ing. Marius Vlad Lucrare de disertație Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 1 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
97
Embed
Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții.Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare
Luncrare de Disertatie Cercetarea experimentarea si simularea sistemelor mecanice avansate
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 1
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
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 2
Universitatea Tehnică de Construcţii Bucureşti Director departament,
Facultatea de Utilaj Tehnologic
Departamentul de tehnologie mecanică 10.02.2012
LUCRARE DE DISERTAŢIE
Tema lucrării: Vibrațiile mașinilor și utilajelor pentru construcții. Stabilirea unui
model dinamic unificat pentru unele tipuri de ciururi și mori vibratoare
Termen de predare: 15.02.2013
Elemente iniţiale pentru lucrare:
Considerații generale ale vibrațiilor mecanice
Efectele vibrațiilor asupra omului și mediului ambiental
Aplicații ale vibrațiilor
Similitudinea între modelele dinamice.
Propuneri de modele dinamice unificate.
Conţinutul lucrării cu sub-temele care vor fi tratate:
Cap.1 Efectele vibraţiilor asupra omului şi mediului ambiental
Cap.2 Clasificarea vibraţiilor
Cap.3 Aplicații ale vibrațiilor în inginerie
Cap.4 Analiza comportării dinamice a utilajelor tehnologice
Denumirea materialului grafic conţinut în proiect:
Diagrame
Scheme
Fotografii, etc.
Data eliberării temei: 19.12.2011
Coordonator ştiinţific, Absolvent,
Prof.univ.dr.ing. CRISTIAN PAVEL ing. MARIUS VLAD
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 3
Declaraţie de onestitate
Prin prezenta declar că Lucrarea de disertaţie cu titlul “Vibrațiile mașinilor și
utilajelor pentru construcții.Stabilirea unui model dinamic unificat pentru unele tipuri de
ciururi și mori vibratoare.” este scrisă de mine şi nu a mai fost prezentată niciodată la o
altă facultate sau instituţie de învăţământ superior din ţară sau străinătate.
Bucureşti, 27.02.2012
Absolvent,
ing. MARIUS VLAD
_____________________
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 8
PREFAȚĂ 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.
Cunoașterea și utilizarea noțiunilor de vibrații mecanice au devenit necesități
funadamentale pentru o largă serie de specialiști: fizicieni, ingineri, arhitecți, etc. De la
geofizicieni la constructori și până la medici a crescut interesul pentru această
disciplină.
Vibrațiile sunt fenomene dinamice întânlnite în activitatea curentă, de la bătăile
inimii, alergatul și mersul pe jos, legănatul copacilor în bătaia vântului și trepidațiile
clădirilor la cutremure, la vibrațiile instrumentelor muzicale, ale mașinilor și utilajelor.
De cele mai multe ori „vibrații” sunt denumite mișcările nedorite care produc
zgomote sau solicitări mecanice relativ mari. În acest caz interesează în special efectul
vibrațiilor asupra omului, mașinilor și clădirilor. Modelarea fenomenelor vibratorii implică
definirea structurii și parametrilor corpului în vibrație, a funcțiilor care descriu excitația și
a nivelelor răspunsului dinamic.
Conform „Dicționarului explicativ al limbii române” (DEX -1998), vibrația este o
„mișcare periodică a unui corp sau a particulelor unui mediu, efectuată în jurul unei
poziții de echilibru”. Oscilația este „variația periodică în timp a valorilor unei mărimi care
caracterizează un sistem fizic, însoțită de o transformare a energiei dintr-o formă în
alta”.
Oscilaţiile – de natură mecanică, termică, electromagnetică etc. – sunt fenomene
dinamice caracterizate prin variaţia în timp a unei mărimi de stare a sistemului, de
obicei în vecinătatea valorii corespunzătoare unei stări de echilibru.
Vibraţiile sunt oscilaţii ale sistemelor elastice, adică mişcări ale sistemelor
mecanice datorite unei forţe de readucere elastice. Astfel o bară elastică sau o coardă
vibrează, în timp ce un pendul oscilează.
Toate corpurile care au masă şi elasticitate pot vibra. Un sistem vibrator are atât
energie cinetică, înmagazinată în masa în mişcare, cât şi energie potenţială,
înmagazinată în elementul elastic ca energie de deformaţie. În timpul vibraţiilor, are loc
o transformare ciclică a energiei potenţiale în energie cinetică şi invers.
