تحليل الاهتزازات باستخدام Balanset-1A: دليل المبتدئين لتشخيص الطيف

مقدمة: من الموازنة إلى التشخيص - إطلاق العنان للإمكانات الكاملة لجهاز تحليل الاهتزاز الخاص بك

يُعرف جهاز Balanset-1A في المقام الأول بأنه أداة فعّالة للموازنة الديناميكية. إلا أن قدراته تتجاوز ذلك بكثير، مما يجعله جهاز تحليل اهتزازات قويًا وسهل الاستخدام. بفضل أجهزته المجهزة بمستشعرات حساسة وبرنامج لتحليل الطيف بتقنية تحويل فورييه السريع (FFT)، يُعد Balanset-1A جهازًا ممتازًا لتحليل الاهتزازات الشامل. يُكمل هذا الدليل الدليل الرسمي، موضحًا ما تكشفه بيانات الاهتزاز عن صحة الجهاز.

تم تنظيم هذا الدليل بشكل متسلسل ليقودك من الأساسيات إلى التطبيق العملي:

• سيضع القسم الأول الأساس النظري، ويشرح ببساطة ووضوح ما هو الاهتزاز، وكيف يعمل التحليل الطيفي (FFT)، وما هي المعلمات الطيفية التي تعتبر أساسية للتشخيص.
• سيقدم القسم 2 تعليمات خطوة بخطوة للحصول على أطياف اهتزاز عالية الجودة وموثوقة باستخدام جهاز Balanset-1A في أوضاع مختلفة، مع التركيز على الفروق الدقيقة العملية غير الموضحة في التعليمات القياسية.
• القسم الثالث هو جوهر المقالة. هنا، سيتم تحليل "البصمات" - العلامات الطيفية المميزة لأكثر العيوب شيوعًا: عدم التوازن، وسوء المحاذاة، والارتخاء الميكانيكي، وعيوب المحامل - تحليلًا شاملًا.
• وسوف يقوم القسم الرابع بدمج المعرفة المكتسبة في نظام موحد، وتقديم توصيات عملية لتنفيذ المراقبة وخوارزمية صنع القرار البسيطة.

من خلال إتقان المادة الواردة في هذه المقالة، ستتمكن من استخدام Balanset-1A ليس فقط كجهاز موازنة ولكن أيضًا كمجمع تشخيصي كامل المستوى، مما يسمح لك بتحديد المشكلات مبكرًا، ومنع الحوادث المكلفة، وزيادة موثوقية معدات التشغيل الخاصة بك بشكل كبير.

القسم 1: أساسيات الاهتزاز والتحليل الطيفي (FFT)

1.1. ما هو الاهتزاز وما أهميته؟

أي جهاز دوار، سواءً أكان مضخة أم مروحة أم محركًا كهربائيًا، يُصدر اهتزازًا أثناء التشغيل. الاهتزاز هو التذبذب الميكانيكي للآلة أو أجزائها الفردية بالنسبة لوضع توازنها. في حالة مثالية تعمل بكامل طاقتها، تُصدر الآلة مستوى اهتزاز منخفضًا ومستقرًا - وهذا هو "ضوضاء التشغيل" الطبيعية. ومع ذلك، مع ظهور العيوب وتطورها، تبدأ خلفية الاهتزاز هذه بالتغير.

الاهتزاز هو استجابة هيكل الآلية لقوى الإثارة الدورية. مصادر هذه القوى متنوعة للغاية:

• القوة الطاردة المركزية بسبب عدم توازن الدوار: ينشأ عن التوزيع غير المتساوي للكتلة بالنسبة لمحور الدوران. وهذا ما يُسمى "النقطة الثقيلة"، التي تُولّد، أثناء الدوران، قوة تنتقل إلى المحامل وغلاف الآلة.
• القوى المرتبطة بعدم الدقة الهندسية: عدم محاذاة أعمدة التوصيل، وانحناء العمود، والأخطاء في ملفات أسنان التروس في علبة التروس - كل هذا يؤدي إلى إنشاء قوى دورية تسبب الاهتزاز.
• القوى الديناميكية الهوائية والهيدروديناميكية: تحدث أثناء دوران المكره في المراوح، وأجهزة شفط الدخان، والمضخات، والتوربينات.
• القوى الكهرومغناطيسية: من سمات المحركات والمولدات الكهربائية ويمكن أن تحدث، على سبيل المثال، بسبب عدم تناسق اللفات أو وجود قصر في الدائرة.

يُولّد كلٌّ من هذه المصادر اهتزازًا بخصائص فريدة. ولذلك، يُعدّ تحليل الاهتزاز أداة تشخيصية فعّالة. فبقياس الاهتزاز وتحليله، لا نستطيع فقط الجزم بأن "الآلة تهتز بشدة"، بل نحدد أيضًا، باحتمالية عالية، السبب الجذري. تُعد هذه القدرة التشخيصية المتقدمة أساسية لأي برنامج صيانة حديث.

1.2. من إشارة الزمن إلى الطيف: شرح مبسط لـ FFT

يُحوِّل مستشعر الاهتزاز (مقياس التسارع)، المُثبَّت على غلاف المحمل، التذبذبات الميكانيكية إلى إشارة كهربائية. عند عرض هذه الإشارة على الشاشة كدالة زمنية، نحصل على إشارة زمنية أو شكل موجة. يُظهر هذا الرسم البياني كيفية تغير سعة الاهتزاز في كل لحظة زمنية.

في حالة بسيطة، كعدم التوازن البحت، تبدو إشارة الوقت كجيب أملس. لكن في الواقع، غالبًا ما تتأثر الآلة بعدة قوى مثيرة في آن واحد. ونتيجةً لذلك، تُصبح إشارة الوقت منحنىً معقدًا، يبدو فوضويًا، ويستحيل عمليًا استخلاص معلومات تشخيصية مفيدة منه.

وهنا يأتي دور أداة رياضية تُنقذ الموقف - تحويل فورييه السريع (FFT). يُمكن تخيُّله كمنشور سحري لإشارات الاهتزاز.

