تعليمات موازنة العمود الديناميكي: ثابت مقابل ديناميكي, إجراءات العمل الميدانية ودرجات ISO 21940

ما هو التوازن الديناميكي؟

كل جزء دوار، بدءًا من دوار آلة تقطيع الحبوب الذي يزن 200 كجم وصولًا إلى مغزل مثقاب الأسنان الذي يزن 5 جم، يعاني من قدر من عدم التوازن المتبقي. وتؤدي التفاوتات في التصنيع، وعدم تجانس المواد، والتآكل، والترسبات المتراكمة إلى إزاحة مركز الكتلة بعيدًا عن محور الدوران الهندسي. والنتيجة هي قوة طرد مركزي تتناسب طرديًا مع مربع السرعة: فإذا تضاعفت سرعة الدوران، تتضاعف القوة أربع مرات.

يُولّد دوّار يدور بسرعة 3000 دورة في الدقيقة مع عدم توازن مقداره 10 غرامات فقط عند نصف قطر 150 مم قوة دوران تبلغ حوالي 150 نيوتن، وهي قوة كافية لتدمير المحامل في غضون أسابيع. يُقلّل التوازن الديناميكي هذه القوة إلى مستوى مُحدّد في المعايير الدولية (ISO 21940-11، المعروف سابقًا باسم ISO 1940)، مما يُطيل عمر المحامل من أشهر إلى سنوات ويُقلّل من وقت التوقف الناتج عن الاهتزازات.

التوازن الثابت مقابل التوازن الديناميكي

طائرة واحدة

توازن ثابت

ينحرف مركز ثقل الدوار عن محور الدوران في طائرة واحدة. عند وضعها على دعامات ذات حواف حادة، يتدحرج الجانب الثقيل إلى الأسفل - يمكنك اكتشاف ذلك دون تدويرها.

تصحيح: أضف أو أزل كتلة عند موضع زاوي واحد مقابل النقطة الثقيلة. يكفي مستوى تصحيح واحد.

ينطبق على: أجزاء ضيقة على شكل قرص حيث تكون النسبة L/D أقل من نحو 0.5 - مثل الحذافات، وأحجار الجلخ، والمراوح الدافعة أحادية القرص، وشفرات المناشير، وأقراص الفرامل.

طائرتان

توازن ديناميكي

يوجد اثنان (أو أكثر) من إزاحات الكتلة في طائرات مختلفة على طول الدوار. قد تلغي هذه التأثيرات بعضها البعض بشكل ثابت - حيث يبقى الدوار ساكنًا على حواف حادة - ولكنها تخلق زوجان رائعان عند الدوران. لا يمكن اكتشاف هذا الزوج أو تصحيحه بدون دوران.

تصحيح: وزنان معوضان في مستويين منفصلين. يحسب الجهاز الكتلة والزاوية لكل مستوى من مصفوفة معامل التأثير.

ينطبق على: الدوارات المطولة - الأعمدة، والمراوح ذات الدوافع العريضة، ودوارات التقطيع، والبكرات، ودوافع المضخات متعددة المراحل، والتوربينات.

أربعة أنواع من عدم التوازن

يميز معيار ISO 21940-11 أربعة أنماط أساسية لعدم التوازن. ويساعد فهم أي منها هو السائد في اختيار استراتيجية التوازن الصحيحة.

عمليًا، تعاني معظم الدوارات التي تصادفها في الميدان من عدم توازن ديناميكي، وهو مزيج من مركبات القوة وعزم الدوران. ولهذا السبب، يُعدّ التوازن ثنائي المستوى الإجراء الافتراضي لأي دوار ليس قرصًا رقيقًا.

متى يتم استخدام موازنة المستوى الواحد مقابل موازنة المستويين

العامل الحاسم هو الدوار نسبة الهندسة L/D (الطول المحوري إلى القطر الخارجي) بالإضافة إلى سرعة تشغيله.

