Monografia. Mechanika

Type: Collection of books

Collection items (14)






Modelowanie mechanizmu platformowego aktywnego zawieszenia kabiny maszyny roboczej

Tora, Grzegorz
Book
2012
Niniejsza praca dotyczy aktywnego zawieszenia kabiny (AZK) maszyny roboczej (MR). Przejazd MR po nierównym terenie powoduje, że kabina podlega wymuszeniom drgań o niskiej częstotliwości i znacznej amplitudzie. W celu redukcji tych drgań zaproponowano wykorzystanie AZK. AZK zawiera mechanizm wykonawczy, łączący kabinę z ramą maszyny, która poddawana wymuszeniom kinematycznym wykonuje ruch przestrzenny mierzony przez zespół czujników. Mechanizm wykonawczy jest napędzany przez siłowniki hydrauliczne, które są sterowane według przebiegów chwilowych prędkości obliczonych w podukładzie sterowania. Za cel działania AZK przyjęto pionowe ustawianie kabiny, zmniejszanie jej drgań przechyłowych oraz zmniejszanie drgań fotela operatora. Przedstawiono zbiór schematów kinematycznych mechanizmów platformowych, spośród których do szczegółowej analizy i syntezy wybrano mechanizm platformowy napędzany przez dwa siłowniki. Trzeci siłownik napędza oddzielny mechanizm poruszający fotel wraz z operatorem w pionowym kierunku. Szczegółowo opracowano mechaniczny model mechanizmu wykonawczego. Dla przyjętych założeń w jawnej formie rozwiązano zadanie proste i odwrotne położeń i prędkości mechanizmu. Wyprowadzono macierz jakobianową, której elementy poddano analizie wykazującej kinematyczne ograniczenia mechanizmu. Macierz jakobianową wykorzystano w równaniach NewtonaEulera, na podstawie których wyznaczono chwilowe obciążenia napędów. Rozwiązano zadanie syntezy wymiarowej mechanizmu AZK przystosowanego do ładowarki Caterpillar 924Gz. Rozwiązanie zawiera wyznaczenie długości ogniw, orientacji osi i usytuowania środków połączeń ruchowych mechanizmu realizującego pożądane przemieszczenia platformy z kabiną. Przeprowadzono analizę przemieszczeń względnych w parach kulowych i krzyżakowych. Wyprowadzono zależności wymiarowe, przy których sterowanie jednym siłownikiem powoduje zmniejszenie drgań kątowych kabiny wokół osi podłużnej, a jednocześnie zmniejsza jej drgania liniowe wzdłuż osi poprzecznej. Przeprowadzono badania poligonowe ładowarki (YTOZL50D-11), wyznaczono zakresy częstotliwości wymuszeń ramy maszyny, zakresy kątów przechyłów, wartości prędkości kątowych i liniowych oraz przyspieszeń liniowych wybranych punktów ramy maszyny występujących w rzeczywistych warunkach. Wykonano przykładowe obliczenia symulacyjne przyjmując: model napędu hydraulicznego uwzględniający tarcie zawierający liniowy siłownik sterowany zaworem dławiącym, model wymuszenia od drogi, model zawieszenia MR, model mechanizmu AZK i sposób regulacji. Na podstawie wyników symulacji pozytywnie oceniono efektywność pracy rozpatrywanego układu, wyznaczono graniczne częstotliwości wymuszeń i czasy zwłok działania AZK. Przeprowadzając odpowiednie symulacje, wyznaczono zakresy obciążeń napędów, ich wymagane prędkości i zapotrzebowanie na moc.

Wybrane problemy obliczeniowe w opisie materiałów i konstrukcji sprężysto-plastycznych

