ملخص

عمليًا، نادرًا ما يقتصر موازنة الدوار على مجرد حساب وتركيب وزن تصحيحي. صحيح أن الخوارزمية معروفة جيدًا، وأن الجهاز يُجري جميع الحسابات تلقائيًا، إلا أن النتيجة النهائية تعتمد بشكل أكبر على سلوك الجسم نفسه أكثر من اعتمادها على جهاز الموازنة. ولهذا السبب، في الواقع العملي، تظهر باستمرار حالات لا تُجدي فيها الموازنة نفعًا، وتتغير فيها معاملات التأثير، ويصبح الاهتزاز غير مستقر، ولا يمكن تكرار النتيجة من تجربة لأخرى.

الاهتزازات الخطية وغير الخطية، خصائصها، وطرق موازنتها

يتطلب تحقيق التوازن الناجح فهم كيفية تفاعل الجسم مع إضافة كتلة أو إزالتها. وفي هذا السياق، يلعب مفهوما الأجسام الخطية وغير الخطية دورًا محوريًا. ففهم ما إذا كان الجسم خطيًا أم غير خطي يُمكّن من اختيار استراتيجية الموازنة الصحيحة، ويساعد على تحقيق النتيجة المرجوة.

تحتل الأجسام الخطية مكانةً خاصة في هذا المجال بفضل سهولة التنبؤ بها واستقرارها. فهي تتيح استخدام أساليب تشخيص وموازنة بسيطة وموثوقة، مما يجعل دراستها خطوةً مهمةً في تشخيص الاهتزازات.

الكائنات الخطية مقابل الكائنات غير الخطية

تنبع معظم هذه المشكلات من تمييز أساسي، وإن كان يُستهان به غالبًا، بين الأجسام الخطية وغير الخطية. فالجسم الخطي، من منظور التوازن، هو نظامٌ تتناسب فيه سعة الاهتزاز، عند سرعة دوران ثابتة، مع مقدار عدم التوازن، وتتبع مرحلة الاهتزاز الموضع الزاوي للكتلة غير المتوازنة بطريقة يمكن التنبؤ بها بدقة. في ظل هذه الظروف، يكون معامل التأثير قيمة ثابتة. وقد صُممت جميع خوارزميات التوازن الديناميكي القياسية، بما فيها تلك المُطبقة في Balanset-1A، خصيصًا لمثل هذه الأجسام.

بالنسبة للأجسام الخطية، تكون عملية الموازنة قابلة للتنبؤ ومستقرة. يؤدي تركيب وزن تجريبي إلى تغيير متناسب في سعة الاهتزاز وطوره. تعطي عمليات البدء المتكررة نفس متجه الاهتزاز، ويظل وزن التصحيح المحسوب صالحًا. تُعد هذه الأجسام مناسبة تمامًا لكل من الموازنة لمرة واحدة والموازنة المتسلسلة باستخدام معاملات التأثير المخزنة.

يتصرف الجسم غير الخطي بطريقة مختلفة تمامًا. إذ يختل أساس حسابات التوازن. لم يعد سعة الاهتزاز متناسبًا مع عدم التوازن، وتصبح المرحلة غير مستقرة، ويتغير معامل التأثير تبعًا لكتلة الوزن التجريبي، أو وضع التشغيل، أو حتى الزمن. عمليًا، يظهر هذا على شكل سلوك فوضوي لمتجه الاهتزاز: فبعد تركيب وزن تجريبي، قد يكون تغير الاهتزاز ضئيلًا جدًا، أو مفرطًا، أو ببساطة غير قابل للتكرار.

ما هي الأشياء الخطية؟

الجسم الخطي هو نظام حيث يكون الاهتزاز متناسبًا بشكل مباشر مع حجم الخلل.

في سياق الموازنة، يُعدّ الجسم الخطي نموذجًا مثاليًا يتميز بعلاقة تناسب طردي بين مقدار عدم التوازن (الكتلة غير المتوازنة) وسعة الاهتزاز. وهذا يعني أنه إذا تضاعف عدم التوازن، ستتضاعف سعة الاهتزاز أيضًا، بشرط أن تظل سرعة دوران الدوّار ثابتة. وعلى العكس، فإن تقليل عدم التوازن سيؤدي إلى تقليل الاهتزازات بشكل متناسب.

على عكس الأنظمة غير الخطية، حيث قد يختلف سلوك الكائن اعتمادًا على العديد من العوامل، تسمح الكائنات الخطية بمستوى عالٍ من الدقة مع الحد الأدنى من الجهد.