درجات جودة الموازن ISO 21940-11

تحدد المواصفة القياسية ISO 21940-11 (التي خلفت المواصفة القياسية ISO 1940-1) لكل فئة من فئات الآلات الدوارة جودة متوازنة من الدرجة G, ، ويُعرَّف بأنه أقصى سرعة مسموح بها لمركز ثقل الدوار بوحدة مليمتر/ثانية. عدم التوازن النوعي المتبقي المسموح به e_per (بوحدة جم·مم/كجم) مشتقة من الدرجة وسرعة التشغيل:

مثال عملي: دوار المروحة

يبلغ وزن دوار المروحة الطاردة المركزية 80 كجم، ويعمل بسرعة 1450 دورة في الدقيقة، ونصف قطر التصحيح 250 مم. الدرجة المطلوبة: G 6.3.

المعايير ذات الصلة: ISO 21940-11 (دوار صلب)،, ISO 21940-12 (دوارات مرنة)،, ISO 10816-3 (حدود شدة الاهتزاز)،, ISO 1940 (النسخة السابقة).

إجراء الموازنة الميدانية المكون من سبع خطوات

هذه هي طريقة معامل التأثير لالموازنة الميدانية ثنائية المستوى، والتي يتم تطبيقها باستخدام جهاز محمول مثل Balanset-1A. ينطبق نفس المنطق على أي محلل موازنة ثنائي القنوات.

1

قم بتجهيز الدوار وتركيب الحساسات

نظّف تجاويف المحامل من الأوساخ والشحوم - يجب أن تستقر الحساسات بشكل مستوٍ على السطح المعدني. ثبّت حساس الاهتزاز رقم 1 على تجويف المحمل الأقرب إلى الطائرة 1 (عادةً طرف المحرك). قم بتركيب المستشعر 2 بالقرب من الطائرة 2 (الطرف غير المُشغِّل). قم بتثبيت شريط عاكس على عمود مقياس سرعة الدوران الليزري. قم بتوصيل جميع الكابلات بوحدة القياس.

2

قياس الاهتزاز الأولي (التشغيل 0)

In the software, open the balancing wizard — F3 - Two-plane (أو F7 - Balancing) — and start on the Run 0 - Initial tab. Start the rotor and bring it to stable operating speed. The instrument measures vibration amplitude (mm/s) and phase angle (°) at both sensors simultaneously. This is the خط الأساس — "مرض" الدوار قبل المعالجة. سجل القيم وأوقف الجهاز.

نصيحة ميدانية: انتظر 10-15 ثانية على الأقل بعد استقرار سرعة الدوران قبل التسجيل. تهدأ التغيرات الحرارية وتيارات الهواء في الثواني القليلة الأولى.

3

قم بتثبيت وزن التجربة في المستوى 1 (التشغيل 1)

أوقف الدوار. ثبته. وزن اختباري of known mass at an arbitrary angular position in Plane 1. Mark this position clearly — it becomes your 0° reference for angle measurement later. Enter the trial weight Mass, g و Radius, mm in the software's Trial weight group — without the mass entered, the program can only report the correction as a percentage of the trial weight. Switch to the Run 1 - Trial Pl.1 tab, restart the rotor and record vibration at both sensors. The instrument now knows how the rotor's vibration field changes when mass is added in Plane 1.

Field tip: Use a bolt with a washer clamped to the rotor rim, or a hose clamp with a nut for quick attachment. The trial weight should produce a measurable vibration change (20–30% amplitude change or 20–30° phase shift at either sensor).

⚖

كم يجب أن يزن وزن التجربة؟ استخدم الصيغة التجريبية: Mt = Mr × Ksupport × Kvibration / (Rt × (N/100)²) حيث M_r = rotor mass (g), K_support = support stiffness coefficient (0.5–5.0, use 3 for standard pedestals), K_اهتزاز = vibration level coefficient (0.5–3.0, use 1.0 for normal vibration of 5–10 mm/s), R_ر = نصف قطر التركيب (سم)، N = عدد الدورات في الدقيقة. أو استخدم خاصتنا حاسبة الوزن التجريبي عبر الإنترنت أدخل معلمات الدوار واحصل على الكتلة الموصى بها على الفور.

