ENERGETYCZNE CHARAKTERYSTYKI OBCIĄŻEŃ EKSPLOATACYJNYCH MASZYN

Transkrypt

1 MODELOWAIE IŻYIERSIE ISS X 33, s. 73-8, Gliwice 7 EERGETYCZE CHARATERYSTYI OBCIĄŻEŃ ESPLOATACYJYCH MASZY HERY AŹMIERCZA, JACE ROMULSI, TADEUSZ PAWŁOWSI Pzemysłowy Istytut Maszy Roliczych, Pozań office@pim.poza.pl Steszczeie. System mechaiczy modeloway jest jao poceso eegii, tóy opisuje maszyę jao system, pzetwazający moc wejściową a moc użyteczą i moc degadacji jej elemetów. Elemety obietu mechaiczego ulegają zużyciu z óżą itesywością. Jest to odzwieciedlae w widmowych chaateystyach dyamiczych obietu i chaateystyach mocy obciążeń dyamiczych powodujących degadację maszyy. Pzedstawioo estymaty eegetycze stau obciążeń esploatacyjych maszyy. Metoda stosowaa jest w badaiach ozpływu eegii i zmia stutualych w obietach mechaiczych.. WSTĘP Pzedstawioo pzestzee, eegetycze chaateystyi obciążeń dgaiowych, opisujących stay diagostycze wybaych maszy. Metoda uwzględia pzestzeą zmiaę eegii w idywidualych podsystemach oaz pzepływ eegii między podsystemami. Badając ozład gęstości eegii w ażdym podsystemie uzysuje się pzestzeą zmiaę odpowiedzi dgaiowej w dziedziie pzyspieszeia, apężeia, ciśieia austyczego, itp.. Do ocey stau dyamiczego maszyy wymagaa jest zajomość mocy dyssypowaej części zeczywiste mocy obciążeń dyamiczych i oddzieleie mocy sił bezwładości i mocy sił sztywości dyamiczej części uojoe mocy obciążeń dyamiczych. Sytezę chaateysty widmowych obciążeń uzysao w wyiu ozładu maciezy chaateysty a watości szczególe, uzysując estymaty domiujących widm gęstości widmowych mocy mocy obciążeń dyamiczych maszyy. Wyzaczoo domiujące widma szczególe maciezy mocy mocy obciążeń dyamiczych maszyy, jej części zeczywiste i uojoe. Pzy wzoście mocy obciążeń dyamiczych zmieiają się wzajeme elacje między mocą sił sztywości dyamiczych i mocą sił tłumieia.. CHARATERYSTYI PROCESU DEGRADACJI OBIETU MECHAICZEGO PODDAEGO DZIAŁAIU WETORA WYMUSZEŃ ZEWĘTRZYCH W fucji czasu esploatacji sta maszyy ulega pocesowi ewolucyjej destucji wsute admieych obciążeń i zmęczeia elemetów ostucji, zużycia wsute tacia luzy itp. Celem badań otolych jest wyycie iebezpieczeństwa uszodzeia, bądź też stau bezpośedio powadzącego do uszodzeia. Poblem ocey stau techiczego maszy spowadzający się do śledzeia pocesu degadacji maszyy opaty jest a modelu pocesoa