بالإضافة إلى ذلك، تُشكّل هذه المبادئ أساسًا لتدريب وممارسة الموازنات. يُساعد فهم مبادئ الأجسام الخطية على تطوير مهارات يُمكن تطبيقها لاحقًا على أنظمة أكثر تعقيدًا.

التمثيل البياني للخطية

تخيل رسمًا بيانيًا يمثل فيه المحور الأفقي مقدار الكتلة غير المتوازنة (عدم التوازن)، بينما يمثل المحور الرأسي سعة الاهتزاز. بالنسبة لجسم خطي، سيكون هذا الرسم البياني خطًا مستقيمًا يمر بنقطة الأصل (النقطة التي يكون عندها كل من مقدار عدم التوازن وسعة الاهتزاز صفرًا). يحدد ميل هذا الخط حساسية الجسم لعدم التوازن: فكلما زاد ميل الخط، زادت الاهتزازات لنفس مقدار عدم التوازن.

الرسم البياني 1: العلاقة بين سعة الاهتزاز (ميكرومتر) والكتلة غير المتوازنة (جم)

يوضح الرسم البياني 1 العلاقة بين سعة الاهتزاز (ميكرومتر) لجسم موازنة خطي والكتلة غير المتوازنة (جم) للدوار. معامل التناسب هو 0.5 ميكرومتر/جم. بقسمة 300 على 600 نحصل على 0.5 ميكرومتر/جم. بالنسبة لكتلة غير متوازنة كتلتها 800 جم (وحدة الكتلة = 800 جم)، يكون الاهتزاز 800 جم × 0.5 ميكرومتر/جم = 400 ميكرومتر. تجدر الإشارة إلى أن هذا ينطبق عند سرعة دوران ثابتة للدوار. يختلف المعامل عند سرعة دوران مختلفة.

يُسمى معامل التناسب هذا معامل التأثير (معامل الحساسية)، وله بُعد ميكرومتر/جم، أو في حالات عدم التوازن، ميكرومتر/(جم*مم)، حيث (جم*مم) هي وحدة قياس عدم التوازن. بمعرفة معامل التأثير (IC)، يُمكن أيضًا حل المسألة العكسية، أي تحديد الكتلة غير المتوازنة (UM) بناءً على مقدار الاهتزاز. للقيام بذلك، اقسم سعة الاهتزاز على معامل التأثير (IC).

على سبيل المثال، إذا كان الاهتزاز المقاس 300 ميكرومتر وكان المعامل المعروف هو IC=0.5 ميكرومتر/جم، اقسم 300 على 0.5 للحصول على 600 جم (UM=600 جم).

معامل التأثير (IC): المعلمة الرئيسية للأجسام الخطية

من الخصائص الأساسية للأجسام الخطية معامل التأثير (IC). وهو يساوي عدديًا ظل زاوية ميل الخط في الرسم البياني للاهتزاز مقابل عدم التوازن، ويشير إلى مقدار تغير سعة الاهتزاز (بالميكرومتر، µm) عند إضافة وحدة كتلة (بالغرام، g) في مستوى تصحيح محدد عند سرعة دوران محددة. بعبارة أخرى، يُعد معامل التأثير مقياسًا لحساسية الجسم لعدم التوازن. ووحدة قياسه هي µm/g، أو µm/(g*mm) عند التعبير عن عدم التوازن كحاصل ضرب الكتلة في نصف القطر.

يُعدّ معامل التماسك (IC) بمثابة "جواز سفر" لجسم خطي، مما يُتيح التنبؤ بسلوكه عند إضافة كتلة أو إزالتها. معرفة معامل التماسك تسمح بحلّ كلٍّ من المشكلة المباشرة - تحديد مقدار الاهتزاز لاختلال توازن مُعيّن - والمشكلة العكسية - حساب مقدار اختلال التوازن من الاهتزاز المقاس.

المشكلة المباشرة:

المشكلة العكسية:

مرحلة الاهتزاز في الأجسام الخطية

بالإضافة إلى السعة، تتميز الاهتزازات أيضًا بطورها، الذي يشير إلى موضع الدوار عند لحظة أقصى انحراف عن موضع اتزانه. بالنسبة للأجسام الخطية، يمكن التنبؤ بطور الاهتزاز، وهو مجموع زاويتين:

1. الزاوية التي تحدد موضع الكتلة غير المتوازنة الكلية للدوار. تشير هذه الزاوية إلى الاتجاه الذي يتركز فيه عدم التوازن الأساسي.
2. حجة معامل التأثير. هذه زاوية ثابتة تميز الخصائص الديناميكية للجسم ولا تعتمد على مقدار أو زاوية تركيب الكتلة غير المتوازنة.

