Επισκόπηση

Στην πράξη, η εξισορρόπηση του ρότορα σχεδόν ποτέ δεν περιορίζεται στον απλό υπολογισμό και την εγκατάσταση ενός διορθωτικού βάρους. Τυπικά, ο αλγόριθμος είναι γνωστός και το όργανο εκτελεί όλους τους υπολογισμούς αυτόματα, αλλά το τελικό αποτέλεσμα εξαρτάται πολύ περισσότερο από τη συμπεριφορά του ίδιου του αντικειμένου παρά από τη συσκευή εξισορρόπησης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο, στην πραγματική εργασία, προκύπτουν συνεχώς καταστάσεις όπου η εξισορρόπηση “δεν λειτουργεί”, οι συντελεστές επιρροής αλλάζουν, η δόνηση γίνεται ασταθής και το αποτέλεσμα δεν είναι επαναλήψιμο από τη μία εκτέλεση στην άλλη.

Γραμμικοί και μη γραμμικοί κραδασμοί, τα χαρακτηριστικά τους και οι μέθοδοι εξισορρόπησης

Η επιτυχής εξισορρόπηση απαιτεί την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο ένα αντικείμενο αντιδρά στην προσθήκη ή αφαίρεση μάζας. Σε αυτό το πλαίσιο, οι έννοιες των γραμμικών και μη γραμμικών αντικειμένων παίζουν βασικό ρόλο. Η κατανόηση του εάν ένα αντικείμενο είναι γραμμικό ή μη γραμμικό επιτρέπει την επιλογή της σωστής στρατηγικής εξισορρόπησης και βοηθά στην επίτευξη του επιθυμητού αποτελέσματος.

Τα γραμμικά αντικείμενα κατέχουν ιδιαίτερη θέση σε αυτό το πεδίο λόγω της προβλεψιμότητας και της σταθερότητάς τους. Επιτρέπουν τη χρήση απλών και αξιόπιστων μεθόδων διάγνωσης και εξισορρόπησης, καθιστώντας τη μελέτη τους ένα σημαντικό βήμα στη διάγνωση κραδασμών.

Γραμμικά έναντι μη γραμμικών αντικειμένων

Τα περισσότερα από αυτά τα προβλήματα οφείλονται σε μια θεμελιώδη αλλά συχνά υποτιμημένη διάκριση μεταξύ γραμμικών και μη γραμμικών αντικειμένων. Ένα γραμμικό αντικείμενο, από την άποψη της εξισορρόπησης, είναι ένα σύστημα στο οποίο, με σταθερή ταχύτητα περιστροφής, το πλάτος της δόνησης είναι ανάλογο με το μέγεθος της ανισορροπίας και η φάση της δόνησης ακολουθεί τη γωνιακή θέση της μη ισορροπημένης μάζας με έναν αυστηρά προβλέψιμο τρόπο. Υπό αυτές τις συνθήκες, ο συντελεστής επιρροής είναι μια σταθερή τιμή. Όλοι οι τυπικοί αλγόριθμοι δυναμικής εξισορρόπησης, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που εφαρμόζονται στο Balanset-1A, έχουν σχεδιαστεί ακριβώς για τέτοια αντικείμενα.

Για ένα γραμμικό αντικείμενο, η διαδικασία εξισορρόπησης είναι προβλέψιμη και σταθερή. Η εγκατάσταση ενός δοκιμαστικού βάρους παράγει μια αναλογική αλλαγή στο πλάτος και τη φάση των κραδασμών. Οι επαναλαμβανόμενες εκκινήσεις δίνουν το ίδιο διάνυσμα κραδασμών και το υπολογισμένο βάρος διόρθωσης παραμένει έγκυρο. Τέτοια αντικείμενα είναι κατάλληλα τόσο για εφάπαξ εξισορρόπηση όσο και για σειριακή εξισορρόπηση χρησιμοποιώντας αποθηκευμένους συντελεστές επιρροής.

Ένα μη γραμμικό αντικείμενο συμπεριφέρεται με έναν θεμελιωδώς διαφορετικό τρόπο. Η ίδια η βάση του υπολογισμού της εξισορρόπησης παραβιάζεται. Το πλάτος της δόνησης δεν είναι πλέον ανάλογο με την ανισορροπία, η φάση γίνεται ασταθής και ο συντελεστής επιρροής αλλάζει ανάλογα με τη μάζα του δοκιμαστικού βάρους, τον τρόπο λειτουργίας ή ακόμα και τον χρόνο. Στην πράξη, αυτό εμφανίζεται ως χαοτική συμπεριφορά του διανύσματος δόνησης: μετά την εγκατάσταση ενός δοκιμαστικού βάρους, η αλλαγή της δόνησης μπορεί να είναι πολύ μικρή, υπερβολική ή απλώς μη επαναλήψιμη.

