PL224903B1

PL224903B1 - Mechanical vibration exciter

Info

Publication number: PL224903B1
Application number: PL405779A
Authority: PL
Inventors: Jan Bień; Andrzej Roszkowski; Wacław Skoczyński; Janusz Szymkowski; Jarosław Zwolski
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2017-02-28
Also published as: PL405779A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest wzbudnik drgań mechanicznych przeznaczony do stosowania przy badaniu cech dynamicznych obiektów inżynieryjnych, zwłaszcza kładek dla pieszych.The subject of the invention is a mechanical vibration inductor intended for use in examining the dynamic properties of engineering objects, especially footbridges.

W badaniach dynamicznych mostów stosowane są dwie metody wymuszeń: wymuszenia środowiskowe, wywoływane w niekontrolowany sposób siłami natury, na przykład wiatrem i wymuszenia kontrolowane przez człowieka, wywoływane różnymi urządzeniami typu wibratory bezwładnościowe, wibratory elektrohydrauliczne lub urządzenia z opadającą na konstrukcję masą. Do wyznaczania charakterystyk dynamicznych kładek stosuje się również wymuszenia stochastyczne powstałe w wyniku występowania swobodnego ruchu pieszego.Two methods of excitation are used in dynamic tests of bridges: environmental excitation, induced in an uncontrolled manner by natural forces, for example wind, and man-controlled excitation, caused by various devices such as inertial vibrators, electro-hydraulic vibrators or devices with a mass falling on the structure. To determine the dynamic characteristics of the footbridges, stochastic forces are also used, resulting from free pedestrian movement.

Specyfiką obiektów inżynieryjnych w postaci kładek dla pieszych jest ich stosunkowo duża podatność dynamiczna przejawiająca się między innymi bardzo niskimi częstotliwościami drgań własnych, z których najniższe leżą często w zakresie od około 0,5 Hz do 5 Hz. Do wymuszenia tak niskich częstotliwości drgań rezonansowych kładek zasadniczo nie nadają się wzbudniki bezwładnościowe stosowane w badaniach dynamicznych innych konstrukcji mostowych, gdyż siła wymuszająca jest w ich przypadku zależna od częstotliwości i przy niskich częstotliwościach jest ona zbyt mała.The specificity of engineering objects in the form of footbridges is their relatively high dynamic susceptibility manifested, inter alia, by very low natural frequencies, the lowest of which are often in the range from about 0.5 Hz to 5 Hz. The inertial inductors used in dynamic tests of other bridge structures are generally not suitable for forcing such low frequencies of resonant vibrations of the footbridges, because the exciting force depends on the frequency and is too low at low frequencies.

Znany jest ze stosowania mechaniczno-elektromagnetyczny wzbudnik drgań mechanicznych utworzony z konstrukcji nośnej, w której zamocowany jest bijak oraz poruszający go napęd elektromagnetyczny.It is known to use a mechanical-electromagnetic inductor of mechanical vibrations made of a support structure in which a hammer and an electromagnetic drive that moves it are mounted.

Wzbudnik drgań mechanicznych wyposażony w osadzony w konstrukcji nośnej bijak oraz poruszający go napęd według wynalazku charakteryzuje się tym, iż napęd bijaka stanowi silnik elektryczny połączony z motoreduktorem stożkowym, na którego wale wyjściowym zamocowana jest krzywka unosząca osadzony swobodnie, przesuwny w pionie w zamocowanych do konstrukcji nośnej prowadnicach, bijak. Bijak ma postać zakończonej stopą stalowej płyty mającej w środkowym obs zarze przelotowy otwór, przy którym zamocowana jest ułożyskowana obrotowo rolka współpracująca z umiejscowioną w tym otworze krzywką unoszącą bijak. Stopa bijaka ma postać pojemnika z elastycznego tworzywa wypełnionego sypkim materiałem. Materiał sypki stanowi piasek. Do bijaka zamocowane są obciążniki w postaci stalowych płyt. W spodniej części konstrukcji nośnej umiejscowione są nakrętki, w których osadzone są zakończone stopami śruby regulacyjne wysokości opadania bijaka.Mechanical vibration inductor equipped with a hammer embedded in the supporting structure and a drive that moves it, according to the invention, is characterized by the fact that the drive of the hammer is an electric motor connected to a conical geared motor, on the output shaft of which a lifting cam is mounted, freely seated, sliding vertically in attached to the supporting structure guides, hammer. The hammer is in the form of a steel plate ending with a foot having a through hole in the central space, at which a roller is mounted rotatably, cooperating with a cam located in this hole, which lifts the hammer. The beater's foot is in the form of a container made of flexible material filled with loose material. The bulk material is sand. Steel plates are attached to the hammer. In the bottom part of the supporting structure, there are nuts, in which the hammer's drop height adjustment screws are mounted with feet.

