A new method for identification of uncorrelated forces acting in the agricultural machines

Znajomość obciążeń eksploatacyjnych odgrywa kluczową rolę w procesie projektowania oraz badania własności dynamicznych konstrukcji. W wielu przypadkach bezpośredni pomiar sił dynamicznych jest niemożliwy i trzeba stosować odwrotne metody identyfikacji. W artykule przedstawiono możliwości identyfikacji liczby nieskorelowanych sił wymuszających z zastosowaniem metod rozkładów ortogonalnych macierzy wzajemnych gęstości widmowych mocy. Stosowano w tym celu dotychczas używane w PIMR metody rozkładu macierzy wzglądem wartości własnych i szczególnych oraz nowe metody oparte na regularyzacji. Oprócz metod widmowych zastosowano metody czasowe identyfikacji składowych głównych i niezależnych z sygnału oparte o metody ICA (Independent Component Analysis). Metodę zastosowano do identyfikacji liczby nieskorelowanych sił wymuszających działających w czasie pracy rzeczywistego układu mechanicznego - kombajnu do materiałów organicznych.Knowledge of the operational loads is very useful in diagnostic process of mechanical structures and to simulate the response under working condition. In many cases, dynamic forces are not directly measurable and need to be identified using inverse solution method. In the present work presented are methods of identification of uncorrelated operational forces based on orthogonal decomposition of response PSD matrix. In this purpose were used methods based on eigen- and singular value decomposition of response PSD matrix and new method based on regularization. Except methods in frequency domain were used methods in time domain (ICA - Independent Component Analysis) for identification statistically independent and principal component. The method was used to identify the number of sources of the exciting forces acting during the work of a real mechanical system - machine for compostable organic materials processing

Analysis of energy flow model in the biomechanical system human operator - agricultural combination

Człowiek jest najbardziej wrażliwy na drgania o niskich częstotliwościach występujące podczas postawy siedzącej. Modele biodynamiczne siedzącego człowieka są rozwijane od lat i powstało wiele modeli o różnym stopniu złożoności. Jednym z prostszych jest model o czterech stopniach swobody opracowany przez Wana i Schimmelsa. Po wprowadzeniu do modelu wymuszeń można analizować odpowiedź w poszczególnych segmentach modelu. Jako przykład wyznaczono przemieszczenia głowy operatora agregatu do uprawy gleby po wprowadzeniu do modelu przemieszczeń drgań siedziska kierowcy.Humans are most sensitive to whole body vibration under low-frequency excitation in seated position. Biodynamics of seated human subjects has been a topic of interest over the years, and a number of mathematical models have been established. A simple model that captures the essential dynamics of a seated human exposed to whole body vibration is 4-DOF dynamic models of the human body developed by Wan and Schimmels. After introduction of the excitation we can analyze the response in particular segments of the model. As an example, the operator's head displacement was determined for the cultivation of the soil

Identification of driver reaction time in safety of movement of agricultural machines

Sterowany przez kierowcę pojazd może być rozpatrywany jako system regulacji, w którym kierowca jest regulatorem a maszyna rolnicza obiektem regulowanym. Źródłem sił zewnętrznych docierających do kierującego i wywierających wpływ na dynamikę samochodu jest zmieniające się otoczenie pojazdu. Efektywność działań kierowcy zależy od sytuacji na drodze, własności pojazdu oraz od cech psychofizycznych kierowcy. Kierowca jest włączony w układ droga - pojazd - kierowca jako ogniwo sprzężenia zwrotnego. Jego funkcje dają się opisać jako przetwarzanie pochodzących z zewnątrz informacji dotyczących ruchu pojazdu na sterowanie stanem poszczególnych układów. Parametry opisujące zachowania kierowcy (np. - czas reakcji kierowcy) można wyznaczyć na podstawie znajomości modelu układu opisanego w dziedzinie widma za pomocą transmitancji widmowych lub w dziedzinie czasu za pomocą korelacji.Vehicle driven by driver may be considered as control system with driver as a controller and vehicle as controlled system. Changeable vehicle environment is the source of outer forces reaching driver and having effect on vehicle dynamics. Driver efficiency depends on situation on the road, vehicle characteristic and psychical and physical driver features. Driver is included in road-vehicle-driver system as feedback element. His functions can be described as concerning running vehicle input data processing into control of vehicle systems. Parameters describing drives behaviour (eg - driver reaction time delay) can be identified basing on model of system in frequency domain (from transmissibility) or in time domain (from correlation)

Modeling of the feedback control systems (driver-agricultural set) in aspect of movement safety