وبالتالي، من خلال معرفة مُعامل الدائرة المتكاملة (IC) وقياس طور الاهتزاز، يُمكن تحديد زاوية تركيب الكتلة غير المتوازنة. وهذا لا يسمح فقط بحساب مقدار الكتلة التصحيحية، بل يسمح أيضًا بتثبيتها بدقة على الدوار لتحقيق التوازن الأمثل.

موازنة الأجسام الخطية

من المهم ملاحظة أنه بالنسبة للأجسام الخطية، لا يعتمد معامل التأثير (IC) المُحدد بهذه الطريقة على مقدار أو زاوية تركيب كتلة الاختبار، ولا على الاهتزاز الابتدائي. وهذه سمة أساسية للخطية. إذا ظل معامل التأثير (IC) ثابتًا عند تغيير معلمات كتلة الاختبار أو الاهتزاز الابتدائي، فيمكن الجزم بثقة بأن الجسم يتصرف خطيًا ضمن نطاق الاختلالات المدروس.

خطوات موازنة جسم خطي

1. قياس الاهتزاز الأولي: الخطوة الأولى هي قياس الاهتزاز في حالته الابتدائية. يتم تحديد سعة الاهتزاز وزاويته، اللتين تشيران إلى اتجاه الخلل.
2. تركيب كتلة تجريبية: تُثبَّت كتلة معروفة الوزن على الدوار. يُساعد هذا على فهم كيفية تفاعل الجسم مع الأحمال الإضافية، ويُتيح حساب معاملات الاهتزاز.
3. إعادة قياس الاهتزاز: بعد تثبيت كتلة الاختبار، تُقاس معلمات اهتزاز جديدة. بمقارنتها بالقيم الأولية، يُمكن تحديد تأثير الكتلة على النظام.
4. حساب الكتلة التصحيحية: بناءً على بيانات القياس، تُحدَّد كتلة وزاوية تثبيت الوزن التصحيحي. يُوضَع هذا الوزن على الدوار لإزالة الخلل.
5. التحقق النهائي: بعد تثبيت الوزن التصحيحي، يُفترض أن ينخفض مستوى الاهتزاز بشكل ملحوظ. إذا تجاوز الاهتزاز المتبقي المستوى المقبول، يُمكن تكرار الإجراء.

رمز مختصر بديل:

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,370.31 + ضريبة القيمة المضافة (إن وجدت)

Parts

Vibration sensor

$108.01 + ضريبة القيمة المضافة (إن وجدت)

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.82 + ضريبة القيمة المضافة (إن وجدت)

Devices

Balanset-4

$8,164.66 + ضريبة القيمة المضافة (إن وجدت)

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$55.21 + ضريبة القيمة المضافة (إن وجدت)

Parts

Reflective tape

$12.00 + ضريبة القيمة المضافة (إن وجدت)

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,082.27 + ضريبة القيمة المضافة (إن وجدت)

الموازنة التسلسلية والمعاملات المخزنة

يستحق التوازن التسلسلي اهتمامًا خاصًا. فهو يُحسّن الإنتاجية بشكل ملحوظ، ولكن فقط عند تطبيقه على الأجسام الخطية المستقرة اهتزازيًا. في هذه الحالة، يمكن إعادة استخدام معاملات التأثير المُستخلصة من الدوار الأول للدوارات اللاحقة المُماثلة. مع ذلك، بمجرد تغير صلابة الدعامة أو سرعة الدوران أو حالة المحامل، تفقد عملية التكرارية فعاليتها ويتوقف النهج التسلسلي عن العمل.

الأشياء غير الخطية: عندما تتباعد النظرية عن التطبيق

ما هو الكائن غير الخطي؟

الجسم غير الخطي هو نظام لا تتناسب فيه سعة الاهتزاز مع مقدار اختلال التوازن. بخلاف الأجسام الخطية، حيث تُمثَّل العلاقة بين الاهتزاز وكتلة اختلال التوازن بخط مستقيم، يمكن أن تتبع هذه العلاقة في الأنظمة غير الخطية مسارات معقدة.