Într-un sistem conservativ, în care nu există disipare de energie, energia
mecanică totală este constantă. În poziţia de amplitudine maximă a deplasării, viteza
instantanee este zero, sistemul are numai energie potenţială. În poziţia de echilibru
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 9
static, energia de deformaţie este nulă iar sistemul are numai energie cinetică. Energia
cinetică maximă este egală cu energia de deformaţie maximă. Egalând cele două
energii se poate calcula frecvenţa proprie fundamentală de vibraţie. Acesta este
principiul metodei lui Rayleigh.
Sistemele vibratoare sunt supuse amortizării datorită pierderii de enegie prin
disipare sau radiaţie. Amortizarea produce descreşterea amplitudinii vibraţiilor libere,
defazajul între excitaţie şi răspuns, precum şi limitarea amplitudinii răspunsului forţat al
sistemelor vibratoare.
Problema vibrațiilor este un subiect de actualitate dezbătut pe larg la nivel
mondial, având în vedere efectele asupra omului și a mediului înconjurător care devin
pe zi ce trece mai vizibile prin schimbările pe care le produc.
Practica inginerească ridică probleme tot mai complexe, unele dintre ele
neputând fi încă rezolvate integral teoretic, altele – necesitând o îmbinare strânsă a
calculului analitic cu măsurările experimentale. Aproape că nu există domeniu al
industriei, transportului sau construcțiilor în care studiul vibrațiilor să nu fie indispensibil
în realizarea de produse sau mașini cu fiabilitate ridicată și zgomot redus, vehicule sau
clădiri cu grad mărit de confort și rezistență la sarcini dinamice, cât și pentru sporirea
siguranței în exploatare și obținerea de parametri maximi de funcționare.
În timpul funcționării mașinilor și utilajelor pot apărea procese vibratorii sub cele
mai diverse forme de manifestare. Sub influența solicitărilor la care sunt supuse,
structurile și elementele elastice din componența mașinilor acumulează energie
potențială de deformație. Acțiunea factorilor perturbatori duce la transformarea acesteia
în energie cinetică și invers, favorizând apariția vibrațiilor.
În majoritatea cazurilor întâlnite în tehnică, vibrațiile sunt nedorite, cu caracter
nociv, iar diminuarea acestora condiționează buna funcționare a mașinilor. Realizarea
de mașini tot mai ușoare, capabile să dezvolte puteri tot mai mari, face ca spectrul
frecvențelor excitatoare să se întrepătrundă tot mai mult cu cel al frecvențelor proprii, ca
urmare apariția vibrațiilor cu caracter dăunător poate fi tot mai frecventă. Vibrațiile pot
influența negativ parametrii tehnico-funcționali ai mașini, reducându-i acesteia
fiabilitatea și condițiile ergonomice.Însoțite în numeroase cazuri și de zgomote, vibrațiile
constituie surse permanente de poloare a mediului ambiant
În prezenta lucrare se încearcă o prezentare a vibrațiilor mecanice și stabilirea
unui model de calcul unificat a utilajelor pentru construcții, cazul particular ciururile
vibratoare și morile vibratoare.
Structura desfașurată a acestei lucrări începe cu un prim capitol de definire,
prezentare a vibrațiilor mecanice. Următorul capitol conține clasificarea vibrațiilor , este
urmat de un penultim capitol de aplicații . Ultimul capitol este dedicat unui model de
calcul unificat al vibrațiilor.
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 10
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, clădirile, mașinile.Dintre toate acestea, omul este cel mai sensibil la perceperea vibrațiilor.
Depăşirea nivelului admis al vibraţiilor ca intensitate şi durată de expunere provoacă perturbări organice cu efect fiziologic şi psihosenzorial. Vibraţiile se caracterizează prin frecvenţă, amplitudine şi acceleraţie. Relaţia dintre amplitudine şi frecvenţă cu efecte de percepţie a omului a dus la stabilirea curbelor din figura 1.1. Acţiunea prelungită a vibraţiilor asupra omului duce la manifestări prin greaţă, inapetenţă, vărsături, cefalee modificări de puls, boală de vibraţii la 30 - 250 Hz.