تخيل أن إشارة زمنية معقدة هي شعاع من الضوء الأبيض. يبدو لنا موحدًا لا يمكن تمييزه. ولكن عندما يمر هذا الشعاع عبر منشور زجاجي، فإنه يتحلل إلى ألوانه المكونة - الأحمر والبرتقالي والأصفر، وهكذا دواليك، مشكلًا قوس قزح. يفعل تحويل فورييه السريع الشيء نفسه مع إشارة الاهتزاز: يأخذ منحنى معقدًا من المجال الزمني ويحلله إلى مكونات جيبية بسيطة، لكل منها ترددها وسعتها الخاصة.

تُعرض نتيجة هذا التحويل على رسم بياني يُسمى طيف الاهتزاز. يُعدّ هذا الطيف الأداة الرئيسية لأي شخص يُجري تحليلًا للاهتزازات. فهو يُتيح لك معرفة ما هو مخفي في إشارة الوقت: أي الاهتزازات "النقية" تُشكّل الضوضاء الكلية للجهاز.

١.٣. معلمات الطيف الرئيسية التي يجب فهمها

يحتوي طيف الاهتزاز الذي ستشاهده على شاشة Balanset-1A في وضعي "مقياس الاهتزاز" أو "المخططات" على محورين، وفهمهما ضروري للغاية للتشخيص.

المحور الأفقي (X): التردد

يوضح هذا المحور تكرار حدوث التذبذبات، ويُقاس بالهرتز (Hz). 1 هرتز هو تذبذب كامل في الثانية. يرتبط التردد ارتباطًا مباشرًا بمصدر الاهتزاز. تُولّد المكونات الميكانيكية والكهربائية المختلفة للآلة اهتزازات بتردداتها المميزة والمتوقعة. بمعرفة التردد الذي تُرصد عنده ذروة اهتزاز عالية، يُمكننا تحديد السبب - وحدة أو عيب مُحدد.

التردد الدوراني (1x): هذا هو التردد الأهم في جميع تشخيصات الاهتزازات. وهو يُطابق سرعة دوران عمود الآلة. على سبيل المثال، إذا دار عمود محرك بسرعة 3000 دورة في الدقيقة، فسيكون تردد دورانه: f = 3000 دورة في الدقيقة / 60 ثانية/دقيقة = 50 هرتز. يُرمز لهذا التردد بالرمز 1x. ويُستخدم كنقطة مرجعية لتحديد العديد من العيوب الأخرى.

المحور الرأسي (Y): السعة

يوضح هذا المحور شدة الاهتزاز عند كل تردد محدد. في جهاز Balanset-1A، تُقاس السعة بالملليمتر في الثانية (mm/s)، وهو ما يُعادل قيمة جذر متوسط التربيع (RMS) لسرعة الاهتزاز. كلما ارتفع مستوى الذروة في الطيف، زادت تركيز طاقة الاهتزاز عند هذا التردد، وكقاعدة عامة، زادت خطورة العيب المُصاحب.

التوافقيات

التوافقيات هي ترددات مضاعفات صحيحة للتردد الأساسي. غالبًا ما يكون التردد الأساسي هو التردد الدوراني 1x. وبالتالي، تكون توافقياته: 2x (التوافقي الثاني) = 2×1x، 3x (التوافقي الثالث) = 3×1x، 4x (التوافقي الرابع) = 4×1x، وهكذا. يحمل وجود التوافقيات وارتفاعها النسبي معلومات تشخيصية مهمة. على سبيل المثال، يتجلى عدم التوازن البحت بشكل رئيسي عند 1x مع توافقيات منخفضة جدًا. ومع ذلك، فإن الارتخاء الميكانيكي أو عدم محاذاة العمود يُولّدان "غابة" كاملة من التوافقيات العالية (2x، 3x، 4x،...). من خلال تحليل نسبة السعات بين 1x وتوافقياته، يمكن تمييز أنواع مختلفة من الأعطال.

القسم 2: الحصول على طيف الاهتزاز باستخدام Balanset-1A

تعتمد جودة التشخيص بشكل مباشر على جودة البيانات الأولية. قد تؤدي القياسات غير الصحيحة إلى استنتاجات خاطئة، أو إصلاحات غير ضرورية، أو، على العكس، إلى إغفال عيب ناشئ. يقدم هذا القسم دليلاً عمليًا لجمع بيانات دقيقة وقابلة للتكرار باستخدام جهازك.

٢.١. التحضير للقياسات: مفتاح دقة البيانات

قبل توصيل الكابلات وتشغيل البرنامج، يجب الانتباه جيدًا إلى التركيب الصحيح للمستشعرات. هذه هي المرحلة الأهم، إذ تُحدد موثوقية جميع التحليلات اللاحقة.

طريقة التركيب: يأتي جهاز Balanset-1A مزودًا بقواعد مستشعر مغناطيسي. تُعد هذه طريقة تركيب مريحة وسريعة، ولكن لضمان فعاليتها، يجب مراعاة عدة قواعد. يجب أن يكون السطح عند نقطة القياس:

• ينظف: إزالة الأوساخ والصدأ والطلاء المتقشر.
• مستوي: يجب أن يكون المستشعر متوازيًا مع كامل سطح المغناطيس. لا تُركّبه على أسطح مستديرة أو رؤوس براغي.
• جَسِيم: يجب أن تكون نقطة القياس جزءًا من هيكل تحمل الحمل الخاص بالماكينة (على سبيل المثال، غلاف المحمل)، وليس غطاءً واقيًا رقيقًا أو زعنفة تبريد.

للمراقبة الثابتة أو لتحقيق أقصى قدر من الدقة عند الترددات العالية، يوصى باستخدام اتصال ملولب (مسمار) إذا كان تصميم الماكينة يسمح بذلك.

موقع: تنتقل القوى الناشئة أثناء تشغيل الدوار إلى غلاف الآلة عبر المحامل. لذلك، يُعدّ تركيب المستشعرات في أغلفة المحامل أفضل مكان. حاول وضع المستشعر بالقرب من المحمل قدر الإمكان لقياس الاهتزاز بأقل قدر من التشوه.