Τι είναι τα γραμμικά αντικείμενα;

Ένα γραμμικό αντικείμενο είναι ένα σύστημα όπου η δόνηση είναι ευθέως ανάλογη με το μέγεθος της ανισορροπίας.

Ένα γραμμικό αντικείμενο, στο πλαίσιο της εξισορρόπησης, είναι ένα ιδεαλισμένο μοντέλο που χαρακτηρίζεται από μια άμεσα αναλογική σχέση μεταξύ του μεγέθους της ανισορροπίας (μη ισορροπημένη μάζα) και του πλάτους της δόνησης. Αυτό σημαίνει ότι εάν η ανισορροπία διπλασιαστεί, το πλάτος της δόνησης θα διπλασιαστεί επίσης, υπό την προϋπόθεση ότι η ταχύτητα περιστροφής του ρότορα παραμένει σταθερή. Αντίθετα, η μείωση της ανισορροπίας θα μειώσει αναλογικά τις δονήσεις.

Σε αντίθεση με τα μη γραμμικά συστήματα, όπου η συμπεριφορά ενός αντικειμένου μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με πολλούς παράγοντες, τα γραμμικά αντικείμενα επιτρέπουν υψηλό επίπεδο ακρίβειας με ελάχιστη προσπάθεια.

Επιπλέον, χρησιμεύουν ως βάση για την εκπαίδευση και την πρακτική για τους ισορροπιστές. Η κατανόηση των αρχών των γραμμικών αντικειμένων βοηθά στην ανάπτυξη δεξιοτήτων που μπορούν αργότερα να εφαρμοστούν σε πιο σύνθετα συστήματα.

Γραφική αναπαράσταση της γραμμικότητας

Φανταστείτε ένα γράφημα όπου ο οριζόντιος άξονας αντιπροσωπεύει το μέγεθος της μη ισορροπημένης μάζας (ανισορροπία) και ο κατακόρυφος άξονας αντιπροσωπεύει το πλάτος της δόνησης. Για ένα γραμμικό αντικείμενο, αυτό το γράφημα θα είναι μια ευθεία γραμμή που διέρχεται από την αρχή των αξόνων (το σημείο όπου τόσο το μέγεθος της ανισορροπίας όσο και το πλάτος της δόνησης είναι μηδέν). Η κλίση αυτής της γραμμής χαρακτηρίζει την ευαισθησία του αντικειμένου στην ανισορροπία: όσο πιο απότομη είναι η κλίση, τόσο μεγαλύτερες είναι οι δονήσεις για την ίδια ανισορροπία.

Γράφημα 1: Η σχέση μεταξύ του πλάτους δόνησης (μm) και της μη ισορροπημένης μάζας (g)

Το γράφημα 1 απεικονίζει τη σχέση μεταξύ του πλάτους δόνησης (μm) ενός γραμμικού αντικειμένου εξισορρόπησης και της μη ισορροπημένης μάζας (g) του ρότορα. Ο συντελεστής αναλογικότητας είναι 0,5 μm/g. Απλώς διαιρώντας το 300 με το 600 προκύπτει 0,5 μm/g. Για μη ισορροπημένη μάζα 800 g (UM=800 g), η δόνηση θα είναι 800 g * 0,5 µm/g = 400 µm. Σημειώστε ότι αυτό ισχύει σε σταθερή ταχύτητα ρότορα. Σε διαφορετική ταχύτητα περιστροφής, ο συντελεστής θα είναι διαφορετικός.

Αυτός ο συντελεστής αναλογικότητας ονομάζεται συντελεστής επιρροής (συντελεστής ευαισθησίας) και έχει διάσταση μm/g ή, σε περιπτώσεις που αφορούν ανισορροπία, μm/(g*mm), όπου (g*mm) είναι η μονάδα ανισορροπίας. Γνωρίζοντας τον συντελεστή επιρροής (IC), είναι επίσης δυνατό να λυθεί το αντίστροφο πρόβλημα, δηλαδή ο προσδιορισμός της μη ισορροπημένης μάζας (UM) με βάση το μέγεθος της δόνησης. Για να το κάνετε αυτό, διαιρέστε το πλάτος δόνησης με το IC.