4

انقل وزن التجربة إلى المستوى 2 (التشغيل 2)

Stop the rotor. Remove the trial weight from Plane 1. Attach the same trial weight (or one of similar known mass) at an arbitrary position in Plane 2. Mark this second reference point. Switch to the Run 2 - Trial Pl.2 tab, restart and record vibration at both sensors. Now the instrument has the complete influence coefficient matrix — four complex coefficients linking unbalance in either plane to vibration at either sensor.

نصيحة ميدانية: إذا كنت تستخدم كتلة وزن تجريبية مختلفة في المستوى 2، فأدخل القيمة الصحيحة في البرنامج - يتم تعديل العمليات الحسابية تلقائيًا.

5

حساب أوزان التصحيح

The instrument solves the influence coefficient equations and displays the Correction mass (g) و Angle (°) for Plane 1 and Plane 2. The angle is measured from the trial weight position in the direction of rotor rotation. In the Correction method group you choose Add mass (weld or bolt a counterweight) or Remove mass (drill or grind material). The displayed angle is always the angle you actually work at: with Remove mass selected the software has already added 180° to the computed angle, so drill or remove exactly where it indicates — do not add another 180°.

6

تثبيت أوزان التصحيح

Remove the trial weight from Plane 2. Fabricate or select correction weights matching the calculated masses. Install each correction weight at the same radius as the trial weight — the calculated mass is valid only at that radius. If you must use a different radius, enter both radii in the software so it recalculates the mass. Measure the angle from the trial weight reference mark in the direction of rotation. Attach the correction weights firmly — welding, hose clamps, set‑screw weights, or bolts depending on the machine type and speed.

Field tip: If you cannot place a weight at the exact angle (e.g. only bolt holes available), use the Weight Installing Method setting — Free positions, Fixed positions, Circular groove, or Drill. With Fixed positions the instrument decomposes the correction vector into two components at the nearest available positions.

7

تحقق من الرصيد (تحقق من التشغيل)

Restart the rotor and record the final vibration. Compare against the initial baseline and against the ISO 21940‑11 tolerance for your machine class — enter the tolerance in the Balancing tolerance, g*mm field, or press the ISO 1940... button to calculate it from the G‑grade, rotor mass, and RPM (divide the g·mm result by the correction radius to get grams). If vibration is within specification, you are done. If not, the instrument can perform a تقليم وجري on the Run T - Trim tab — it uses the existing influence coefficients to calculate a small additional correction without new trial weights.

نصيحة ميدانية: عادةً ما تكفي عملية تقليم واحدة. إذا احتجت إلى أكثر من عمليتي تقليم، فهذا يعني أن شيئًا ما قد تغير بين العمليتين - تحقق من وجود أوزان سائبة، أو نمو حراري، أو اختلاف في السرعة.

حساب وزن التجربة

The trial weight must be heavy enough to produce a noticeable vibration change, but light enough not to overload bearings or create a dangerous condition. The standard empirical formula accounts for rotor mass, correction radius, operating speed, support stiffness, and the measured vibration level:

لا ترغب في إجراء العمليات الحسابية يدويًا؟ استخدم برنامجنا حاسبة الوزن التجريبية عبر الإنترنت ↗ أدخل معلمات الدوار ونوع الدعم ومستوى الاهتزاز، واحصل على الكتلة الموصى بها على الفور.

Worked Examples (K_support = 3, K_اهتزاز = 1.0)

Values shown assume K_support = 3 (standard bearing pedestals) and K_اهتزاز = 1.0 (normal vibration of 5–10 mm/s); scale accordingly for other support and vibration conditions.

قياس زاوية التصحيح

يُخرج جهاز الموازنة رقمين لكل مستوى: كتلة (كمية الوزن) و زاوية (مكان وضعها). تُنسب الزاوية دائمًا إلى موضع وزن التجربة.