Przedstawiono model sterowania rolniczym agregatem, składającym się z pojazdu i połączonej z nim maszyny rolniczej. Sterowany przez kierowcę agregat jest rozpatrywany jako system regulacji, w którym kierowca jest regulatorem, a maszyna rolnicza obiektem regulowanym. Układ sterujący odwzorowuje zachowanie kierowcy, z jego ograniczonymi możliwościami percepcji, opóźnieniami reakcji itp. Bezpośrednie uwzględnienie wszystkich parametrów, opisujących takie zachowania kierowcy nie byłoby możliwe. Zdecydowano się zatem na zastosowanie metody opisującej zachowania agregatu metodami stochastycznymi, za pomocą transmitancji operatorowych w dziedzinie częstotliwości oraz korelacji w dziedzinie czasu.A control model of the agricultural machinery unit consisting of vehicle and agricultural machine has been presented. Vehicle driven by operator is being considered as control system with driver as a controller and vehicle as controlled system. Presented control system reproduces the actual behavior of the driver with its limited possibilities of perception, response time, delays, etc. Taking into account all the parameters describing such a behavior of the driver would not be possible. Therefore, it was decided to apply the method of describing the aggregate behavior by the use of the operational transmittance in the frequency domain and correlation in the time domain. The control model has been constructed with the use of stochastic methods and operational transmittances describing the various components of the system

Damping of vibrations with using magnetorheological fluid devices

W ostatniej dekadzie podejmowane są prace nad redukcją drgań w układach mechanicznych. W rezultacie tych działań rozwijane są innowacyjne idee i nowe urządzenia. Urządzenia zawierające ciecze magnetoreologiczne są jednymi z najbardziej nowoczesnych urządzeń dla sterowania drganiami w układach mechanicznych. Tłumiki magnetoreologiczne pozwalają na wytworzenie zmiennych sił tłumienia poprzez zmianę swoich własności w zależności od stanu obciążenia. Tłumiki MR są jednymi z najbardziej innowacyjnych rozwiązań wśród urządzeń dla aktywnego sterowania drganiami układu zawieszenia siedziska.In the last decade, much attention has been given to the reduction of machine vibrations. As a result, many innovative ideas have been proposed, and new devices have been designed. Among those, magnetoreological (MR) fluid devices are the most promising devices for structural control of engineering structures. MR dampers have the capability to provide large controllable forces damping and dynamically change their properties to accommodate varying loading conditions. MRF dampers are among the most promising devices for active seat suspension vibrations control

Vibration energy absorption in the whole-body system of a tractor operator

Many people are exposed to whole-body vibration (WBV) in their occupational lives, especially drivers of vehicles such as tractor and trucks. The main categories of effects from WBV are perception degraded comfort interference with activities-impaired health and occurrence of motion sickness. Absorbed power is defined as the power dissipated in a mechanical system as a result of an applied force. The vibration-induced injuries or disorders in a substructure of the human system are primarily associated with the vibration power absorption distributed in that substructure. The vibration power absorbed by the exposed body is a measure that combines both the vibration hazard and the biodynamic response of the body. The article presents measurement method for determining vibration power dissipated in the human whole body system called Vibration Energy Absorption (VEA). The vibration power is calculated from the real part of the force-velocity cross-spectrum. The absorbed power in the frequency domain can be obtained from the cross-spectrum of the force and velocity. In the context of the vibration energy transferred to a seated human body, the real component reflects the energy dissipated in the biological structure per unit of time, whereas the imaginary component reflects the energy stored/released by the system. The seated human is modeled as a series/parallel 4-DOF dynamic models. After introduction of the excitation, the response in particular segments of the model can be analyzed. As an example, the vibration power dissipated in an operator has been determined as a function of the agricultural combination operating speed 1.39 – 4.16 ms[sup] -1 [/sup]

Obciążenia dynamiczne oddziaływające na operatora zestawu ciągnik rolniczy - agregat podczas pracy na polu ze zwiększoną prędkością roboczą

The article presents the results of dynamic load analysis of the tractor with agregate for pre sawing tillage that were made while working in the field with nominal and increased operating speed. The results of research on actual vibration level on tractor driver's seat cooperating with the agricultural aggregate, equipped with innovative spring teeth, have been presented. The amount of absorbed power by the tractor's operator, based on physical model (7 degrees of freedom) have been calculated, as a function of operating speed of tractor and agricultural aggregate.W artykule przestawiono wyniki badań układu ciągnik - agregat do upraw przedsiewnych, wykonane podczas pracy na polu z nominalną i ze zwiększoną prędkością roboczą. Przedstawiono wyniki badań dotyczące rzeczywistego poziomu drgań siedziska operatora ciągnika rolniczego współpracującego z agregatem uprawowym przedsiewnym, wyposażonym w innowacyjne zęby sprężyste. Wyznaczono wielkość energii zaabsorbowanej przez operatora, w oparciu o model fizyczny (7 stopni swobody), w funkcji prędkości ruchu zestawu ciągnik rolniczy – agregat

