POMIAR DRGAŃ I ROZKŁADU TEMPERATUR W MASZYNACH ROBOCZAYCH

POMIAR DRGAŃ I ROZKŁADU TEMPERATUR W MASZYNACH ROBOCZAYCH 1 Cel ćwiczenia Celem niniejszego ćwiczenia jest: przeprowadzenie pomiaru określonych parametrów drgań i wykonanie analizy widmowej drgań w dziedzinie częstotliwości, poznanie budowy i zasady działania wibrometru i wskaźnika stanu maszyny, przeprowadzenie badań rozkładu temperatury w poszczególnych punktach rozdrabniacza 2 Podstawy teoretyczne 21 Wprowadzenie W czasie pracy rozdrabniacza generowane są drgania mechaniczne Drgania te w zależności od ich poziomu mogą mieć niekorzystny wpływ na organizm człowieka W celu określenia poziomu zagrożenia w czasie pracy maszyny generującej drgania opisuje się je następującymi parametrami: - przemieszczenie [mm] - prędkość drgań [m/s] - przyśpieszenie [m/s 2 ] Metody pomiarów i oceny drgań maszyn są opisane przez określone normy Określenie wpływu danej maszyny na środowisko zewnętrzne polega na pomiarze parametrów drgań i porównaniu ich z wartościami dopuszczalnymi podawanymi przez normę Praca danej maszyny charakteryzuje się także rozkładem temperatur w określonych jej punktach Wartość temperatury w określonym punkcie pomiarowym może świadczyć o prawidłowym bądź wadliwym działaniu całej maszyny lub jej podzespołów (instalacja elektryczna, współpraca elementów ruchomych itp) 22 Pomiar parametrów drgań rozdrabniaczy Rozdrabniacz według PN-90/N-01357 oraz PN-90/N-01358 jest maszyną technologiczną stacjonarną Służy on bowiem do przetwarzania surowców lub półwyrobów, polegającego na zmianie ich kształtu, objętości i właściwości Jest także najczęściej ustawiany na fundamentach lub konstrukcjach wsporczych Podstawowy rodzaj zagrożenia od tego typu maszyn polega na generowaniu drgań o oddziaływaniu ogólnym Są to drgania mechaniczne przenoszone do organizmu człowieka przez: a) stopy - w pozycji stojącej, b) miednicę, plecy, boki - w pozycji siedzącej Parametry drgań maszyn stacjonarnych należy mierzyć w trzech kierunkach zgodnie z nieruchomym układem współrzędnych XYZ, związanym każdorazowo z badaną maszyną, przyjmując następującą orientacje osi (wg PN-90/N-01352): X - oś pozioma, równoległa do dłuższego boku poziomu rzutu obrysu podstawy maszyny, Y - oś pozioma, równoległa do krótszego boku poziomego rzutu obrysu podstawy maszyny, Z - oś pionowa 1

W czasie pomiarów istotna jest lokalizacja punktów pomiarowych (punkty zamocowania maszyny do fundamentu lub konstrukcja wsporcza) oraz mocowanie przetwornika drgań (za pomocą wkrętów, klejem, magnes itp) 23 Podstawowe definicje Prędkość drgań (v) - to pierwsza pochodna względem czasu przemieszczeń u(t) punktu drgającego: u(t) = A sin(ωt + ϕ) (251) v(t) = ů(t) = ωa cos(ωt + ϕ) = v cos(ωt + ϕ) (252) gdzie: A - amplituda drgań, [m]; t - czas bieżący, [s]; ϕ - przesunięcie fazowe, [rad]; ω - prędkość kątowa, [rad/s] Wartość szczytowa PEAK - największa z wartości przybieranych przez wielkość mierzoną w pewnym przedziale Wartość skuteczna RMS (Root Mean Square) - wielkość charakteryzująca przebieg okresowy określana wzorem: RMS= ~ u ( Θ) = u 2 = U RMS (253) gdzie: Θ - czas eksploatacji 24 Budowa i zasada działania czujnika piezoelektrycznego U podstaw działania tego typu przetworników leży przemiana dostarczanej z zewnątrz energii (drgań) na równoważny jej prąd lub napięcie, według zależności: e(t) = AF(t) = A m r a(t) - drgania (254) gdzie: e(t) - napięcie elektryczne współzmiennicze z mierzoną wielkością, A - stała przetwornika, F(t) - siła działająca ze strony pola zjawiskowego (drgań) na przetwornik (jest to siła bezwładności elementu ruchomego czujnika drgań: B = -m r a(t) q(t) q(t) = Ce(t) = Cama(t) = Bqa(t) m Masa sejsmiczna piezoelement drgający element x(t) Rys 251 Zasada działania piezoelektrycznego czujnika drgań 2