كيفية قياس الزاوية

• نقطة مرجعية (0°): حدد الموضع الزاوي الذي وضعت فيه وزن التجربة. ضع علامة واضحة عليه على الدوار قبل إجراء التجربة.
• اتجاه القياس: دائماً في اتجاه دوران الدوار.
• قراءة الزاوية: the result window shows the Correction mass و Angle for each plane. From the trial weight mark, count that many degrees in the rotation direction — that is where the correction weight goes.
• في حالة إزالة الكتلة: select Remove mass in the Correction method group — the software adds 180° to the computed angle automatically, so drill or grind exactly at the displayed angle.

توزيع الوزن على المواضع الثابتة

When the rotor has pre‑drilled holes or fixed mounting positions (e.g. fan blade bolts), you may not be able to place a weight at the exact calculated angle. In the Balanset‑1A software this is handled by the Weight Installing Method setting, which offers four modes: الوظائف الشاغرة, مواقف ثابتة, أخدود دائري، و Drill (material removal, with drilling-depth calculation). With Fixed positions you enter the angles of the two nearest available positions, and the software decomposes the single correction vector into two smaller weights at those positions. The combined effect matches the original vector.

مستويات التصحيح وموضع المستشعرات

مستوى التصحيح هو الموضع المحوري على الدوّار حيث تتم إضافة أو إزالة الكتلة. يقيس المستشعر الاهتزاز عند أقرب محمل. بعض القواعد الأساسية:

• يتم تركيب الحساس على غلاف المحمل — أقرب ما يمكن إلى خط مركز المحمل، في الاتجاه القطري (يفضل الاتجاه الأفقي).
• يتوافق المستوى 1 مع المستشعر 1،, المستوى 2 إلى المستشعر 2. حافظ على ترقيم متسق وإلا سيقوم البرنامج بتبديل مستويات التصحيح.
• زيادة المسافة بين المستويين إلى أقصى حد: كلما زادت المسافة بين مستويي التصحيح، كان وضوح الاقتران أفضل. الحد الأدنى العملي للفصل بينهما هو ثلث طول المحمل.
• اختر أماكن يسهل الوصول إليها: يجب أن يكون مستوى التصحيح موقعًا يمكنك فيه ربط الأوزان فعليًا - حافة شفة، أو دائرة مسامير، أو حافة، أو سطح لحام.

في الصورة أعلاه، يتم تجهيز دوّار آلة التقطيع لموازنة ثنائية المستوى. تشير العلامات الزرقاء 1 و2 إلى مواقع الحساسات على حوامل المحامل. وتشير العلامات الحمراء 1 و2 إلى مستويات التصحيح - في هذه الحالة، نهايات جسم الدوّار ذات الحواف حيث سيتم لحام الأوزان.

دوار ناتئ (متدلٍ)

تتطلب الدوارات الكابولية - مثل مراوح الدفع، وعجلات الموازنة المثبتة خارج نطاق المحامل، ومراوح المضخات - تصميمًا مختلفًا للمستشعرات والمستويات. يقع كلا مستويي التصحيح على نفس جانب المحامل، ويجب أن يراعي موضع المستشعر عدم توازن عزم الدوران الناتج عن تضخيم الكتلة المتدلية.

التطبيقات حسب نوع الآلة

طرق تثبيت الأوزان

الأخطاء الشائعة في موازنة الحقول

تقرير ميداني: موازنة دوار آلة تقطيع الحبوب

التوازن الديناميكي ثنائي المستوى للمروحة

تُعدّ المراوح الصناعية - الطاردة المركزية، والمحورية، والمختلطة التدفق - من بين أكثر أنواع الدوارات التي يتم موازنتها في مواقع العمل. يوضح الإجراء التالي عملية موازنة حقيقية ثنائية المستوى لمروحة شعاعية باستخدام جهاز Balanset-1A.

