Analiza dinamica a sonetelor de spart fonta
7. Analiza dinamic a sonetelor de spart fonta
7.1. Introducere
Sonetele pentru spart fonta sunt utilaje similare ciocanelor de
forjare, spre deosebire de acestea energia de impact are valori
mult mai mari. n fig. 7.1 este prezentat un astfel de utilaj
tehnologic cu masa prii cztoare de m=7,6 t iar nlimea de cdere de
h=10m. Energia de impact E are valoarea de:
(7.1)
iar viteza de impact v
(7.2)
Fig. 7.2 Schema unei sonete de spart fonta
Datorit energiei mari de impact, aceste utilaje tehnologice
necesit implementarea unor sisteme elastice i vscoase sub fundaie
cu scopul de a izola i amortiza vibraiile produse n urma
solicitrilor impulsive (ocuri). Trebuie menionat faptul c
elementele vscoase nu prezint o importan deosebit n cadrul
sistemelor vscoelastice, deoarece micarea nu trebuie anulat pn la
urmtorul impact. Cu alte cuvinte, o eventual micare rezidual n urma
unui impact, nu perturb procesul tehnologic ce se desfoar pe astfel
de utilaje.
Fig. 7.2 Elemente vscoelastice amplasate sub fundaia utilajelor
cu acionare prin oc
Implementarea sistemelor vscoelastice (fig. 7.2), are rolul de a
diminua severitatea vibraiilor transmise mediului nconjurtor
reprezentat prin: birouri, cldiri de locuine, alte utilaje
tehnologice, factorul uman, etc.
Parametrii cinematici ai vibraiilor produse de aceste utilaje
tehnologice, trebuie s se ncadreze n limitele stabilite prin
standardele n vigoare referitoare la mainile cu acionare impulsiv
(prin oc). Conform recomandrilor DIN 4025 se limiteaz vibraiile
verticale ale fundaiilor ciocanelor de forjare la viteza de 3,8
mm/s. Amplitudinile admisibile ale deplasrilor diferitor tipuri ale
fundaiilor ciocanelor de forjare sunt prezentate n tabelul
7.1.Deoarece aceste dou tipuri de utilaje sonetele i ciocanele de
forjare fac parte din aceeai categorie de maini industriale, i
anume cu aciune prin oc, limitele admisibile stabilite pentru cea
de-a doua categorie se pot considera valabile i pentru primul
tip.Tabelul 7.1abotaFundaie pe solFundaie pe arcuri, n cuvCuva pe
sol
Masa berbecului
[t]Amplitudinea [mm]Felul soluluiAmplitudinea [mm]Masa nominal a
pieselor n cdere
[t]Amplitudinea [mm]Amplitudinea [mm]
11Nisip fin umed0,15(0,20< 530,15... 0,20
22Nisip mijlociu si mare, pietri0,80105
33(4Alte soluri1,0(1,2167
258
Cuantificarea parametrilor cinematici ai vibraiilor produse n
timpul procesului tehnologic de sonetele de spart font, se face
prin modelarea fizic i matematic a acestora.7.2. Modelarea fizic i
matematic a sonetelorEsena analizei solicitrilor impulsive de
excitaie a fundaiilor de maini, const de fapt n stabilirea legturii
existente dintre parametrii forei excitatoare (amplitudine,
pulsaie) i parametrii vibraiei (amplitudine, pulsaie), n ipoteza
cunoaterii caracteristicilor mecanice ale sistemului oscilant
(masa, constant elastic i coeficientul de amortizare), fig.4.
Fig. 7.4
Soneta de spart font poate fi modelat ca un sistem cu un grad de
libertate conform fig. 7.3, n care m reprezint masa fundaiei iar c
i k sunt constantele de amortizare i elasticitate echivalente ale
sistemelor de rezemare vscoelastic.
Fig. 7.3 Model de calcul cu un grad de libertate
n acest caz, micarea sistemului este descris de ecuaia:
(7.3)
n care F(t) reprezint fora echivalent de excitaie a sistemului
considerat. Parametrii constructivi m, c i k pot fi estimai n urma
unui calcul de proiectare un rol important n acest proces avndu-l
acurateea cu care au fost stabilii parametrii forei
perturbatoare.
7.3. Determinarea parametrilor forei perturbatoareParametrii
care definesc fora perturbatoare sunt: durata de aplicare, forma
semnalului i amplitudinea acestuia. Avnd n vedere specificul
procesului tehnologic se poate aproxima c forma forei de excitaie
este de tip cicloidal. Forma de und cicloidal se definete conform
ecuaiei (7.4):
(7.4)
Se aplic transformata Fourier acestei funcii
(7.5)
obinnd mai departe spectrul de pulsaii al ocului:
(7.6)
Durata de aplicare a forei se poate determina experimental prin
utilizarea unei camere de filmat de mare vitez, aceasta fiind
considerat n acest caz de 0,03s. Amplitudinea forei se determin
avnd n vedere urmtorul raionament: suprafaa delimitat de forma
funciei de solicitare reprezint de fapt energia introdus n sistem;
din egalarea celor dou energii se determin amplitudinea funciei de
perturbaie. Astfel se obine: F=48100000 N7.4. Evaluare cantitativ a
rspunsului dinamic al sistemului
Reprezentarea n timp a funciei perturbatoare este redat n fig.
7.5, iar fig. 7.6 prezint analiza spectral a acestei funcii, cu
evidenierea benzii de frecvene dominante cuprins n intervalul
(0(30)Hz. Trebuie menionat faptul c limea benzii de frecvene
dominante este invers proporional cu durata de aplicare a
semnalului perturbator.
Fig. 7.5 Funcia de excitaieFig. 7.6 Reprezentarea spectral a
funciei de excitaie
Pentru o evaluare cantitativ a rspunsului dinamic al sistemului
mecanic considerat, au fost analizai urmtorii parametri:
elongaia masei m;
spectrul de frecvene al deplasrii masei m; viteza masei m;
spectrul de frecvene al vitezei masei m; energia disipat prin
frecare vscoas;
stabilitatea sistemului prin reprezentarea micrii acestuia n
planul fazelor.
Analiza acestor parametri, a fost realizat n ipoteza urmtoarelor
valori numerice ale parametrilor acestuia: k=31010 N/m; c=4106
Ns/m; m=105 kg: F=480105 N.
Fig. 7.7Fig. 7.8
Fig. 7.9Fig. 7.10
Fig. 7.11Fig. 7.12
Din aceste reprezentri se desprind urmtoarele concluzii:
deplasarea maxim a fundaiei utilajului este de 7,2 mm;
viteza maxim a fundaiei utilajului este de 3,3 m/s; micarea este
stabil conform reprezentrii n planul fazelor;
energia disipat pe prima perioada a micrii oscilatorii a
fundaiei este de 2,42105 J. Se observ c energia disipat n prima
perioad de oscilaie reprezint 32% din energia total introdus n
sistem.PAGE 6
_1300694594.unknown
_1356247635.unknown
_1356268197.vsdElemente vascoase
Elemente elastice
_1356268453.unknown
_1356247624.unknown
_1293696817.vsdF(t)
k
c
m
_1296452121.unknown
_1296452127.unknown
_1293377845.vsd