मशीन के भाग सभ आ असेम्बली सभ के अनुनाद (रेजोनेंस)

1. रेजोनेंस का ह?

जादातर संरचना आ मशीन में प्राकृतिक दोलन होला, एहसे ओह पर काम करे वाला आवधिक बाहरी बल रेजोनेंस के कारण बन सकेला। रेजोनेंस के अक्सर नेचुरल फ्रीक्वेंसी या क्रिटिकल फ्रीक्वेंसी पर दोलन कहल जाला। रेजोनेंस ओह घटना के कहल जाला जेह में जबरन दोलन के आयाम में तेजी से बढ़ोतरी होला, जे तब होला जब बाहरी उत्तेजना के फ्रीक्वेंसी प्रणाली के गुण से तय रेजोनेंट फ्रीक्वेंसी के नजदीक पहुंचेला। दोलन के आयाम में बढ़ोतरी खाली रेजोनेंस के परिणाम ह — कारण ह बाहरी (उत्तेजना) फ्रीक्वेंसी आ कंपन प्रणाली (रोटर-बेयरिंग) के आंतरिक (प्राकृतिक) फ्रीक्वेंसी के मेल।

रेजोनेंस ओह घटना के कहल जाला जेह में उत्तेजना बल के एगो खास फ्रीक्वेंसी पर, कंपन प्रणाली ओह बल के क्रिया के प्रति खासतौर से संवेदनशील हो जाला। कम स्टिफनेस आ/या कमजोर डैम्पिंग जइसन प्रणाली के पैरामीटर, जब रेजोनेंट फ्रीक्वेंसी पर रोटर मशीन पर असर डालेला, त रेजोनेंस पैदा हो सकेला। रेजोनेंस से जरूरी ना कि मशीन खराब हो जाव या कंपोनेंट फेल हो जाव, सिवाय ओह हालत के जब मशीन में खराबी वाइब्रेशन पैदा करे, या जब लगे में लागल कवनो मशीन नेचुरल फ्रीक्वेंसी के समान फ्रीक्वेंसी पर वाइब्रेशन "पैदा" करे।

एकरा के घंटा (bell) भा ढोल के दोलन से तुलना कईल जा सकेला। घंटा के मामिला में (चित्र 1), जब ई स्थिर रहेला आ अपना प्रक्षेपवक्र (trajectory) के सबसे ऊँच बिंदु पर होला, त एकर सगरी ऊर्जा स्थितिज (potential) रूप में रहेला, आ जब ई सबसे नीचला बिंदु से अधिकतम वेग से गुजरेला, त ऊर्जा गतिज (kinetic) में बदल जाला। स्थितिज ऊर्जा घंटा के द्रव्यमान आ सबसे नीचला बिंदु से ऊँचाई के समानुपाती होला; गतिज ऊर्जा द्रव्यमान आ माप बिंदु पर वेग के वर्ग के समानुपाती होला। मतलब, अगर रउआ घंटा के बजाईं, त ई एगो खास आवृत्ति (या आवृत्तियन) पर अनुनाद करी। अगर ई आराम में बा, त ई अनुनाद आवृत्ति पर दोलन ना करी।

अनुनाद मशीन के एगो गुण ह, चाहे ऊ चलत होखे भा ना। इहाँ ई ध्यान देवे लायक बा कि जब मशीन घूमत रहेला त शाफ्ट के गतिज दृढ़ता (dynamic stiffness), मशीन बंद होखे पर के स्थैतिक दृढ़ता से काफी अलग हो सकेला, जबकि अनुनाद में केवल मामूली बदलाव होला।