Για παράδειγμα, εάν η μετρούμενη δόνηση είναι 300 μm και ο γνωστός συντελεστής είναι IC=0,5 μm/g, διαιρέστε το 300 με το 0,5 για να πάρετε 600 g (UM=600 g).

Συντελεστής επιρροής (IC): Βασική παράμετρος Γραμμικών Αντικειμένων

Ένα κρίσιμο χαρακτηριστικό ενός γραμμικού αντικειμένου είναι ο συντελεστής επιρροής (IC). Είναι αριθμητικά ίσος με την εφαπτομένη της γωνίας κλίσης της γραμμής στο γράφημα της δόνησης έναντι της ανισορροπίας και υποδεικνύει πόσο αλλάζει το πλάτος της δόνησης (σε μικρά, µm) όταν προστίθεται μια μονάδα μάζας (σε γραμμάρια, g) σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο διόρθωσης με μια συγκεκριμένη ταχύτητα ρότορα. Με άλλα λόγια, το IC είναι ένα μέτρο της ευαισθησίας του αντικειμένου στην ανισορροπία. Η μονάδα μέτρησής του είναι µm/g, ή, όταν η ανισορροπία εκφράζεται ως το γινόμενο μάζας και ακτίνας, µm/(g*mm).

Το IC είναι ουσιαστικά το χαρακτηριστικό "διαβατηρίου" ενός γραμμικού αντικειμένου, που επιτρέπει προβλέψεις της συμπεριφοράς του όταν προστίθεται ή αφαιρείται μάζα. Η γνώση του IC επιτρέπει την επίλυση τόσο του άμεσου προβλήματος – προσδιορισμού του μεγέθους της δόνησης για μια δεδομένη ανισορροπία – όσο και του αντίστροφου προβλήματος – υπολογισμού του μεγέθους της ανισορροπίας από τη μετρούμενη δόνηση.

Άμεσο πρόβλημα:

Αντίστροφο πρόβλημα:

Φάση δόνησης σε γραμμικά αντικείμενα

Εκτός από το πλάτος, η δόνηση χαρακτηρίζεται επίσης από τη φάση της, η οποία υποδεικνύει τη θέση του ρότορα τη στιγμή της μέγιστης απόκλισης από τη θέση ισορροπίας του. Για ένα γραμμικό αντικείμενο, η φάση της δόνησης είναι επίσης προβλέψιμη. Είναι το άθροισμα δύο γωνιών:

1. Η γωνία που καθορίζει τη θέση της συνολικής μη ισορροπημένης μάζας του ρότορα. Αυτή η γωνία υποδεικνύει την κατεύθυνση στην οποία συγκεντρώνεται η πρωτεύουσα ανισορροπία.
2. Το όρισμα του συντελεστή επιρροής. Αυτή είναι μια σταθερή γωνία που χαρακτηρίζει τις δυναμικές ιδιότητες του αντικειμένου και δεν εξαρτάται από το μέγεθος ή τη γωνία της εγκατάστασης μη ισορροπημένης μάζας.

Έτσι, γνωρίζοντας το όρισμα IC και μετρώντας τη φάση δόνησης, είναι δυνατό να προσδιοριστεί η γωνία της εγκατάστασης μη ισορροπημένης μάζας. Αυτό επιτρέπει όχι μόνο τον υπολογισμό του διορθωτικού μεγέθους μάζας αλλά και την ακριβή τοποθέτησή του στον ρότορα για να επιτευχθεί η βέλτιστη ισορροπία.

Εξισορρόπηση γραμμικών αντικειμένων

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι για ένα γραμμικό αντικείμενο, ο συντελεστής επιρροής (IC) που προσδιορίζεται με αυτόν τον τρόπο δεν εξαρτάται από το μέγεθος ή τη γωνία της εγκατάστασης δοκιμαστικής μάζας, ούτε από την αρχική δόνηση. Αυτό είναι ένα βασικό χαρακτηριστικό της γραμμικότητας. Εάν το IC παραμένει αμετάβλητο όταν αλλάζουν οι παράμετροι της δοκιμαστικής μάζας ή η αρχική δόνηση, μπορεί να υποστηριχθεί με βεβαιότητα ότι το αντικείμενο συμπεριφέρεται γραμμικά εντός του εξεταζόμενου εύρους ανισορροπιών.