في الواقع، لا تتصرف جميع الأجسام بشكل خطي. تُظهر الأجسام غير الخطية علاقة بين عدم التوازن والاهتزاز لا تتناسب طرديًا. هذا يعني أن معامل التأثير ليس ثابتًا، وقد يختلف تبعًا لعدة عوامل، مثل:

• حجم الخلل: زيادة عدم التوازن يمكن أن تغير صلابة دعامات الدوار، مما يؤدي إلى تغييرات غير خطية في الاهتزاز.
• سرعة الدوران: قد تثار ظواهر الرنين المختلفة عند سرعات دوران مختلفة، مما يؤدي أيضًا إلى سلوك غير خطي.
• وجود الخلوصات والفجوات: يمكن أن تؤدي الخلوصات والفجوات الموجودة في المحامل والوصلات الأخرى إلى حدوث تغييرات مفاجئة في الاهتزاز في ظل ظروف معينة.
• درجة حرارة: يمكن أن تؤثر التغيرات في درجات الحرارة على خصائص المواد، وبالتالي على خصائص اهتزاز الجسم.
• الأحمال الخارجية: يمكن للأحمال الخارجية المؤثرة على الدوار أن تغير خصائصه الديناميكية وتؤدي إلى سلوك غير خطي.

لماذا تشكل الأجسام غير الخطية تحديًا؟

تُدخل اللاخطية العديد من المتغيرات في عملية الموازنة. يتطلب العمل الناجح مع الأجسام غير الخطية قياساتٍ أكثر وتحليلاتٍ أكثر تعقيدًا. على سبيل المثال، لا تُعطي الطرق القياسية المُطبقة على الأجسام الخطية نتائج دقيقة دائمًا للأنظمة غير الخطية. وهذا يتطلب فهمًا أعمق لفيزياء العملية واستخدام أساليب تشخيصية متخصصة.

علامات عدم الخطية

يمكن التعرف على الجسم غير الخطي من خلال العلامات التالية:

• تغيرات الاهتزاز غير المتناسبة: مع زيادة الخلل، قد ينمو الاهتزاز بشكل أسرع أو أبطأ مما هو متوقع بالنسبة لجسم خطي.
• تحول الطور في الاهتزاز: قد تتغير مرحلة الاهتزاز بشكل غير متوقع مع الاختلافات في عدم التوازن أو سرعة الدوران.
• وجود التوافقيات والتوافقيات الفرعية: قد يظهر طيف الاهتزاز توافقيات أعلى (مضاعفات التردد الدوراني) وتوافقيات فرعية (كسور التردد الدوراني)، مما يشير إلى تأثيرات غير خطية.
• الهستيريسيس: قد لا يعتمد سعة الاهتزاز على القيمة الحالية لاختلال التوازن فحسب، بل على تاريخه أيضًا. على سبيل المثال، عند زيادة اختلال التوازن ثم انخفاضه إلى قيمته الأصلية، قد لا تعود سعة الاهتزاز إلى مستواها الأصلي.

تُدخل اللاخطية العديد من المتغيرات في عملية الموازنة. يتطلب نجاح العملية إجراء المزيد من القياسات والتحليلات المعقدة. على سبيل المثال، لا تُعطي الطرق القياسية المُطبقة على الأجسام الخطية نتائج دقيقة دائمًا للأنظمة غير الخطية. وهذا يتطلب فهمًا أعمق لفيزياء العملية واستخدام أساليب تشخيصية متخصصة.

التمثيل البياني لللاخطية

في رسم بياني للاهتزاز مقابل عدم التوازن، يتضح عدم الخطية في الانحرافات عن الخط المستقيم. قد يتضمن الرسم البياني انحناءات، وانحناءً، وحلقات تباطؤ، وخصائص أخرى تشير إلى علاقة معقدة بين عدم التوازن والاهتزاز.

الرسم البياني 2. كائن غير خطي

50 غرام؛ 40 ميكرومتر (أصفر)، 100 غرام؛ 54.7 ميكرومتر (أزرق).

يُظهر هذا الجسم قطعتين، خطين مستقيمين. بالنسبة للاختلالات التي تقل عن 50 غرامًا، يعكس الرسم البياني خصائص الجسم الخطي، محافظًا على التناسب بين الاختلال بالغرام وسعة الاهتزاز بالميكرون. أما بالنسبة للاختلالات التي تزيد عن 50 غرامًا، فيتباطأ نمو سعة الاهتزاز.