اتجاه القياس: الاهتزاز عملية ثلاثية الأبعاد. للحصول على صورة كاملة لحالة الآلة، يجب أخذ القياسات في ثلاثة اتجاهات:

• الأفقي الشعاعي (H): عمودي على محور العمود، في المستوى الأفقي.
• شعاعي عمودي (V): عمودي على محور العمود، في المستوى الرأسي.
• المحوري (أ): موازية لمحور العمود.

كقاعدة عامة، تكون صلابة الهيكل في الاتجاه الأفقي أقل منها في الاتجاه الرأسي، لذا غالبًا ما تكون سعة الاهتزاز في الاتجاه الأفقي هي الأعلى. لهذا السبب، غالبًا ما يُختار الاتجاه الأفقي للتقييم الأولي. ومع ذلك، يحمل الاهتزاز المحوري معلومات فريدة، وهي بالغة الأهمية لتشخيص عيوب مثل عدم محاذاة العمود.

جهاز Balanset-1A هو جهاز ثنائي القناة، يُنظر إليه في الدليل بشكل أساسي من منظور موازنة المستويين. ومع ذلك، يفتح هذا الجهاز إمكانيات أوسع بكثير للتشخيص. فبدلاً من قياس الاهتزاز على محملين مختلفين، يمكن توصيل كلا المستشعرين بوحدة المحمل نفسها، ولكن في اتجاهين مختلفين. على سبيل المثال، يمكن تركيب قناة المستشعر 1 شعاعيًا (أفقيًا)، وقناة المستشعر 2 محوريًا. يتيح التقاط الأطياف المتزامن في اتجاهين مقارنة فورية للاهتزاز المحوري والشعاعي، وهي تقنية قياسية في التشخيص المهني للكشف الدقيق عن عدم المحاذاة. تُوسّع هذه الطريقة بشكل كبير من إمكانيات التشخيص للجهاز، متجاوزةً ما هو موصوف في الدليل.

٢.٢. خطوة بخطوة: استخدام وضع "مقياس الاهتزاز" (F5) للتقييم السريع

صُمم هذا الوضع للتحكم التشغيلي في معلمات الاهتزاز الرئيسية، وهو مثالي للتقييم السريع لحالة الآلة في الموقع. للحصول على طيف في هذا الوضع، اتبع الخطوات التالية:

1. توصيل المستشعرات: ثبّت مستشعرات اهتزاز في نقاط محددة، ثم وصّلها بمدخلي X1 وX2 في وحدة القياس. وصّل مقياس سرعة الدوران بالليزر بمدخل X3، ثم ثبّت علامة عاكسة على العمود.
2. بدء البرنامج: في نافذة برنامج Balanset-1A الرئيسية، انقر فوق الزر "F5 - Vibration Meter".
3. ستُفتح نافذة العمل (الشكل 7.4 في الدليل). يعرض جزؤها العلوي القيم الرقمية: الاهتزاز الكلي (V1s)، والاهتزاز عند تردد الدوران (V1o)، والطور (F1)، وسرعة الدوران (N rev).
4. بدء القياس: انقر على زر "F9 - تشغيل". سيبدأ البرنامج بجمع البيانات وعرضها آنيًا.
5. تحليل الطيف: في أسفل النافذة، يظهر الرسم البياني "لطيف الاهتزاز - القناة 1 و2 (مم/ثانية)". هذا هو طيف الاهتزاز. يُظهر المحور الأفقي التردد بالهرتز، بينما يُظهر المحور الرأسي السعة بالملم/ثانية.

يتيح هذا الوضع إجراء الفحص التشخيصي الأول والأهم، والموصى به حتى في دليل الموازنة. قارن قيمتي V1s (الاهتزاز الكلي) وV1o (الاهتزاز عند تردد دوران 1x).

• إذا كانت V1s ≈V1o، فهذا يعني أن معظم طاقة الاهتزاز تتركز عند التردد الدوراني. السبب الرئيسي للاهتزاز هو على الأرجح عدم التوازن.
• إذا كانت V1s ≫ V1o، فهذا يشير إلى أن جزءًا كبيرًا من الاهتزاز ناتج عن مصادر أخرى (عدم المحاذاة، الارتخاء، عيوب المحمل، إلخ). في هذه الحالة، لن تحل الموازنة البسيطة المشكلة، ويلزم تحليل أعمق للطيف.

٢.٣. خطوة بخطوة: استخدام وضع "المخططات" (F8) للتحليل التفصيلي

للتشخيصات الدقيقة التي تتطلب فحصًا أكثر تفصيلًا للطيف، يُعد وضع "المخططات" أفضل بكثير. فهو يوفر رسمًا بيانيًا أكبر وأكثر ثراءً بالمعلومات، مما يُسهّل تحديد القمم وتحليل بنيتها. خطوات الحصول على الطيف في هذا الوضع:

1. قم بتوصيل أجهزة الاستشعار بنفس الطريقة المستخدمة في وضع "مقياس الاهتزاز".
2. وضع البدء: في نافذة البرنامج الرئيسية، انقر فوق الزر "F8 - المخططات".
3. اختر نوع الرسم البياني: في النافذة المفتوحة (الشكل 7.19 في الدليل)، ستجد صفًا من الأزرار في الأعلى. انقر على "F5-Spectrum (Hz)".
4. ستُفتح نافذة تحليل الطيف (الشكل 7.23 في الدليل). يعرض الجزء العلوي إشارة الوقت، بينما يعرض الجزء السفلي (الرئيسي) طيف الاهتزاز.
5. بدء القياس: انقر على زر "F9-Run". سيجري الجهاز قياسًا وينشئ رسومًا بيانية مفصلة.

الطيف المُحصّل في هذا الوضع أسهل بكثير للتحليل. يُمكنك رؤية القمم عند ترددات مختلفة بوضوح أكبر، وتقييم ارتفاعها، وتحديد سلسلة التوافقيات. يُوصى بهذا الوضع لتشخيص الأعطال الموضحة في القسم التالي.