Figura 1.1 Efecte de percepţie
Vibraţiile nocive sunt clasificate funcţie de amplitudine şi frecvenţă astfel:
la vibraţiile cu frecvenţa mai mare de 15 Hz şi amplitudini până la 0,02 mm influenţa determinantă o are şi viteza vibraţiilor;
la vibraţiile cu amplitudini mari şi frecvenţe mici un rol hotărâtor îl are acceleraţia vibraţiilor. Percepţia vibraţiilor după frecvenţă duce la folosirea următoarei clasificări:
a. vibraţii sub 15 Hz specifice vehiculelor, automobile 1,5 ÷2 Hz, camioane 2÷4 Hz, tren 3÷8Hz. La expunere prelungită pot apărea dureri paravertebrale, tulburări ale aparatului digestiv şi urinar;
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 11
b. vibraţii cu frecvenţe cuprinse între 15 şi 40 Hz cu amplitudini mari (ciocane de spart, echipamente de încărcare - descărcare rapide). Leziunile specifice sunt de ordin osteoarticular, tendoane, musculatură.
c. vibraţii cu frecvenţe cuprinse între 40÷300Hz, la utilajele siderurgice, miniere şi metalurgice. Apar senzaţii de arsuri la nivelul membrelor, scade sensibilitatea degetelor.
d. vibraţii cu frecvenţe de peste 300Hz, specifice la unele maşini unelte cum ar fi la rectificare, frezare, lepuire, polizoare. Pot apare tulburări trofice şi senzitive ale mâinilor.
Atât la utilajele autopropulsate, cât şi la cele staţionare, vibraţiile transmise postului de lucru al mecanismului sunt percepute de organism şi, în mod deosebit, de acele părţi ale corpului ce se află în contact nemijlocit cu elementele utilajului care sunt în mişcare vibratorie.
Vibraţiile mecanice care se transmit asupra omului au o acţiune nocivă complexă, afectându-i sănătatea prin efectele fiziopatologice şi stânjenind (îngreunând) desfăşurarea procesului muncii până la pierderea capacităţii de muncă. Cele mai importante efecte produse de acţiunea vibraţiilor sunt de natură fiziologică, mecanică şi termică, preponderente fiind ultimele două.
Cerinţele normative pentru limitarea
vibraţiilor transmise corpului uman în
conformitate cu Normele Generale de
Protecția Muncii din 2002, limitele maxime
admise pentru vibraţiile cu acţiune
generală transmise întregului corp (vezi
figura 1.2) prin intermediul suprafeţei de
sprijin se împart în două categorii:
I. pentru locuri de muncă obişnuite cu
solicitare neuropsihică şi
psihosenzorială normală a atenţiei,
limitele maxime sunt date în figurile
1.3 şi 1.4. ;
II. pentru locuri de muncă cu solicitare
neuropsihică şi psihosenzorială
crescută,limitele maxime sunt date
în figurile 1.5. şi 1.6.
Figura. 1.2. Direcţiile de acţionare ale vibraţiilor
mecanice asupra corpului omenesc
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 12
Figura 1.3.Limitele maxime pentru vibraţiile pe axa ( ) cu acţiune generală pentru locuri de
muncă obişnuite, care necesită o solicitare neuropsihică şi psihosenzorială normală
Figura 1.4. Limitele maxime admise pentru vibraţiile pe axa X şi Y ( ) cu acţiune generală
pentru locuri de muncă obişnuite, care necesită o solicitare neuropsihică şi psihosenzorială
normală
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 13
Figura 1.5. Limitele maxime pentru vibraţiile pe axa Z ( )pentru locuri de muncă care necesită o
solicitare neuropsihică şi psihosenzorială crescută
Figura 1.6. Limitele maxime admise pentru vibraţiile pe axa X şi axa Y ( ) pentru locuri de
muncă care necesită o solicitare neuropsihică şi psihosenzorială crescută
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 14
Atât performanţa maşinii, cât şi sănătatea operatorului sunt afectate de eficienţa sistemului de protecţie împotriva vibraţiilor şi de reglarea corectă dintre proprietăţile dinamice ale sistemului şi caracteristicile dinamiee ale operatorului. Analiza proprietăţilor dinamice ale modelelor biomecanice permite formularea unor cerinţe specifice pentru sistemele de protecţie a operatorului împotriva vibraţiilor, şi anume:
necesilatea de a lua în considerare caracteristicile dinamice ale corpului uman la sintetizarea unei structuri şi specificarea parametrilor sistemului de protecţie împotriva vibraţiilor;
eficienţa sistemului de izolare a vibraţiilor în domeniul de frecvenţe prescris;
invarianţa sensibilităţii sistemului de protecţie împotriva vibraţiilor la variaţia proprietăţilor dinamice ale sistemului biologic, precum şi la modificarea poziţiei de lucru, a gradului de oboseală;
invarianţa eficienţei sistemului de protecţie împotriva vibraţiilor la dispersia datelor antropometrice ale subiecţilor umani.
