Groźne drgania

Wyposażenie maszyn i pojazdów specjalnych rolniczych, budowlanych, górniczych i transportowych, jak pociągi, powinno być też odporne na uderzenia i wibracje. Są one przenoszone z układu napędowego lub w następstwie kontaktu z przeszkodami terenowymi, w normalnych warunkach pracy nie można ich więc uniknąć.

Ich skutkiem jest zmęczenie materiałów, luzowanie śrub, pękanie spoin. To skraca żywotność sprzętu, pogarsza warunki pracy, wpływa negatywnie na jakość wyrobów, na przykład gdy wibracje zakłócą pracę urządzeń do obróbki precyzyjnej. By temu zapobiec, stosuje się różne rozwiązania je izolujące, tłumiące i amortyzujące.

Izolacja drgań zapobiega ich przekazywaniu. Polega to na niedopuszczeniu do tego, by energia wibracji przeniosła się z obiektu, jeśli jest źródłem wibracji lub na niego, gdy jest odbiornikiem drgań. Tłumienie wibracji rozprasza energię drgań. W tym celu jest pochłaniana lub przekształcana w inny typ energii.

Problemy z czystością oleju hydraulicznego

Case study

Układy hydrauliczne w sprzęcie górniczym są narażone na wnikanie cząstek. W pewnej kopalni z tego powodu koparki ulegały częstym awariom – w krótkim czasie konieczna była wymiana czterech pomp tłokowych i pięciu silników. Zgłoszono też kilkadziesiąt problemów z wężami hydraulicznymi i czujnikami. Nadmiernie zanieczyszczony olej trzeba było często wymieniać. Gdy koszty przestojów i konserwacji zaczęły rosnąć, zdecydowano się wdrożyć środki naprawcze.

Najpierw postanowiono ograniczyć zanieczyszczenia wprowadzane do układów hydraulicznych koparek przez nowe węże. W tym celu przedmuchiwano je i przepłukiwano, by osunąć resztki materiałów (guma, wióry metalowe), z których je wykonano. Następnie zamykano je z obu stron, by zapobiec ich zanieczyszczaniu podczas przechowywania i obsługi przed montażem. Dodatkowo przeprowadzono szkolenia dla techników z procedur minimalizujących wnikanie drobin podczas instalacji węży.

W kolejnym kroku wymieniono płyn hydrauliczny na olej o podwyższonej żywotności. Następnie oględzinom poddany został filtr w przewodzie powrotnym. Na podstawie stwierdzonych uszkodzeń zdecydowano się wymienić dotychczasowy celulozowy element na filtr z włókna szklanego. Poza tym dodano perforowany deflektor przepływu, by zabezpieczyć filtr przed uszkodzeniem w trakcie eksploatacji. Ponieważ zauważono też przetarcia i brak szczelności, dodano uszczelki. W ostatnim etapie ujednolicono procedury pobierania próbek oleju i przeszkolono w tym zakresie personel.

Ochrona przed wibracjami

Izolatory i tłumiki drgań to komponenty mechaniczne. Przykład to konstrukcje sprężynowe zbudowane z dwóch płytek, między którymi mocowana jest sprężyna. Są wykonywane z różnych materiałów, głównie stali węglowej, stali nierdzewnej i aluminium. Popularne są też komponenty elastomerowe, zbudowane z metalowych elementów, które pełnią funkcję wsporników montażowych, oddzielonych materiałem elastomerowym, zapewniającym pożądaną sztywność i tłumienie wibracji.

Zadaniem amortyzatorów uderzeń jest przyjęcie energii kinetycznej udaru i przekształcenie jej w energię termiczną. Ciepło to zostaje potem rozproszone w otoczeniu. W konstrukcji maszyn i pojazdów narażonych na silne drgania i udary eliminuje się też podzespoły najbardziej na nie wrażliwe, na przykład zastępując wentylatory radiatorami, a elementy wykonane ze szkła tymi z tworzyw sztucznych.

Ograniczanie wibracji w maszynach rolniczych

Źródła wibracji w ciągnikach rolniczych dzieli się na wewnętrzne i zewnętrze. Do pierwszych zaliczany jest napęd pojazdu. Silnik, przekładnie, układy hydrauliczne i pneumatyczne są źródłem drgań o wysokiej częstotliwości. Główną przyczyną zewnętrzną jest z kolei kontakt kół z podłożem, zwłaszcza gdy ciągnik przemieszcza się z dużą prędkością po nieutwardzonej nawierzchni. Powstają wtedy drgania o niskiej częstotliwości. Wibracje mogą się też przenosić z pracujących maszyn podłączonych do ciągnika. Bez względu na źródło drgania są odczuwalne przez operatora.

W celu zmniejszenia poziomu wibracji, na które jest on narażony, stosuje się pasywne systemy antywibracyjne. Zalicza się do nich zawieszenie przedniej osi, kabiny, siedzenia. Ulepsza się też opony. Wprowadza się m.in. rozwiązania konstrukcyjne ograniczające przenoszenie drgań o niskiej częstotliwości powstałych na skutek nierówności podłoża. Takie jest zwiększanie szerokości opon, co skutkuje zmniejszeniem w nich ciśnienia i w konsekwencji efektywniejszą amortyzacją wyboistych powierzchni. Zwiększa się też elastyczność ścianek bocznych, co pozwala uzyskać większą nośność przy takim samym ciśnieniu napompowania opony i większe tłumienie drgań.