Bielski, Jan
Book
2013
Niniejsze opracowanie stanowi przewodnik po pracach opublikowanych przez autora lub z jego udziałem współautorskim, które są przedstawiane jako dorobek, będący podstawą przewodu habilitacyjnego. Opisano prace z lat 1989‒2010, które opublikowano po uzyskaniu w 1988 roku stopnia doktora nauk technicznych. Do ocenianego dorobku przedstawia się zasadniczo jedenaście pozycji, z których dziesięć to publikacje, które ukazały się w czasopismach naukowych umieszczonych w wykazie czasopism punktowanych Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, a jedna jest raportem naukowym zamykającym podoktorski staż autora w Uniwersytecie Technicznym w Delft (TU Delft) w Holandii. Dziewięć spośród dziesięciu publikacji to pozycje z tzw. listy filadelfijskiej, czyli opublikowane w czasopismach wyróżnionych w Journal Citation Reports (JCR), a jedna z nich jest publikacją w polskim, angielskojęzycznym czasopiśmie umieszczonym w części B wykazu Ministerstwa (Pozostałe czasopisma zagraniczne i czasopisma polskie). W niniejszym opracowaniu każda praca jest najpierw omówiona ogólnie co do zakresu tematycznego i uzyskanych rezultatów, a następnie szczegółowo zwraca się uwagę na aspekty obliczeniowe teorii plastyczności. Umieszczono obraz pierwszej strony każdej publikacji oraz wykaz cytowanej w niej literatury, w takim układzie, w jakim były wydrukowane. Zakres tematyczny tych publikacji obejmuje różne dziedziny mechaniki materiałów i konstrukcji, jednak ich cechą wspólną jest zastosowanie i rozwinięcie metod obliczeniowych teorii plastyczności.

Wpływ tlenowego wzbogacania mieszanki na wskaźniki robocze i ekologiczne silników o zapłonie iskrowym

Śliwiński, Krzysztof
Book
2013
Praca dotyczy problemu badawczego związanego z zasilaniem silnika z zapłonem iskrowym mieszanką wzbogaconą w tlen na wskaźniki robocze silnika i emisję toksycznych składników spalin. Przedstawiono metody wzbogacania powietrza w tlen oraz przeprowadzono ich analizę pod względem ich przydatności w zastosowaniu do silników pojazdów samochodowych. Zaprezentowano wyniki analizy literatury dotyczącej tego zagadnienia. Wykonano symulację komputerową procesu spalania sporządzoną na podstawie opracowanego modelu matematycznego. Te wstępne prace wyznaczyły kierunek oraz zakres badań stanowiskowych silnika. Zbudowano stanowisko badawcze z silnikiem wyposażonym w układ dolotowy, umożliwiający tworzenie ładunku o dowolnym udziale doprowadzanego do silnika powietrza, tlenu i spalin. Na potrzeby badań opracowano w programie LabVIEW algorytm pozwalający na kompleksowe sterowanie parametrami pracy silnika oraz na akwizycję danych. Badania stanowiskowe zostały podzielone na etapy, z których pierwszy obejmował wykonanie charakterystyk porównawczych przy zasilaniu standardową mieszanką paliwowo powietrzną. W drugim etapie badań stopniowo zwiększano udział tlenu w ładunku przy zachowaniu stałego współczynnika napełnienia i nadmiaru utleniacza. Współczynnik nadmiaru utleniacza został zdefiniowany na potrzeby badań w miejsce istniejącego współczynnika nadmiaru powietrza. W trzecim etapie badań wprowadzono do ładunku recyrkulację spalin. W trakcie badań zwiększano stopień recyrkulacji aż do całkowitego wyeliminowania powietrza z ładunku, przy stałym udziale tlenu w mieszance, wynoszącym 21%. W kolejnym etapie badań wprowadzano do silnika ładunek składający się z paliwa spalin i tlenu, zwiększając stężenie tlenu w ładunku, przy zachowaniu stałych parametrów z poprzednich etapów badań, takich jak: prędkość obrotowa współczynnik napełnienia i współczynnik nadmiaru utleniacza. W ostatnim etapie wykonano badania polegające na zwiększaniu współczynnika nadmiaru utleniacza dla wybranego stężenia tlenu w ładunku, w którym azot zastąpiono spalinami. Otrzymane wyniki badań zostały poddane analizie w symulacji komputerowej, prowadzonej w programach Kiva3v i Kintekus. Celem symulacji było znalezienie zależności między zwiększoną ilością tlenu w ładunku dostarczonego do silnika, a wskaźnikami pracy silnika oraz emisją toksycznych składników spalin. Wyniki symulacji wyjaśniły zjawiska zachodzące w czasie procesu spalania i potwierdziły otrzymane wyniki badań doświadczalnych.