Βήματα για την εξισορρόπηση ενός γραμμικού αντικειμένου

1. Μέτρηση αρχικής δόνησης: Το πρώτο βήμα είναι η μέτρηση της δόνησης στην αρχική της κατάσταση. Προσδιορίζονται το πλάτος και η γωνία δόνησης, που υποδεικνύουν την κατεύθυνση της ανισορροπίας.
2. Εγκατάσταση δοκιμαστικής μάζας: Μια μάζα γνωστού βάρους είναι εγκατεστημένη στον ρότορα. Αυτό βοηθά στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο το αντικείμενο αντιδρά σε πρόσθετα φορτία και επιτρέπει τον υπολογισμό των παραμέτρων δόνησης.
3. Επαναμέτρηση κραδασμών: Μετά την εγκατάσταση της δοκιμαστικής μάζας, μετρώνται οι νέες παράμετροι δόνησης. Συγκρίνοντάς τα με τις αρχικές τιμές, είναι δυνατό να προσδιοριστεί πώς η μάζα επηρεάζει το σύστημα.
4. Υπολογισμός της Διορθωτικής Μάζας: Με βάση τα δεδομένα μέτρησης, προσδιορίζεται η μάζα και η γωνία εγκατάστασης του διορθωτικού βάρους. Αυτό το βάρος τοποθετείται στον ρότορα για την εξάλειψη της ανισορροπίας.
5. Τελική επαλήθευση: Μετά την εγκατάσταση του διορθωτικού βάρους, η δόνηση πρέπει να μειωθεί σημαντικά. Εάν η υπολειπόμενη δόνηση εξακολουθεί να υπερβαίνει το αποδεκτό επίπεδο, η διαδικασία μπορεί να επαναληφθεί.

Σύντομος κωδικός κράτησης θέσης:

Συσκευές

Φορητή ζυγαριά και αναλυτής κραδασμών Balanset-1A

$2,387.80 + ΦΠΑ (εάν ισχύει)

Ανταλλακτικά

Αισθητήρας δόνησης

$108.81 + ΦΠΑ (εάν ισχύει)

Ανταλλακτικά

Οπτικός αισθητήρας (στροφόμετρο λέιζερ)

$149.92 + ΦΠΑ (εάν ισχύει)

Συσκευές

Balanset-4

$8,224.92 + ΦΠΑ (εάν ισχύει)

Ανταλλακτικά

Μαγνητική βάση μεγέθους 60-kgf

$55.61 + ΦΠΑ (εάν ισχύει)

Ανταλλακτικά

Αντανακλαστική ταινία

$12.09 + ΦΠΑ (εάν ισχύει)

Συσκευές

Δυναμικός εξισορροπιστής "Balanset-1A" OEM

$2,097.64 + ΦΠΑ (εάν ισχύει)

Σειριακή εξισορρόπηση και αποθηκευμένοι συντελεστές

Η σειριακή εξισορρόπηση αξίζει ιδιαίτερης προσοχής. Μπορεί να αυξήσει σημαντικά την παραγωγικότητα, αλλά μόνο όταν εφαρμόζεται σε γραμμικά, σταθερά σε κραδασμούς αντικείμενα. Σε τέτοιες περιπτώσεις, οι συντελεστές επιρροής που λαμβάνονται στον πρώτο ρότορα μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν για επόμενους πανομοιότυπους ρότορες. Ωστόσο, μόλις αλλάξει η ακαμψία της στήριξης, η ταχύτητα περιστροφής ή η κατάσταση των ρουλεμάν, η επαναληψιμότητα χάνεται και η σειριακή προσέγγιση σταματά να λειτουργεί.

Μη γραμμικά αντικείμενα: Όταν η θεωρία αποκλίνει από την πράξη

Τι είναι ένα μη γραμμικό αντικείμενο;

Ένα μη γραμμικό αντικείμενο είναι ένα σύστημα όπου το πλάτος της δόνησης δεν είναι ανάλογο με το μέγεθος της ανισορροπίας. Σε αντίθεση με τα γραμμικά αντικείμενα, όπου η σχέση μεταξύ δόνησης και μάζας ανισορροπίας αντιπροσωπεύεται από μια ευθεία γραμμή, στα μη γραμμικά συστήματα αυτή η σχέση μπορεί να ακολουθεί πολύπλοκες τροχιές.