Zgomotul ca factor de risc
Zgomotul este un sunet complex parazit, nedorit (nu are conţinut informaţional), care depinde de condiţii particulare de muncă şi de viaţă ducând la stări psihice şi fiziologice nocive pentru oamenii expuşi. Zgomotul este un factor principal al oboselii şi nervozităţii cu influenţe negative directe asupra muncii prestate şi asupra sănătăţii.
Sub aspectul propagării şi al percepţiei de către om zgomotul se caracterizează în principal prin trei mărimi fizice şi anume:
frecvenţa care este percepută ca un parametru fiziologic ce semnifică "înălţimea" sunetului (sunete înalte, joase, subţiri, groase). Domeniul de audibilitate 16-16000 Hz (nouă octave) sau 20000 Hz, cu sensibilitate mare în intervalul 2000-5000 Hz şi cu percepţii inteligibile pentru vocea umană în intervalul 500-2000 Hz;
presiunea acustică sau intensitatea care din punctul de vedere fiziologic corespunde tăriei sonore;
viteza de propagare a sunetului este funcţie de mediu (330 m/s în aer, 1400 m/s în apă şi 6000 m/s în oţel).
Principalele surse de zgomot la maşini.
Zgomotul îşi are originea în procesele mecanice, magnetice, aerodinamice şi hidrostatice, care apar în timpul funcţionării pentru executarea ciclurilor de lucru. Astfel, cauzele apariţiei zgomotului, generate de procesele menţionate, pot fi grupate în felul următor: interacţiunea prin şoc a două sau mai multe corpuri, frecarea suprafeţelor care interacţionează, turbionările aerodinamice, oscilaţiile forţate ale corpurilor solide, acţiunea forţelor magnetice variabile (mai ales la grupurile de acţionare electrică), vibraţia pieselor în formă de bară sau membrană, pulsaţia presiunii în sistemele de acţionare hidrostatică.
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. Efectele zgomotului pot fi următoarele:
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 15
disfuncţii de comunicare în procesul muncii prin efectul de mascare a cuvintelor (semnalelor sonore de comunicare);
disfuncţii psihosenzoriale (psihologice şi fiziologice) cum ar fi oboseala auditivă, surditatea.
Acțiunea vântului și apariția vibrațiilor
Natura fluctuantă a vitezei vântului, a presiunilor şi a forţelor din vânt pe construcţii poate produce un răspuns rezonant semnificativ la structurile zvelte la care rigiditatea şi amortizarea structurii au valori reduse. Acest răspuns dinamic rezonant se suprapune peste răspunsul nerezonant (de fond) la care sunt supuse toate construcţiile expuse vântului. Răspunsul structural nerezonant este datorat contribuţiei frecvenţelor joase ale fluctuaţiilor vitezei vântului, mai mici decât frecvenţa proprie fundamentală de vibraţie a structurii şi este, de obicei, cel mai important contributor la răspunsul structural total pe direcţia vântului. Contributiile rezonante devin din ce în ce mai semnificative, şi în cele din urmă pot deveni dominante, pe măsură ce structurile sunt mai zvelte/înalte şi frecvenţele proprii de vibraţie şi amortizările acestora devin mai reduse
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 . Acesta a eșuat din cauza aceluiaș tip de comportare a vibrațiilor auto-excitate care are loc în aripile aeronavelor.O fotografie cu podul Tacoma Narrows Figura 1.7.
Figura 1.7. Podul Tacoma Narrows
Vibrațiile la mașini și utilaje
În timpul funcționării mașinilor și utilajelor pot apărea procese vibratorii sub cele mai diverse forme de manifestare. Sub influența solicitărilor la care sunt supuse, structurile și elementele elastice din componența mașinilor acumulează energie potențială de deformație. Acțiunea factorilor perturbatori duce la transformarea acesteia în energie cinetică și invers, favorizând apariția vibrațiilor.