القسم 3: تشخيص الأعطال النموذجية باستخدام أطياف الاهتزاز (حتى 1000 هرتز)

هذا القسم هو المحور العملي للدليل. سنتعلم هنا قراءة الأطياف وربطها بمشاكل ميكانيكية محددة. لتسهيل الفهم الميداني وسرعة الفهم، تم تلخيص المؤشرات التشخيصية الرئيسية في جدول مُوَحَّد. سيكون هذا الجدول مرجعًا سريعًا عند تحليل البيانات الفعلية.

الجدول 3.1: ملخص المؤشرات التشخيصية

عيب	التوقيع الطيفي الأساسي	التوافقيات النموذجية	Notes
عدم التوازن	سعة عالية عند تردد دوراني 1×	قليل	يهيمن الاهتزاز الشعاعي. تزداد السعة تربيعيًا مع السرعة.
عدم المحاذاة	سعة عالية عند تردد دوراني 2×	1×، 3×، 4×	غالبًا ما تكون مصحوبة باهتزاز محوري.
الارتخاء الميكانيكي	التوافقيات المتعددة 1× ("غابة" من التوافقيات)	1×، 2×، 3×، 4×، 5×...	قد تظهر التوافقيات الفرعية (0.5×، 1.5×) عند 1/2x، 3/2x، وما إلى ذلك بسبب الشقوق.
عيب المحمل	الذروات عند الترددات غير المتزامنة (BPFO، BPFI، إلخ.)	التوافقيات المتعددة لترددات العيوب	غالبًا ما تظهر كنطاقات جانبية حول القمم. تبدو كـ"ضوضاء" في نطاق الترددات العالية.
عيب في شبكة التروس	التردد العالي لشبكة التروس (GMF) وتوافقياتها	النطاقات الجانبية حول GMF عند 1x	يشير إلى التآكل أو تلف الأسنان أو الانحراف.

وبعد ذلك، سنقوم بتحليل كل من هذه العيوب بالتفصيل.

٣.١. عدم التوازن: المشكلة الأكثر شيوعًا

السبب الجسدي: يحدث اختلال التوازن عندما لا يتطابق مركز كتلة الجزء الدوار (الدوار) مع محور دورانه الهندسي. يؤدي ذلك إلى ظهور "نقطة ثقل"، والتي تُولّد أثناء الدوران قوة طرد مركزي تؤثر في الاتجاه الشعاعي وتنتقل إلى المحامل والأساس.

التوقيعات الطيفية: العلامة الرئيسية هي ذروة عالية السعة عند التردد الدوراني (1x). الاهتزاز شعاعي في الغالب. هناك نوعان رئيسيان من عدم التوازن:

عدم التوازن الثابت (مستوى واحد)

وصف الطيف: يهيمن على الطيف بالكامل ذروة واحدة عند التردد الدوراني الأساسي (1x). الاهتزاز جيبي، مع طاقة ضئيلة عند الترددات الأخرى.

وصف موجز للمكونات الطيفية: أساسًا، مُكوّن تردد دوراني قوي 1x. لا توجد توافقيات أعلى (نغمة 1x نقية).

الميزة الرئيسية: سعة كبيرة ١x في جميع الاتجاهات الشعاعية. الاهتزاز عند كلا المحملين متوافق في الطور (لا يوجد فرق طور بين الطرفين). غالبًا ما يُلاحظ انزياح طور بمقدار ٩٠ درجة تقريبًا بين القياسات الأفقية والرأسية عند نفس المحمل.

عدم التوازن الديناميكي (ثنائي المستوى / زوج)

وصف الطيف: يُظهر الطيف أيضًا ذروةً سائدةً لتردد دورة واحدة (1x)، تُشبه عدم التوازن الساكن. يكون الاهتزاز بسرعة الدوران، دون أي محتوى ذي تردد أعلى يُذكر إذا كان عدم التوازن هو المشكلة الوحيدة.

وصف موجز للمكونات الطيفية: مُكَوِّن 1x RPM مُهيمن (غالبًا مع اهتزاز أو اهتزاز للدوار). عادةً ما تكون التوافقيات العالية غائبة ما لم توجد أعطال أخرى.

الميزة الرئيسية: 1x اهتزاز في كل محمل خارج الطور — يوجد فرق طور يبلغ حوالي ١٨٠ درجة بين الاهتزازات عند طرفي الدوار (مما يشير إلى عدم توازن الزوج). ذروة ١x القوية مع هذه العلاقة الطورية هي علامة على عدم التوازن الديناميكي.

ما يجب القيام به: إذا أشار الطيف إلى عدم توازن، فيجب إجراء عملية موازنة. في حالة عدم التوازن الساكن، تكفي موازنة أحادية المستوى (القسم 7.4 من الدليل)، وفي حالة عدم التوازن الديناميكي، تُجرى موازنة ثنائية المستوى (القسم 7.5 من الدليل).

٣.٢. عدم محاذاة العمود: تهديد خفي

السبب الجسدي: يحدث عدم المحاذاة عندما لا يتطابق محورا دوران عمودين متصلين (مثل عمود المحرك وعمود المضخة). عند دوران العمودين غير المتوافقين، تنشأ قوى دورية في الوصلة والمحامل، مما يسبب اهتزازًا.

عدم المحاذاة المتوازية (أعمدة الإزاحة)

وصف الطيف: يُظهر طيف الاهتزاز طاقة مرتفعة عند المحور الأساسي (1x) وتوافقياته 2x و3x، خاصةً في الاتجاه الشعاعي. عادةً ما يكون المكون 1x هو السائد مع وجود اختلال في المحاذاة، مصحوبًا بمكون 2x ملحوظ.

وصف موجز للمكونات الطيفية: تحتوي على قمم ملحوظة عند ترددات دوران العمود 1x، 2x، و3x. تظهر هذه القمم غالبًا في قياسات الاهتزاز الشعاعي (العمودي على العمود).

الميزة الرئيسية: يُعدّ ارتفاع الاهتزازات 1x و2x في الاتجاه الشعاعي مؤشرًا. غالبًا ما يُلاحظ فرق طور قدره 180 درجة بين قياسات الاهتزاز الشعاعي على جانبي الوصلة، مما يُميّزه عن عدم التوازن البحت.

