Control semi-activo de vibraciones, modelado y manufactura de una chumacera móvil para una plataforma experimental rotor-chumacera

Abstract

Las vibraciones causadas por el desbalance son el resultados de las imperfecciones en la manufactura y ensamble de máquinas rotatorias. Estos tipos de defectos pueden causar altos niveles de vibración, ruido y desgaste y pudiendo llegar a producir fallas y perdida de la máquina. El control de vibración en máquinas y estructuras ha sido un campo de interés por muchos años en el área de ingeniería, tecnología y la industria. Los esquemas de control comúnmente usados para reducir las vibraciones son: control pasivo, activo y semi-activo. La tesis trata de un esquema de control semi-activo del desbalance para un sistema rotor-chumacera, que consiste en un controlador de la rigidez dinámica y la modulación de la velocidad angular. El sistema rotor-chumacera consiste de un rotor no-isotrópico con un servomecanismo para posicionar la chumacera sobre dos guías lineales deslizables. La atenuación de vibración en el sistema se logra modificando la dinámica lateral del rotor, mediante el control de la longitud efectiva de la flecha, el cual causa cambios en la rigidez y como consecuencia modifica las frecuencias naturales del sistema. Estos pueden ser modificados dentro de un rango pequeño, donde la resonancia es atravesada y atenuada durante el arranque o paro de operación de la máquina. El rotor es modelado usando el método de elemento finito (FEM), en la que se considera una flecha flexible, un disco inercial rígido con términos giroscópicos despreciables, dos chumaceras no-isotrópicas y dos entradas de control indirecto, estas son, la fuerza de traslación aplicada para mover la chumacera móvil y el torque en la dinámica de la velocidad angular. El control de la rigidez es realizado agregando un servomecanismo basado en un motor de CD y una trasmisión de polea para posicionar la chumacera móvil, mediante un esquema de control realimentado PID, el cual es parametrizado en términos de la velocidad angular. La dinámica de velocidad es controlada mediante el seguimiento de una trayectoria de velocidad suave, programada por un Polinomio de Bezier, planificado para atravesar la primera velocidad crítica. El diseño conceptual y la manufactura de una plataforma experimental se propone para estudiar la respuesta al desbalance. Una parte importante está relacionada con la concepción del diseño, construcción mecánica de una chumacera sobre dos guías lineales deslizables, fabricación de poleas para una transmisión por banda para posicionar el soporte y la manufactura de una base del motor CD. Entonces una chumacera móvil es integrada en una plataforma rotor-chumacera, la cual incluye un disco inercial con dos bridas de bronce, una flecha flexible, una estructura para el motor y una base de acero con perforaciones. Los resultados numéricos se obtienen por el software Matlab-Simulink, el cual muestra el desempeño de la respuesta al desbalance en el sistema. Esta es reducida cerca del 80 % en la frecuencia resonante, por medio del esquema de control de la rigidez.