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 16
În majoritatea cazurilor întâlnite în tehnică, vibrațiile sunt nedorite, cu caracter nociv, iar diminuarea acestora condiționeaza buna funcționare a mașinilor. Realizarea de mașini tot mai ușoare, capabile să dezvolte puteri tot mai mari, face ca spectrul frecvențelor excitatoare să se întrepătrundă tot mai mult cu cel al frecvențelor proprii, ca urmare apariția vibrațiilor cu caracter dăunător poate fi tot mai frecventă. Vibrațiile pot influența negativ parametrii tehnico-funcționali ai mașinii, reducându-i acesteia fiabilitatea și condițiile ergonomice. Însoțite în numeroase cazuri și de zgomot, vibrațiile constituie surse permanente de poluare sonoră a mediului ambiant.
Motivele expuse justifică pe deplin necesitatea măsurilor de combatere și reducere a efectelor dăunătoare ale vibrațiilor. Există o gamă variată de asemenea măsuri, care, de regulă, depind de modul și principiile de realizare a vibrațiilor. Oricare ar fi metoda aleasă scopurile urmărite sunt acelea de a reduce vibrațiile surselor producătoare de vibrații, precum și eventuala izolare a acestora. În mod curent, măsurile tehnice de izolare antivibratilă urmăresc realizarea a două deziderate fundamentale:
încadrarea în valorile optime a parametrilor eronimici la postul de lucru al mecanicului operator;
menținerea parametrilor de siguranță în funcționare ai mașinii. Specialiștii clasifică metodele de combatere a vibrațiilor în trei mari categorii:
eliminarea cauzelor generatoare de vibrații chiar la sursa producătoare (echilibrarea maselor în mișcare, reducerea jocurilor din articulații, echilibrarea forțelor, etc.);
izolarea surselor de vibrații sau izolarea subansamblelor ce trebuie protejate de efectul negativ al acestora;
micșorarea răspunsului prin modificarea frecvențelor proprii ale structurilor ( utilizarea absorbitorilor dinamici de vibrații).
Ultimele două metode de reducere sau eliminare a vibrațiilor se pot utiliza aproape în toate cazurile practice, în timp ce metoda prezentă în prima categrie necesită perfecționarea constructivă a mașinilor, uneori chiar și reproiectarea acestora.În situația în care modificările interne din sistemul elastic sunt dificil de efectuat se apelează la celelalte două categorii de metode.
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 17
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. De exemplu paianjenul se folosește de vibrațiile mecanice pentru a
detecta prezența unei muște sau a unei insecte, în plasa realizată special pentru a
procura hrană.
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.Toate sunetele sunt generate de
mișcare. Când de exemplu, bate vântul, acesta face ca frunzele copacilor să se miște.
Frunzele împing moleculele în aer, făcândule astfel să vibreze. Aceste vibrații sunt
numite unde sonore și pot fi percepute de urechea umană. Vibrațiile slabe (frecvențe
joase) sunt auzite ca tonuri adânci(bas), în timp ce vibrațiile rapide (frecvențe înalte)
sunt auzite ca tonuri înalte (ascuțite).
Un domeniu asociat al vibrațiilor mecanice este acustica.
Acustica, știința studiului producerii, propagării și percepției undelor sonore
(sunetelor), precum și a efectelor acestora, este o ramură a fizicii. În folosirea curentă,
termenul “sunet “ se referă nu numai la fenomenul din aer responsabil pentru senzația
de auz dar și la om sau animal. Sunt considerate ca “sunete” si perturbațiile cu
frecvențe joase (infrasunetele) sau cu frecvențe înalte (ultrasunetele) care sunt
recepționate de un organ auditiv uman sau animal; se poate vorbi de sunet subacvatic,
sunet în solide sau sunet în structuri.
Disciplinele cu care este asociată sunt diverse: mecanica solidelor și a fluidelor,
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 86
|
| (4.45)
Dezvoltând determinantul, rezultă:
(4.46)
Înlocuind (4.43) în (4.46), rezultă:
(4.47)
Împărțim (4.47) cu și ordonăm termenii:
[
]
[
]
După simplificări și reduceri de termeni ecuația anterioară capătă forma:
[
]
[
]
(4.48)
Împărțim (4.48) cu (
) pentru a evidenția pulsația vezi (4.36).Rezultă astfel:
(
)
(
)
[(
)
(
)
]
(
)
(4.49)
Notând cu
obținem ecuația bipătrată:
[(
)
(
)
]
(
)
(4.50)
Rezolvând ecuația precedentă se obțin pulsațiile proprii și sub forma:
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 87
[(
)
(
)
] √[(
)
(
)
]
(
)
(4.51)
sau
{
(
)
√[
(
)
]
(
)
} (4.52)
unde:
este pulsația proprie a sistemului oscilant în modurile cuplate de rotație
și de translație orizontală ;
- pulsația proprie a sistemului în mod decuplat de translație verticală.
