Ćwiczenie 5. Ocena drgań na SP w urządzeniach transportowych.

Opracował dr inż. Józef Czajka

Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z podstawowymi sposobami oceny drgań na stanowisku pracy w transporcie. Do zajęć należy przygotować materiał zawarty w ćwiczeniu 2 skryptu [1].

5.1. Przed ćwiczeniami należy zapoznać się z następującymi zagadnieniami:

1. Podstawowe pojęcia oceny drgań na stanowisku pracy

- Wpływ drgań na organizm ludzki wg rozdz. 2.2 skryptu [1];

- Sposoby oceny narażenia na drgania ogólne wg rozdz. 2.3 skryptu [1];

- Pomiar i analiza drgań wg rozdz. 2.4 skryptu [1];

- Budowa i zastosowanie filtrów korekcyjnych wg rozdz. 2.5.1 skryptu [1];

2. Metody oceny narażenia na drgania wg rozdz. 2.5 skryptu PW [1];

• Dozymetryczna ocena drgań ogólnych wg rozdziału 2.5.1 i 2.7 skryptu PW [1]

• Ocena drgań ogólnych ważonych częstotliwościowo wg rozdz. 2.5.2 i 2.7 skryptu [1];

• Ocena widma drgań ogólnych wg rozdz. 2.5.3 i 2.7 skryptu [1];

1. Ocena przyspieszeń bezwzględnych korygowanych częstotliwościowo

(ważonych), dla stacjonarnego odcinka czasowego

Ocenę drgań ogólnych wykonuje się trzema metodami wymienionymi w rozdz. 5.1.

Praktycznie do oceny drgań najczęściej stosuje się metodę oceny przyspieszeń ważonych częstotliwościowo. Pomiary przyspieszeń bezwzględnych korygowanych częstotliwościowo (ważonych) wykonuje się w celu oceny narażenia człowieka na drgania na stanowisku pracy. Pomiary wykonuje się dla stacjonarnego odcinka czasowego, w warunkach normalnej pracy badanego obiektu (pojazdu). Układ pomiarowy przedstawiony jest na rys. 5.1. Wzmacniacz pomiarowy musi być wyposażony w filtr korekcyjny realizujący ważenie częstotliwościowe.

Rys. 5.1. Układ aktywny do pomiaru przyspieszeń ważonych częstotliwościowo

Czujnik pomiarowy należy zamocować na stanowisku do wymuszania drgań, przedstawionym na rysunku 5.2A lub 5.2.B. Stanowisko to umożliwia wymuszanie drgań o określonej amplitudzie i o zadanej częstotliwości.

Rys. 5.2A. Schemat stanowiska do wymuszania drgań czujnika pomiarowego

za pomocą wstrząsarki

Rys. 5.2B. Schemat stanowiska do wymuszania drgań czujnika pomiarowego

za pomocą układu ze sprężyną płaską

Tok wykonania ćwiczenia.

- Połącz układ wg rysunku 5.1

• Zamocuj czujnik PD3 wg rysunku 5.2A lub 5.2B;

• Wykonaj pomiar próbny przyspieszeń ważonych;

• Wymuszaj zadaną amplitudę drgań czujnika;

• Dobierz zakres pomiarowy M_P tak aby sygnał nie był przesterowany;

• Wykonaj pomiary drgań wg zaleceń prowadzącego ćwiczenie;

• Odczytaj i zapisz wartości pomierzonych przyspieszeń w tablicy 5.1;

• Uśrednij wyniki wg zaleceń prowadzącego; wyniki zestaw w tablicy 5.1.

• Wykonaj analizę i ocenę wartości mierzonych przyspieszeń;

• Wyniki oceny zestaw w sprawozdaniu;

5.3. Pomiary przyspieszeń bezwzględnych dla oceny drgań ogólnych

Do oceny drgań ogólnych, metodą widmową, stosuje się czujniki sejsmiczne parametryczne, które mierzą przyspieszenia bezwzględne w zakresie częstotliwości od 0Hz do częstotliwości górnej czujnika, która wynosi od 150Hz do 600Hz.