عدم محاذاة الزاوية (الأعمدة المائلة)

وصف الطيف: يُظهر طيف التردد توافقيات قوية لسرعة العمود، لا سيما مُكوّن سرعة تشغيل 2x بارز بالإضافة إلى 1x. يظهر اهتزاز عند 1x و2x (وغالبًا 3x)، مع اهتزاز محوري (على طول العمود) ملحوظ.

وصف موجز للمكونات الطيفية: ذروات ملحوظة عند سرعة تشغيل ١x و٢x (وأحيانًا ٣x). غالبًا ما يكون مُكوِّن ٢x أكبر من ١x أو مساويًا لها. تظهر هذه الترددات بوضوح في طيف الاهتزاز المحوري (على طول محور الآلة).

الميزة الرئيسية: سعة توافقية ثانية عالية نسبيًا (2x) مقارنةً بـ 1x، مصحوبة باهتزاز محوري قوي. القياسات المحورية على جانبي الوصلة غير متوافقة في الطور بمقدار 180 درجة، وهي علامة مميزة لعدم محاذاة الزاوية.

ما يجب القيام به: لن يُجدي الموازنة نفعًا هنا. أوقف الوحدة وقم بمحاذاة عمودها باستخدام أدوات مُخصصة.

٣.٣. ارتخاء ميكانيكي: "خشخشة" في الآلة

السبب الجسدي: يرتبط هذا العيب بفقدان صلابة الوصلات الهيكلية: مسامير مفكوكة، شقوق في الأساس، وزيادة الخلوص في قواعد المحامل. بسبب هذه الخلوصات، تحدث الصدمات، مما يُشكل نمط اهتزاز مميز.

الارتخاء الميكانيكي (ارتخاء المكونات)

وصف: الطيف غنيٌّ بمكونات تردد سرعة الدوران. يظهر نطاق واسع من مضاعفات الأعداد الصحيحة لـ 1x (من 1x إلى الرتب العليا، مثل ~10x) بسعات كبيرة. في بعض الحالات، قد تظهر أيضًا ترددات دون التوافقية (مثل 0.5x).

المكونات الطيفية: تسود مكونات تردد متعددة لسرعة الدوران (1x، 2x، 3x ... حتى ~10x). في بعض الأحيان، قد توجد مكونات تردد كسرية (نصف عدد صحيح) عند 1/2x، 3/2x، إلخ، بسبب الصدمات المتكررة.

الميزة الرئيسية: سلسلة القمم المميزة في الطيف - وهي عبارة عن عدة قمم متباعدة بالتساوي بترددات تساوي مضاعفات عددية صحيحة لسرعة الدوران. يشير هذا إلى فقدان الصلابة أو سوء تجميع الأجزاء، مما يؤدي إلى صدمات متكررة. يُعد وجود العديد من التوافقيات (وربما التوافقيات الفرعية ذات نصف الأعداد الصحيحة) مؤشرًا رئيسيًا.

الارتخاء الهيكلي (ارتخاء القاعدة/التركيب)

وصف: في طيف الاهتزاز، غالبًا ما يهيمن الاهتزاز عند التردد الدوراني الأساسي أو المزدوج. عادةً ما تظهر ذروة عند الترددين 1x و/أو 2x. عادةً ما تكون سعة التوافقيات الأعلى (فوق 2x) أصغر بكثير مقارنةً بالترددات الرئيسية.

المكونات الطيفية: يُظهر بشكل رئيسي مكونات التردد عند سرعات 1x و2x للعمود. عادةً ما تكون التوافقيات الأخرى (3x، 4x، إلخ) غائبة أو غير مهمة. قد تهيمن المكونات 1x أو 2x حسب نوع الارتخاء (مثلاً، صدمة واحدة لكل دورة أو صدمتان لكل دورة).

الميزة الرئيسية: قمم مرتفعة بشكل ملحوظ عند 1x أو 2x (أو كليهما) مقارنةً ببقية الطيف، مما يدل على ارتخاء المحامل أو الهيكل. يكون الاهتزاز أقوى في الاتجاه الرأسي إذا كانت الآلة مُركّبة بشكل غير مُحكم. وجود قمة أو قمتين سائدتين منخفضتي الترتيب مع عدد قليل من التوافقيات عالية الترتيب يُشير إلى ارتخاء الهيكل أو الأساس.

ما يجب القيام به: من الضروري إجراء فحص شامل للوحدة. تحقق من جميع مسامير التثبيت (المحامل، الهيكل). افحص الهيكل والأساس بحثًا عن أي شقوق. في حال وجود أي ارتخاء داخلي (مثل مقعد المحمل)، فقد يلزم تفكيك الوحدة.

٣.٤. عيوب المحامل الدوارة: الإنذار المبكر

السبب الجسدي: حدوث عيوب (حفر، شقوق، تآكل) على أسطح التدحرج (الحلقة الداخلية، الحلقة الخارجية، عناصر التدحرج) أو على القفص. في كل مرة يتدحرج فيها عنصر تدحرج فوق عيب، تحدث نبضة تصادم قصيرة. تتكرر هذه النبضات بتردد محدد يميز كل عنصر محمل.

التوقيعات الطيفية: تظهر عيوب المحامل كذروات عند ترددات غير متزامنة، أي عند ترددات لا تُمثل مضاعفات صحيحة لتردد الدوران (1x). تعتمد هذه الترددات (BPFO - تردد عيب المسار الخارجي، BPFI - المسار الداخلي، BSF - عنصر التدحرج، FTF - القفص) على هندسة المحمل وسرعة دورانه. بالنسبة للمُشخِّص المبتدئ، ليس من الضروري حساب قيمها بدقة. الأهم هو تعلم كيفية تمييز وجودها في الطيف.

عيب العرق الخارجي

وصف الطيف: يُظهر طيف الاهتزاز سلسلة من القمم تتوافق مع تردد عيب المسار الخارجي وتوافقياته. عادةً ما تكون هذه القمم عند ترددات أعلى (وليس مضاعفات صحيحة لدوران العمود)، وتُشير إلى كل مرة يمر فيها عنصر دوار فوق عيب المسار الخارجي.

