Trapp, Marten (2023) Diseño, implementación y control de un banco de pruebas para el control de vibraciones de un colimador oscilante / Design, implementation, and control of a test bench for vibration control. Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
En el marco del proyecto del Laboratorio Argentino de Haces de Neutrones (LAHN), se desarrolló un prototipo de colimador oscilante para el difractómetro multipropósito ANDES. Este colimador genera vibraciones debido a sus oscilaciones y a su masa considerable, lo cual podría afectar la electrónica de detección y al detector. Para abordar este problema, se implementó un actuador inercial en el prototipo, el cual busca compensar las fuerzas inerciales del colimador mediante la aceleración de su masa. En este proyecto integrador se buscó diseñar, implementar y controlar un banco de pruebas para controlar las vibraciones del prototipo mencionado. Esto implicó verificar los componentes críticos del dispositivo, diseñar el banco de pruebas, realizar un modelado dinámico del conjunto, instrumentar físicamente el conjunto y programar el microcontrolador y la interfaz necesaria. Luego de solucionar tanto inconvenientes físicos como de programación se finalizó realizando mediciones sobre el conjunto. Se realizaron cálculos analíticos para verificar los componentes críticos del prototipo, considerando un perfil de velocidades trapezoidal en el movimiento. Se utilizó un diseño 3D para medir las distancias y determinar las masas de los conjuntos, y se calcularon los factores de seguridad siguiendo los catálogos de fabricantes. En relación al diseño del banco de pruebas, se consideró una frecuencia natural para la estructura soporte final del prototipo y se determinó la rigidez necesaria de la misma. Se buscó diseñar el banco con la misma rigidez y utilizando materiales similares, pero una revisión del mismo llevó a corregir su rigidez teórica. En el análisis del conjunto del banco de pruebas con el prototipo colimador oscilante montado, se evalúo la reducción de vibraciones transmitidas al banco tanto sin el movimiento del actuador inercial como con el movimiento en contrafase del mismo. Se realizó un modelado del sistema con 3 grados de libertad y se calculó la respuesta dinámica del sistema. Finalizando se obtuvieron mediante los ensayos experimentales algunos resultados congruentes con el modelo dinámico. Se destaca que se pudo verificar una disminución de las oscilaciones al compensar las fuerzas con la actuación del actuador inercial.
Resumen en inglés
Within the framework of the Argentine Neutron Beam Laboratory (LAHN) project, an oscillating collimator prototype was developed for the multipurpose diffractometer ANDES. This collimator generates vibrations due to its oscillations and considerable mass, which could affect the detection electronics. To address this issue, an inertial actuator was implemented in the prototype, which aims to compensate for the collimator’s inertial forces by accelerating its mass. In this integrative project, the goal was to design, implement, and control a test bench to manage the vibrations of the mentioned prototype. This involved verifying critical components of the device, designing the test bench, performing dynamic modeling of the system, physically instrumenting the assembly, and programming the microcontroller and necessary interface. Both physical and programming challenges had to be addressed, but ultimately, measurements were taken on the assembly. Analytical calculations were carried out to verify the critical components of the prototype, considering a trapezoidal velocity profile in the motion. A 3D design was used to measure distances and determine the masses of the assemblies, and safety factors were calculated following manufacturers catalogs. Regarding the design of the test bench, a natural frequency was considered for the final support structure of the prototype, and the necessary stiffness of it was determined. The goal was to design the bench with the same stiffness and using similar materials, but a review of it led to correcting its theoretical stiffness. In the analysis of the test bench assembly with the mounted oscillating collimator prototype, the reduction of vibrations transmitted to the bench was evaluated both without the motion of the inertial actuator and with the counter-phase motion of the actuator. A 3-degree-of-freedom system modeling was performed, and the dynamic response of the system was calculated. Finally, experimental tests yielded results consistent with the dynamic model. The most notable finding was the verification of reduced oscillations by compensating the forces through the action of the inertial actuator.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Vibraciones (Mechanical); Vibraciones (Mecánicas); [Inertial actuator; Actuador inercial; Microcontroller; Microcontrolador;Test bench; Banco de pruebas] |
| Referencias: | [1] CNEA. Reactor multipropósito ra-10, 2023. URL https://www.argentina.gob. ar/cnea/ra10, 07/07/2023. 1 [2] CNEA, 2023. URL https://www.lahn.cnea.gov.ar/, 07/07/2023. 1 [3] Monteros, L. Descripción general del difractómetro andes. Inf. Tec. MD-LAHN- 001/0200 Rev.: 0, CNEA, 2018. 2 [4] Hamrock, B. J., Jacobson, B. O., Schmid, S. R., Hern´andez, A. E. G. Elementos de máquinas. 1a ed. México: McGraw-Hill, 2000. 8 [5] THK. Husillos de bolas, Catálogo general. URL https://www.thk.com/catalog/?lang=es, 26/07/2023. 9, 10, 11, 24 [6] Norton, R. L. Diseño de máquinas: un enfoque integrado. 4a ed. México: Pearson Education, 2011. 11, 12, 17, 18, 20 [7] Gaes-Sistemas-Mecánicos. Guías Lineales, Información Técnica. URL https://grupogaes.com/tienda/movimiento-lineal/guias-lineales/guias-lineales-serie-hg/, 26/07/2023. 11, 15, 25 [8] Lishui City Youright Precision Machinery Co., L. Ball Screw Single Nut Size Specification, SFU. URL http://www.cnyouright.com, 26/07/2023. 12 [9] Simens, 2022. URL https://solidedge.siemens.com/en/, 26/06/2023. 13, 17 [10] ArcelorMittal-Acindar. Productos para la Industria, catálogo de productos, información técnica. URL https://www.acindar.com.ar/wp-content/uploads/2018/11/Catalogo-de-productos-para-la-industria.pdf, 26/07/2023. 19 [11] Budynas, R. G. DISE˜NO EN INGENIER´IA MEC´ANICA DE SHIGLEY. 8a ed. México: McGraw-Hill, 2008. 19 [12] SKF. Rodamientos, 2019. PUB BU/P1 17000/1 ES. 22, 27 [13] Blevins, R. D. Formulas for Dynamics, Acoustics and Vibration. Wiley Series in Acoustics Noise and Vibration. Nashville, TN: John Wiley & Sons, 2015. 31 [14] Bosch Rexroth, A. Elementos básicos de mecánica, 13.0. URL http://docs. lineartec.com.ar/docs/sistemasestructurales.pdf, 26/07/2023. 31 [15] Universidad Politécnica de Cartagena. URL https://www.upct.es/goe/software/mefi.php, 25/06/2023. 33 [16] Rao, S. S. Mechanical Vibrations in SI units. 6a ed. London, England: Pearson Education, 2017. 37, 39, 40 [17] Spyder. URL https://www.spyder-ide.org/, 26/06/2023. 39 [18] Analog Devices, I. Preliminary Technical Data ADXL335. URL https://pdf1.alldatasheet.com/datasheetpdf/download/250056/AD/ADXL335.html, 26/07/2023. 50, 68 [19] QT. URL https://www.qt.io/product/development-tools, 26/06/2023. 59 |
| Materias: | Ingeniería mecánica > Diseño, electrónica y control |
| Divisiones: | Gcia. de área de Energía Nuclear > Gcia. de Ingeniería Nuclear > Termohidráulica |
| Código ID: | 1206 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 17 Aug 2023 10:25 |
| Última Modificación: | 17 Aug 2023 10:25 |
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