W czujnikach piezoelektrycznych elementem, który na skutek przyłożenia siły (naprężenia) generuje ładunek q(t) jest materiał monokrystaliczny (turmalin, kwarc) lub ostatnio polikrystaliczne, sztucznie spolaryzowane wyroby ceramiczne (tytanian baru, metanioban ołowiu) Zasada działania czujnika (rys 1) polega na tym, że odkształcenie kryształu piezoelektrycznego przez przyłożoną siłę powoduje powstanie napięcia wyjściowego - q(t), proporcjonalnego do wartości tej siły Element piezoelektryczny obciążony masą bezwładną służy jako przetwornik drgań, gdyż siła nadaje masie przyśpieszenie do generowanego ładunku Tego typu czujniki przyspieszeń nie wymagają zasilania i nie mają żadnych ruchomych części Cechuje je duży zakres dynamiczny i duży zakres mierzonych wartości Pasmo przenoszenia takiego czujnika zawiera się w granicach od kilku herców (2 Hz) do kilkudziesięciu kilo herców, zwykle 03-05 częstotliwości drgań własnych masy czujnika 25 Kategorie maszyn ze względu na zagrożenie organizmu ludzkiego dla drgań o oddziaływaniu ogólnym wg: PN-90/N-01357 Tabela 251 Kategoria Nazwa Kryteria oceny I II III IV Maszyna bezpieczna Maszyna uciążliwa Maszyna szkodliwa dla zdrowia Maszyna niebezpieczna dla zdrowia Maszyna wytwarzająca drgania, których wartości skuteczne przyśpieszenia są niższe od wartości podanych w tabeli 2 Maszyna wytwarzająca drgania, których wartości skuteczne przyśpieszenia są równe lub wyższe od wartości podanych w tabeli 2 Maszyna wytwarzająca drgania, których wartości skuteczne przyśpieszenia są równe lub wyższe od wartości podanych w tabeli 3 Maszyna wytwarzająca drgania, których wartości skuteczne przyśpieszenia są równe lub wyższe od wartości podanych w tabeli 4 3

Tabela 252 Częstotliwości środkowe pasm 1/3 - oktawowych Hz 08 10 125 16 20 25 5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 Wartości skuteczne przyspieszeń drgań o oddziaływaniu ogólnym, określające granicę pomiędzy I i II kategorią maszyn m/s 2 Z 071 056 050 045 040 0355 0315 0315 0315 0315 040 050 080 100 125 160 200 250 5 X, Y 028 0355 045 056 071 090 112 140 180 224 280 355 455 560 710 900 Tabela 253 Częstotliwości środkowe pasm 1/3 - oktawowych Hz 08 10 125 16 20 25 5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 Wartości skuteczne przyspieszeń drgań o oddziaływaniu ogólnym, określające granicę pomiędzy I i II kategorią maszyn m/s 2 Z 142 126 112 100 090 080 071 080 100 126 160 200 250 320 400 500 630 X, Y 056 071 090 112 142 180 224 280 360 448 560 710 900 1120 1420 1800 4

Tabela 254 Częstotliwości środkowe pasm 1/3 - oktawowych Hz 08 10 125 16 20 25 5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 Wartości skuteczne przyspieszeń drgań o oddziaływaniu ogólnym, określające granicę pomiędzy I i II kategorią maszyn m/s 2 Z 98 87 78 69 62 55 49 44 44 44 44 55 69 87 1140 1390 1500 2210 2770 3460 4360 X, Y 39 49 62 78 98 125 155 194 249 310 388 492 624 776 984 12470 26 Kody kolorów karty skanera różnicy temperatur IR-100 Przez pomiar temperatury w określonych punktach pracującego rozdrabniacza można określić funkcjonowanie niektórych jego elementów Do typowych podzespołów maszyn, które można badać tym urządzeniem należą: - wyłączniki przepięciowe, - panele zasilające, - rozłączniki, - panele świetlne, - wyłączniki bezpiecznikowe, - sterowniki silników, - wyłączniki nożowe, - łożyska, - elementy cierne 5