2 74 H. AŹMIERCZA, J. ROMULSI, T. PAWŁOWSI eegii. Metoda badaia chaateysty degadacji twałościowej ozbudowaego zeczywistego modelu fizyczego obietu, poddaego działaiu wielowejściowym zmieym wymuszeiom, pozwala wyzaczyć sładowe widmowe obciążeń, ifomujące o postępującym pocesie degadacji techiczej obietu. Zastosowaie metody aalizy ozładu mocy obciążeń dyamiczych do opisu pocesu degadacji obietu mechaiczego daje owoczesą, eegetyczą metodę aalizy iezawodościowo - twałościowej obietu. Umożliwia oceę wpływu poszczególych wymuszeń oaz sładowych widm mocy sił degadacji a chaateystyę twałościową obietu. Może staowić ówież metodę weyfiacji espeymetalej umeyczych modeli wytzymałościowych otzymywaych metodami elemetów sończoych MES. 3. WYZACZEIE TRWAŁOŚCI ZMĘCZEIOWEJ MASZYY Z WYORZYSTAIEM METODY WIDMOWEJ AALIZY ROZŁADU MOCY OBCIĄŻEŃ DYAMICZYCH. CHARATERYSTYI PROCESU DEGRADACJI MASZYY a twałość maszyy jao uładu złożoego mają wpływ własości dyamicze jej elemetów, a taże mechaicze właściwości mateiałów, z tóych są wyoae. iszczeie uładu mechaiczego jest związae ze zmiaą jego własości stutualych, a te zachodzą pzy udziale eegii, tóa jest óżicą między pacą włożoą w uład mechaiczy a pacą użyteczą. Rozpaszaie eegii jest powodowae pocesami tacia zewętzego i wewętzego oaz odształceiami twałymi zachodzącymi w mateiale. Uwzględiając, że część eegii dyssypowaej jest ozpaszaa w postaci ciepła, moża z dużą doładością oeślić eegię powodującą odształceia twałe poszczególych elemetów maszyy. Eegia ta jest pzyczyą zmęczeiowego ziszczeia mateiału. yteia uwzględiające óżice faz pzebiegu sładowych stau odształceia i apężeia lasyfiuje się a ila óżych sposobów. Jedym z ich jest podział według odzajów pzyjętych paametów opisujących poces zmęczeia. Wyóżia się tzy gupy yteiów: apężeiowe, odształceiowe, eegetycze. Hipoteza wytzymałościowa Hubea, sfomułowaa w 94 ou, załada, że o ziszczeiu mateiału decyduje ytycza watość eegii właściwej odształceia postaciowego. Dla małych odształceń postaciowych mateiału eegia odształceia postaciowego jest zbliżoa do eegii mateiału liiowo spężystego, a zatem właściwości fizycze mateiału będą ówież zbliżoe w początowej fazie odształcaia do właściwości fizyczych mateiałów liiowo spężystych, czym chaateyzuje się więszość zaych mateiałów o dużym zaczeiu patyczym, wyozystywaych jao twozywa ostucyje. Sta obciążeń dyamiczych dgaiowych maszyy opisyway jest pzez maciez gęstości widmowych mocy mocy obciążeń dyamiczych w systemie mechaiczym []: gdzie: V j,θ i F j,θ F Moce Re Θ Im i Θ, i { G j, Θ } = j, Θ G j, Θ i H V i F F H maciez mobilości dyamiczej systemu, G maciez gęstości widmowych wymuszeń., będące wielościami zeczywistymi, są miaą mocy dyssypowaych, moce, są pzeoszoymi do putów i mocami sił sztywości dyamiczej i sił bezwładości stutu mechaiczych.

3 EERGETYCZE CHARATERYSTYI OBCIĄŻEŃ ESPLOATACYJYCH MASZY 75 Popoowaa metoda eegetyczego modelowaia degadacji maszy weyfiuje potzebę uwzględiaia ozdzielie eegii dyssypowaej oaz eegii sił bezwładości i sztywości dyamiczej złożoego uładu mechaiczego. Pzy wyzaczaiu maciezy chaateysty dyamiczych obietów mechaiczych posłużoo się metodą espeymetalej aalizy modalej oaz metodą esploatacyjej aalizy modalej OMA. Zastosowaie metody esploatacyjej aalizy modalej do idetyfiacji chaateysty dyamiczych obietów daje możliwości opisu ich własości w wauach obciążeń esploatacyjych, ówież z uwzględieiem ieliiowości chaateysty. 4. PRZYŁADY: 4.. Chaateystyi eegetycze obciążeń dyamiczych pasy zwijającej do poducji siaoiszoe. Domiujące chaateystyi mocy wejściowej obciążeń dyamiczych pasy Jao pzyład a ysuu zamieszczoo chaateystyi widmowe mocy obciążeń dyamiczych pasy w pt., wyzaczoe podczas pasowaia siao-iszoi. Rys.. Poówaie gęstości widmowych mocy mocy sił sztywości i bezwładości ys. góy i sił tłumieia ys. doly,x siao-isz. W jedowejściowym momet obotowy siły - wielowyjściowym SIMO systemie mechaiczym wyzaczoo maciez ozładu mocy obciążeń dyamiczych maszyy, tóej elemetami są moce i, i i put pomiau dgań, put pomiau mometu obotowego, będące wielościami zespoloymi.