Στον πραγματικό κόσμο, δεν συμπεριφέρονται όλα τα αντικείμενα γραμμικά. Τα μη γραμμικά αντικείμενα εμφανίζουν μια σχέση μεταξύ ανισορροπίας και δόνησης που δεν είναι ευθέως ανάλογη. Αυτό σημαίνει ότι ο συντελεστής επιρροής δεν είναι σταθερός και μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με διάφορους παράγοντες, όπως:

• Μέγεθος ανισορροπίας: Η αύξηση της ανισορροπίας μπορεί να αλλάξει την ακαμψία των στηριγμάτων του ρότορα, οδηγώντας σε μη γραμμικές αλλαγές στους κραδασμούς.
• Ταχύτητα περιστροφής: Διαφορετικά φαινόμενα συντονισμού μπορεί να διεγείρονται με ποικίλες ταχύτητες περιστροφής, με αποτέλεσμα επίσης μη γραμμική συμπεριφορά.
• Παρουσία εκκαθαρίσεων και κενών: Τα κενά και τα κενά στα ρουλεμάν και άλλες συνδέσεις μπορεί να προκαλέσουν απότομες αλλαγές στους κραδασμούς υπό ορισμένες συνθήκες.
• Θερμοκρασία: Οι αλλαγές θερμοκρασίας μπορούν να επηρεάσουν τις ιδιότητες του υλικού και, κατά συνέπεια, τα χαρακτηριστικά δόνησης του αντικειμένου.
• Εξωτερικά φορτία: Τα εξωτερικά φορτία που δρουν στον ρότορα μπορούν να αλλάξουν τα δυναμικά χαρακτηριστικά του και να οδηγήσουν σε μη γραμμική συμπεριφορά.

Γιατί τα μη γραμμικά αντικείμενα είναι προκλητικά;

Η μη γραμμικότητα εισάγει πολλές μεταβλητές στη διαδικασία εξισορρόπησης. Η επιτυχής εργασία με μη γραμμικά αντικείμενα απαιτεί περισσότερες μετρήσεις και πιο σύνθετη ανάλυση. Για παράδειγμα, οι τυπικές μέθοδοι που εφαρμόζονται σε γραμμικά αντικείμενα δεν αποδίδουν πάντα ακριβή αποτελέσματα για μη γραμμικά συστήματα. Αυτό απαιτεί βαθύτερη κατανόηση της φυσικής της διαδικασίας και τη χρήση εξειδικευμένων διαγνωστικών μεθόδων.

Σημάδια μη γραμμικότητας

Ένα μη γραμμικό αντικείμενο μπορεί να αναγνωριστεί από τα ακόλουθα σημάδια:

• Μη αναλογικές αλλαγές κραδασμών: Καθώς αυξάνεται η ανισορροπία, η δόνηση μπορεί να αυξηθεί ταχύτερα ή πιο αργά από το αναμενόμενο για ένα γραμμικό αντικείμενο.
• Μετατόπιση φάσης στη δόνηση: Η φάση δόνησης μπορεί να αλλάξει απρόβλεπτα με διακυμάνσεις στην ανισορροπία ή στην ταχύτητα περιστροφής.
• Παρουσία αρμονικών και υποαρμονικών: Το φάσμα δόνησης μπορεί να εμφανίζει υψηλότερες αρμονικές (πολλαπλάσια της συχνότητας περιστροφής) και υποαρμονικές (κλάσματα της συχνότητας περιστροφής), υποδεικνύοντας μη γραμμικά φαινόμενα.
• Υστέρηση: Το πλάτος της δόνησης μπορεί να εξαρτάται όχι μόνο από την τρέχουσα τιμή της ανισορροπίας αλλά και από την ιστορία της. Για παράδειγμα, όταν η ανισορροπία αυξάνεται και στη συνέχεια μειώνεται πίσω στην αρχική της τιμή, το πλάτος της δόνησης μπορεί να μην επιστρέψει στο αρχικό της επίπεδο.

Η μη γραμμικότητα εισάγει πολλές μεταβλητές στη διαδικασία εξισορρόπησης. Απαιτούνται περισσότερες μετρήσεις και σύνθετες αναλύσεις για την επιτυχή λειτουργία. Για παράδειγμα, οι τυπικές μέθοδοι που εφαρμόζονται σε γραμμικά αντικείμενα δεν αποδίδουν πάντα ακριβή αποτελέσματα για μη γραμμικά συστήματα. Αυτό απαιτεί βαθύτερη κατανόηση της φυσικής της διαδικασίας και τη χρήση εξειδικευμένων διαγνωστικών μεθόδων.