Tabela 255 Karta kolorów IR-100 Temperatura C Rodzaj działania Kolor kodu 0 10 Nie podejmować działań Zielony 10 15 Zrobić notatkę i plan do następnego Żółty działania 15 20 Dokonać niezbędnych czynności w celu Żółty usunięcia uszkodzenia > 20 Niezwłocznie skontrolować Czerwony > 100 Duże niebezpieczeństwo Czerwony 3 Opis stanowiska pomiarowego Wykaz pomocy dydaktycznych Wibrometr WH-31 wraz z filtrem oktawowym F0-1 Przetwornik piezoelektryczny PD-10 i PD-1 Zestaw do mocowanie przetworników Wskaźnik stanu maszyny VT-10 Multimetr cyfrowy AM-1280 Skaner różnicy temperatur IR-100 32 Schematy blokowe aparatury pomiarowej Rozdrabniacz Wibrometr WH-31 Filtr oktawowy F0-1 Przyśpieszenie drgań Odczyt z wyświetlacza wibrometru Przetwornik piezoelektryczny PD-10 Mocowanie przetwornika Rys 252 Schemat aparatury pomiarowej do pomiaru przyśpieszenia drgań Rozdrabniacz Multimetr cyfrowy AM-1280 Przewody Odczyt temperatury z wyświetlacza Skaner różnicy temperatur IR-100 Rys 253 Schemat aparatury pomiarowej do pomiaru temperatury 6

4 Przebieg ćwiczenia 41 Zadania do wykonania a) Przygotować układ pomiarowy do przeprowadzenia analizy widmowej drgań: - wybrać punkt pomiarowy (miejsce zamocowania przetwornika piezoelektrycznego), - wybrać sposób zamocowania przetwornika (zestaw do mocowania przetworników), - załączyć układ pomiarowy b) Wykonać pomiary wartości skutecznej przyspieszenia drgań - RMS i wartości szczytowej - PEAK w zakresie częstotliwości 1 Hz do 1 khz (porównać otrzymane wartości z wartościami dopuszczalnymi) c) Wykonać wykres zależności: RMS = F(f) oraz PEAK = F(f) d) Obliczyć współczynniki szczytowe: k = PEAK/RMS max dla poszczególnych częstotliwości e) Dokonać oceny stanu badanego rozdrabniacza wskaźnikiem stanu maszyny (pomiar prędkości drgań) w różnych punktach pomiarowych f) Określić rozkład temperatury w różnych punktach badanej maszyny - uzyskane wartości porównać z kartą temperatur skanera IR-100 42 Wzory tabel pomiarowych Tabela 256 Tabela pomiarowa do analizy widmowej drgań Częstotliwość f RMS w ciągu 1 minuty Hz 1 2 4 8 16 315 63 125 250 500 1000 m/s 2 2 1 PEAK m/s 2 k = PEAK RMSmax - 7

Tabela 257 Tabela pomiarowa do analizy rozkładu temperatur w rozdrabniaczu Nadany kod koloru Lp Opis położenia punktu pomiarowego 1 2 3 5 Analiza wyników pomiarów i wnioski Zakres opracowania sprawozdania z niniejszego ćwiczenia jest następujący: a) Cel przeprowadzonych badań b) Schematy układów pomiarowych c) Tabele wyników pomiarów d) Protokół pomiarów drgań badanego rozdrabniacza, który zawiera: Nazwę i typ rozdrabniacza Dane techniczne Opis stanowiska pomiarowego - sposób mocowania przetworników, - szkic przyjętego układu odniesienia Wykresy zależności PEAK, RMS i k w funkcji częstotliwości - f dla poszczególnych kierunków występowania drgań (X, Y, Z) Ocena drgań maszyny - porównanie uzyskanych wartości przyspieszeń drgań z wartościami podanymi w normach (zaliczenie rozdrabniacza do określonej grupy maszyn) e) Protokół pomiarów temperatury, który powinien zawierać: Opis punktu pomiarowego Nadanie określonego kodu koloru po wykonaniu pomiaru e) Wnioski ogólne 6 Literatura [1] Cempel Cz: Wibroakustyka stosowana PWN W-wa 1989 [2] Cempel Cz: Metody badań i minimalizacji hałasu i drgań Politechnika Poznańska Poznań 1975 [3] Żółtowski B: Podstawy diagnostyki maszyn ATR Bydgoszcz 1996 [4] Żółtowski B, Ćwik Z: Leksykon diagnostyki technicznej ATR Bydgoszcz 1996 [5] Instrukcje obsługi przyrządów wykorzystywanych w ćwiczeniu Normy: PN-82/N-01350 - Drgania Terminologia PN-82/N-01351 - Drgania Podstawowe symbole i jednostki PN-90/N-01357 - Drgania Metody pomiarów i oceny drgań maszyn pod względem bezpieczeństwa i higieny pracy PN-82/N-01352 - Drgania Zasady wykonywania pomiarów na stanowisku pracy 8