أمثلة على الكائنات غير الخطية

تتضمن أمثلة الكائنات غير الخطية في سياق التوازن ما يلي:

• الدوارات ذات الشقوق: يمكن أن تؤدي الشقوق في الدوار إلى تغييرات غير خطية في الصلابة، ونتيجة لذلك، علاقة غير خطية بين الاهتزاز وعدم التوازن.
• الدوارات مع خلوص المحمل: يمكن أن تؤدي الخلوصات الموجودة في المحامل إلى حدوث تغييرات مفاجئة في الاهتزاز في ظل ظروف معينة.
• الدوارات ذات العناصر المرنة غير الخطية: قد تُظهر بعض العناصر المرنة، مثل مخمدات المطاط، خصائص غير خطية، مما يؤثر على ديناميكيات الدوار.

أنواع اللاخطية

1. اللاخطية الناعمة-الصلبة

في مثل هذه الأنظمة، يُلاحظ وجود قسمين: ناعم وصلب. في القسم الناعم، يشبه السلوك الخطي، حيث تزداد سعة الاهتزاز تناسبيًا مع كتلة الاختلال. ومع ذلك، بعد حد معين (نقطة توقف)، ينتقل النظام إلى وضع صلب، حيث يتباطأ نمو السعة.

2. اللاخطية المرنة

تُعقّد التغيرات في صلابة الدعامات أو نقاط التلامس داخل النظام العلاقة بين الاهتزاز وعدم التوازن. على سبيل المثال، قد يزداد الاهتزاز أو ينخفض فجأةً عند تجاوز حدود حمل محددة.

3. اللاخطية الناتجة عن الاحتكاك

في الأنظمة ذات الاحتكاك الكبير (مثل المحامل)، قد تكون سعة الاهتزاز غير متوقعة. يمكن للاحتكاك أن يُخفِّف الاهتزاز في نطاق سرعة معين ويزيده في نطاق سرعة آخر.

الأسباب الشائعة لعدم الخطية

تشمل الأسباب الأكثر شيوعًا لعدم الخطية زيادة الخلوص بين المحامل، وتآكلها، والاحتكاك الجاف، وارتخاء الدعامات، والتشققات في الهيكل، والتشغيل بالقرب من ترددات الرنين. غالبًا ما يُظهر الجسم ما يُسمى بعدم الخطية اللينة-الصلبة. عند مستويات عدم التوازن المنخفضة، يتصرف النظام بشكل خطي تقريبًا، ولكن مع ازدياد الاهتزاز، تدخل العناصر الأكثر صلابة في الدعامات أو الغلاف حيز التنفيذ. في مثل هذه الحالات، لا يمكن تحقيق التوازن إلا ضمن نطاق تشغيل ضيق، ولا يُوفر نتائج مستقرة على المدى الطويل.

عدم استقرار الاهتزاز

تُعدّ عدم استقرار الاهتزازات مشكلة خطيرة أخرى. فحتى الجسم الخطي ظاهريًا قد يُظهر تغيرات في السعة والطور مع مرور الوقت. ويعود ذلك إلى التأثيرات الحرارية، وتغيرات لزوجة المُزيّت، والتمدد الحراري، والاحتكاك غير المستقر في الدعامات. ونتيجةً لذلك، قد تُنتج القياسات التي تُجرى بفارق دقائق معدودة متجهات اهتزاز مختلفة. في ظل هذه الظروف، يصبح إجراء مقارنة ذات مغزى بين القياسات مستحيلاً، وتفقد حسابات الموازنة موثوقيتها.

الموازنة بالقرب من الرنين

يُعدّ تحقيق التوازن بالقرب من الرنين إشكاليةً بالغة الصعوبة. فعندما يتطابق تردد الدوران مع التردد الطبيعي للنظام أو يقترب منه، حتى أدنى اختلال في التوازن يُسبب زيادةً حادةً في الاهتزاز. وتصبح مرحلة الاهتزاز شديدة الحساسية لتغيرات السرعة الطفيفة. يدخل الجسم فعلياً في نطاق غير خطي، ويفقد التوازن في هذه المنطقة جدواه الفيزيائية. في مثل هذه الحالات، يجب تغيير سرعة التشغيل أو البنية الميكانيكية قبل التفكير في إجراء عملية التوازن.

