Meranie prenosu vibrácií od prejazdu vysokozdvižných vozíkov

Vibrácie vyvolané prejazdom vysokozdvižných vozíkov používaných vo výrobných halách môžu ovplyvniť kvalitu danej výrobnej činnosti. Rýchlosť kmitania betónovej dosky, po ktorej prechádza vysokozdvižný vozík, možno ­určiť meracou linkou. Z nameraných výsledkov sa dá predpovedať, či bude, alebo nebude treba vykonať ochranné opatrenia.

Meraním realizovaným vo výrobnej hale sa mali získať podklady na stanovenie seizmického zaťaženia a odozvy výrobných strojných zariadení, vyvolaných technickou seizmicitou. Meranie sa z dôvodu stiesnených podmienok realizovalo vo dvoch etapách.

Metódy skúšania
Meranie sa vykonalo na základe interného pracovného postupu PP-05 – Měření technické seizmicity a odezvy stavebních objektů.

Podklady
Dokumentácia v elektronickej podobe:

• pôdorys haly,
• rezy haly,
• situácia haly,
• Instalation Instructions CONTURA G2 Measuring Center.

Prvotné záznamy získané počas prípravy a merania in situ:

• záznamy z inštalácie meracej linky (schéma umiestnenia, fotodokumentácia),
• kópia technického preukazu vysokozdvižného vozíka HYUNDAI HLF 30 – 5 číslo AA0002,
• časové záznamy rýchlosti kmitania (súbory *.hdr, *.mio)

Skúšobná hala
Ide o halu, ktorá slúži na produkciu výrobkov určených pre automobilový priemysel. Hala je založená na veľkopriemerových pilótach. Nosnú konštrukciu tvorí montovaný železobetónový skelet. Plochá strecha je uložená na prefabrikovaných betónových nosníkoch. Podlaha haly je rozdelená na dilatačné celky s rozmermi 4,5 × 4,5 m. Obvodové steny sú realizované zo sendvičových tepelno- a zvukovoizolačných panelov. V čase merania bola v hale zvyčajná prevádzka.

Predmetom skúšky bola betónová podlaha. Zistené výsledky budú slúžiť ako podklad na vytvorenie vhodných opatrení, ktoré sa budú aplikovať pri realizácii novej haly. Má sa tým zabrániť nadmernému negatívnemu pôsobeniu vibrácií od vysokozdvižných vozíkov na jednotlivé výrobné stroje.

Sledované veličiny
Sledovanou veličinou bola rýchlosť kmitania (zložky rýchlosti kmitania vx, vy, vz (mm/s), priestorový vektorový súčet týchto zložiek vp (mm/s) a frekvencia maximálnych kmitov (Hz) jednotlivých zložiek rýchlosti kmitania.

Použité zariadenia
Meranie úrovne vibrácií sa realizovalo pomocou meracej A/D karty National Instruments, ktorá umožňuje načítať údaje so vzorkovacou frekvenciou 1 000 Hz. Na vstup tejto karty sa priviedli signály z troch kusov trojzložkových snímačov rýchlosti kmitania SM6 B04. Pomocou zosilňovača INVEL 300 B3 sa na nich upravil odstup signálu od šumu.

Inštalácia meracieho zariadenia
Meracia centrála a snímače sa umiestnili tak, aby nedochádzalo k ovplyvňovaniu prevádzky v hale, a zároveň aby nedošlo k poškodeniu meracích zariadení a ovplyvneniu merania neregistrovateľnými náhodnými javmi.

Meranie sa z priestorových dôvodov uskutočnilo vo dvoch etapách. Zabránilo sa tým jazde vozíka cez kabeláž meracej linky. V prvej etape sa snímače osadili v priamke 0,85 m od okraja dosky a rovnobežnej s okrajom dosky A, po ktorej viedla jedna stopa vysokozdvižného vozíka. V druhej etape sa snímače osadili v priamke do stredu dosky B (vo vzdialenosti 2,25 m) rovnobežnej s okrajom dosky B, po ktorej okraji viedla trasa prechádzajúceho vozíka. Priamky, na ktorých sa uložili snímače, boli rovnobežné s trasou jazdy vozíkov. Snímače sa rozmiestnili tak, aby sa dalo analyzovať, v ktorej časti dosky dochádza k najväčším účinkom.

