych s(t) zrealizowanych przez głowicę maszyny wytrzymałościowej, b) czasowy przebieg siły T(t) realizującej zadane przemieszczenia s(t), c) czasowy przebieg względnych przemieszczeń łączonych elementów (mierzonych w punktach 1 i 2), d) pętle histerezy Rys. 12. Wyniki eksperymentu nr 3: a) czasowe przebiegi przemieszczeń względnych elementów łączonych, mierzonych w punktach 3 i 4, b) pętle histerezy dla przemieszczeń w tych punktach 26

9 Paweł Grudziński Pozytywnym efektem występujących w tym złączu sił tarcia i mikropoślizgów jest duże tłumienie konstrukcyjne, a negatywnym efektem intensywne zużywanie się oddziałujących na siebie powierzchni. W takich wypadkach stosunkowo duża część strumienia energii drgań, przepływającej przez dane złącze z maszyny do fundamentu, zostaje zaabsorbowana przez to złącze. Tylko część tej energii drgań zamienia się na ciepło i ulega rozproszeniu. A pozostała jej część zamienia się na pracę niszczenia oddziałujących na siebie powierzchni łączonych elementów. W dłuższym okresie prowadzi to często do występowania zużycia ściernego, frettingu, luzowania się złącza, zwiększenia drgań posadowionego obiektu, zwiększonego zużycia niektórych jego części składowych i w końcu do zniszczenia danego złącza albo też do sytuacji awaryjnej w danym systemie. 4. PODSUMOWANIE I WNIOSKI Przeprowadzone badania doświadczalne wykazały, że w fundamentowych złączach śrubowych z podkładkami stalowymi, obciążonych zmiennymi w czasie siłami stycznymi do powierzchni kontaktowych występują skomplikowane zjawiska fizyczne (odkształcenia, mikropoślizgi, tarcie i tłumienie konstrukcyjne). Mają one istotny wpływ nie tylko na zachowanie się samych złączy śrubowych, ale także na dynamikę, niezawodność i trwałość całych obiektów, w których występują. Dlatego też tego rodzaju fundamentowe złącza śrubowe maszyn, z tradycyjnie stosowanymi podkładkami stalowymi, w ich modelowaniu oraz analizie dynamicznej i wytrzymałościowej, nie powinny być traktowane jako połączenia sztywne. Uniemożliwia to bowiem należyte zrozumienie, stawianie i rozwiązywanie współczesnych problemów, mających na celu zmniejszenie wibracji i hałasu oraz zwiększenie niezawodności i trwałości maszyn i urządzeń posadowionych na fundamentach. Czynnikiem odgrywającym istotną rolę w tych złączach śrubowych nie są własności mechaniczne materiału podkładki (wytrzymałość i sztywność stali), lecz zjawiska kontaktowe, występujące w połączeniach stykowych podkładki z fundamentem i podstawą maszyny. W dobrze zaprojektowanych tego rodzaju złączach śrubowych z podkładka stalową nie powinny występować znaczące mikropoślizgi. Ważnym zagadnieniem jest ustalenie sensownej granicy dopuszczalnych przemieszczeń w kontakcie, przy których możliwa jest długotrwała bezpieczna praca złącza śrubowego obciążonego zmiennymi w czasie siłami stycznymi. Literatura 1. Encyklopedia techniki: budowa maszyn. Warszawa: WNT, Wärtsilä, Project Guide W32-1/2008, 15. Foundation. 3. Germanischer Lloyd: Guidelines for the Seating of Propulsion Plants and Auxiliary Machinery. Rules for Classification and Construction 2010, VI, Part 4, Chapter Grudziński K., Jaroszewicz W., Ratajczak J., Urbaniak M., Grudziński P.: Montaż maszyn i urządzeń z użyciem tworzywa EPY. Szczecin: Wyd. PPH ZAPOL, Dmochowski i Sobczyk, sp. j., Smally A.J., Mandke J.S., Pantermuehl P.J., Drummond R.D.: Reciprocating compressor foundations: loading, design, analysis, monitoring & repair. MRC (USA), Report No. TA Pantermuehl P.J. and Smalley A.J.: Compressor anchor bolt design. GMRC (USA), Report No. TR Guidelines for vibrations in reciprocating compressor systems. European Forum for Reciprocating Compressors (EFRC) 2009, First Edition, November Grudziński K.: Analiza porównawcza posadowień maszyn tłokowych na fundamentach betonowych i konstrukcjach stalowych. Raport Nr1/08. Politechnika Szczecińska, Katedra Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, Szczecin 2008 (niepubl.). Wykonane dla Spółki Operator Gazociągów Przesyłowych GAZ-SYSTEM S.A. w Warszawie. 9. Grudziński K., Jaroszewicz W., Kołodziejski W., Klimczak R.: Nowy sposób naprawy posadowienia ciężkich maszyn i urządzeń na przykładzie motosprężarek GMVH-12. Przegląd Mechaniczny 1995, nr 21, s Grudziński P.: Analiza odkształceń i naprężeń w fundamentowych złączach śrubowych z podkładką stalową i odlaną z tworzywa polimerowego, Część I. Złącze śrubowe z podkładką stalową, Część II. Złącze śrubowe z podkładką z tworzywa. Modelowanie Inżynierskie 2014 nr 52, s , s