व्यावहारिक अनुभव से पता चलेला कि कुछ मशीनन में, कोस्टडाउन के दौरान भा स्थिर अवस्था में मापल गइल अनुनाद आवृत्तियाँ, संचालन के स्थिति में देखल गइल आवृत्तियन से काफी अलग हो सकेली — ई बदलाव समर्थन (support) के दृढ़ता, बेयरिंग के प्रकार, लोड, आ थर्मल अवस्था पर निर्भर करेला, एहसे ऑफलाइन इम्पैक्ट-टेस्ट के नतीजा के अनुमानित मानल जाव आ जहाँ तक संभव होखे, रन-अप/कोस्टडाउन के आयाम आ फेज डेटा से एकर पुष्टि कईल जाव। मशीन के अलग-अलग असेंबली आ पुर्जन के अनुनाद आवृत्ति — जइसे शाफ्ट, रोटर, केसिंग, आ फाउंडेशन — इनहन के प्राकृतिक आवृत्ति पर दोलन ह।

मशीन के इंस्टॉलेशन के बाद, सिस्टम के पैरामीटर (द्रव्यमान, दृढ़ता, आ डैम्पिंग) में बदलाव के चलते अनुनाद आवृत्तियाँ अपना मान बदल सकेली, जे मशीन के सगरी तंत्रन के एक इकाई में जोड़ला के बाद बढ़ी भा घटी। एकरा अलावा, जइसन ऊपर बतावल गइल, गतिज दृढ़ता, नाममात्र घूर्णन गति पर मशीन चलत घरी अनुनाद आवृत्ति के खिसका सकेला। जादातर मशीन एह तरह से डिजाइन कईल जाला कि रोटर के प्राकृतिक आवृत्ति शाफ्ट के बराबर ना होखे। एक भा दू तंत्र वाला मशीन के अनुनाद आवृत्ति पर ना चलावल जाव। हालांकि, घिसाव आ क्लियरेंस में बदलाव के साथ, प्राकृतिक आवृत्ति अक्सर संचालन घूर्णन गति के ओर खिसक जाला, जेकरा से अनुनाद होला।

किसान दोष आवृत्ति पर दोलन के अचानक आगमन — जइसे ढीला फिट भा कवनो अउरी खराबी — मशीन के ओकर अनुनाद आवृत्ति पर कंपन करावे के कारण बन सकेला। एह मामिला में, अगर दोलन मशीन के असेंबली भा तत्वन के अनुनाद से पैदा होखे, त मशीन के कंपन स्वीकार्य स्तर से बढ़ के अस्वीकार्य स्तर तक पहुँच जाई।

2. स्टार्टअप आ शटडाउन के दौरान अनुनाद (चित्र 2)

मशीन के स्टार्टअप के दौरान अनुनाद देखल जा सकेला, जब ई अनुनाद आवृत्ति से गुजरेला (चित्र 2)। जइसे-जइसे घूर्णन गति बढ़ेला, आयाम अनुनाद आवृत्ति (n_res) पर अपना अधिकतम मान तक बढ़ी आ एकरा से गुजरला के बाद घट जाई। जब रोटर अनुनाद से गुजरेला, त कंपन के फेज में 180 डिग्री के बदलाव होला। अनुनाद के समय, सिस्टम के दोलन उत्तेजक बल के दोलन के सापेक्ष 90 डिग्री फेज में खिसकल रहेला।

180-डिग्री के फेज शिफ्ट अक्सर खाली ओह रोटरन में देखल जाला जिनहन में एकल सुधार समतल (correction plane) होला (चित्र 3, बायां)। जादा जटिल "शाफ्ट/रोटर-बेयरिंग" सिस्टम (चित्र 3, दायां) में फेज शिफ्ट 160° से 180° के रेंज में रहेला। जब भी कवनो वाइब्रेशन एनालिसिस विशेषज्ञ के उच्च दोलन आयाम देखाई देला, त ओकरा ई मान लेवे के चाहीं कि एकर अस्वीकार्य स्तर तक बढ़ल सिस्टम के अनुनाद से जुड़ल हो सकेला।

3. रोटर के विन्यास (चित्र 3)