اهتزاز عالٍ بعد عملية الموازنة "الناجحة"

عمليًا، من الشائع مواجهة حالات يبقى فيها مستوى الاهتزاز مرتفعًا بعد إجراء عملية موازنة ناجحة ظاهريًا. هذا لا يدل على وجود خطأ في الجهاز أو المشغل. فالموازنة تزيل عدم توازن الكتلة فقط. إذا كان الاهتزاز ناتجًا عن عيوب في الأساس، أو ارتخاء في المثبتات، أو عدم محاذاة، أو رنين، فلن تحل أوزان التصحيح المشكلة. في هذه الحالات، يساعد تحليل التوزيع المكاني للاهتزاز عبر الآلة وأساسها على تحديد السبب الحقيقي.

موازنة الأجسام غير الخطية: مهمة معقدة ذات حلول غير تقليدية

موازنة الأجسام غير الخطية مهمة صعبة تتطلب أساليب ومنهجيات متخصصة. قد تُعطي طريقة الكتلة التجريبية القياسية، المُطوّرة للأجسام الخطية، نتائج خاطئة أو تكون غير قابلة للتطبيق تمامًا.

طرق الموازنة للأجسام غير الخطية

• الموازنة خطوة بخطوة: تتضمن هذه الطريقة تقليل عدم التوازن تدريجيًا عن طريق تركيب أوزان تصحيحية في كل مرحلة. بعد كل مرحلة، تُجرى قياسات الاهتزاز، ويُحدد وزن تصحيحي جديد بناءً على الحالة الراهنة للجسم. يراعي هذا النهج التغيرات في معامل التأثير أثناء عملية الموازنة.
• التوازن بسرعات متعددة: تعالج هذه الطريقة آثار ظاهرة الرنين عند سرعات دوران مختلفة. تُجرى الموازنة عند عدة سرعات قريبة من الرنين، مما يُتيح تقليلًا أكثر انتظامًا للاهتزازات عبر نطاق سرعة التشغيل بأكمله.
• استخدام النماذج الرياضية: بالنسبة للأجسام غير الخطية المعقدة، يُمكن استخدام نماذج رياضية تصف ديناميكيات الدوار مع مراعاة التأثيرات غير الخطية. تُساعد هذه النماذج على التنبؤ بسلوك الأجسام في ظل ظروف مُختلفة، وتحديد مُعاملات التوازن المُثلى.

تلعب خبرة وبديهة المتخصص دورًا حاسمًا في موازنة الأجسام غير الخطية. يستطيع الموازن الخبير تمييز علامات اللاخطية، واختيار الطريقة المناسبة، وتكييفها مع الحالة المحددة. يساعد تحليل أطياف الاهتزاز، ومراقبة تغيرات الاهتزاز مع تغير معايير تشغيل الجسم، ومراعاة خصائص تصميم الدوار، في اتخاذ القرارات الصحيحة وتحقيق النتائج المرجوة.

كيفية موازنة الأجسام غير الخطية باستخدام أداة مصممة للأجسام الخطية

هذا سؤال وجيه. طريقتي الشخصية لموازنة هذه الأجسام تبدأ بإصلاح الآلية: استبدال المحامل، ولحام الشقوق، وشد البراغي، وفحص المراسي أو عوازل الاهتزاز، والتأكد من عدم احتكاك الدوار بالعناصر الهيكلية الثابتة.

بعد ذلك، أُحدِّد ترددات الرنين، إذ يستحيل موازنة الدوار بسرعات قريبة من الرنين. للقيام بذلك، أستخدم طريقة التصادم لتحديد الرنين أو رسمًا بيانيًا لانحدار الدوار.

ثم أقوم بتحديد موضع المستشعر على الآلية: عمودي، أفقي، أو بزاوية.

بعد التشغيل التجريبي، يُشير الجهاز إلى زاوية ووزن الأحمال التصحيحية. أُخفّض وزن الحمل التصحيحي إلى النصف، لكنني أستخدم الزوايا التي يُقترحها الجهاز لوضع الدوار. إذا تجاوز الاهتزاز المتبقي بعد التصحيح المستوى المقبول، أُجري تشغيلًا آخر للدوار. بالطبع، يستغرق هذا وقتًا أطول، لكن النتائج تكون مُلهمة أحيانًا.

