Prezentare Disertatie Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții. Stabilirea unui...

23
MINISTERUL EDUCAŢIEI NAȚIONALE UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI FACULTATEA DE UTILAJ TEHNOLOGIC Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții. Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare Coordonator ştiinţific Prof.univ.dr.ing. Cristian PAVEL Absolvent Ing. Marius VLAD Bucureşti -2013-

description

Prezentare Disertatie Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansateing.Vlad Marius

Transcript of Prezentare Disertatie Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții. Stabilirea unui...

Page 1: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

MINISTERUL EDUCAŢIEI NAȚIONALE

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI

FACULTATEA DE UTILAJ TEHNOLOGIC

Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea

sistemelor mecanice avansate

Vibrațiile mașinilor și utilajelor

pentru construcții.

Stabilirea unui model dinamic

unificat pentru unele tipuri de ciururi

și mori vibratoare

Coordonator ştiinţific Prof.univ.dr.ing. Cristian PAVEL

Absolvent Ing. Marius VLAD

Bucureşti -2013-

Page 2: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

Introducere

Din toate disciplinele față de care inginerul rămâne îndatorat, de

aproape un secol, datorită succeselor acțiunilor sale, vibrațiile sistemelor

mecanice ocupă un loc de prim rang.

Vibrațiile au un caracter util, o serie de utilaje de construcții fiind

dotate cu organe de lucru acționate prin intermediul vibrațiilor.

Vibrațiile sunt nedorite în majoritatea cazurilor întâlnite, au

caracter nociv, iar prin diminuarea acestora se ajunge la o bună

funcționare a mașinilor și o creștere semnificativă a fiabilității acestora.

În prezenta lucrare se încearcă o sinteză a vibrațiilor

mecanice și stabilirea unui model dinamic unificat integral teoretic, un

calcul analitic fără măsurări experimentale sau simulate.

Page 3: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

Structura lucrării:

1 Efectele vibraţiilor asupra omului şi mediului ambiental:

• Influența nocivă;

• Influența utilă.

2 Clasificarea vibraţiilor.

3 Aplicații ale vibrațiilor în inginerie.

4 Stabilirea unui model dinamic unificat pentru ciururile vibratoare cu forța

perturbatoare rotitoare și morile vibrante cu generatorul de vibrații montat

coaxial.

Page 4: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

1 EFECTELE VIBRAŢIILOR ASUPRA

OMULUI ŞI MEDIULUI AMBIENTAL

1.1 Influența nocivă a vibrațiilor asupra omului și mediului ambiental

Rezultatele măsurărilor de vibrații se interpretează prin prisma

nocivității lor. Peste anumite limite, ele sunt dăunătoare oamenilor, pot produce

degradări ale clădirilor sau pot deranja buna funcționare a mașinilor.

Numeroasele studii făcute în acest scop au drept subiect omul.

Vibraţiile nocive sunt clasificate funcţie de amplitudine şi frecvenţă.

Direcţiile de

acţionare ale

vibraţiilor mecanice

asupra corpului

omenesc

Efecte de percepţie

Page 5: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

Zgomotul ca factor de risc

Sub aspectul nocivităţii zgomotul este procesul

(agentul) fizic care poate constitui un pericol pentru

sănătatea angajaţilor, în condiţii determinate de depăşire

a unor limite admisibile.

Cei care proiectează construcţiile au învăţat o

lecţie amară: oscilaţiile structurilor pot deveni distructive

în anumite condiţii speciale. Aceste condiţii trebuie să fie

depistate din vreme, chiar din faza de proiectare.

Dezastrul de inginerie cel mai

faimos, datorat vibrațiilor mecanice

provenite din acțiunea vântului a fost

Podul Tacoma Narrows din Statele Unite

ale Americii în anul 1940 .

Page 6: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

Vibrațiile nocive la mașini și utilaje

În timpul funcționării mașinilor și utilajelor pot apărea procese

vibratorii sub cele mai diverse forme de manifestare.

În majoritatea cazurilor întâlnite în tehnică, vibrațiile sunt

nedorite, cu caracter nociv, iar diminuarea acestora condiționeaza buna

funcționare a mașinilor.

Vibrațiile pot influența negativ parametrii tehnico-funcționali ai

mașinii

Scopurile urmărite sunt acelea de a reduce vibrațiile surselor

producătoare de vibrații dăunătoare, precum și eventuala izolare a

acestora.

Page 7: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

1.2 Influența utilă a vibrațiilor asupra omului și mediului ambiental

În natură vibrațiile sunt folosite de multe

tipuri de specii de animale și insecte în viața de zi

cu zi.