Zaletą rozwiązania według wynalazku, w którym bijak swobodnie, cyklicznie opada na badaną konstrukcję jest możliwość wzbudzania drgań kładek ze stałą, powtarzalną przy każdym impulsie, siłą wymuszającą, nawet przy najniższych częstotliwościach. Siła wymuszająca jest w przypadku tego rozwiązania niezależna od częstotliwości, a jej wartość może być regulowana.The advantage of the solution according to the invention, in which the ram is freely and cyclically falling on the structure being tested, is the possibility of exciting vibrations of the footbridges with a constant, repeatable excitation force at each impulse, even at the lowest frequencies. With this solution, the exciting force is independent of the frequency and its value can be adjusted.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania został uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wzbudnik w widoku z przodu, a fig. 2 wzbudnik w widoku z boku bez prowadnicy.The subject of the invention in an exemplary embodiment is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows the inductor in a front view, and Fig. 2 shows the inductor in a side view without a guide.

Wzbudnik drgań mechanicznych w przykładzie wykonania według wynalazku zbudowany jest z konstrukcji nośnej 1, do której zamocowany jest stanowiący napęd, silnik elektryczny 2. Silnik ele ktryczny 2 połączony jest z motoreduktorem stożkowym 3, na którego wale wyjściowym zamocowana jest krzywka 4 unosząca swobodnie przesuwny w pionie bijak 5. Do bijaka 5 przy jego górnych i do lnych krawędziach zamocowane są rolki 9 osadzone na zamocowanych do konstrukcji nośnej 1 prowadnicach 7. Bijak 5 ma postać zakończonej stopą 8 stalowej płyty mającej wykonany w środkowym obszarze przelotowy otwór, w którym umiejscowiona jest krzywka 4 współpracująca z zamocowaną do bijaka 5 przy górnej części otworu ułożyskowaną obrotowo rolką 6. Do bijaka 5 po obu jego stronach mogą być zamocowane dodatkowe obciążniki 10 w postaci stalowych płyt. Stopa 8 bijaka 5 ma postać pojemnika z elastycznego tworzywa wypełnionego sypkim materiałem, korzystnie piaskiem. W spodniej części konstrukcji nośnej 1 zamocowane są nakrętki 12, w których umiejscowione są zakończone stopami śruby regulacyjne 11 wysokości opadania bijaka 5 stanowiące jednocześnie nóżki wzbudnika. Podczas badania cech dynamicznych obiektu inżynieryjnego silnik elektryczny 2 wzbudnika zasila się poprzez falownik. Zasilanie silnika elektrycznego 2 poprzez falownik umożliwia zmianę częstotliwości napięcia zasilającego silnik elektryczny 2 w zakresie 0-200 Hz przy rozdzielczości rzędu 0,01 Hz co pozwala na płynną regulację prędkości obrotowej silnika elektrycznego 2 i tym samym umożliwia bezstopniową regulację częstotliwości siły wymuszającej. W przedmiotowym rozwiązaniu silnik elektryc zny 2 za pośrednictwem motoreduktora stożkowego 3 napędza krzywkę 4, która cyklicznie podnosi bijak 5 wykorzystując do tego ułożyskowaną obrotowo rolkę 6 zmniejszającą współczynnik tarcia krzywki 4 o powierzchnię bijaka 5. Po osiągnięciu szczytowego położenia bijak 5 swobodnie opada uderzając stopą 8 o powierzchnię badanego obiektu mostowego. Zastosowanie jako stopy 8 bijaka 5The mechanical vibration exciter in the embodiment according to the invention consists of a support structure 1, to which is attached the drive, the electric motor 2. The electric motor 2 is connected to a conical geared motor 3, on the output shaft of which a cam 4 is mounted, freely movable vertically hammer 5. The hammer 5, at its upper and lower edges, has rollers 9 mounted on guides fixed to the supporting structure 1. The hammer 5 has the form of a steel plate ending with a foot 8, having a through hole in the central area, in which the cam 4 is located cooperating with the roller 6, mounted to the hammer 5 at the upper part of the opening, with rotationally mounted bearings 6. Additional weights 10 in the form of steel plates may be attached to the hammer 5 on both sides thereof. The foot 8 of the hammer 5 has the form of a container made of flexible material filled with loose material, preferably sand. In the bottom part of the supporting structure 1, nuts 12 are fastened, in which there are located adjustment screws 11 of the height of the ram 5 falling, which are at the same time the actuator's legs. During the study of the dynamic characteristics of the engineering object, the electric motor 2 of the inductor is powered by an inverter. Powering the electric motor 2 via an inverter enables the frequency of the voltage supplying the electric motor 2 to be changed in the range of 0-200 Hz with a resolution of 0.01 Hz, which allows for a smooth adjustment of the rotational speed of the electric motor 2 and thus enables a stepless adjustment of the frequency of the exciting force. In the present solution, the electric motor 2, through the conical gear motor 3, drives the cam 4, which cyclically raises the beater 5 using a rotatingly mounted roller 6, which reduces the friction coefficient of the cam 4 against the surface of the beater 5. After reaching the top position, the hammer 5 falls freely hitting the foot 8 against the surface of the tested bridge. Use as a 8 hammer's foot 5