Pomiary przyspieszeń bezwzględnych wykonuje się w celu oceny narażenia człowieka na drgania na stanowisku pracy. Pomiary wykonuje się dla stacjonarnego odcinka czasowego, w warunkach normalnej pracy badanego obiektu (pojazdu). Układ pomiarowy przedstawiony jest na rys. 5.2. Wzmacniacz pomiarowy nie posiada filtra korekcyjnego. Mierzone sygnały należy rejestrować na rejestratorze magnetycznym, oraz wykonać analizę częstotliwościową jedną z niżej podanych metod analizy.

Rys.5.3. Układ parametryczny do pomiaru przyspieszeń bezwzględnych

Tok wykonania pomiarów przyspieszeń do oceny widmowej

- Połącz układ wg rysunku 5.3;

• Wykonaj kalibrację układu pomiarowego na ± 1g

Zapisz: M._K = .... ; U_K = ... [V] ; X''_K = 1g = 9,81 m/s2

• Zamocuj czujnik BWH 201 na stanowisku wymuszającym wg rysunku 5.2A lub 5.2B;

• Wymuszaj zadaną amplitudę drgań czujnika; wykonuj i zapisuj wyniki pomiaru;

• Dobierz zakres pomiarowy M_P tak aby sygnał wyjściowy wynosił 2/3 skali zakresu;

• Zapisz M._P = ... ;

• Zapisz U_WY = ... [V] , odczytane z woltomierza wyjściowego, dla impulsów od 3 do 20;

• Uśrednij wyniki wg zaleceń prowadzącego; wyniki zestaw w tablicy 5.2.

• Oblicz rzeczywiste wartości mierzonych przyspieszeń wg wzoru 5.1;

• Wyniki pomiarów zestaw w tablicy 5.2.

Znajdowanie wartości rzeczywistej mierzonej wielkości fizycznej

Wartości rzeczywiste mierzonych przyspieszeń, dla czujników parametrycznych kalibrowanych na 1 g , znajduje się z następującej zależności :

(5.1)

gdzie:

X''_K - amplituda kalibracji - wartość rzeczywista mierzonej wielkości odczytana z

charakterystyki statycznej czujnika dla odstrojenia kalibracji ε_k = 1%o;

Dla akcelerometrów parametrycznych X'' = 1 g. = 9,81 m/s.

M_P. - mnożnik pomiaru - zakres wzmacniacza pomiarowego w czasie pomiaru;

M_{K -} mnożnik kalibracji - zakres wzmacniacza pomiarowego w czasie kalibracji;

U _{P -} napięcie wyjściowe wzmacniacza pomiarowego w czasie pomiaru, w [V];

U _K - napięcie wyjściowe wzmacniacza pomiarowego w czasie kalibracji, w [V].

Tablica 5.2. Zestawienie wartości bezwzględnych przyspieszeń skutecznych RMS

Miejsce pomiaru drgań................................................................................................

Układ pomiarowy złożony z następujących zespołów:

Czujnik pomiarowy typ ................ Wzmacniacz pom. typ ................ Rejestrator typ ............

Parametry kalibracji: M._K = ............ U_K = ................. X''_K = 1g = 9,81 m/s²

Data wykonania pomiarów ............ Wykonujący pomiary ...................................................

Nr pom	Zakres pomiarowy MP -	Zmierzone napięcie wyjściowe UWY [V]	Skala Pomiaru 1V=.....m/s^2	Wartość rzeczywista przyspieszeń X''R [m/s^2]	Częstotliwość mierzonych drgań f[Hz]	UWAGI
1
2
3
4
5
Wartość średnia zmierzona

2. Analiza widmowa mierzonych i rejestrowanych sygnałów analogowych

Sygnały analogowe zapisane w czasie pomiarów na taśmie rejestratora magnetycznego są odtwarzane i w czasie wykonywania analizy widmowej są podawane na układy analizujące. Analiza widmowa zarejestrowanych sygnałów jest wykonywana trzema sposobami:

1. Analiza częstotliwościowa filtracyjna

• Sygnał analogowy z rejestratora jest podawany kolejno na tercjowe filtry środkowo-przepustowe i zapisywane są uśrednione sygnały wyjściowe z poszczególnych filtrów. W czasie analizy należy odtwarzać sygnał pomiarowy tylokrotnie ile analizuje się pasm częstotliwości. Układ analizy filtracyjnej jest przedstawiony na rysunku 5.4.

