Engineering calculations of elements of the power transmission systems made of high-strength carbon-epoxy and carbon-aramid composites are very difficult due to the lack of reliable data concerning non-linear features of these materials. This paper presents a proposal of building and identifying a dynamic model of bi-supported drive shaft. A properly identified mathematical model allowed predicting dynamic behaviours at various velocities of start-up and braking.
PL
Inżynierskie obliczenia elementów układów przeniesienia mocy wykonanych z wysokowytrzymałych kompozytów węglowych i węglowo-aramidowych napotykają na znaczne trudności z powodu wiarygodnych danych dotyczących nieliniowych cech materiałowych. W pracy przedstawiono propozycję budowy i identyfikacji modelu dynamicznego dwupodporowego wału maszynowego. Dobrze zidentyfikowany model matematyczny pozwolił na predykcję zachowań dynamicznych przy różnych prędkościach rozruchu (hamowania).
The wearing degradation of the structure is accompanied by the increase of non-linear disturbances of the observed dynamic processes. The first of the mentioned effect can become the basis of the technical diagnostics as well as of the prognosis of the machine state change during its maintenance, if only it is possible to describe and measure such effect. In the further part of this study, it is shown that modern methods of signal analysis allow one to achieve such aims. The example of a gearbox diagnosis is considered.
PL
Zużyciu eksploatacyjnemu maszyny towarzyszy zwykle nieliniowe zaburzenie obserwowanych procesów dynamicznych. To zjawisko może stanowić podstawę diagnostyki technicznej oraz prognozy pozwalającej na przewidywanie stanu maszyny w trakcie eksploatacji, jeżeli tylko potrafimy taki efekt zmierzyć i opisać. W artykule pokazano, że nowoczesne metody analizy sygnałów pozwalają na rozwiązanie tego zadania. Rozpatrzono przykład diagnostyki przekładni zębatej.
Toothed gears constitute the necessary elements of power transmission systems. They are applied as stationary devices in drive systems of road vehicles, ships and crafts as well as airplanes and helicopters. One of the problems related to the toothed gears usage is the determination of their technical state or its evolutions. Assuming that the gear slippage velocity is attributed to vibrations and noises generated by cooperating toothed wheels, the application of a simple cooperation model of rolled wheels of skew teeth is proposed for the analysis of the mesh evolution influence on the gear dynamics. In addition, an example of utilising an ordinary coherence function for investigating evolutionary mesh changes related to the effects impossible to be described by means of the simple kinematic model is presented.
The leading thought of the present text is that the internal combustion engine noise – regardless of all possible inconveniences – is a good information carrier that allows for the explicit diagnostics of such subtle defect as the valve face decrement which is so small that it is in practice ‘unnoticeable’ by the standard diagnostic-controlling system of a passenger car. However, such defect at its further propagation can be much more dangerous. Thus, diagnosing its initial state is worth trying. This study is a continuation of investigations where efforts were undertaken to perform the efficient diagnostics on the bases of observations and analyses of mechanical vibrations of the engine head.
The article presents a consideration of the influence of a damper of torsional vibrations (TVD) on transverse dynamics of the crankshaft. Dampers of this type work based on the dynamic eliminator of vibrations. The systems of this type in modern combustion engines are more often used to reduce torsional vibrations. It is strictly connected with the increase of fatigue life of the crankshaft in case when its amplitude of vibrations has a crucial meaning. Computation models used to choose a damper assume that transverse and torsional vibrations occurring in a crank system are not coupled. Modern trends in machine design make the new devices lighter and less rigid. Therefore, the couplings between small vibrations may be more important. Therefore, the effects observed in angular vibrations can be transmitted to transverse vibrations. In this context, the impact of dampers TVD on transverse dynamics is particularly interesting. In the introduction, the article discusses the basic types of torsional vibration dampers and the method of selection of this type of systems. The next part of the article presents the model of a combustion engine with a dynamic eliminator of vibrations, which includes bending-torsional vibrations occurring in the system. For this purpose, the linear relation of the vector of generalized co-ordinates and generalized forces in the system was assumed. The next part shows numerical simulations, which were carried out in the paper. The paper presents obtained results with their further analysis in frequency domain. The whole paper is summarized with synthetic conclusions on the simulations, the impact of applied eliminator on the dynamics of the entire crank system, in particular transverse vibrations. In addition, there was indicated a possibility of using presented results in research and diagnostics used in automotive industry of torsional vibration dampers.