रोटर के कंपन व्यवहार एकर ज्यामिति (geometry) आ ई कइसे समर्थित बा, एह पर काफी हद तक निर्भर करेला। एकल सुधार समतल (एगो ओवरहंग डिस्क) वाला सरल रोटर अनुनाद के दौरान साफ 180° फेज शिफ्ट देखावेला। एगो जादा जटिल सिस्टम — जइसे कार्डन शाफ्ट के माध्यम से जुड़ल दू रोटर — कई गो युग्मित (coupled) मोड देखावेला आ फेज शिफ्ट आदर्श 180° से अलग हो सकेला।

4. द्रव्यमान, दृढ़ता, आ डैम्पिंग (चित्र 4–7)

द्रव्यमान, दृढ़ता, आ डैम्पिंग — ई कंपन करत सिस्टम के तीन गो पैरामीटर हवें जे आवृत्ति के प्रभावित करेलें आ अनुनाद पर दोलन के आयाम बढ़ावेलें।

द्रव्यमान शरीर के गुण के दर्शावेला आ ई एकर जड़त्व (इनर्शिया) के मापदंड ह (द्रव्यमान जतना जादा होई, आवधिक बल के क्रिया से ओतने कम त्वरण मिली), जेकरा से एकर दोलन होला।

कठोरता ई सिस्टम के ओह गुण के कहल जाला जे द्रव्यमान बल के परिणामस्वरूप पैदा होखे वाला जड़त्वीय बल के विरोध करेला।

डैम्पिंग ई सिस्टम के ओह गुण के कहल जाला जे मैकेनिकल सिस्टम में घर्षण के कारण दोलन के ऊर्जा के ऊष्मीय ऊर्जा में बदल के कम क देला।

जहाँ f_n — प्राकृतिक आवृत्ति, k — दृढ़ता, m — द्रव्यमान, ζ — डैम्पिंग अनुपात, Q — गुणवत्ता कारक (अनुनाद पर प्रवर्धन), A_res — अनुनाद आयाम, F₀ — उत्तेजक बल के आयाम।

अनुनाद के कम करे खातिर, सिस्टम के पैरामीटर एह तरह से चुनल जाला कि एकर अनुनाद आवृत्तियाँ संभावित बाहरी उत्तेजना आवृत्तियन से जतना हो सके ओतना दूर रहे। व्यवहार में, एह मकसद खातिर तथाकथित गतिज कंपन अवशोषक (dynamic vibration absorbers), भा डैम्पर, के प्रयोग होला।

नीचे दिहल इंटरैक्टिव सिमुलेटर (मूल लेख के स्थिर चित्र 4–7 के जगह पर) द्रव्यमान, स्प्रिंग, आ डैम्पर से बनल एगो सरल कंपन सिस्टम के आयाम-आवृत्ति विशेषता (AFC) देखावेला। एह प्रभावन के वास्तविक समय में देखे खातिर पैरामीटर के समायोजित करीं:

एकर तुलना गिटार के तार से कईल जा सकेला। गिटार के तार के जतना जादा कस के खींचल जाई (जादा दृढ़ता), स्वर (अनुनाद आवृत्ति) ओतने ऊँच होई — जबतक कि तार टूट ना जाव। अगर रउआ सबसे मोट तार के प्रयोग करीं (जादा द्रव्यमान), त एकरा से निकले वाला स्वर धीमा होई।

5. अनुनाद के मापल जाना (चित्र 8)

किसी संरचना के अनुनाद आवृत्ति मापे के सबसे आम तरीका में से एक इंस्ट्रुमेंटेड हैमर के जरिये इम्पैक्ट एक्साइटेशन बा।

संरचना पर होखे वाला प्रभाव, एगो इनपुट स्ट्राइक के रूप में, एगो खास आवृत्ति रेंज पर छोट-छोट विक्षोभकारी बल के उत्तेजित करेला। प्रभाव से पैदा होखे वाला दोलन एगो क्षणिक, कम अवधि वाला ऊर्जा स्थानांतरण प्रक्रिया के प्रतिनिधित्व करेला। प्रभाव बल के स्पेक्ट्रम निरंतर होला, जेमें अधिकतम आयाम 0 Hz पर होला आ आवृत्ति बढ़ला पर ई घटत जाला।

