فهم عدم التوازن في الآلات الدوارة
عدم التوازن (تُستخدم بالتبادل مع اختلال التوازن) هو الشرط في الدوار حيث لا يقع مركز الكتلة على محور الدوران. هذا الإزاحة - الإزاحة الانحراف - يعني أن الكتلة موزعة بشكل غير متساوٍ حول العمود. عندما يدور الدوار، تندفع الكتلة الخارجة عن المركز إلى الخارج بواسطة قوة الطرد المركزي, مما ينتج عنه حمل دوار يهز المحامل والماكينة بأكملها. يعد عدم التوازن بهامش واسع المصدر الأكثر شيوعًا لـ اهتزاز في المعدات الدوَّارة، وهو العيب الذي موازنة موجودة للتصحيح.
1. التعريف والفيزياء الكامنة وراء ذلك
من الناحية الكمية، عدم التوازن يو هو حاصل ضرب كتلة الإزاحة ونصف قطرها من المحور - وهي بقعة ثقيلة الكتلة m الجلوس في دائرة نصف قطرها r نحصل على U = m-r، معبَّرًا عنه بـ جرام-مليمتر (جرام-ملم) أو غرام-إنش. يمكن كتابتها بشكل مكافئ على أنها الكتلة الكلية للدوّار مضروبة في انحراف مركز ثقله (U = M-e). ما يهم ميكانيكياً هو القوة الناتجة عن ذلك. تزداد قوة الطرد المركزي مع مربع السرعة الزاوية:
F = m - r - ω² - مضاعفة السرعة والقوة المضطربة أربعة أضعاف.
إن علاقة القانون المربع هذه هي السبب في أن الدوار الذي يعمل بسلاسة باليد يمكن أن يهتز بعنف عند سرعة التشغيل، والسبب في ضرورة موازنة الماكينات السريعة بدقة أكبر بكثير من تلك البطيئة. تدور القوة مع العمود، لذا فهي تدفع الهيكل مرة واحدة في كل دورة - وهو أصل عدم الاتزان الذي لا تخطئه العين.
2. توقيع الاهتزاز الكلاسيكي
يعد اختلال التوازن أحد أسهل الأعطال التي يسهل تشخيصها لأن بصمته متسقة للغاية:
- تكرار: يظهر الاهتزاز عند 1× سرعة الدوران 1× سرعة الدوران (ال سرعة التشغيل). غيّر السرعة وتتبعها الذروة بدقة - وهي سمة مميزة تميزها عن العديد من الأعطال الأخرى.
- اتجاه: تكون الطاقة في الغالب شعاعي (أفقيًا ورأسيًا)، مع القليل من محوري (الدفع) المحتوى.
- السعة: يتناسب مع مربع السرعة - مضاعفة عدد دورات المحرك في الدقيقة يضاعف الاستجابة إلى أربعة أضعاف تقريبًا، كما تتنبأ الفيزياء أعلاه.
- مرحلة: 1×1 مرحلة القراءة مستقرة وقابلة للتكرار، وهو بالضبط ما يجعل البقعة الثقيلة قابلة للتحديد والتصحيح.
هذا الزوج المستقر من السعة والطور المستقر هو المادة الخام للتصحيح: معرفة حجم الاستجابة 1×1× و أين فإنه يتيح للمحلل حساب حجم وزاوية الثقل الموازن المطلوب. تشير الذروة النقية 1×1 مع اهتزاز محوري منخفض إلى عدم الاتزان؛ بينما يشير المكون القوي 2×2 إلى عدم المحاذاة أو ارتخاء.
3. أنواع عدم التوازن الثلاثة
عدم التوازن الساكن
وتسمى أيضًا “عدم اتزان القوة”، وهي أبسط الحالات: إزاحة الكتلة في مستوى واحد، مثل بقعة ثقيلة واحدة على قرص رفيع. ويُطلق عليها ثابت لأنه يظهر مع وجود الدوّار في حالة سكون - يتم ضبطه على حواف سكين عديمة الاحتكاك، يتدحرج الدوّار حتى تستقر البقعة الثقيلة في الأسفل. يتم تصحيحه بوزن واحد يوضع 180 درجة مقابل البقعة الثقيلة، وهو مجال موازنة المستوى الواحد.