Simultaneous propagation of vibrations and noise has an important role in the task of minimizing vibroacoustic hazards on the station of operator of the construction machinery. In many cases vibrations transferred by the construction are processed to noise in different points of the machine. As a result, they may increase the level of noise at the workplace. The paper presents the proposition of a simple estimation of noise and vibration propagation paths of the machine. On the basis of the analysis of hydraulic excavator an effectiveness of a proposed procedure was shown. This procedure helps to minimize the transfer of vibrations of power unit in selected frequency ranges which led to the change of overall noise level in operator’s cab about 5 dB.
The article is a continuation of the authors’ elaboration (Dąbrowski, Dziurdź, 2016). The aim of this continuation is to prove that a proposed way of modelling and using the coherent analysis to filter nonlinear disturbances is a useful technique in vibroacoustic diagnostics. The thesis was proved by solving the task of diagnosing the damage of the gear of the car gearbox on the basis of the measurement of mechanical vibrations and the noise in the engine chamber.
W układach napędowych maszyn często można spotkać sprzęgła cierne wielopłytkowe. Wśród wielu stosowanych układów włączających sprzęgieł np. elektrycznych, hydraulicznych lub pneumatycznych powszechnie stosuje się elementy mechanicznie, wykorzystujące do realizacji siły nacisku elementy sprężyste w postaci dźwigienek (sprężyn płaskich). Ich kształt ma m.in. wpływ na wypadkową wartość sztywności dźwigienki. Specyficzny charakter współpracy z nasuwą włączającą, wynikający z kształtu części roboczej nasuwy, ma wpływ na odkształcania i naprężenia zależne od przemieszczenia nasuwy. Prezentowany tekst zawiera analizę zmian sił w układzie oraz odkształceń (ugięć) i naprężeń w dźwigienkach w funkcji przemieszczenia nasuwy.
W artykule przedstawiono propozycję wykorzystania odpowiedzi nieliniowej badanych układów mechanicznych, widocznej w zarejestrowanych sygnałach przyspieszeń drgań, do diagnostyki elementów układu przeniesienia napędu pojazdów. Poruszono problem wpływu niestacjonarnej pracy takiego układu na wyniki analizy Zaproponowano wykorzystanie funkcji koherencji zwyczajnej do zwiększenia dokładności analizy w dziedzinie częstotliwości. Pozwoliło to na zwiększenie dokładności wyznaczania wartości częstotliwości i amplitudy istotnych diagnostycznie składowych widmowych. Takie postępowanie umożliwia łatwiejszą identyfikację modeli diagnostycznych i pozwala na większą skuteczność diagnozy.
EN
The paper proposes the use of non-linear response of mechanical system, visible in the recorded signals of vibration acceleration, to diagnose the driveline components of vehicles. The article discusses the problem of the effect of non-steady operation of such a system on the results of the analysis. This made it possible to increase the accuracy of determining the frequency and amplitude of the diagnostically relevant spectral components. This enables easier Identification of diagnostic models and allows for more effective diagnosis.