وصف موجز للمكونات الطيفية: توجد توافقيات متعددة لتردد تمرير الكرة الخارجي (BPFO). عادةً، يُمكن رصد 8-10 توافقيات من BPFO في الطيف عند وجود صدع خارجي واضح. المسافة بين هذه القمم تساوي تردد BPFO (وهو تردد مميز يُحدد بهندسة المحمل وسرعته).

الميزة الرئيسية: يُمثل وجود سلسلة مميزة من القمم عند BPFO وتوافقياته المتتالية السمة المميزة. يشير وجود العديد من القمم عالية التردد المتباعدة بالتساوي (BPFO، 2xBPFO، 3xBPFO، ...) بوضوح إلى عيب في محمل المسار الخارجي.

عيب العرق الداخلي

وصف الطيف: يُظهر طيف صدع السباق الداخلي عدة قمم بارزة عند تردد عيب السباق الداخلي وتوافقياته. بالإضافة إلى ذلك، عادةً ما تكون كل قمة من قمم ترددات الصدع هذه مصحوبة بقمم جانبية متباعدة عند تردد سرعة التشغيل (1x).

وصف موجز للمكونات الطيفية: يحتوي على توافقيات متعددة لتردد تمرير الكرة الداخلي (BPFI)، غالبًا ما تكون في حدود 8-10 توافقيات. ومن المميزات أن قمم BPFI هذه تُعدّل بنطاقات جانبية عند ±1x RPM - أي أن قممًا جانبية أصغر تظهر بجانب كل توافق BPFI، منفصلة عن القمة الرئيسية بمقدار يساوي تردد دوران العمود.

الميزة الرئيسية: العلامة الدالة على ذلك هي وجود توافقيات تردد عيب السباق الداخلي (BPFI) بنمط نطاق جانبي. تشير النطاقات الجانبية المتباعدة عند سرعة العمود حول توافقيات BPFI إلى أن عيب السباق الداخلي يُحمّل مرة واحدة لكل دورة، مما يؤكد وجود مشكلة في السباق الداخلي وليس الخارجي.

عيب عنصر التدحرج (الكرة/الأسطوانة)

وصف الطيف: يُنتج عيب في عنصر التدحرج (كرة أو بكرة) اهتزازًا عند تردد دوران عنصر التدحرج وتوافقياته. يُظهر الطيف سلسلة من القمم التي لا تُمثل مضاعفات صحيحة لسرعة العمود، بل مضاعفات تردد دوران الكرة/الأسطوانة (BSF). غالبًا ما تكون إحدى هذه القمم التوافقية أكبر بكثير من غيرها، مما يعكس عدد عناصر التدحرج المتضررة.

وصف موجز للمكونات الطيفية: تظهر قمم عند تردد عيب عنصر التدحرج الأساسي (BSF) وتوافقياته. على سبيل المثال، BSF، 2xBSF، 3xBSF، إلخ. يُلاحظ أن نمط سعة هذه القمم يُشير إلى عدد العناصر التالفة - على سبيل المثال، إذا كان التوافقي الثاني هو الأكبر، فقد يُشير ذلك إلى وجود تشققات في كرتين/بكراتين. غالبًا ما يُصاحب ذلك بعض الاهتزازات عند ترددات خطأ التدحرج، حيث يؤدي تلف عنصر التدحرج عادةً إلى تلف التدحرج أيضًا.

الميزة الرئيسية: وجود سلسلة من القمم المتباعدة بتردد دوران عنصر المحمل (BSF) بدلاً من تردد دوران العمود يُشير إلى وجود عيب في عنصر التدحرج. غالبًا ما يُشير ارتفاع سعة التوافقية N لـ BSF إلى تلف N عنصر (على سبيل المثال، قد يُشير ارتفاع ذروة 2xBSF إلى وجود كرتين بهما عيوب).

عيب القفص (قفص المحمل / FTF)

وصف الطيف: يؤدي عيب القفص (الفاصل) في محمل دحرج إلى اهتزاز عند تردد دوران القفص - تردد القطار الأساسي (FTF) - وتوافقياته. عادةً ما تكون هذه الترددات دون التزامن (أقل من سرعة العمود). يُظهر الطيف قممًا عند FTF، و2xFTF، و3xFTF، إلخ، وغالبًا ما يتفاعل مع ترددات محامل أخرى بسبب التعديل.

وصف موجز للمكونات الطيفية: قمم الترددات المنخفضة المقابلة لتردد دوران القفص (FTF) ومضاعفاته الصحيحة. على سبيل المثال، إذا كان تردد دوران القفص ≈ 0.4x سرعة عمود، فقد تلاحظ قممًا عند ~0.4x، ~0.8x، ~1.2x، إلخ. في كثير من الحالات، يتواجد عيب القفص مع عيوب التسابق، لذا قد يُعدّل تردد دوران القفص إشارات عيوب التسابق، مما يُنتج ترددات مجموع/فرق (نطاقات جانبية حول ترددات التسابق).

الميزة الرئيسية: وجود قمة أو أكثر من قمم التوافقيات الفرعية (أقل من 1x) التي تتوافق مع معدل دوران قفص المحمل (FTF) يدل على وجود مشكلة في القفص. غالبًا ما يظهر هذا مع مؤشرات أخرى لعطل في المحمل. العلامة الرئيسية هي وجود FTF وتوافقياته في الطيف، وهو أمر نادر إلا في حالة تعطل القفص.

ما يجب القيام به: ظهور ترددات المحامل يُنذر بالخطر. من الضروري تكثيف مراقبة هذه الوحدة، والتحقق من حالة التزييت، والتخطيط لاستبدال المحامل في أقرب وقت ممكن.

3.5. أعطال التروس

انحراف الترس / العمود المنحني

وصف الطيف: يُسبب هذا العطل تعديلًا في اهتزاز شبكة التروس. في الطيف، تُحاط ذروة تردد شبكة التروس (GMF) بذروات جانبية متباعدة عند تردد دوران عمود الترس (1x RPM). غالبًا ما يرتفع أيضًا اهتزاز سرعة تشغيل الترس نفسه (1x RPM) بسبب تأثير الانحراف الذي يُشبه عدم التوازن.