Kształtowanie potencjału przewozowego przedsiębiorstw transportu kolejowego

Szkoda, Maciej
Book
2017
Praca dotyczy problematyki oceny efektywności kształtowania potencjału przewozowego w przedsiębiorstwach transportu kolejowego. Na podstawie przeprowadzonej identyfikacji obszaru tematycznego i studium analitycznego w zakresie oceny efektywności stwierdzono, że standardowe ekonomiczne metody oceny przedsięwzięć inwestycyjnych w zastosowaniu do złożonych obiektów technicznych, jakimi są pojazdy kolejowe, opisywanych obszernym zbiorem charakterystyk niezawodności i bezpieczeństwa RAMS posiadają istotne ograniczenia i nie uwzględniają wszystkich aspektów ich istnienia. Miarą, która je uwzględnia jest koszt cyklu istnienia LCC. Analiza aktualnego stanu wiedzy w zakresie podstaw metodycznych i rozwiązań praktycznych w aplikacji LCC, doprowadziła do sformułowania celu naukowego: opracowania metody oceny efektywności przedsięwzięć związanych z kształtowaniem potencjału przewozowego, opartej na kryterium LCC i uwzgledniającej charakterystyki niezawodności RAMS w różnych fazach cyklu istnienia kolejowych środków transportu. Dążąc do realizacji postawionego celu przedstawiono koncepcję zarządzania LCC kolejowych środków transportu obejmującą przedsięwzięcia podejmowane w fazie koncepcji, projektowania i eksploatacji. Opracowana metoda polega na monitorowaniu i analizowaniu danych o charakterze eksploatacyjnym i ekonomicznym w różnych fazach cyklu istnienia oraz podejmowaniu przedsięwzięć mających na celu utrzymywanie kosztów dominujących w LCC na jak najniższym poziomie. Proponowana metoda została zweryfikowana w ramach licznych prac badawczo-rozwojowych w większości prowadzonych pod kierownictwem autora w Instytucie Pojazdów Szynowych Politechniki Krakowskiej, w latach 2004 ÷ 2016, dla polskich przedsiębiorstw transportu kolejowego (producentów, wykonawców modernizacji, przewoźników kolejowych). Możliwości praktycznego zastosowania opracowanej metody przedstawiono na bazie zrealizowanych prac związanych ze zmodernizowaną lokomotywą SM42 typu 6D – po modernizacji typu 6Dg. Przedstawione w pracy wyniki w pełni uzasadniają opracowaną metodę zarządzania LCC, jako miarę efektywności i narzędzie wspomagające podejmowanie decyzji związanych z kształtowaniem potencjału przewozowego przedsiębiorstw transportu kolejowego. Po podsumowaniu rezultatów pracy zaproponowano kierunki dalszych prac związanych z podjętym tematem.

