KSaSS Laboratórne meranie Meranie vlastností pružných hriadeľových spojok

Transkript

1 Strojnícka fakulta Technickej univerzity v Košiciach Katedra konštrukčného, automobilového a dopravného inžinierstva KSaSS Laboratórne meranie Meranie vlastností pružných hriadeľových spojok Priezvisko Meno Ročník Odbor Skupina Ak. rok 2015 / 2016

2 1. NÁZOV ZADANIA Stanovenie optimálnej hodnoty tlaku vzduchu v kompresnom priestore pneumatickej spojky typu 4-1/70-T-C pre zadaný pracovný režim mechanickej sústavy pohonu piestového kompresora vzhľadom na veľkosť torzného kmitania v danej mechanickej sústave. 2. ZADANÉ PARAMETRE Meraná spojka: 4-1/70-T-C. Označenie spojky znamená, že ide o pneumatickú spojku, ktorej kompresný priestor je tvorený 4 pneumatickými pružnými elementmi (PPE), ktoré sú tangenciálne a rovnomerne rozmiestnené po obvode spojky a sú vzájomne úplne poprepájané. Pneumatické pružné elementy sú 1 vlnovcové a majú vonkajší priemer 70 mm. Hodnota pretlaku v kompresnom priestore pneumatickej spojky sa môže pohybovať v tomto prípade v rozmedzí p ps = 200 kpa (minimálny pretlak pre zabezpečenie požadovanej prenosovej schopnosti danej spojky v danej mechanickej sústave) až 800 kpa (maximálny pretlak v PPE predpísaný výrobcom PPE). Vzorkovacia frekvencia merania signálu krútiaceho momentu: 1200 Hz. Pracovný režim mechanickej sústavy je charakterizovaný konštantnou hodnotou pretlaku v tlakovej nádobe a konštantnými otáčkami mechanickej sústavy, pričom kompresor pracuje bez poruchy. Konštantná hodnota pretlaku v tlakovej nádobe: p pn = 500 kpa. Zadané konštantné pracovné otáčky mechanickej sústavy: n p =...min POPIS A SCHÉMA MERANEJ MECHANICKEJ SÚSTAVY Na nasledujúcom obr.1 je znázornená schéma zariadenia, na ktorom sa realizuje dané meranie. Mechanická sústava pozostáva z 3-fázového asynchrónneho elektromotora (1) typu Siemens 1LE10011DB234AF4-Z (11 kw, 1470 min -1 ), ktorého otáčky je možné plynule meniť pomocou frek- Obr. 1. Schéma meranej torzne kmitajúcej mechanickej sústavy