Cele două valori numerice diferite ale raportului adimensional de pulsație
se
obțin din ecuațiile(4.51) sau (4.52), corespunzător celor două moduri discrete cuplate de
vibrație.
Relația (4.52) mai poate fi scrisă și sub forma:
{
(
)
(
)
√[
(
)
(
) ]
(
)
}
(4.53)
Se constată că raportul dintre pulsația proprie a modului cuplat de vibrație și
pulsația proprie în modul de translație vertical este funcție de trei rapoarte
adimensionale și anume :
Două dintre acestea leagă raza de girație de dimensiunile și , iar al treilea
raport realizează legătura dintre rigiditatea orizontală și cea verticală.
Rădăcinile ecuației (4.53) - ce reprezintă pulsațiile proprii cuplate ale unui solid
rigid rezemat pe suporți elastici - se calculează analitic cu dificultate, astfel că sunt
preferate metode grafice de rezolvare.
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 88
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.
Ca urmare, astfel de mașini vibratoare trebuie concepute în așa fel încât, la un
consum relativ mic de energie, parametrii vibrației obținuți la organul de lucru
(amplitudine, frecvență, etc) să realizeze varianta optimă de funcționare în regim
vibratoriu pentru utilajele respective.
În vederea elaborării modelului dinamic cel mai adecvat care să descrie cât mai fidel
comportarea dinamică a utilajelor analizate, s-a ținut, în primul rând, seama de faptul
că, în domeniul spațial, parametrii de configurație ai sistemului corespund în general
deplasărilor în puncte bine determinate ale structurii.
În urma analizei simultane a modului în care acționarea prin vibrații influențează
procesele de clasare mecanică și de mărunțire au rezultat o serie de similitudini,
inclusiv sub aspectul modelării mașinilor vibratoare utilizate în realizarea celor două
operații menționate. Astfel, 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.
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 89
BIBLIOGRAFIE
1. Anghelache, G. - Cercetări privind protecția omului la zgomote și vibrații în domeniul tehnologiilor mecanizate pentru construcții, Teză de doctorat, Universitatea „Dunărea de jos” din Galați , Brăila, 2009
2. Arghir,M. - Modurile proprii de vibrații ale morii vibratoare în mișcare spațială. Analele Universității din Oradea, Fascicola Mecanic, Oradea, 1999
3. Arghir,M. - Contribuții la studiul dinamic al morilor vibrante ce execută mișcării spațiale destinate operației de măcinare a puberilor metalice.Teză de doctorat.Institutul Politehnic Cluj napoca, 1991
4. Baușic, F., Diaconu, C. Legendi, A.
- Modele utilizate în aprecierea comportării dinamice a mașinilor cu acțiune vibrantă. Comunicare la cel de-al VI-lea Simpozion Național de Utilaje pentru Construcții, București, 1997
5. Baușic,F., Legendi, A. - Considerații privid optimizarea unui ciur orizontal cu funcționare în apropierea rezonanței. Comunicare la cel de-al V-lea Simpozion Național de Utilaje pentru Construcții, București, 1994
6. Bereteu, L., Tocarciuc, A. - Exerciții și probleme de mecanică și vibrații - Ediție electronică - UPT Facultatea de Mecanică - 2010
7. Bratu, P. - Dinamica mașinilor cu acțiune vibranta , Curs master , Editura Impuls, 2010
8. Bratu, P. - Vibrații mecanice.Teorei.Aplicții tehnice.Editura Impuls , București, 1998
9. Bratu, P. - Note de curs la programul de master , Norme privind nivelurile de zgomot și vibrații admise. Universitatea „Politehnica București”, 2003
10. Bratu, P. - Vibrațiile sistemelor elastice, Editura Tehnică, București, 2000
11. Bratu, P. - Sisteme elastice de rezemare pentru mșini și utilaje, Editura Tehnică, București 1990
12. Bratu, P - Acustica interioară pentru construcții și mașini, Editura Impuls, București 2002
13. Bratu,P ,Mihalcea A. - Condiții de stabilire a parametrilor dinamici la mașinile vibratoare care funcționează în apropierea rezonanței. În: Buletinul celei de-a doua Conferințe Naționale de Dinamica mașinilor CDM 97 , Brașov, 30-31 mai 1997.