Metoda kwadratur różniczkowych w zastosowaniu do zagadnień mechaniki

Krowiak, Artur
Book
2012
Metoda kwadratur różniczkowych (MKR) jest wykorzystywana do przybliżonego rozwiązywania równań różniczkowych i należy do grupy globalnych technik dyskretyzacyjnych. Cechuje się bardzo szybką zbieżnością i wysoką dokładnością. Posiada jednak spore ograniczenia związane z niestabilnością obliczeniową oraz problemami w stosowaniu do zagadnień o nieregularnej dziedzinie rozwiązania. Czułość na liczbę i sposób rozmieszczenia węzłów znacznie ogranicza możliwości jej stosowania. W związku z tym w niniejszej monografii podjęto próbę wyeliminowania tego mankamentu poprzez wprowadzenie aproksymacji rozwiązania bazującej na wielomianie przedziałami zmiennymi. W ten sposób zminimalizowano niekorzystne efekty, zachowując globalny charakter metody, a co za tym idzie szybką zbieżność i dużą dokładność. Opracowano sposób wyznaczania współczynników wagowych dyskretyzujących operatory różniczkowego w równaniu, a także zaprogramowano odpowiedni pakiet procedur służący do tego celu. Do oceny skuteczności działania metody wybrano zagadnienia mechaniki, głównie z zakresu teorii drgań. Przeanalizowano działanie metody w rozwiązaniu problemu drgań swobodnych płyt izotropowych oraz belek geometrycznie nieliniowych. Uzyskane wyniki porównano z wynikami dokładnymi oraz otrzymanymi za pomocą innych technik numerycznych, jak np. metody elementów czy różnic skończonych, a także klasycznej MKR. Wnioski z tych numerycznych testów zaowocowały wprowadzeniem pewnych ulepszeń przyspieszających zbieżność metody. Ulepszenia te uzyskano poprzez modyfikację definicji warunków końcowych w interpolacji funkcjami sklejanymi, pozwalając także na wprowadzenie pewnych typowych warunków brzegowych spotykanych w problemach mechaniki już na etapie wyznaczania współczynników wagowych. Ułatwia to późniejszą dyskretyzację zagadnienia brzegowego, a przede wszystkim prowadzi do bardzo szybkiej zbieżności. Działanie ulepszonej metody przedstawiono na przykładzie drgań izotropowej i kompozytowej powłoki stożkowej. Zbadano też działanie prezentowanej wersji MKR w zadaniach z nieregularną dziedziną rozwiązania. W pracy przedstawiono także możliwość zastosowania MKR w przypadku dyskretyzacji obszaru rozwiązania za pomocą nieregularnie rozmieszczonych węzłów. Taki sposób dyskretyzacji obszaru wymaga zastosowania w MKR radialnych funkcji bazowych. Otwiera on szerokie możliwości aplikacyjne, zwłaszcza w zagadnieniach mechaniki cechujących się nieregularną dziedziną rozwiązania. Pozwala także na stosowanie technik adaptacyjnych w celu otrzymania rezultatów z żądaną dokładnością.

Rozwiązania proekologiczne w zakresie produkcji : praca zbiorowa. T. 1, Nowoczesne materiały kompozytowe przyjazne środowisku