W artykule zaproponowano wykorzystanie informacji zawartej w sygnałach drgań poprzecznych silnika spalinowego do określenia stanu technicznego tłumika drgań skrętnych wału korbowego. Przyjmując tezę zakładającą istnienie sprzężenia drgań giętych i skrętnych wału, w sygnałach drgań poprzecznych powinny pojawić się symptomy związane ze zmianami zachodzącymi w drganiach skrętnych. W celu udowodnienia tej tezy przeprowadzono czynny eksperyment badawczy na hamowni podwoziowej. Wykonano pomiary w trakcie rozpędzania silnika samochodu od prędkości obrotowej biegu jałowego do prędkości maksymalnej. Przedstawiono przykładowe wyniki pomiarów drgań skrętnych wału korbowego i drgań poprzecznych korpusu silnika. Analizując zmiany wartości amplitud kilku pierwszych składowych harmonicznych częstotliwości obrotowej zarejestrowanych sygnałów drgań skrętnych i poprzecznych zauważono analogię odpowiedzi dynamicznej 3 harmonicznej drgań skrętnych z 4 harmoniczną drgań poprzecznych. Dodatkowym potwierdzeniem tezy są wyniki badań z zablokowanym tłumikiem drgań skrętnych.
EN
The article proposes the use of information contained in signals of transverse vibration of internal combustion engine to determine the condition of torsional vibration damper mounted on crankshaft. Accepting the argument assuming the existence of feedback between bending vibrations and torsional vibrations of the shaft, in the transverse vibration signals should appear symptoms associated with changes in the torsional vibrations. In order to prove this thesis active research experiment was conducted on a chassis dynamometer. Measurements were made during the acceleration of the car's engine from idle speed to maximum speed. Exemplary results of measurements of the crankshaft torsional vibration and the transverse vibration of the engine body are presented. Analyzing changes in the amplitudes of the first few harmonics of rotational frequency of the recorded signals of torsional vibrations and transverse vibrations, the analogy has been noted in the dynamic response of 3rd harmonic torsional vibrations and 4th harmonic transverse vibrations. An additional confirmation of the thesis is a study of locked torsional vibration damper.
In spite of the fact that standardizing operations and increased awareness of hazards led to a significant improvement of vibroacoustic climate of operator’s stands of new machines, their long-term operation - often under difficult conditions - leads to a fast degradation of acoustic qualities of machines. Temporary operations performed during surveys and periodical overhauls are rarely effective, due to the lack of any guidelines. In this situation the authors propose the algorithm for selection of eventual screens or sound absorbing and sound insulating partitions, utilizing the measuring procedure aimed at identification, at the operator’s stand, of main noise components originated from various sources. On the basis of this procedure, the vibroacoustic energy propagation paths in the machine was estimated.
W artykule przedstawiono metodę analizy przyspieszeń drgań zarejestrowanych na obudowie wytwornicy spalin silnika turbinowego LM 2500 w różnych stanach pracy (ustalonych i nieustalonych). Jedną z zalet metody jest wykorzystanie informacji o rzeczywistej prędkości obrotowej wału wytwornicy spalin z sygnału czujnika obrotów wykorzystywanego przez układ sterowania silnikiem. Poprawność działania algorytmów przetwarzania zarejestrowanych sygnałów, opartych na przedstawionej metodzie, sprawdzono podczas badań na obiektach rzeczywistych. Zaproponowana metoda może być wykorzystana w systemach monitorowania pracy oraz diagnozowania stanu technicznego silnika.
EN
The paper presents a method used to analyze of vibration acceleration recorded on gas- -turbine housing of LM 2500 in different operation conditions (stationary and transient states). One of the advantages of this method is that it can use the information related to the true rotational speed of the turbine shaft. The correctness of the process algorithms was verified during a test done on a real object. The method proposed could be used in systems monitoring performance and technical condition of an engine.
W artykule przedstawiono metody analizy procesów związanych rozbiegiem i wybiegiem okrętowych turbinowych silników spalinowych typu LM 2500. Zaproponowano sposób wykorzystania danych zarejestrowanych z czujników drgań umieszczonych w płaszczyznach podpór sprężarki wytwornicy spalin z równoczesną rejestracją sygnału z czujnika obrotów wału wytwornicy systemu monitoringu.
