Основи на вибрациите на прост език

← База знания Balanset-1A — всички глави

Тази глава е минимумът теория, необходим, за да работите с Balanset-1A съзнателно, а не просто натискайки бутони.

Какво е вибрация и защо машината вибрира

Всеки въртящ се ротор (барабан на мулчер, работно колело на вентилатор, вал) в идеалния случай има центъра на масата си точно върху оста на въртене. В реалността винаги има леко изместване на масата — дисбаланс. As the rotor spins, the “heavy spot” pulls it sideways on every revolution, creating a centrifugal force that shakes the machine at the rotation frequency.

Важно: небалансът е само едно от причините за вибрация. Машината се тресе и заради:

• луфт и износване на лагерите,
• разцентровка на вала (съединители, ремъци),
• пукнатини и разхлабени крепежни елементи (болтове, рама),
• огънат вал,
• конструктивен резонанс,
• аеродинамични и електромагнитни сили (вентилатори, честотни преобразуватели).

Балансирането отстранява само дисбаланса. Всичко останало трябва да се ремонтира, а не да се балансира. Оттук и златното правило: the device cannot “balance away” a broken machine.

В какви единици се измерва вибрацията

Balanset-1A измерва скорост на вибрация — стойността RMS в мм/с. Това е стандартната величина за оценка на състоянието на машината в работния честотен диапазон.

Груба скала за бърза оценка (базирана на ISO 10816/20816, подробности в глава 06):

За селскостопанска техника (мулчери, косачки) границите са по-меки: до 4,8 mm/s е добре, до 7,1 mm/s на меки опори, а като се вземат предвид работните условия — „под 8 mm/s вече е добре“.

Честота, обороти (RPM) и хармоници

Да кажем, ротор се върти при 3000 rpm. Това е 50 оборота в секунда = 50 Hz. Вибрацията се разлага на честотни компоненти — спектър (FFT). The spectrum shows “who is doing the shaking”:

• 1x (честота на въртене) — класическият признак на дисбаланс. Това е компонентата, която балансирането намалява.
• 2x, 3x (втори, трети хармоник) — по-често несъосност на вала, разхлабени крепежни елементи, огънат вал. Ако 2x е по-високо от 1x — още е рано за балансиране; първо потърсете разцентровка/разхлабване.
• High frequencies, “noise” — дефекти на лагери и зацепване на зъбни колела.
• Ниски честоти, несвързани с оборотите (RPM) — разхлабена основа/крепежни елементи, аеродинамика.
• Кратни на честотата на захранващата мрежа (напр. 6 × 50 Hz = 300 Hz) — електромагнитни смущения от честотен преобразувател. Тест: изключете честотния преобразувател при изтичане на оборотите — ако пикът изчезне, причината е електрическа, не механична.

Практическо правило от техническата поддръжка: ако пик в спектъра се измества пропорционално се измества при промяна на оборотите (RPM) — това е хармоник на въртенето; ако той остава на място — това е конструктивен резонанс или външен източник.

Как изглежда на екрана:

Phase — “where the heavy spot points”

Освен амплитудата устройството измерва фаза — ъгълът между импулса на тахометъра (преминаването на отражателния маркер покрай лазера) и максимума на вибрацията. Фазата показва КЪДЕ се намира дисбалансът. От промяната на амплитудата и фазата след монтиране на пробно тегло уредът изчислява масата и ъгъла на коригиращото тегло — метод на коефициента на влияние.

Практически последствия:

• маркерът на тахометъра не трябва да се залепва наново между пусковете — фазовата “нула” се измества. Самият тахометър също не трябва да се премества или пренасочва;
• оборотите трябва да са еднакви във всички пускове на серията;
• фазата трябва да е стабилна от пуск на пуск (разсейване не повече от ~10–20°). Ако фазата се лута — на измерването не може да се вярва; търсете механична причина или резонанс.

Resonance — balancing’s worst enemy

Всяка конструкция (ротор + опори + рама) има собствени честоти. Ако работните обороти (RPM) съвпаднат със собствена честота, резонанс настъпва: вибрацията рязко нараства, фазата скача, изчисленията на устройството престават да се сближават и „устройството продължава да иска повече тегло“.

Признаци на резонанс:

• малка промяна на оборотите променя вибрацията многократно;
• след монтиране на изчисленото тегло вибрацията расте вместо да спада;
• амплитудата и фазата са нестабилни при непроменени условия.

Какво да направите: балансирайте при различни обороти (RPM) — обикновено под резонанса. Типичната рецепта за мулчер: грубо балансиране при 600–900 rpm, после преминаване към работни обороти. По-новите версии на софтуера имат Графика RunDown (избег) — завъртете ротора, прекъснете задвижването и запишете изтичането на оборотите: пиковете разкриват резонансните честоти, а вие избирате оборотите за балансиране между тях.

Real example: a customer’s rotor would not balance at 1600 rpm but balanced fine at 1000 rpm. The cause — a resonance near 1600.

Линейност и защо монтирате половината маса

The device’s calculation assumes the system is Линейна: двойно тегло — двоен отклик. При твърди машини с добра основа това е близо до истината. Но мулчер на трактор, машина на меки опори или конструкция с луфт и пукнатини се държи нелинейно: откликът на тегло често не е пропорционален.

Оттук и доказаното на практика правило: монтирайте 1/2 (при лоши машини 1/3) от изчислената маса и направете контролен пуск. Уредът след това ще уточни остатъка. Това е по-бързо от повторно заваряване на голямо тегло, което “прехвърля” целта.

Статичен и динамичен небаланс

Статично — тежката точка е от едната страна на ротора. Спрян ротор върху свободни опори сам ще се завърти с тежката страна надолу. Коригира се с едно тегло в една равнина.

Динамичен — тежки точки в различните краища и от различните страни на ротора. Роторът не просто вибрира, той „клати се“, докато се върти. Необходими са тежести в две равнини. Не може да се открие статично: при завъртане на ротора на 90° двете тежести изглеждат сякаш се балансират взаимно, но при движение всяка тежка точка тегли в своя посока.

Една коригираща равнина или две?

• Една равнина — тесни ротори (дискове, ремъчни шайби, тесни работни колела). Емпирично правило по ISO 21940-11: ако ширината на ротора е по-малка от половината от диаметъра му (съотношение ~1:2; на практика поддръжката препоръчва 1:3) — една равнина е достатъчна.
• Два самолета — дълги ротори (барабани на мулчери, валове, ротори на комбайни, вентилатори при 3000 rpm и по-високи). Небалансът в двата края на ротора си влияе взаимно, затова устройството измерва два канала едновременно (сензори X1 и X2) и изчислява двете тегла едновременно.

Степени на качество на балансиране G (ISO 1940 / ISO 21940-11)

Остатъчният небаланс се задава в г·мм по степени G:

Колкото по-високи са оборотите (RPM) и по-малък е роторът — толкова по-строга е степента. Софтуерът Balanset има калкулатор на допуски: въведете маса на ротора, обороти (RPM) и степен G — той връща допустимия остатъчен дисбаланс в g·mm на равнина. Реален пример: ротор от 80 kg при 3000 rpm, G6.3 → допуск ≈ 802 g·mm на равнина.

Don’t confuse the two assessment systems:

• мм/с (скорост на вибрация) — оценка на сглобената машина на място, съгласно ISO 10816/20816;
• г·мм (остатъчен дисбаланс) — оценка на самия ротор, по ISO 1940/21940. Балансировъчните машини работят в g·mm; полевото балансиране обикновено следи mm/s.

Мини-речник