Obr. 2 Schéma rozmiestnenia meracej linky
– 1. a 2. etapa

Schéma rozmiestnenia meracej linky je na obr. 2. Na obr. 3 a) a b) je meracia linka. Meracia linka sa zostavila tak, aby sa dali získať hodnoty rýchlostí kmitania častí dosky a aby sa dalo predpovedať, či bude, alebo nebude treba v novobudovanej hale vykonať ochranné opatrenia pred umiestnením strojov (meracích zariadení), keďže vyhotovenie podlahy v novej a existujúcej hale bude rovnaké.

Obr. 3 Zostava meracej linky
a) 1. etapa, b) 2. etapa

Všetky snímače rýchlosti kmitania sa osadili tak, aby ich vodorovná pozdĺžna os označovaná ako os x (najdlhší rozmer snímača) smerovala ku zdroju vibrácií (kolmo na trasu vozíkov), vodorovná priečna os označovaná ako os y (menší rozmer snímača) smerovala rovnobežne s trasou vozíkov a zvislá os označovaná ako os z smerovala nahor.

Snímače rýchlosti kmitania sa po uložení na dosku A a B orientovali podľa konvencie vyznačenej na obr. 2 a pomocou vstavaných libiel sa vyvážili. K snímačom sa pripojili zosilňovače. Následne sa položili meracie káble. Tie sa pripojili k snímačom, zosilňovačom a meraciemu počítaču. Merací počítač sa pripojil k zdroju elektrického prúdu (batérii). Spolu so zosilňovačmi sa následne zapol. Po spustení meracieho programu Woscilo a jeho nastavení sa jednotlivé snímače (ich funkčnosť) skontrolovali poklepaním. Tým sa meracia linka pripravila na použitie.

Skúšobné zaťaženie
S cieľom merania vibrácií sa stanovil zdroj vo forme prejazdu plne naloženého vysokozdvižného vozíka Hyundai HLF 30 – 5. V 1. etape vozík jazdil po meranej doske A iba jednou polovicou. V 2. etape vozík jazdil po doske B všetkými kolesami. Vykonali sa záznamy jazdy vysokozdvižných vozíkov oboma smermi rôznymi rýchlosťami, brzdenia a rozbiehania vozíka a státia vozíka so zapnutým motorom uprostred dĺžky dosky.
Zaznamenané údaje sú v tab. 1 a tab. 2.

Realizácia skúšky
Registrovanými zdrojmi vibrácií boli prejazdy vozíkov. Meranie prebiehalo v režime „Roll mode“, ktorý funguje bez prestávky. Dĺžka a veľkosť vibrácií sa ukladá ako spätný záznam.

Po uložení každého záznamu prejazdu sa ihneď vykonala grafická kontrola a jeho predbežné vyhodnotenie. V 1. etape sa záznamy 01, 02, 03 a 04 „orezali“ a museli sa z hodnotenia vylúčiť. Ostatné záznamy nevykazovali problémy.

Výsledky merania
Namerané hodnoty rýchlosti kmitania sa priebežne vyhodnocovali postupmi uvedenými v internom pracovnom postupe PP-05 Měření technické seizmicity a odezvy stavebních objektů.

Signálna analýza dynamických záznamov snímačov rýchlosti kmitania zahŕňala vyhodnotenie maximálneho kmitu všetkých troch zložiek vx, vy, vz. Analýza pozostávala z nájdenia maximálnej amplitúdy a periódy kmitu, priestorovej rýchlosti, zrýchlenia a výchylky maximálneho kmitu, získania frekvenčného spektra z časového záznamu, časového priebehu priestorovej rýchlosti a určenia dominantných frekvencií.