इम्पैक्ट एक्साइटेशन के दौरान प्रभाव के अवधि आ स्पेक्ट्रम के आकार, इम्पैक्ट हैमर आ मशीन संरचना दुनो के द्रव्यमान आ कठोरता से तय होला। जब कवनो कठोर संरचना पर अपेक्षाकृत छोट हैमर के इस्तेमाल कइल जाला, त हैमर टिप के कठोरता स्पेक्ट्रम के तय करेला। हैमर टिप एगो यांत्रिक फिल्टर के रूप में काम करेला। हैमर टिप के कठोरता के चुनाव करके, जांच के आवृत्ति रेंज के चुनल जा सकेला।

ई मापन तकनीक के इस्तेमाल करत घरी, संरचना के अलग-अलग बिंदु पर चोट मारल बहुत जरूरी बा, काहेकि एके बिंदु पर चोट मार के मापे से सगरी अनुनाद आवृत्ति ना मापल जा सकेला। मशीन के अनुनाद तय करत घरी, दुनो बिंदु — प्रभाव बिंदु आ मापन बिंदु — के जांच (टेस्ट) करे के पड़ेला।

अगर हैमर के टिप नरम होखे, त आउटपुट ऊर्जा के मुख्य हिस्सा कम आवृत्ति पर दोलन के उत्तेजित करी। कठोर टिप वाला हैमर कवनो खास आवृत्ति पर कम ऊर्जा देला, बाकी ओकर आउटपुट ऊर्जा ऊंच आवृत्ति पर दोलन के उत्तेजित करी। हैमर स्ट्राइक के प्रतिक्रिया के सिंगल-चैनल एनालाइजर से मापल जा सकेला, बशर्ते मशीन बंद आ डिसकनेक्ट होखे।

6. आयाम–फेज आवृत्ति विशेषता — APFC (चित्र 9)

मशीन के अनुनाद के सिंगल-चैनल एनालाइजर के इस्तेमाल से तय कइल जा सकेला — अनुनाद आवृत्ति पर दोलन आयाम में बढ़ोतरी आ अनुनाद से गुजरत घरी 180-डिग्री फेज बदलाव के रूप में — अगर मशीन के स्टार्टअप (रन-अप) भा शटडाउन (कोस्टडाउन) के दौरान रोटेशन आवृत्ति पर दोलन के आयाम आ फेज मापल जाला। एह मापन के आधार पर बनल विशेषता के कहल जाला आयाम-फेज आवृत्ति विशेषता (APFC).

APFC (चित्र 9) के विश्लेषण से वाइब्रेशन विश्लेषण विशेषज्ञ रोटर के अनुनाद आवृत्ति के पहचान क सकेलें।

अगर संदिग्ध रेजोनेंस से गुजरत समय फेज में बदलाव ना होखे, त एम्प्लीट्यूड के बढ़ोतरी रैंडम एक्साइटेशन से जुड़ल हो सकेला आ ई रोटर रेजोनेंस ना ह। अइसन मामिला में, रन-अप/कोस्टडाउन के दौरान वाइब्रेशन मापे के अलावा, "इम्पैक्ट टेस्ट" करे के सलाह दिहल जाला।

मल्टी-चैनल वाइब्रेशन एनालाइज़र के इस्तेमाल करत घरी, सिस्टम से इनपुट आ आउटपुट सिग्नल के एके समय पर माप के आ ओही समय अवधि में इकट्ठा कइल वाइब्रेशन फेज आ कोहिरेंस के नियंत्रित क के, संरचना के रेजोनेंस के बहुत सटीकता से तय कइल जा सकेला। कोहिरेंस एगो ड्युअल-चैनल फंक्शन ह जवना से सिस्टम के इनपुट आ आउटपुट सिग्नल के बीच लीनियरिटी के डिग्री के मूल्यांकन कइल जाला। एकर मतलब बा कि रेजोनेंट फ्रीक्वेंसी के काफी जल्दी पहचानल जा सकेला।