فن وعلم موازنة المعدات الدوارة

موازنة المعدات الدوارة عملية معقدة تجمع بين العلم والفن. بالنسبة للأجسام الخطية، تتضمن الموازنة حسابات بسيطة نسبيًا وأساليب قياسية. أما العمل مع الأجسام غير الخطية، فيتطلب فهمًا عميقًا لديناميكيات الدوار، والقدرة على تحليل إشارات الاهتزاز، والمهارة في اختيار استراتيجيات الموازنة الأكثر فعالية.

الخبرة والحدس والتطوير المستمر للمهارات هي ما يجعل فني الموازنة بارعًا في حرفته. فجودة الموازنة لا تحدد كفاءة وموثوقية تشغيل المعدات فحسب، بل تضمن أيضًا سلامة الأشخاص.

قابلية تكرار القياس

تلعب مشاكل القياس دورًا رئيسيًا أيضًا. يؤثر التركيب غير الصحيح لمستشعرات الاهتزاز، أو تغيير نقاط القياس، أو توجيه المستشعر بشكل غير سليم، تأثيرًا مباشرًا على كلٍ من السعة والطور. في عملية الموازنة، لا يكفي قياس الاهتزاز فحسب، بل تُعدّ قابلية تكرار القياسات واستقرارها أمرًا بالغ الأهمية. لهذا السبب، يجب في التطبيقات العملية التحكم بدقة في مواقع تركيب المستشعرات وتوجيهاتها.

نهج عملي للأجسام غير الخطية

لا تبدأ عملية موازنة جسم غير خطي بتركيب ثقل تجريبي، بل بتقييم سلوك الاهتزاز. فإذا انحرفت السعة والطور بشكل واضح مع مرور الوقت، أو تغيرتا من بداية إلى أخرى، أو تفاعلتا بشكل حاد مع تغيرات السرعة الطفيفة، فإن المهمة الأولى هي الوصول إلى وضع التشغيل الأكثر استقرارًا. وبدون ذلك، ستكون أي حسابات عشوائية.

تتمثل الخطوة العملية الأولى في اختيار السرعة المناسبة. فالأجسام غير الخطية شديدة الحساسية للرنين، لذا يجب إجراء عملية الموازنة بسرعة بعيدة قدر الإمكان عن الترددات الطبيعية. وهذا يعني غالبًا التحرك أسفل أو أعلى نطاق التشغيل المعتاد. حتى وإن كان الاهتزاز عند هذه السرعة أعلى ولكنه مستقر، فإنه يُفضّل على الموازنة في منطقة الرنين.

بعد ذلك، من المهم تقليل جميع مصادر اللاخطية الإضافية. قبل الموازنة، يجب فحص جميع المثبتات وربطها بإحكام، وإزالة الخلوصات قدر الإمكان، وفحص الدعامات ووحدات التحميل للتأكد من عدم وجود ارتخاء. لا تعوض الموازنة عن الخلوصات أو الاحتكاك، ولكن قد يكون ذلك ممكنًا إذا تم ضبط هذه العوامل على حالة مستقرة.

عند التعامل مع جسم غير خطي، لا ينبغي استخدام أوزان تجريبية صغيرة بشكل اعتيادي. فغالباً ما يفشل الوزن التجريبي الصغير جداً في نقل النظام إلى منطقة قابلة للتكرار، ويصبح تغير الاهتزاز مشابهاً لضوضاء عدم الاستقرار. يجب أن يكون الوزن التجريبي كبيراً بما يكفي لإحداث تغيير واضح وقابل للتكرار في متجه الاهتزاز، ولكن ليس كبيراً لدرجة أن يدفع الجسم إلى نظام تشغيل مختلف.

ينبغي إجراء القياسات بسرعة وفي ظل ظروف متطابقة. كلما قلّ الفاصل الزمني بين القياسات، زادت احتمالية بقاء المعايير الديناميكية للنظام دون تغيير. يُنصح بإجراء عدة عمليات تحكم دون تغيير الإعدادات للتأكد من ثبات سلوك النظام.

من المهم جدًا تثبيت نقاط تركيب مستشعر الاهتزاز وتوجيهه. بالنسبة للأجسام غير الخطية، حتى الإزاحة الطفيفة للمستشعر قد تُحدث تغييرات ملحوظة في الطور والسعة، والتي قد تُفسر خطأً على أنها تأثير وزن التجربة.

في الحسابات، ينبغي التركيز على الاتجاهات بدلاً من التطابق العددي الدقيق. فإذا انخفض الاهتزاز باستمرار مع التصحيحات المتتالية، فهذا يشير إلى أن التوازن يسير في الاتجاه الصحيح، حتى لو لم تتقارب معاملات التأثير بشكل رسمي.