وصف موجز للمكونات الطيفية: زيادة ملحوظة في السعة عند تردد شبكة الترس وتوافقياتها المنخفضة (مثل: 1x، 2x، 3x GMF). تظهر نطاقات جانبية واضحة حول GMF (وأحيانًا حول توافقياته) على فترات تساوي 1x معدل دوران الترس المتأثر. يشير وجود هذه النطاقات الجانبية إلى تعديل سعة تردد الشبكة بسبب دوران الترس.

الميزة الرئيسية: يُعدّ تردد شبكة التروس مع النطاقات الجانبية الواضحة عند تردد ترس 1x السمة المميزة. يشير نمط النطاق الجانبي هذا (القمم المتباعدة بالتساوي حول GMF حسب سرعة التشغيل) بقوة إلى انحراف مركزية الترس أو انحناء عموده. بالإضافة إلى ذلك، قد يكون الاهتزاز الأساسي (1x) للترس أعلى من المعدل الطبيعي.

تآكل أو تلف أسنان التروس

وصف الطيف: تُسبب عيوب أسنان التروس (مثل الأسنان البالية أو المكسورة) زيادة في الاهتزاز عند تردد شبكة التروس وتوافقياتها. غالبًا ما يُظهر الطيف ذروات متعددة لـ GMF (1xGMF، 2xGMF، إلخ) ذات سعة عالية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر العديد من ترددات النطاق الجانبي حول ذروات GMF هذه، متباعدة بتردد دوران العمود. في بعض الحالات، يُمكن أيضًا ملاحظة إثارة الترددات الطبيعية للترس (الرنينات) مع النطاقات الجانبية.

وصف موجز للمكونات الطيفية: ارتفاع القمم عند تردد شبكة الترس (تردد شبكة الأسنان) وتوافقياته (مثل 2xGMF). حول كل توافق رئيسي من GMF، توجد قمم جانبية منفصلة بسرعة تشغيل 1x. يميل عدد وحجم الحزم الجانبية حول مكونات GMF 1x و2x و3x إلى الازدياد مع شدة تلف الأسنان. في الحالات الشديدة، قد تظهر قمم إضافية تتوافق مع ترددات رنين الترس (مع حزمها الجانبية الخاصة).

الميزة الرئيسية: السمة المميزة هي التوافقيات الترددية المتعددة عالية السعة لشبكة التروس، مصحوبة بأنماط نطاق جانبي كثيفة. يشير هذا إلى مرور غير منتظم للأسنان بسبب التآكل أو كسرها. يُظهر الترس المتآكل أو التالف بشدة نطاقات جانبية واسعة (بفاصل سرعة واحد) حول قمم تردد الشبكة، مما يُميزه عن الترس السليم (الذي يتميز بطيف أنظف مركّز عند GMF).

ما يجب القيام به: يتطلب ظهور الترددات المرتبطة بسلاسل التروس عنايةً أكبر. يُنصح بفحص حالة زيت علبة التروس بحثًا عن أي جزيئات معدنية، وتحديد موعد لفحصها لتقييم تآكل أو تلف الأسنان.

من المهم فهم أنه في الظروف العملية، نادرًا ما تعاني الآلات من عطل واحد فقط. غالبًا ما يكون الطيف عبارة عن مجموعة من علامات عيوب متعددة، مثل عدم التوازن واختلال المحاذاة. قد يكون هذا مربكًا للمُشخِّص المبتدئ. في مثل هذه الحالات، تُطبَّق قاعدة بسيطة: عالج المشكلة المقابلة للذروة ذات السعة الأكبر أولًا. غالبًا ما يُسبِّب عطل خطير واحد (مثل اختلال محاذاة شديد) مشاكل ثانوية، مثل زيادة تآكل المحمل أو ارتخاء المُثبِّتات. من خلال إزالة السبب الجذري، يُمكنك تقليل ظهور العيوب الثانوية بشكل كبير.

القسم 4: التوصيات العملية والخطوات التالية

بعد إتقان أساسيات تفسير الطيف، تكون قد اتخذت الخطوة الأولى والأهم. الآن، من الضروري دمج هذه المعرفة في ممارسات الصيانة اليومية. يُخصص هذا القسم لكيفية الانتقال من القياسات لمرة واحدة إلى نهج منهجي، وكيفية استخدام البيانات المُحصلة لاتخاذ قرارات مدروسة.

4.1. من القياس الفردي إلى المراقبة: قوة الاتجاهات

الطيف الواحد هو مجرد "صورة" لحالة الآلة في لحظة زمنية محددة. قد يكون مفيدًا للغاية، لكن قيمته الحقيقية تتضح عند مقارنته بالقياسات السابقة. تُسمى هذه العملية مراقبة الحالة أو تحليل الاتجاهات.

الفكرة بسيطة للغاية: بدلاً من تقييم حالة الآلة بناءً على قيم الاهتزاز المطلقة (سواءً كانت جيدة أو سيئة)، يمكنك تتبع كيفية تغير هذه القيم بمرور الوقت. تشير الزيادة البطيئة والتدريجية في السعة عند تردد معين إلى تآكل منتظم، بينما تُعدّ القفزة المفاجئة إشارة إنذار تُشير إلى تطور سريع لعيب.

نصيحة عملية:

• إنشاء طيف أساسي: قم بإجراء قياس شامل على جهاز جديد، أو مُصلَّح حديثًا، أو معروف بصلاحيته. احفظ هذه البيانات (الأطياف والقيم العددية) في أرشيف برنامج Balanset-1A. هذا هو "معيارك الصحي" لهذا الجهاز.
• تحديد الدورية: حدد وتيرة إجراء قياسات التحكم. بالنسبة للمعدات ذات الأهمية الحرجة، قد يكون ذلك مرة كل أسبوعين، وبالنسبة للمعدات المساعدة، مرة كل شهر أو ربع سنة.
• ضمان إمكانية التكرار: في كل مرة، قم بإجراء القياسات في نفس النقاط، وفي نفس الاتجاهات، وإذا أمكن، في ظل نفس ظروف تشغيل الماكينة (الحمل، درجة الحرارة).
• مقارنة وتحليل: بعد كل قياس جديد، قارن الطيف الناتج بخط الأساس والقياسات السابقة. انتبه ليس فقط لظهور القمم الجديدة، بل أيضًا لزيادة سعة القمم الموجودة. الزيادة الحادة في سعة أي قمة (مثلًا ضعفي القياس السابق) تُعدّ إشارة موثوقة لتطور عيب، حتى لو كانت قيمة الاهتزاز المطلقة لا تزال ضمن الحدود المقبولة وفقًا لمعايير المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO).