7. मशीन रेजोनेंस के बारे में कुछ बिचार

अलग-अलग तरह के मशीन आ ओकर ऑपरेटिंग मोड के बिश्लेषण पर ध्यान देवे के चाहीं, काहेकि ई रेजोनेंस टेस्टिंग के जटिल बना सकेला:

क्षैतिज आ ऊर्ध्वाधर दिशा में स्ट्रक्चरल स्टिफनेस में अंतर के चलते, रेजोनेंट फ्रीक्वेंसी दिशा के हिसाब से अलग होई। एहसे, रेजोनेंस किसी खास दिशा में सबसे जादे प्रकट हो सकेला।

जइसन पहिले चर्चा भइल, जब मशीन चलत बा आ जब बंद (स्विच ऑफ) बा, त रेजोनेंट फ्रीक्वेंसी में अंतर होला। ऊर्ध्वाधर उपकरण, आम तौर पर, बहुत चिंता के कारण बनेला, काहेकि अइसन उपकरण के संचालन के दौरान कैंटिलीवर-माउंटेड इलेक्ट्रिक मोटर के संचालन के समय हमेशा रेजोनेंस होखेला।

कुछ मशीन के मास बहुत जादे होला, एहसे इनके हथौड़ा से एक्साइट ना कइल जा सकेला — असली रेजोनेंट फ्रीक्वेंसी तय करे खातिर वैकल्पिक एक्साइटेशन तरीका के जरूरत पड़ेला। कबो-कबो, बहुत बड़ मशीन पर, एगो खास फ्रीक्वेंसी रेंज पर ट्यून कइल वाइब्रेटर के इस्तेमाल कइल जाला, काहेकि दोलन करत घरी वाइब्रेटर में हर अलग-अलग फ्रीक्वेंसी पर भरपूर ऊर्जा देवे के क्षमता होला।

आ एगो आखिरी बिचार — रेजोनेंस टेस्टिंग करे से पहिले, पहिले बैकग्राउंड वाइब्रेशन लेवल (आसपास के वातावरण से रैंडम एक्साइटेशन के प्रतिक्रिया) मापल बहुत उपयोगी होला। एहसे किसी खास फ्रीक्वेंसी पर बैकग्राउंड लेवल से ऊपर के अधिकतम ऑसिलेशन एम्प्लीट्यूड के आधार पर डायग्नोसिस (सिस्टम रेजोनेंस) तय करे में गलती से बचल जा सकेला।

8. सारांश

एह लेख में हमनी मशीन वाइब्रेशन पर रेजोनेंट फ्रीक्वेंसी के प्रभाव के बारे में चर्चा कइनी। सभे संरचना आ मशीन के रेजोनेंट फ्रीक्वेंसी होला, बाकी अगर एकरा के एक्साइट करे वाला कवनो फ्रीक्वेंसी ना होखे त रेजोनेंस मशीन के प्रभावित ना करेला। अगर मशीन के वाइब्रेशन ओकर खुद के प्राकृतिक फ्रीक्वेंसी से एक्साइट होखेला, त सिस्टम के रेजोनेंस से डिट्यून करे खातिर तीन गो विकल्प बाड़ें:

विकल्प 1। डिस्टर्बिंग फोर्स के फ्रीक्वेंसी के रेजोनेंट फ्रीक्वेंसी से दूर शिफ्ट करीं।

विकल्प 2। रेजोनेंट फ्रीक्वेंसी के डिस्टर्बिंग फोर्स के फ्रीक्वेंसी से दूर शिफ्ट करीं।

विकल्प 3। रेजोनेंस एम्प्लीफिकेशन फैक्टर घटावे खातिर सिस्टम के डैंपिंग बढ़ाईं।

विकल्प 2 आ 3 में आमतौर पर कुछ संरचनात्मक बदलाव के जरूरत पड़ेला, जवन तब तक ना कइल जा सकेला जब तक संरचना पर मोडल एनालिसिस आ/भा फिनिट एलिमेंट स्टडी ना कइल गइल होखे।