تحديد الطائرات وتركيب أجهزة الاستشعار

نظّف الأسطح المخصصة لتركيب الحساسات من الأوساخ والزيوت. يجب أن تتناسب الحساسات بإحكام مع السطح المعدني لغلاف المحمل - لا تقم أبدًا بتركيبها على الأغطية أو الواقيات أو الألواح المعدنية غير المدعومة.

• المستشعر 1 (أحمر): قم بالتركيب بالقرب من مقدمة المروحة (جانب اللوحة 1).
• المستشعر 2 (أخضر): قم بالتركيب بالقرب من الجزء الخلفي من المروحة (جانب اللوحة 2).
• الطائرة 1 (المنطقة الحمراء): مستوى التصحيح على قرص المروحة، أقرب إلى المقدمة.
• الطائرة 2 (المنطقة الخضراء): مستوى التصحيح أقرب إلى اللوحة الخلفية أو المحور.

قم بتوصيل كل من مستشعرات الاهتزاز ومقياس سرعة الدوران الليزري بجهاز Balanset-1A. قم بتثبيت شريط عاكس على العمود أو المحور كمرجع لعدد الدورات في الدقيقة.

عملية التوازن

شغّل المروحة وسجّل قياسات الاهتزاز الأولية (التجربة 0). ضع ثقلًا تجريبيًا معلوم الكتلة على المستوى 1 عند نقطة عشوائية، وشغّل المروحة، وسجّل تغير الاهتزاز (التجربة 1). انقل الثقل التجريبي إلى المستوى 2 عند نقطة عشوائية، وشغّل المروحة مرة أخرى، وسجّل (التجربة 2). يستخدم برنامج Balanset-1A القياسات الثلاثة لحساب كتلة التصحيح والزاوية لكل مستوى.

قياس الزاوية لأوزان تصحيح المروحة

تُقاس الزاوية من موضع وزن التجربة في اتجاه دوران المروحة - تمامًا كما هو موضح في قياس زاوية التصحيح القسم أعلاه. حدد مكان وضع الوزن التجريبي (مرجع 0 درجة)، ثم احسب الزاوية المشار إليها على طول اتجاه الدوران للعثور على موضع الوزن التصحيحي.

بناءً على الزوايا والكتل المحسوبة بواسطة البرنامج، قم بتثبيت أوزان التصحيح على المستويين 1 و2. شغّل المروحة مرة أخرى وتأكد من انخفاض الاهتزاز إلى مستوى مقبول لكل ISO 21940-11 (عادةً ما تكون G 6.3 للمراوح ذات الأغراض العامة). إذا كان الاهتزاز المتبقي لا يزال أعلى من المستوى المستهدف، فقم بإجراء عملية ضبط واحدة.

الأسئلة الشائعة

معدات الموازنة الميدانية

Balanset-1A هو جهاز محمول ثنائي القنوات يُستخدم في موازنة الأنظمة الديناميكية أحادية المستوى وثنائية المستوى، بالإضافة إلى تحليل الاهتزازات (السرعة الكلية، والأطياف، وشكل الموجة). يأتي الجهاز كمجموعة كاملة.

• 2x حساسات اهتزاز MEMS (مقاييس تسارع تعتمد على ADXL335) مع قواعد تثبيت مغناطيسية
• مقياس سرعة الدوران بالليزر (مستشعر سرعة الدوران بدون تلامس) مع شريط عاكس
• وحدة قياس USB (تتصل بأي جهاز كمبيوتر محمول يعمل بنظام ويندوز)
• البرامج: معالج الموازنة، مقياس الاهتزاز، محلل الطيف
• حقيبة حمل تحتوي على جميع الكابلات والملحقات

RPM range: 250-90,000. Vibration range: 0.2-80 mm/s RMS. Frequency range: 5-1000 Hz. Phase accuracy: ±1°. Weight splitting, trim runs, tolerance checking, and report generation included in the software. Full kit weighs approximately 4 kg.