4 76 H. AŹMIERCZA, J. ROMULSI, T. PAWŁOWSI Pzepowadzoo poceduę ozładu a watości szczególe maciezy gęstości widmowych mocy obciążeń dyamiczych pasy zwijającej. W wyiu ozładu a watości szczególe maciezy i pzepowadzoego dla poszczególych częstotliwości : [ ] V U SVD SVD = =, max dyss. uzysuje się domiujące watości szczególe. W podoby sposób moża wyzaczyć ozłady a watości szczególe maciezy i zawieającej jao elemety części zeczywiste lub uojoe maciezy widm gęstości mocy mocy. [ ] V U SVD =, max Re Re Re Re 3 [ ] V U SVD =, max Im Im Im Im 4 Rys.. Estymaty domiujących widm mocy mocy obciążeń dyamiczych pasy zwijającej podczas pasowaia tawy moej

5 EERGETYCZE CHARATERYSTYI OBCIĄŻEŃ ESPLOATACYJYCH MASZY 77 Wyzaczoo domiujące widma szczególe maciezy mocy mocy obciążeń dyamiczych maszyy oaz jej części zeczywiste i uojoe ys.. Uzysae ozłady dają peły sytetyczy obaz obciążeń dyamiczych maszyy. Domiujące widma szczególe mogą być tatowae jao estymaty mocy dyssypowaej, atomiast Im Re jao estymaty mocy sił sztywości i sił bezwładości. Rys. 3. Chaateystyi amplitudowe mocy obciążeń dyamiczych pasy moduł, część uojoa, część zeczywista Podczas esploatowaia pasy ajwyższe watości mocy obciążeń dyamiczych występują w pasmach isich częstotliwości:,5 - Hz, 5-6,5 Hz, Hz. Pzy wzoście mocy obciążeń dyamiczych zmieiają się wzajeme elacje między sładowymi dyamiczymi mocy sił sztywości dyamiczych i mocy sił tłumieia ys Eegetycze chaateystyi obciążeń dyamiczych, opisujących poces degadacji stutualej maszyy do zębowaia dewa a podstawie pełej maciezy chaateysty widmowych wyzaczoo estymaty amplitudowe mocy obciążeń dyamiczych maszyy do zębowaia dewa tablica. Obciążeia dyamicze maszyy do zębowaia dewa mają chaate impulsowy. ostucja maszyy jest zwata. W widmowych chaateystyach mocy obciążeń ie występują sładowe wyóżiające się itesywością. Róże są atomiast watości mocy obciążeń dyamiczych poszczególych węzłów ostucyjych maszyy. Watości obciążeń esploatacyjych mogą być tablica ila tysięcy azy wyższe iż a biegu luzem. Wyzaczoo podatości dyamicze w poszczególych putach maszyy ys. 4. Stwiedzoo liiowe własości stutuy maszyy w szeoim zaesie częstotliwości i dużym zaesie amplitud. Opacowaa metoda opisująca ilościowo poces degadacji stutu mechaiczych może być stosowaa w badaiach wytzymałościowych mateiałów.

6 78 H. AŹMIERCZA, J. ROMULSI, T. PAWŁOWSI Tablica. Estymaty amplitudowe mocy obciążeń dyamiczych maszyy do zębowaia dewa [W] putu pomiaowego Bieg jałowy Śedica ozdabiaych gałęzi: 35 mm 7 mm mm eal imag eal imag eal imag eal imag,,7 3,,4,7 7,7 57,8 38,3, 3, 4,9,3 9,7,9 8,5 8, 3,7,3 3,6,9 5,8, 99, 37,8 4,,8 3,5,6, 7,6 37,6 54, 5,,9 5,,5,, 367,6 35,6 6, 3, 6,3,8 7,5 7,7 4383,3 6774,7 7,8,7 6,8 6,4 9,6 63, 43, 7,9 8,7 3, 5, 5, 8,3,7 377,9 7375,5 9 4,3 6,5,5 8,3 6,7 3,7 56, 84,3 3,6 4,4 7, 3,4,8 6, 5,3 689,7, 3, 5,,3 3, 7,7 4,3 5,7,4 4,4 6,6,8,3 7, 9,3 8,8 3,7 3,4 4,5 3,,,7 6,5 6,6 4,3 3, 5,6 3,3,5,7 54,9 55,7 Rys. 4. Poówaie chaateysty dyamiczych podatości dyamicze uzysae dla óżych amplitud sił wymuszających i