Mody energetyczne w opisie degradacji strukturalnej materiałów konstrukcyjnych

This article presents results analysis of the structural degradation of technical materials samples. The results have been determined by the analysis of the distribution under dynamic load (a discrete model of structure dynamic load). The aim of this research is to describe the process of structural degradation of the basic technical materials. The structural changes of the constructional material samples subjected to impulsive loads have been measured. Information about the technical condition of the individual material samples have been obtained on the basis of the energy characteristics of power spectral density under degrading dynamic load. The results were presented in the form of power amplitude estimation of the dynamic stiffness forces and damping forces, changing with the ongoing samples degradation process. Research conducted at the work station by the method of impulsive test helped to determine the initial load causing the damage in the material structure. Further analysis of the material structural changes allowed determining the limits of load, which will initiate the process of structural degradation (in. ex. cracking).W artykule przedstawiono ideę badania wytężenia materiałów konstrukcyjnych energetyczną metodą wyznaczania widmowych charakterystyk, opisujących zmiany strukturalne obiektów mechanicznych. Wytężenie materiału definiowane jest jako ogół zmian charakterystyk strukturalnych występujących w materiale w wyniku poddania go zewnętrznym obciążeniom mechanicznym. Wyznaczono miary tych zmian przy zmiennych obciążeniach dynamicznych. Synergizm różnych procesów (np. rodzaj i amplituda obciążeń, przestrzenna i czasowa charakterystyka tych obciążeń, procesy korozji i starzenia, własności wytrzymałościowe materiałów, itp.) stanowi o zmianach strukturalnych obiektu mechanicznego. Charakterystyki zmian parametrów strukturalnych materiałów wyznaczano poprzez moce sił tłumienia(tarcie wewnętrzne) i moce sił bezwładności i sił sztywności dynamicznej, oraz wyznaczanej na tej podstawie pracy sił powodujących degradację próbek materiałów. Gęstości widmowe mocy obciążeń degradacji strukturalnej materiałów konstrukcyjnych(część rzeczywista i część urojona) obliczano metodą eksperymentalnej analizy modalnej. Badania właściwości wytężenia materiałów obejmują wyznaczenie widmowych charakterystyk energetycznych ścinania, skręcania i zgniatania oraz miar zmiany parametrów strukturalnych(miar tarcia wewnętrznego i sztywności dynamicznej

Identyfikacja ODS oraz charakterystyka dynamiczna pilarek łańcuchowych

This article presents methods of identification of dynamics characteristics of chain saws. These methods can be successfully used in the process of identification of resonant frequencies and visualisation of ODS of chain saws. Vibration measurements were done using Laser Doppler Vibrometry. Some examples of identification of dynamics characteristics of chain saws and their operational deflection shapes are presented below.Przedstawiono wyniki badań charakterystyki dynamicznej pilarki łańcuchowej. Pomiarów wibracji dokonano z wykorzystaniem techniki laserowej. Przeprowadzono analizę modalną układu. Zaprezentowano przykłady ODS (Operational Deflection Shapers) prowadnicy pilarki łańcuchowej

Energetic methods in diagnostics of machines

W referacie przedstawiono zastosowanie metody analizy rozkładu mocy obciążeń dynamicznych do opisu stanu technicznego obiektu i procesu degradacji obiektu mechanicznego. Metoda energetycznego modelowania obciążeń drganiowych maszyn pozwala wyznaczyć rozdzielnie moc sił tłumienia oraz moc sił bezwładności i sił sztywności dynamicznych złożonego układu mechanicznego. Metoda umożliwia ocenę wpływu poszczególnych wymuszeń oraz składowych widm mocy sił na charakterystykę trwałościową obiektu. Wyznaczono zmiany tłumienia i zmiany sztywności dynamicznych w obiekcie mechanicznym, stanowiących o degradacji strukturalnej układu mechanicznego.The paper presents the application of the analysis method for distribution of dynamic load powers to describe the technical condition of an object and the degradation process of a mechanical object. The method of energetic modelling for machine vibration loads helps to establish separately the power of dumping forces and inertia forces, and dynamic stiffness forces in a complex mechanical system. This method allows assessment of the impact of particular input functions and components of force power spectra on the life curve of an object