عدم التوازن بين الزوجين
توجد هنا نقطتان ثقيلتان متساويتان متساويتان على طرفي الدوّار متقابلتان، تفصل بينهما 180 درجة. تلغيان كقوة محصلة لكنهما تشكلان زوج - عزم اهتزاز يحاول لف الدوّار من طرف إلى طرف. يكون الدوّار ذو الازدواج النقي غير المتوازن متوازن بشكل ثابت (لن يتدحرج على حواف السكين) ولكنه يهتز بشدة بمجرد الدوران. يحتاج التصحيح إلى وزنين في مستويين منفصلين لمقاومة عزم الاهتزاز.
عدم التوازن الديناميكي
الحالة الموجودة في جميع الماكينات الحقيقية تقريبًا، عدم الاتزان الديناميكي هو مزيج من المكونات الثابتة والمكونات المزدوجة. يتطلب تصحيحه تغييرات في الكتلة في مستويين على الأقل على طول الدوار - عملية موازنة ديناميكية (ذات مستويين). وهناك حالة وثيقة الصلة، حيث تشترك التأثيرات الساكنة والازدواجية في نفس الموضع الزاوي، وتسمى عدم الاتزان شبه الثابت.
4. الأسباب الشائعة لعدم التوازن
قد يكون عدم التوازن موجودًا منذ التصنيع أو يتطور أثناء الخدمة. وتشمل المصادر النموذجية ما يلي:
- عيوب التصنيع: المسامية في المسبوكات، وكثافة المواد غير المتساوية، وتحملات التشغيل.
- أخطاء التجميع: المكونات التي تم تركيبها بشكل خاطئ، أو البراغي المشدودة بشكل غير متساوٍ أو المفاتيح غير المتناسقة التي تغير توزيع الكتلة.
- البلى والتلف: تآكل غير متساوٍ, تآكل أو يرتدي على شفرات المروحة والمضخة الدافعات.
- تراكم المواد: تراكم الأوساخ أو الغبار أو المنتج على دوارات المراوح والمنافيخ وأجهزة الطرد المركزي.
- فشل المكونات: يؤدي ثقل الميزان الملقى أو الشفرة المكسورة إلى حالة اختلال توازن شديدة على الفور.
5. لماذا يعد تصحيح عدم التوازن أمرًا بالغ الأهمية
يؤدي تشغيل ماكينة مع عدم اتزان كبير إلى إتلافها بشكل مطرد، لأن القوة الدوارة تقوم بتدوير الهيكل في كل دورة:
- فشل المحمل السابق لأوانه: تحمل المحامل أحمالاً ديناميكية عالية وتتآكل بسرعة.
- التعب والتشقق: يتراكم الإجهاد الدوري تعب الضرر في العمود والأساس والهيكل.
- انخفاض الكفاءة: تتبدد الطاقة في صورة اهتزازات وحرارة بدلاً من شغل مفيد.
- مخاطر السلامة: يمكن أن يؤدي عدم التوازن الحاد إلى فشل كارثي.
6. قياس الاختلال في التوازن وتصحيحه ومعالجته
تتم إزالة عدم الاتزان عن طريق إجراء موازنة منتظمة - وهي واحدة من أكثر الطرق فعالية من حيث التكلفة لرفع موثوقية الماكينة. على الماكينة المجمعة يتم ذلك في مكانها بدلاً من آلة الموازنة. جهاز تحليل محمول ثنائي القناة مثل جهاز تحليل بالانست-1أ يقيس السعة والطور 1×، ويحسب السعة والطور 1×، ويحسب الدوار معاملات التأثير من وزن الاختبار, وتوضح للمهندس كتلة وزاوية التصحيح اللازمة للمستوى الواحد أو المستويين موازنة المجال. نظرًا لأنه يعمل في محامل الماكينة نفسها بسرعة التشغيل، فإنه يلتقط حالة التشغيل الحقيقية.
لا يتعلق التوازن أبدًا بالوصول إلى الصفر - بل يتعلق بدفع عدم التوازن إلى ما دون حد محدد. يأتي هذا الحد من درجة جودة التوازن (الدرجة G) نظام ISO 21940-11 (والتي حلت محل المواصفة القياسية ISO 1940-1 المألوفة منذ فترة طويلة). تترجم الدرجة وسرعة الخدمة إلى ما هو مسموح به عدم التوازن المتبقي في ز-ملم؛ حاسبة الرصيد غير المتوازن المتبقي (ISO 21940-11) تحويل الدرجة المختارة و RPM مباشرة إلى الرقم المسموح به لكل مستوى.