4.2. متى يجب الموازنة ومتى نبحث عن سبب آخر؟

الهدف النهائي للتشخيص ليس مجرد اكتشاف الخلل، بل اتخاذ القرار الصحيح بشأن الإجراءات اللازمة. بناءً على تحليل الطيف، يمكن بناء خوارزمية بسيطة وفعالة لاتخاذ القرارات.

خوارزمية العمل القائمة على تحليل الطيف:

1. احصل على طيف عالي الجودة باستخدام Balanset-1A، ويفضل أن يكون ذلك في وضع "المخططات" (F8)، عن طريق أخذ القياسات في الاتجاهين الشعاعي والمحوري.
2. حدد الذروة ذات السعة الأكبر. فهي تُشير إلى المشكلة الرئيسية التي يجب معالجتها أولًا.
3. تحديد نوع الخطأ من خلال تردد هذه الذروة:
   • إذا كانت الذروة 1x تهيمن: السبب الأكثر احتمالا هو عدم التوازن.
     فعل: قم بإجراء عملية الموازنة الديناميكية باستخدام وظيفة جهاز Balanset-1A.
   • إذا كانت الذروة 2x مهيمنة (خاصة إذا كانت عالية في الاتجاه المحوري): السبب الأكثر احتمالا هو عدم محاذاة العمود.
     فعل: الموازنة غير فعالة. من الضروري إيقاف الوحدة وضبط محاذاة العمود.
   • إذا تم ملاحظة "غابة" من العديد من التوافقيات (1x، 2x، 3x،...): السبب الأكثر احتمالا هو الارتخاء الميكانيكي.
     فعل: قم بإجراء فحص بصري. تحقق من جميع مسامير التثبيت وأحكم ربطها. افحص الإطار والأساس بحثًا عن أي شقوق.
   • إذا سيطرت الذروات غير المتزامنة في نطاق التردد المتوسط أو العالي: السبب الأكثر احتمالا هو عيب في المحمل المتدحرج.
     فعل: تحقق من تزييت وحدة المحمل. ابدأ بالتخطيط لاستبدال المحمل. زد من وتيرة مراقبة هذه الوحدة لتتبع معدل ظهور العيوب.
   • إذا كان تردد شبكة التروس (GMF) مع النطاقات الجانبية هو السائد: السبب الأكثر احتمالا هو عيب في التروس.
     فعل: افحص حالة زيت علبة التروس. حدد موعدًا لفحص علبة التروس لتقييم تآكل أو تلف الأسنان.

تسمح هذه الخوارزمية البسيطة بالانتقال من التحليل المجرد إلى إجراءات الصيانة المستهدفة الملموسة، وهو الهدف النهائي لجميع أعمال التشخيص.

Conclusion

يتمتع جهاز Balanset-1A، المصمم أصلاً كأداة متخصصة للموازنة، بإمكانيات فائقة. قدرته على الحصول على أطياف الاهتزاز وعرضها تُحوّله إلى جهاز تحليل اهتزازات قوي للمبتدئين. صُممت هذه المقالة لتكون بمثابة حلقة وصل بين الإمكانيات التشغيلية للجهاز الموضحة في الدليل والمعرفة الأساسية اللازمة لتفسير البيانات المُحصّلة من جلسات تحليل الاهتزاز.

إن إتقان مهارات تحليل الطيف الأساسية لا يقتصر على دراسة النظرية فحسب، بل يشمل أيضًا اكتساب أداة عملية لزيادة كفاءة عملك. إن فهم كيفية ظهور العيوب المختلفة - مثل عدم التوازن، واختلال المحاذاة، والارتخاء، وعيوب المحامل - كـ"بصمات" فريدة على طيف الاهتزازات، يتيح لك النظر داخل آلة تعمل دون الحاجة إلى تفكيكها.

أهم النقاط المستفادة من هذا الدليل:

• الاهتزاز هو معلومة. يحمل كل ذروة في الطيف معلومات حول عملية محددة تحدث في الآلية.
• FFT هو المترجم الخاص بك. يقوم تحويل فورييه السريع بترجمة لغة الاهتزاز المعقدة والفوضوية إلى لغة الترددات والسعة البسيطة والمفهومة.
• التشخيص هو التعرف على الأنماط. من خلال تعلم كيفية تحديد الأنماط الطيفية المميزة للعيوب الرئيسية، يمكنك تحديد السبب الجذري للاهتزاز المتزايد بسرعة ودقة.
• الاتجاهات أكثر أهمية من القيم المطلقة. يشكل الرصد المنتظم ومقارنة البيانات الحالية بالبيانات الأساسية أساس النهج التنبئي، مما يسمح بتحديد المشاكل في أقرب وقت ممكن.

يتطلب الطريق إلى أن تصبح محلل اهتزازات واثقًا وكفؤًا وقتًا وممارسة. لا تتردد في التجربة، وجمع البيانات من مختلف الأجهزة، وإنشاء مكتبتك الخاصة من "أطياف الصحة" و"أطياف الأمراض". يوفر لك هذا الدليل خريطة وبوصلة. استخدم Balanset-1A ليس فقط لعلاج الأعراض عن طريق الموازنة، بل أيضًا لإجراء "تشخيص" دقيق. سيسمح لك هذا النهج بزيادة موثوقية معداتك بشكل كبير، وتقليل عدد حالات التوقف المفاجئ، والانتقال إلى مستوى جديد نوعيًا من الصيانة.