7 4. WIOSI EERGETYCZE CHARATERYSTYI OBCIĄŻEŃ ESPLOATACYJYCH MASZY 79. Do ocey stau dyamiczego maszyy wymagaa jest zajomość mocy dyssypowaej części zeczywiste mocy obciążeń dyamiczych i oddzieleie mocy sił bezwładości i mocy sił sztywości dyamiczej części uojoe mocy obciążeń dyamiczych. Metoda stosowaa jest w badaiach ozpływu eegii i zmia stutualych w obietach mechaiczych.. Ifomacje o staie techiczym obietu uzysuje się a podstawie eegetyczych chaateysty gęstości widmowych mocy mocy obciążeń dyamiczych i pzedstawioych w fomie sytetyczej estymat amplitudowych mocy sił sztywości dyamiczej i mocy sił tłumieia, zmieiających się waz z postępującym pocesem ich degadowaia.. Aalizując tójwymiaowe wyesy gęstości widmowych mocy mocy sił w fucji częstotliwości i w fucji czasu obsewuje się zmiay masimów w pzebiegu tych fucji. 3. Wyzaczoo chaateystyi widmowe mocy obciążeń dyamiczych pasy, ealizującej poces pasowaia óżych mateiałów. Sytezę chaateysty widmowych obciążeń uzysao w wyiu ozładu maciezy chaateysty a watości szczególe, uzysując estymaty domiujących widm gęstości widmowych mocy mocy obciążeń dyamiczych pasy. 4. Eegetycze chaateystyi obciążeń dyamiczych, opisujących poces degadacji stutualej maszyy do zębowaia dewa mają chaate impulsowy. Stwiedzoo liiowe własości stutuy maszyy w szeoim zaesie częstotliwości i dużym zaesie amplitud. LITERATURA. Cempel C.: Modele systemów pzetwazaia eegii w teoii i iżyieii systemów. Pomocja a Dotoa Hoois Causa Politechii Szczecińsiej. Pol. Szczecińsa, aźmiecza H.: Aaliza ozładu mocy obciążeń dyamiczych w systemach mechaiczych. Wyd. Pol.Pozańsiej, Pozań, Rozpawy aźmiecza H.: Dyamic load powe distibutio i mechaical systems. Zagadieia Esploatacji Maszy,, vol. 36, z aźmiecza H.: Eegetic desciptio of the destuctio pocess of machie stuctual odes. Machie Dyamics Poblem 3, vol. 7, o 3, s aźmiecza H., Pawłowsi T., Cempel C.: Eegy flow aalysis of vibatio loads of machies. W: Eleveth Iteatioal Cogess o Soud ad Vibatio ICSV, St. Petesbug aźmiecza H.: Eegetycza chaateystya twałości zmęczeiowej maszyy. W: Teoia Maszy i Mechaizmów. T. II. aów :AGH, aźmiecza H.: Eegetycza aaliza stau techiczego maszy W: Iżyieia Diagostyi Maszy., Waszawa: Istytut Tech. Esploatacji, aźmiecza H., omulsi J., Pawłowsi T.: Eegetycze chaateystyi degadacji pzyczepy. Diagostya 5, vol aźmiecza H., Pawłowsi T., omulsi J., Baczewsi R.:Vibatio chaacteistics of the techical degadatio pocess of a object. W: 3 Iteatioal Cogess o Soud ad Vibatio. Wiedeń 6.. aźmiecza H.: Eegetycze chaateystyi obciążeń dyamiczych agegatu maszyowego. W: Teoia maszy i mechaizmów. Zieloa Góa: Pol. omitet Teoii Masz. i Mech. 6.

8 8 H. AŹMIERCZA, J. ROMULSI, T. PAWŁOWSI. aźmiecza H.: Eegetycze chaateystyi degadacji systemu. Diagostya 6, vol.38.. aźmiecza H., omulsi J.: Eegetycze chaateystyi degadacji stutuy obietu mechaiczego.w: XXXIII Ogólopolsie Sympozjum Diagostya Maszy. Węgiesa Góa 6. THE EERGETIC CHARACTERISTICS OF MACHIES' OPERATIOAL LOADS Summay. The mechaical system is modelled as a eegy pocesso, which descibes the machie as a system, which tasfoms the iput powe ito effective powe ad destuctio powe of its elemets. The elemets of the mechaical object ae subjected to wea with diffeet itesity. It is eflected i the spectal dyamic chaacteistics of the object ad the vibatio load powe chaacteistics causig the destuctio of the machie. The pape pesets the cocept of estimatos a eegy-based idetificatio of the opeatioal loads of machie. The method is used i testig the eegy popagatio ad the stuctual chages i mechaical objects.