Sunetele joacă un rol foarte important în viața oamenilor. Ne oferă

posibilitatea să comunicăm și să primim informații, să ne bucurăm de sunetele

naturii și să ascultăm muzica. Sunetele ne feresc, de asemenea, de pericole.

Acustica

Disciplinele cu care este asociată

acustica sunt diverse: mecanica

solidelor și a fluidelor, chimia,

fizica materialelor, electronica,

arhitectura, muzica, medicina,

științele pământului și atmosferei

etc…

Page 8: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

Undele sonore sunt mijloace de transmitere a informațiilor. Efectele

fizice ale undelor sonore asupra corpurilor cu care interacționează reprezintă

alte arii de interes și de aplicație utile omului.

Terapia cu ultrasunete se bazează pe

utilizarea aparatelor de fizioterapie care furnizeză

curenți de înaltă frecvență, cuprinse între 800-1000

kHz, corespunzător unor lungimi de undă mici.

Tehnica modernă a imaginat, mașini și utilaje care produc vibrații în

vederea realizării scopurilor tehnologice. În acest situații, vibrațiile produc lucru

mecanic util, organele de lucru ale mașinilor respective realizând execuția

proceselor tehnologice pentru care au fost concepute, ca urmare a funcționării în

regim vibratoriu impus.

Influența utilă a vibrațiilor în domeniul mașinilor și utilajelor

Page 9: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

2 CLASIFICAREA VIBRAŢIILOR

Există mai multe criterii de clasificare ale vibrațiilor care în linii mari

converg către acelasi rezultat. Astfel cele mai importante criterii de clasificare sunt:

B. După ecuația diferențială a mișcării:

- vibrații liniare;

- vibrații neliniare.

C. După cauzele care produc vibrația :

- vibrații libere-executate de sistemul

mecanic după încetarea cauzelor care

au scos sistemul respectiv din poziția

de echilibru;

- vibrații forțate-executate de sistemul

mecanic sub acțiunea unor factori care

întrețin mișcarea.

D. După prezența forțelor rezistente:

- vibrații amortizate, sunt vibrații libere

sau forțate care se produc în prezența

forțelor rezistente, ceea ce conduce la

o disipare de energie;

- vibrații neamortizate , la care forțele

rezistente sunt neglijabile și vibrațiile se

produc indefinit în timp presupunând că

nu există disipare de energie;

A. După numărul gradelor de libertate:

- vibrații cu un singur grad de libertate;

- vibrații cu două sau mai multe grade de libertate;

- vibrații cu un număr infinit de grade de libertate.

Page 10: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

E. În funcție de deformațiile care apar în sistemul mecanic:

- vibrații axiale, care se produc prin deformări axiale în lungul barelor; - vibrații

transversale sau vibrații de încovoiere;

- vibrații torsionale;

F. După legea de variație în timp a mișcării sau după forma diagramei de vibrație:

- vibrații deterministe;

- vibrații aleatoare.

2.1 Vibrații libere neamortizate

Sistemul masă-arc Sistem torsional

Page 11: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

2.2 Vibrații forțate neamortizate

Trecerea prin rezonanță

Variația în timp a deplasării la rezonanță

Rezonanța

Amortizare nulă

2.3 Vibrații libere amortizate

Sistemul masă-arc-amortizor

Page 12: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

2.4 Vibrații forțate amortizate

Sistemul forță-masă-arc-

amortizor

Diagramele amplitudine-frecvență

(Cube de rezonanță)

Page 13: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

3 APLICAȚII ALE VIBRAȚIILOR ÎN INGINERIE

3.1 Aplicații la sisteme elastice cu un grad de libertate

Bloc de fundație rezemat elastic, vibrator inerțial unidirecțional și

diagrama pulsație excitatoare cu amplitudina vibrațiilor

Un bloc de fundație

este rezemat elastic pe un

suport rigid. Pentru a

determina masa M a blocului

de fundație

Page 14: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

3.2 Aplicații la sisteme cu mai multe grade de libertate

3.2.1. Studiul comportării dinamice a maselor vibratoare utilizate

pentru compactarea betonului

Masa vibratoare rezemată

elastic pe un suport fix, acționată de un vibrator multidirecțional vertical.