Mikuła, Janusz [Red.]
Book
2014
Przejście w Europie do gospodarki opartej na wiedzy i innowacjach to kwestia najbliższych 10–15 lat. W okresie tym należy się liczyć z dalszym zaostrzeniem wymogów ochrony środowiska i to przede wszystkim w kierunku promowania ekoinnowacyjności, zasadniczego zmniejszenia zużycia zasobów naturalnych przez zmiany energochłonności i materiałochłonności jednostkowej produktów oraz wzrostu recyrkulacji surowców i artykułów nabywanych, a także wzrostu konsumpcji dóbr niematerialnych. Wyjątkowo istotne będzie ograniczenie emisji gazów cieplarnianych. Istnieje zatem potrzeba kompleksowego podejścia do rozwoju (integracji polityki sektorowej z ekologiczną), promowania ekoinnowacyjności i rozwiązań alternatywnych, tak by móc sprostać zaostrzonym wymogom ekologicznym. Taką politykę należy rozpocząć już teraz, gdyż pozwoli ona na uzyskanie podwójnej korzyści – przewagi konkurencyjnej na rynku i zmniejszenia presji na środowisko (która też będzie miała ścisły wymiar ekonomiczny po wdrożeniu w szerszym zakresie mechanizmów handlu emisjami). Monografia przedstawia istotne zagadnienia dotyczące innowacyjnych i przyjaznych środowisku materiałów geopolimerowych (Część 1) oraz innych materiałów kompozytowych (Część 2), będących rozwiązaniami proekologicznymi. Produkcja najważniejszego materiału budowlanego XX wieku, cementu portlandzkiego, związana jest z istotnym zanieczyszczeniem środowiska oraz problemami natury energetycznej. Jego uzyskiwanie odbywa się w bardzo wysokiej temperaturze rzędu 1400–1500°C. Podczas produkcji emitowane są do atmosfery znaczne ilości dwutlenku węgla oraz wysoko toksyczne tlenki azotu. Jednym z głównych czynników stymulujących rozwój technologii nieorganicznych polimerów (geopolimerów) jest możliwość stworzenia realnej alternatywy dla cementu portlandzkiego. Szacuje się, że synteza geopolimerów jest zdecydowanie mniej energochłonnym procesem niż produkcja cementu portlandzkiego oraz powoduje wydzielanie 4–8 razy mniej dwutlenku węgla. Energetyka oraz przemysł wydobywczy i metalurgiczny wytwarzają ogromne ilości odpadów poprocesowych, których deponowanie w środowisku może powodować poważne problemy ekologiczne związane z zanieczyszczeniem gleby oraz wód powierzchniowych i podziemnych. Dlatego jednym z priorytetów w zakresie gospodarowania tego typu odpadami jest ich wykorzystanie do produkcji nowych, bezpiecznych dla środowiska materiałów. Produkcja geopolimerów może być realną alternatywą dla zagospodarowania niektórych odpadów sektora energetycznego, górniczego i metalurgicznego, w tym popiołów lotnych i żużli. W procesie geopolimeryzacji możliwe jest wykorzystanie znacznych ilości odpadów wytwarzanych przez te sektory i produkcję nowych wyrobów, a w związku z tym minimalizowanie wpływu tych sektorów na środowisko. Przede wszystkim energetyka powinna zauważyć, że wytwarza nie tylko energię elektryczną i gorącą wodę, ale również minerały antropogeniczne, które są surowcem do produkcji wyrobów w procesach nisko energochłonnych i nisko emisyjnych. Niebagatelną sprawą dla wizerunku sektora energetycznego w Polsce jest pokazanie go jako wytwórcy surowca do produkcji betonów geopolimerowych, mogących przyczynić się do istotnego ograniczenia emisji CO2. Część I zawiera następujące rozdziały: 1. Geopolimery – nowa przyjazna środowisku alternatywa dla betonów na bazie cementu portlandzkiego. Wprowadzenie. 2. Geopolimery – nowa przyjazna środowisku alternatywa dla betonów na bazie cementu portlandzkiego. Przykłady wdrożenia i wyniki badań. 3. Geopolimery zbrojone rozproszonym włóknem stalowym. 4. Nowoczesne kompozyty geopolimerowe zbrojone mączką drzewną. 5. Wpływ proporcji składników użytych przy wytwarzaniu na rozszerzalność cieplną i inne własności geopolimerów. 6. Antykorozyjne i odporne termicznie powłoki geopolimerowe i ich znaczenie dla środowiska. 7. Zagospodarowanie popiołów lotnych ze spalania węgla kamiennego w procesach zeolityzacji. 8. Przegląd technologii immobilizacji odpadów niebezpiecznych z wykorzystaniem geopo-limerów. W dwóch pierwszych rozdziałach przedstawiono rys historyczny technologii geopolimerów, opisano technologię wytwarzania, teoretyczne podstawy powstawania wiązań w geopolimerach oraz warunki procesu polikondensacji. Zaprezentowano najważniejsze właściwości materiałów geopolimerowych. Opisano również ich wpływ na środowisko. Scharakteryzowano parametry popiołów lotnych do produkcji materiałów geopolimerowych. Przedstawiono wybrane przykłady zastosowań geopolimerów, m.in. takie jak zastosowania w budownictwie, w odlewniach, jako składnik kompozytów, materiał na rury, podkłady kolejowe i wiele innych. Opisano przykłady wdrożeń technologii geopolimerów