Rys. 5.4. Układ do analizy filtracyjnej sygnałów analogowych

Układ RMS uśrednia sygnały wyjściowe z kolejnych filtrów środkowo-przepustowych

Układ RMS realizuje zależność

2. Analiza częstotliwościowa analizatorem równoległym

• Sygnał analogowy z rejestratora jest podawany na analizator analogowy złożony z równoległych tercjowych filtrów środkowo-przepustowych i na wyjściu otrzymuje się widmo słupkowe realizujące uśrednione sygnały wyjściowe z poszczególnych filtrów. W czasie analizy sygnał pomiarowy odtwarza się jednokrotnie. Układ analizy z analizatorem równoległym jest przedstawiony na rysunku 5.5.

Rys. 5.5. Układ do analizy sygnałów analogowych na analizatorze

3. Komputerowa analiza częstotliwościowa sygnałów analogowych

• Sygnał analogowy z rejestratora jest podawany na przetwornik analogowo-cyfrowy (PAC) i po przetworzeniu sygnał cyfrowy jest zapisywany do pamięci komputera.

Analiza widmowa odbywa się w komputerze po wprowadzeniu programu realizującego procedurę Szybkiej Transformaty Fouriera (FFT), na wyjściu otrzymuje się widmo mierzonych przyspieszeń i zapisuje się je na drukarce. Układ do komputerowej analizy analogowych sygnałów pomiarowych jest przedstawiony na rysunku 5.6.

Rys. 5.6. Komputerowy system do analizy sygnałów analogowych

5.5. Pomiar siły czujnikiem tensometrycznym CZAF

Do pomiaru siły przestawiania rozjazdu kolejowego stosuje się czujnik tensometryczny (dynamometryczny) CZAF, który mierzy siłę poprzez zginanie sworznia pomiarowego. Schemat blokowy układu do pomiaru siły czujnikiem CZAF pokazuje rysunek 5.7. Schemat układu do skalowania tego czujnika pokazano na rys. 5.8.

Tok wykonania pomiaru czujnikiem siły CZAF

- Połącz układ wg rysunku 5.7;

• Przyjmij skalę pomiaru siły 100 kGm = 1V;

• Obciążaj czujnik CZAF siłą zginającą wywołaną ręcznie;

• Dobierz zakres pomiarowy M_P tak aby sygnał wyjściowy wynosił 2/3 skali zakresu;

• Zapisz M._P = ... ;

• Zapisz U_WY = ... [V] ;

• Wykonaj trzy pomiary siły;

• Uśrednij wyniki wg zaleceń prowadzącego; wyniki zestaw w tablicy 5.3;

• Oblicz rzeczywiste wartości mierzonych siły ze skali pomiaru;

• Wyniki pomiarów zestaw w tablicy 5.3.

W sprawozdaniu należy zamieścić:

- Opracowanie zagadnień wymienionych w punkcie 5.1;

- Omówić wyniki pomiarów wykonanych wg p. 5.2; 5.3, 5.4, 5.5;

- Omówić wyniki analizy i oceny widma drgań wg p. 5.5;

- Analiza widm częstotliwościowych drgań pomierzonych w pojeździe na zadanych danych;

- Ocena ergonomiczna drgań w badanym pojeździe wg zadanych danych.

Rys. 5.7. Układ do pomiaru siły czujnikiem tensometrycznym CZAF

Rys. 5.8. Schemat układu do skalowania czujnika siły CZAF

Literatura

1. Czajka J, H. Ergonomia. Materiały do ćwiczeń. Oficyna Politechniki Warszawskiej.

Warszawa 1999.

2. Czajka J, H. Pomiary drgań i hałasu na stanowiskach pracy w transporcie.

Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa 2000.

3. Norma PN-84/E-02033

4. Instrukcja obsługi wibrometru WH-30

5. Instrukcja obsługi wzmacniacza mostkowego TT-6C

6. Instrukcja obsługi czujnika pomiarowego CZAF

8

---