3.2.2 Parametrii dinamici ai plăcilor vibratoare pentru compactarea

pământurilor și înbrăcăminților asfaltice

Placă compactoare cu vibrator

Page 15: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

3.2.3 Studiul vibrațiilor unui compactor vibrator autopropulsat cu

două rulouri vibratoare

Compactor vibrator autopropulsat

Schematizarea modelului dinamic

Page 16: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

3.3.3 Parametrii dinamici ai vibrațiilor transportoarelor vibratoare

elicoidale

Transportor vibrator elicoidal

Curbele de variație a amplitudinii

vibrațiilor decuplate funcție de pulsația excitatoare ω

Page 17: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

4 STABILIREA UNUI MODEL DINAMIC UNIFICAT PENTRU

CIURURILE VIBRATOARE CU FORȚA PERTURBATOARE

ROTITOARE ȘI MORILE VIBRANTE CU GENERATORUL

DE VIBRAȚII MONTAT COAXIAL

4.1 Ciururi vibratoare cu forța perturbatoare rotitoare

Ciur vibrator inerțial(variantă

constructivă)

Ciur vibrator inerțial (fotografie)

Page 18: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

Schematizarea (a) și modelul

dinamic (b) pentru un ciur vibrator

inerțial cu forță perturbatoare

Page 19: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

4.2 Mori vibratoare cu generatorul de vibrații montat coaxial

Schema unei mori

vibratoare de tip inerțial

Moară vibratoare tip PALLA-U35

firma HUMBOLDT LTD (Germania)

Modelul dinamic de

calcul schematizat

Page 20: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

4.3. Stabilirea modelului dinamic unificat pentru ciururile vibratoare inerțiale

și morile vibratoare cu generatorul de vibrații montat coaxial

Modelul dinamic unificat moară vibratoare - ciur vibrator

Pentru sistemul elastic modelat

ca în Figura, sistemul de ecuații

diferențiale care îi caracterizează

mișcarea poate fi sub forma:

𝑚𝑥 + 4𝑘𝑥 ∙ 𝑥 + 4𝑎𝑧 ∙ 𝑘𝑥 ∙ 𝜑𝑦 = 𝑃0𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡

𝐽𝑦𝜑𝑦 + 4𝜑𝑦 𝑘𝑧 ∙ 𝑎𝑥2 + 𝑘𝑥 ∙ 𝑎𝑧

2 + 4𝑘𝑧𝑎𝑧𝑥 = 𝑧0𝑃0 cos𝜔𝑡

𝑚𝑧 + 4𝑘𝑧 ∙ 𝑧 = 𝑃0 sin𝜔𝑡

Se observă că este același

sistem de ecuații diferențiale la

care s-a ajuns atât în cazul

ciururilor vibratoare inerțiale cu

forța perturbatoare rotitoare cât și

în cazul morilor vibratoare cu

generatorul de vibrații montat

coaxial.

Page 21: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

4.4 Deducerea ecuației diferențiale de mișcare din cazurile moară

vibratoare - ciur vibrator

4.4.1 Deducerea ecuației diferențiale de mișcare ale unui ciur

vibrator inerțial cu forța perturbatoare rotitoare

4.4.2 Deducerea ecuației diferențiale de mișcare a unei mori

vibratoare cu generatorul de vibrații montat coaxial

4.5 Rezolvarea ecuației diferențiale de mișcare

𝑚𝑥 + 4𝑘𝑥 ∙ 𝑥 + 4𝑎𝑧 ∙ 𝑘𝑥 ∙ 𝜑𝑦 = 𝑃0𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡

𝐽𝑦𝜑𝑦 + 4𝜑𝑦 𝑘𝑧 ∙ 𝑎𝑥2 + 𝑘𝑥 ∙ 𝑎𝑧

2 + 4𝑘𝑧𝑎𝑧𝑥 = 𝑧0𝑃0 cos𝜔𝑡

𝑚𝑧 + 4𝑘𝑧 ∙ 𝑧 = 𝑃0 sin𝜔𝑡

Page 22: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

CONCLUZII

Mașinile analizate pe parcursul lucrării elaborate intră în categoria

acelora la care vibrațiile produc lucru mecanic util. Studiul acestora are la

bază particularitatea existenței a similitudinii modelelor dinamice.

Datorită comportamentului dinamic similar, a fost elaborat și studiat

ulterior, un model dinamic unic pentru ciururile vibratoare inerțiale și morile

vibratoare cu generatorul de vibrații montat coaxial.

Printrea avantajele unui calcul dinamic unificat se află scăderea

costurilor, o metodă sustenabilă de scădere a timpilor de proiectare

teoretică.

Obiectivul major al cercetării realizate pe parcursul elaborării acestei

lucrări a fost stabilirea de modele dinamice unificate. Acest model dinamic

unificat prezentat este exclusiv teoretic și nu este verificată validitatea lui

prin experimentare sau simulare.

Potenţiale direcţii viitoare de cercetare legate de tema abordată este

găsirea unor modele dinamice unificate multidisciplinar și obținerea de

confirmări simulate sau experimentale a teoriei.

Page 23: Prezentare Disertatie   Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.  Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare

Vă multumesc pentru

atenția acordată .

27.02.2013