3 venčného meniča (FM). Elektromotor poháňa 3-valcový kompresor (2) typu ORLIK 3JSK-75 cez prevodovku (3) s prevodovým pomerom 1:1 a pneumatickú spojku typu 4-1/70-T-C (4). Stlačený vzduch z kompresora prúdi do tlakovej nádoby (6) s objemom 300 l. Škrtiacim ventilom (7) je možné vypúšťať stlačený vzduch z tlakovej nádoby tak, aby sa v nej udržiaval konštantný pretlak, ktorého hodnotu je možné odčítať na manometri (8). Pomocou rotačného prívodu (5) sa realizuje plnenie kompresného priestoru rotujúcej pneumatickej spojky stlačeným vzduchom. Pre snímanie priebehu krútiaceho momentu v čase je použitý snímač krútiaceho momentu (9) typ 7934, výrobca MOM Kalibergyár s meracím rozsahom 0 až 500 N.m. Signál zo snímača je zosilnený a spracovaný univerzálnou 8-kanálovou meracou aparatúrou MX840 od výrobcu HBM a dáta sú následne posielané do PC. Kombinovaná chyba merania snímača krútiaceho momentu (zahrňujúca nelinearitu, hysteréziu a reprodukovateľnosť) je 0,1% z jeho meracieho rozsahu, t.j. 0,5 N.m. 4. TEORETICKÝ ÚVOD Hodnota tlaku vzduchu v kompresnom priestore pneumatickej spojky priamo vplýva na hodnotu jej torznej tuhosti. Hodnota dynamickej torznej tuhosti k pružnej spojky má priamy vplyv na vlastnú frekvenciu (frekvencie) kmitania torzne kmitajúcej sústavy, v ktorej je daná spojka aplikovaná. Vhodnou zmenou tlaku vzduchu v kompresnom priestore pneumatickej spojky preto dokážeme meniť vhodne prispôsobovať dynamiku sústavy vzhľadom na existujúce zdroje budenia torzného kmitania. V našej sústave je budičom torzného kmitania práve piestový kompresor. Obr. 2. Princíp ladenia mechanických sústav Rezonancie od jednotlivých harmonických zložiek budenia (obr.2) je možné vhodnou hodnotou torznej tuhosti k (k 2 < k 1 < k 3 ) vysunúť vzhľadom na rozsah pracovných otáčok (RPO) sústavy (alebo vzhľadom na konštantné pracovné otáčky mechanickej sústavy n p ) a znížiť tak veľkosť dynamickej zložky prenášaného záťažového krútiaceho momentu M D. Teda hovoríme, že dokážeme vyladiť mechanickú sústavu z hľadiska veľkosti torzného kmitania. Pneumatické spojky umožňujú vyladiť mechanickú sústavu aj počas jej chodu stále po zmene jej pracovného režimu, vtedy hovoríme o plynulom ladení mechanickej sústavy za jej chodu. Nadmerné torzné kmitanie v mechanických sústavách spôsobuje rôzne vážne poruchy, napríklad lomy hriadeľov, zubov ozubených kolies, otláčanie pier, poruchy pružných spojok a iné, preto sa snažíme o jeho znižovanie. 5. POPIS MERANIA V prípade nášho merania bude dynamická zložka záťažového krútiaceho momentu M D charakterizovaná jej efektívnou hodnotou (RMS) podľa vzťahov: RMS M M Di M 1. N D M Di N i1 i 1. N N i1 ( ) 2, a (1) M i, kde (2)

4 N M i je počet vzoriek, je i-tá vzorka signálu prenášaného záťažového krútiaceho momentu. Pri výpočte RMS M D podľa vzťahov 1 a 2 bola použitá metóda plávajúceho priemeru. Cieľom merania bude namerať 3 závislosti RMS M D na otáčkach mechanickej sústavy, t.j. takzvané rezonančné krivky mechanickej sústavy pri hodnotách pretlaku v kompresnom priestore spojky p ps = 200 kpa, p ps = 500 kpa, a p ps = 800 kpa. Otáčky mechanickej sústavy sa budú meniť v rozsahu n = min -1, s odstupňovaním po 50 min -1. Namerané rezonancie sú v našom prípade od hlavnej harmonickej zložky (HZ) budenia, ktorej budiaca frekvencia sa zhoduje v meranom rozsahu otáčok s 1.vlastnou frekvenciou danej mechanickej sústavy. Ak kompresor pracuje bez poruchy, to znamená, že jeho valce pracujú rovnomerne, pre 3- valcový kompresor je hlavnou HZ 3. HZ, ktorej budiaca frekvencia je rovná trojnásobku otáčkovej frekvencie). Otáčky mechanickej sústavy, pri ktorých dochádza k zhode vlastnej a budiacej frekvencie (vrchol rezonančnej krivky) sa nazývajú kritické otáčky. 6. ÚLOHY PRE VYPRACOVANIE ZADANIA 1. Namerané hodnoty RMS M D zapíšte do nasledovných tabuliek: 2. Z nameraných hodnôt zostrojte grafy priebehov rezonančných kriviek (závislostí RMS M D na otáčkach n) v MS Exceli alebo na milimetrový papier. 3. Do grafu vyznačte vám zadané konštantné pracovné otáčky mechanickej sústavy n p a v mieste týchto otáčok nakreslite zvislú čiaru. 4. Vypracujte záver, v ktorom je potrebné: zvoliť hodnotu pretlaku vzduchu v pneumatickej spojke p ps, pri ktorej je najmenšia hodnota RMS M D, pre váš konkrétny pracovný režim mechanickej sústavy. následne uviesť, či mechanická sústava pri vašom pracovnom režime pracuje v podrezonančnej alebo nadrezonančnej oblasti, charakterizovať všetky funkcie pružných hriadeľových spojok v mechanických sústavách, vlastnými slovami charakterizovať výhody pneumatických pružných spojok oproti v praxi bežne používaným pružným spojkám.

5 7. VYPRACOVANIE 8. ZÁVER