Stanovenie neistoty merania rýchlosti kmitania
Uvedené rozšírené neistoty merania sú súčinom štandardnej neistoty merania a koeficientu rozšírenia k = 2, čo pre normálne rozdelenie zodpovedá pravdepodobnosti pokrytia asi 95 %.

V prípade snímačov rýchlosti kmitania nasadených vo frekvenčnom rozsahu 1 Hz až 130 Hz sa z analýzy všetkých známych faktorov ovplyvňujúcich výsledok merania na základe PP-05 odvodil vzťah na výpočet rozšírenej kombinovanej neistoty merania Uv (k = 2) – Uv = 0,1*vi (mm/s).

Meranie rýchlosti kmitania
1. etapa – doska A
V tab. 3 sú uvedené maximálne amplitúdy a efektívne hodnoty zložiek rýchlostí kmitania. Záznam prejazdu, ktorý predstavuje najväčšie seizmické účinky, je zvýraznený. Za záznam s najväčšími seizmickými účinkami sa určil záznam s najväčším počtom maximálnych hodnôt zložiek efektívnych rýchlostí kmitania.

Na určenie záznamu s najväčšími vibračnými účinkami sa posudzovali hodnoty maximálnych amplitúd rýchlostí kmitania vo zvislom smere (vz), vo vodorovnom smere (vxy, väčšia hodnota z vx a vy), priestorových vektorov (vp) a ich efektívnych hodnôt zložiek rýchlostí kmitania (vz,ef; vxy,ef a vp,ef).

Maximálne hodnoty každého snímača sú označené červeným písmom. Z tab. 3 vyplýva, že najväčšie vibračné účinky sa zistili pri zázname 08 (prejazd naloženého vozíka najväčšou rýchlosťou v smere VIB03 → VIB01).

2. etapa – doska B
V tab. 4 sú uvedené maximálne amplitúdy a efektívne hodnoty zložiek rýchlostí kmitania. Prejazdy, ktoré vyvolali najväčšie seizmické účinky, sú zvýraznené. Za záznam s najväčšími seizmickými účinkami sa určil záznam s najväčším počtom maximálnych hodnôt zložiek efektívnych rýchlostí kmitania.

Na určenie záznamu s najväčšími vibračnými účinkami sa posudzovali hodnoty maximálnych amplitúd rýchlostí kmitania vo zvislom smere (vz), vo vodorovnom smere (vxy, väčšia hodnota z vx a vy), priestorových vektorov (vp) a ich efektívnych hodnôt zložiek rýchlostí kmitania (vz,ef; vxy,ef a vp,ef).

Maximálne hodnoty každého snímača sú označené červeým písmom. Z tab. 4 vyplýva, že najväčšie vibračné účinky sa zistili pri zázname 27 (prejazd naloženého vozíka najväčšou rýchlosťou v smere VIB01 → VIB03) a 28 (prejazd naloženého vozíka najväčšou rýchlosťou v smere VIB03 → VIB01).

Na ďalšie analyzovanie sa použil maximálny záznam číslo 08 z 1. etapy merania, keďže vo všetkých parametroch je niekoľkonásobne väčší ako záznamy číslo 27 a 28 z 2. etapy merania.

Interpretácia výsledkov merania
Všetky vykonané merania sa podrobne analyzovali z hľadiska úrovne technickej seizmicity od zdrojov, ktoré sa reálne vyskytujú a mohli by mať vplyv na posudzovanú halu. Na základe vykonaných meraní, výpočtov a vyhodnotení možno konštatovať nasledovné:

• v meranom bode VIB01 na okraji dosky pri jazde v 1. etape po okraji dosky jednou polovicou naloženého vozíka najväčšou rýchlosťou dochádza vo zvislom smere z a priečnom vodorovnom smere y k dosiahnutiu a miernemu prekročeniu limitných hodnôt stanovených výrobcom stroja v rozsahu frekvencií 0 – 15 Hz;
• v smere vodorovnom pozdĺžnom x na bode VIB01 sa limitné hodnoty pri rovnakom spôsobe jazdy nedosahujú;
• v bodoch VIB02 a VIB03 nedochádza v žiadnom smere (x, y, z) k dosiahnutiu limitných hodnôt pri rovnakom spôsobe jazdy;
• na žiadnom z bodov umiestnených v 2. etape v strede dosky nedochádza k dosiahnutiu limitných hodnôt pri žiadnom spôsobe jazdy;
• meraná betónová doska A sa správa v dynamickej oblasti extrémne pri jazde vozíka po jej okraji v nesymetrickom smere.