na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat. Zaprezentowano też wyniki badań najważniejszych własności tej grupy materiałów, takie jak: wytrzymałość na ściskanie, współczynnik przewodzenia ciepła, odporność na wysokie temperatury, nasiąkliwość czy mrozoodporność. W dwóch kolejnych rozdziałach przedstawiono wyniki badań nad własnościami kompozytów zbrojonych rozproszonymi włóknami stalowymi oraz mączką drzewną. Stwierdzono, że dodatek włókien stalowych do mieszanki geopolierowej poprawia w znaczny sposób właściwości mechaniczne betonu geopolimerowego. Beton geopolimerowy wykazuje bardzo dobrą adhezję (przyleganie) do stali. Powoduje to bardzo dobre zakotwiczenie włókien stalowych w matrycy geopolimerowej, dzięki czemu nie występują mikropęknięcia między włóknem stalowym a matrycą geopolimerową. Potwierdza to tezę, że zaczyn geopolimerowy reaguje ze stalą, a bezpośrednio na granicy stal – geopolimer występuje zwarta mieszanina faz C-S-H i N-A-S-H. Dokonano oceny wpływu dodatku mączki drzewnej w procesie wytwarzania masy geopolimerowej na właściwości mechaniczne oraz gęstość tak otrzymanego kompozytu geopolimerowego. Stwierdzono, że dodatek mączki drzewnej podnosi wytrzymałość mechaniczną geopolimerów przy jednoczesnym obniżeniu ich gęstości. Wraz ze wzrostem ilości mączki drzewnej w kompozycie geopolimerowym obserwowano wykładniczy ubytek masy kompozytów. Potwierdzono odporność tego typu kompozytu na wysokie temperatury. W kolejnych dwóch rozdziałach przedstawiono wpływ rodzaju użytego popiołu lotnego oraz ilości zastosowanego przy wytwarzaniu betonów geopolimerowych aktywatora na rozszerzalność cieplną, wytrzymałość na ściskanie, odporność na uderzenia, odporność na ścieranie oraz wytrzymałość termiczną geopolimerów oraz przedstawiono możliwości zastosowań geopolimerów na powłoki ochronne zabezpieczające przed działaniem wysokiej temperatury oraz czynników korozyjnych. Rozszerzalność cieplna to niezwykle istotna cecha materiałów konstrukcyjnych. Decyduje ona o możliwym zakresie temperatur ich stosowania, a także determinuje możliwości współpracy w danej konstrukcji elementów wykonanych z różnych materiałów. Przeprowadzone badania wykazały, że geopolimery, wytwarzane na bazie popiołów lotnych z polskich elektrociepłowni, mogą być pełnowartościowym zamiennikiem dla materiałów dotychczas stosowanych do wytwarzania betonów portlandzkich oraz powłok ochronnych przed korozją i działaniem wysokich temperatur. Zarówno betony geopolimerowe, jak i powłoki ochronne wykonane z tych materiałów wykazują własności nie gorsze, a czasami nawet lepsze niż materiały konwencjonalne. Przedstawiono najważniejsze własności geopolimerów, związane z ochroną powierzchni takich materiałów jak stal, beton i drewno. Opisano dotychczasowe zastosowania oraz znaczenie powłok geopolimerowych dla środowiska. W części badawczej przedstawiono wyniki badań powłok geopolimerowych na bazie tufu wulkanicznego oraz popiołów lotnych. Zaprezentowano wyniki odporności na ścieranie, odporności na uderzenia oraz odporności na działanie wysokich temperatur. Rozdział dotyczący immobilizacji odpadów stanowi przegląd zastosowań procesu geopolimeryzacji jako rozwiązania technologicznego używanego do unieszkodliwiania odpadów niebezpiecznych, w tym toksycznych i radioaktywnych. Została w nim przedstawiona ogólna charakterystyka tematyki i jej krytyczna analiza na bazie dostępnych źródeł literaturowych, w tym najważniejszych prac badawczych w tym zakresie. Stanowi on próbę wyjaśnienia mechanizmów chemicznych i reakcji, dzięki którym możliwy jest proces związania pierwiastków niebezpiecznych. W artykule opisane zostały również istniejące luki i możliwości zastosowań dla procesu geopolimeryzacji w immobilizacji odpadów. Proces ten pozwala uzyskiwać materiały o wysokich właściwościach użytkowych i stanowi atrakcyjną alternatywę dla innych technologii immobilizacji. W porównaniu z alternatywnymi rozwiązaniami jest on tańszy, przyjazny dla środowiska oraz efektywny energetycznie. Na zakończenie tego rozdziału przedstawiono ogólne informacje dotyczące wytwarzania popiołów lotnych w Polsce oraz metody ich zagospodarowania. Zaprezentowano wyniki badań nad procesem alkalicznej aktywacji popiołów lotnych pochodzących z kotłów fluidalnych. Badania wykazały, że fluidalne popioły lotne mogą zostać wykorzystane do syntezy materiałów zeolitowych, stanowiąc tym samym jeden ze sposobów zagospodarowania tego typu popiołów. Badania otrzymanych materiałów zeolitowych wykazały, że charakteryzują się one bardzo dobrymi właściwościami powierzchniowo-sorpcyjnymi. Otrzymane materiały zeolitowe mogą znaleźć szerokie zastosowanie jako sorbenty mineralne czy też sita molekularne.