PL 224 903 B1 pojemnika z materiałem sypkim ma na celu wytłumienie drgań bijaka 5 i zapobiega jego odbijaniu się od podłoża po każdorazowym cyklu wymuszenia udarowego. W przypadku, gdy ciężar bijaka 5 jest niewystarczający do uzyskania wymaganej wartości siły wymuszającej, istnieje możliwość zmiany jego masy przez dodanie z obu jego stron obciążników 10 w postaci stalowych płyt, które zwiększają siłę uderzenia. Siłę uderzenia bijaka 5 można regulować w zakresie skoku krzywki 4, to jest poprzez zmianę wysokości spadku bijaka 5, a także poprzez zmianę wysokości stanowiących nóżki wzbudnika śrub regulacyjnych 11. Wzbudnik według wynalazku ustawia się swobodnie na badanym obiekcie. Wzbudnik nie wymaga specjalnego mocowania do podłoża.The purpose of the design of the container with the bulk material is to dampen the vibrations of the hammer 5 and prevent it from bouncing off the ground after each impact cycle. If the weight of the ram 5 is insufficient to obtain the required value of the exciting force, it is possible to change its mass by adding weights 10 in the form of steel plates on both sides, which increase the impact force. The impact force of the ram 5 can be adjusted within the range of the cam 4 stroke, i.e. by changing the height of the ram 5 drop, and also by changing the height of the adjusting screws 11 constituting the actuator legs. The driver according to the invention is freely positioned on the test object. The inductor does not require any special attachment to the ground.

Claims

1. Mechanical vibration exciter equipped with a hammer embedded in the supporting structure and a drive that moves the hammer, characterized in that the drive is an electric motor (2) connected with a conical geared motor (3), on the output shaft of which a cam (4) is mounted, floating freely mounted, vertically movable in guides (7) fixed to the load-bearing structure (1), hammer (5).

2. The inductor according to claim Device according to claim 1, characterized in that the hammer (5) has the form of a steel plate ending with a foot (8) having a through hole in the central area, at which a roller (6) rotatably mounted is mounted, cooperating with a cam (4) located in this hole.

3. The inductor according to claim A device according to claim 2, characterized in that the foot (8) of the ram (5) is in the form of a container made of flexible material filled with loose material.

4. The inductor according to claim The process of claim 3, wherein the bulk material is sand.

5. The inductor according to claim 3. The method as claimed in claim 1, 2 or 3, characterized in that additional weights (10) in the form of steel plates are attached to the ram (5).

6. The inductor according to claim 1, 2 or 3, characterized in that it is equipped with nuts (12) embedded in the bottom part of the supporting structure (1), in which they are fitted with feet