Záver
Z interpretácie výsledkov merania vyplýva, že jazda naloženým vozíkom pri najvyššej rýchlosti prekračuje limitné hodnoty citlivosti stanovené výrobcom a treba vykonať ochranné opatrenia.

Meraná betónová doska v existujúcej hale sa nespráva v dynamickej oblasti symetricky. Pri jazde v smere VIB03 → VIB01 (záznam číslo 08) sú maximálne hodnoty vibrácií na bode VIB01 a rovnako na tom istom bode VIB01, aj keď ide vozík opačným smerom VIB01 → VIB03 (záznam číslo 07). Z toho vyplýva, že je veľmi pravdepodobné, že vyhotovenie dosky alebo jej podkladu v danom mieste VIB01 nie je rovnako kvalitné ako na iných miestach dosky (ak by sa doska správala symetricky, tak by pri jazde v smere VIB03 → VIB01 boli na bode VIB01 približne rovnaké účinky ako pri jazde opačným smerom VIB01 → VIB03 na bode VIB03, ale nie je to tak) alebo došlo k zmene charakteristík podlahy a podkladu počas prevádzkovania existujúcej haly.
Zo záznamov v 2. etape vidieť, že sa doska nesymetricky správa v bode VIB03 (i keď nie tak významne ako v 1. etape pri VIB01). To naznačuje, že sa doska pri jazde vždy v rovnakom smere „preklápa“.

Keďže meranie a následná extrapolácia jeho výsledkov do priestorov novobudovanej haly môžu byť ovplyvnené takýmito okolnosťami, treba vykonať meranie priamo v novej hale po dobudovaní podlahy ešte pred osadením stroja.

V prípade, ak sa potvrdia výsledky týchto meraní následným meraním priamo na mieste osadenia nového stroja, treba navrhnúť opatrenia v zmysle odizolovania stroja od podlahy antivibračnými podložkami a podobne, prípadne stroj umiestniť čo najbližšie na stred dosky, kde sú účinky prejazdu vozíkov hlboko pod limitnými hodnotami.

TEXT: Ing. Branislav Kubík, Ing. Daniel Papán, PhD., Ing. Ivana Martinická, PhD.
OBRÁZKY a FOTO: archív autorov

Ing. Branislav Kubík je vedúci organizačnej zložky zahraničnej spoločnosti INSET, s. r. o., na Slovensku.

Ing. Daniel Papán, PhD., pracuje na Katedre stavebnej mechaniky Stavebnej fakulty Žilinskej univerzity v Žiline.

Ing. Ivana Martinická, PhD., pracuje na Katedre stavebnej mechaniky Stavebnej fakulty Žilinskej univerzity v Žiline.

Literatúra
1.    Polak, M. – Plachý, T.: Long-Time Monitoring of Thermal Actions on a Prestressed Concrete Bridge Structure, 48th International Scientific Conference Experimental Stress Analysis. Velke Losiny, Czech Republic, 2010, s. 369 – 376.
2.    Polak, M. – Plachý, T. – Rotter, T.: Vibration Monitoring of the Bridge Loaded by Heavy Vehicle Traffic, 5th WSEAS International Conference on Applied and Theoretical Mechanics Location, Puerto de la Cruz, Spain, 2009, s. 120 – 123.
3.    Papán, D.: The bridges spectral analysis due to ­traffic paraseismicity dynamics of civil engineering and transport structures and wind engineering DYN-WIND 2011. Žilina, 2001, s. 221 – 224.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.