14. Bratu,P - Vibrații mecanice. Sisteme modelate liniar - Universitatea “Dunărea de Jos” -Galați 1994
15. Bratu, P - Izolarea și amortizarea vibrațiilor la uilaje de
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 90
construcții, Editura INCERC, București, 1982 16. Buzdugan,Gh.,Mihăilscu E.,
Radeș M. - Măsurarea vibrațiilor , Editura Academiei - 1979
17. Buzdugan,Gh,Fetecu L., Radeș M.
-Vibrații mecanice. Editura Didactică și Pedagogică, București, 1979
18. Buzdugan,Gh. - Izolarea antivibratorie a mașinilor - Editura Academiei - București -1968
19. Constantinescu, A., Pavel, C. - Vibrații mecanice - Editura Matrix Rom 2009 20. Darabont A., ș.a. - Combaterea poluării sonore și a vibrațiilor -
Editura Tehnică - București - 1975 21. Darabont, A., Iorga, I.
Ciodaru, M. - Măsurarea zgomotului și vibrațiilor în tehnică, Editura Tehnică, București, 1983
22. Darabont, A., Iorga, I.,s.a. - Șocuri și vibrații. Aplicații în tehnică, Editura Tehnică, București, 1988
23. Diaconu, Cr - Cercetări privind introducerea în producție a geeratoarelor hidraulice de vibrații la mașinile de construcții. Teză de doctorat,ICB ,1987
24. Fleșeriu, E. - Mașini de construcții. Vol II, EDP , bucurești 1965
25. Gillich R. G. - Dinamica maşinilor, Modelarea sistemelor tehnice - Editura Agir- Bucureşti, 2003
26. Lupea, I. - Roboții și Vibrații - Editura Dacia - 1996 27. Mihăilescu, Șt., Bratu, P. ș,a. - Mașini de construcții. Vol. I, Editura Tehnică,
București, 1984 28. Mihăilescu, Șt., Bratu, P. ș,a. - Mașini de construcții. Vol. II, Editura Tehnică,
București, 1985 29. Mihăilescu, Șt., Bratu, P. ș,a. - Mașini de construcții. Vol. III, Editura Tehnică,
București, 1986 30. Mihăilescu, Șt. - Mașini de construcții si pentru prelucarea
agregatelor. EDP, București 1983
31. Pavel, Cr. - Cercetări privind comportarea dinamică a sistemului generator de vibrații - mașină de construcții. Teză de doctorat. Universitatea Tehnica de Construcții București , 1999
32. Pavel, Cr. - Dinamica morilor vibratoare utilizate în industria materialelor de construcții. - Conspress, București, 2000
33. Peicu, R.A. - Mașini din industria materialelor de construcții - EDP București - 1966
34. Peicu, R.A, - Utilaje și procese tehnologice din industria prefabricatelor. ICB, 1966
35. Peicu, R.A., Șoimușan, V. Bezdedeanu, G.
- Ciururi. Date pentru proiectare și atlas de desene. I.C.B., 1981
36. Poterașu, V., Secu. Al,. Popescu, D., Neagu, G.
- Modele de optimizare și identificare a sistemelor vibrante. Editura “Glasul Bucovinei”, Iași , 1995
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate
Facultatea de Utilaj Tehnologic - UTCB 91
37. Radeș, M. - Vibrații mecanice - Editura Printech - 2008
38. Radeș, M. - Metode dinamice pentru identificarea sistemelor dinamice. Editura Academiei, București , 1979
39. Silaș,Gh.,Brîndeu,L. - Sisteme vibropercutante. Editura Tehnică, București, 1986
40. Stanciu, C. - Dinamica mașinilor. Probleme speciale. Institutul de Construcții, București, 1974
41. Stănescu. V - Tehnica farmaceutică, Editura Medicală - București - 1983
42. Tache G.O., - Note de curs , Fizioterapia-prezentare si aplicatii in patologia medicinii dentare - Universitatea de Medicina si Farmacie “Carol Davila” - București 2005
43. Tomaș, A. - Influența regimului dinamic vibratoriu asupra calității procesului de compactare a betonului proaspăt. Teză de doctorat, Galați, 1998
ing. Marius Vlad Lucrare de disertație
Masterat: Cercetarea, proiectarea și experimentarea sistemelor mecanice avansate