لا يُنصح بتخزين معاملات التأثير وإعادة استخدامها للأجسام غير الخطية. فحتى لو نجحت دورة موازنة واحدة، فقد يدخل الجسم في حالة مختلفة عند بدء التشغيل التالي، ولن تكون المعاملات السابقة صالحة.

يجب التذكير بأن موازنة جسم غير خطي غالبًا ما تكون حلًا وسطًا. فالهدف ليس الوصول إلى أدنى مستوى ممكن من الاهتزاز، بل جعل الآلة في حالة مستقرة وقابلة للتكرار مع مستوى اهتزاز مقبول. وفي كثير من الحالات، يكون هذا حلًا مؤقتًا ريثما يتم إصلاح المحامل، أو استعادة الدعامات، أو تعديل الهيكل.

يتمثل المبدأ العملي الأساسي في تثبيت الجسم أولاً، ثم موازنته، وبعد ذلك فقط يتم تقييم النتيجة. إذا تعذر تحقيق التثبيت، فينبغي اعتبار الموازنة إجراءً مساعداً وليس حلاً نهائياً.

تقنية وزن التصحيح المخفّض

عمليًا، عند موازنة الأجسام غير الخطية، غالبًا ما تثبت تقنية أخرى مهمة فعاليتها. إذا قام الجهاز بحساب وزن تصحيح باستخدام خوارزمية قياسية، فإن تركيب الوزن المحسوب بالكامل غالبًا ما يزيد الوضع سوءًا: فقد تزداد الاهتزازات، وقد يقفز الطور، وقد ينتقل الجسم إلى وضع تشغيل مختلف.

في مثل هذه الحالات، يُعدّ استخدام وزن تصحيح مُخفّض حلاً فعالاً، حيث يكون أصغر بمرتين أو حتى ثلاث مرات من القيمة التي يحسبها الجهاز. وهذا يُساعد على تجنّب إخراج النظام من المنطقة الخطية المشروطة إلى نظام غير خطي آخر. في الواقع، يتم تطبيق التصحيح بسلاسة، بخطوة صغيرة، دون إحداث تغيير حاد في المعايير الديناميكية للجسم.

بعد تركيب الوزن المخفّض، يجب إجراء تشغيل تجريبي وتقييم اتجاه الاهتزاز. إذا انخفضت السعة بثبات وظلت المرحلة مستقرة نسبيًا، يمكن تكرار التصحيح باستخدام نفس الأسلوب، مع الاقتراب تدريجيًا من أدنى مستوى اهتزاز ممكن. غالبًا ما تكون هذه الطريقة التدريجية أكثر موثوقية من تركيب وزن التصحيح المحسوب بالكامل دفعة واحدة.

تُعدّ هذه التقنية فعّالة بشكل خاص للأجسام ذات الخلوصات، والاحتكاك الجاف، والدعامات الصلبة واللينة، حيث يؤدي التصحيح الكامل المحسوب إلى إخراج النظام فورًا من نطاق التشغيل الخطي المشروط. يسمح استخدام كتل تصحيح مُخفّضة للجسم بالبقاء في نظام التشغيل الأكثر استقرارًا، ويُمكّن من تحقيق نتيجة عملية حتى في الحالات التي يُعتبر فيها التوازن مستحيلاً رسميًا.

من المهم فهم أن هذا ليس "خطأً في الجهاز"، بل هو نتيجة طبيعية لفيزياء الأنظمة غير الخطية. يحسب الجهاز بدقة وفقًا للنموذج الخطي، بينما يقوم المهندس بتكييف النتيجة عمليًا مع السلوك الحقيقي للنظام الميكانيكي.

المبدأ النهائي

في نهاية المطاف، لا يقتصر التوازن الناجح على حساب الوزن والزاوية فحسب، بل يتطلب فهم السلوك الديناميكي للجسم، وخطيته، واستقرار اهتزازاته، ومسافته عن حالة الرنين. يوفر جهاز Balanset-1A جميع الأدوات اللازمة للقياس والتحليل والحساب، ولكن النتيجة النهائية تعتمد دائمًا على الحالة الميكانيكية للنظام نفسه. هذا ما يميز النهج النظري عن الممارسة الهندسية الفعلية في تشخيص الاهتزازات وموازنة الدوارات.

أسئلة وأجوبة