EN
Analysing methods of processes connected with take-off run and rundown of marine turbine combustion engines type LM 2500 were presented in the paper. Methods of use of registered data obtained from vibration pickups localized at plane of compressor's bearing of combustion generator with simultaneously signal registration from rotary shaft position sensor of monitoring system generator.
The following text presents possibilities of the analysis of nonlinear effects in research of high-durability of carbon fibre composites, on the example of the sailing ship mast. The special attention was returned on the possibility using of modern techniques of measurement deformations with optical fibre sensor with the change of the light wavelength - Fibre Bragg Grating. Analyse the diagnostic problem of condition in consequence dynamics analysis of composite structure.
PL
Tekst przedstawia możliwości analizy zjawisk nieliniowych w badaniach dynamiki wysokowytrzymałych struktur z kompozytów węglowych, na przykładzie masztu jachtu żaglowego. Szczególną uwagę zwrócono na możliwość wykorzystania nowoczesnych technik pomiarów odkształceń z czujnikami światłowodowymi ze zmianą długości fali świetlnej - siatki Bragga. Przeanalizowano problem diagnozowania stanu na podstawie analizy dynamiki konstrukcji kompozytowych.
Przedstawiono propozycję postępowania w zadaniu identyfikacji modeli dla celów diagnostyki technicznej. Zwrócono uwagę na uzależnienie stopnia skomplikowania modelu od tego, jakiemu celowi ma on służyć. Wywody - poparte prostymi przykładami analizy pracy łożyska kulkowego - podsumowuje stwierdzenie, że budowa hierarchiczna modeli, od tych prostych do tych bardziej skomplikowanych, umożliwia prostą identyfikację podstawowych parametrów oraz weryfikację wyników działania modeli o różnym stopniu skomplikowania (większe prawdopodobieństwo uniknięcia grubych błędów).
EN
There were presented proposal of procedure in task of models identification for the technical diagnostic. The attention was given on dependence of complication level of the model depending on its appropriation and possibilities of identification. Arguments - supported by simple examples of analysis of ball bearing work - summarizes statement that hierarchical structure of models, from these simple to more complicated enables simple identification of basic parameters and verification of models functioning (with different level of complication) - greater probability to avoid of gross errors.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Quick progress in development of digital computational techniques has also been reflected in signal analysis. However, faster and more accurate arithmetic calculations are far from being a cure-all for all the problems conditioned by physical properties of phenomena. Limitations resulting from nature of the Fourier transformant or other features of non-linear relationships do not disappear. Therefore, it seems crucial that new interpretations methods are applied in order to bypass these limitations. On the other hand, many forms of description used to be of quite restricted use because of limited computing power, and the situation has changed only recently. According to the Authors, high capacity of digital analysis opens new possibilities of applying the coherence analysis. The paper considers an idea of using the coherence function for two tasks: identification of non-linear analytic model and improvement of accuracy narrow-band analysis.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Large-size spaces of general use are usually characterized by atypical acoustic features. The Great Lecture Hall of Warsaw Technical University can be an example, as its maximum crosswise dimension is comparable with its height. When powerful amplification equipment is used for special events, the question that arises is possible negative influence of acoustic signal energy on the building's structure, especially the skylight. The paper presents selected results of studies on acoustically induced vibrations of construction elements and tries to answer the above formulated question.
W pracy przedstawiono wyniki analizy drgań belki sprężonej przeprowadzonej w celu określenia wpływu obciążenia poprzecznego belki na jej własności wibroakustyczne. Celem pracy było opracowanie miar wibroakustycznych czułych na zmianę obciążenia konstrukcji oraz określenie ich wrażliwości na zachodzące zmiany.
EN
In this paper author presented results of vibration analysis of prestressed concrete beam. In this study author try to determine influence of transverse load on vibroacoustic characteristic of beam. In conclusion author proposed vibroacoustic measures of the sensitive to changes of load.