Γραφική αναπαράσταση της μη γραμμικότητας

Σε ένα γράφημα δόνησης έναντι ανισορροπίας, η μη γραμμικότητα είναι εμφανής στις αποκλίσεις από μια ευθεία γραμμή. Το γράφημα μπορεί να παρουσιάζει κάμψεις, καμπυλότητα, βρόχους υστέρησης και άλλα χαρακτηριστικά που υποδεικνύουν μια περίπλοκη σχέση μεταξύ ανισορροπίας και δόνησης.

Γράφημα 2. Μη γραμμικό αντικείμενο

50g; 40μm (κίτρινο), 100g; 54,7μm (μπλε).

Αυτό το αντικείμενο παρουσιάζει δύο τμήματα, δύο ευθείες γραμμές. Για ανισορροπίες μικρότερες από 50 γραμμάρια, το γράφημα αντικατοπτρίζει τις ιδιότητες ενός γραμμικού αντικειμένου, διατηρώντας την αναλογία μεταξύ της ανισορροπίας σε γραμμάρια και του πλάτους δόνησης σε μικρά. Για ανισορροπίες μεγαλύτερες από 50 γραμμάρια, η ανάπτυξη του πλάτους δόνησης επιβραδύνεται.

Παραδείγματα μη γραμμικών αντικειμένων

Παραδείγματα μη γραμμικών αντικειμένων στο πλαίσιο της εξισορρόπησης περιλαμβάνουν:

• Ρότορες με ρωγμές: Οι ρωγμές στον ρότορα μπορούν να οδηγήσουν σε μη γραμμικές αλλαγές στην ακαμψία και, ως αποτέλεσμα, σε μια μη γραμμική σχέση μεταξύ κραδασμών και ανισορροπίας.
• Ρότορες με διάκενα ρουλεμάν: Τα διάκενα στα ρουλεμάν μπορεί να προκαλέσουν απότομες αλλαγές στους κραδασμούς υπό ορισμένες συνθήκες.
• Ρότορες με μη γραμμικά ελαστικά στοιχεία: Ορισμένα ελαστικά στοιχεία, όπως οι αποσβεστήρες από καουτσούκ, ενδέχεται να παρουσιάζουν μη γραμμικά χαρακτηριστικά, επηρεάζοντας τη δυναμική του ρότορα.

Τύποι μη γραμμικότητας

1. Μη γραμμικότητα Soft-Stiff

Σε τέτοια συστήματα, παρατηρούνται δύο τμήματα: μαλακό και άκαμπτο. Στο μαλακό τμήμα, η συμπεριφορά μοιάζει με γραμμικότητα, όπου το πλάτος δόνησης αυξάνεται αναλογικά με τη μάζα ανισορροπίας. Ωστόσο, μετά από ένα ορισμένο όριο (σημείο διακοπής), το σύστημα μεταβαίνει σε μια άκαμπτη λειτουργία, όπου η ανάπτυξη του πλάτους επιβραδύνεται.

2. Ελαστική μη γραμμικότητα

Οι αλλαγές στην ακαμψία των στηρίξεων ή των επαφών μέσα στο σύστημα κάνουν τη σχέση δόνησης-ανισορροπίας περίπλοκη. Για παράδειγμα, η δόνηση μπορεί να αυξηθεί ή να μειωθεί ξαφνικά κατά τη διέλευση συγκεκριμένων ορίων φορτίου.

3. Μη γραμμικότητα που προκαλείται από τριβές

Σε συστήματα με σημαντική τριβή (π.χ. σε ρουλεμάν), το πλάτος των κραδασμών μπορεί να είναι απρόβλεπτο. Η τριβή μπορεί να μειώσει τους κραδασμούς σε ένα εύρος ταχυτήτων και να τον ενισχύσει σε ένα άλλο.

Συνήθεις αιτίες μη γραμμικότητας

Οι πιο συνηθισμένες αιτίες μη γραμμικότητας είναι οι αυξημένες αποστάσεις μεταξύ των ρουλεμάν, η φθορά των ρουλεμάν, η ξηρή τριβή, οι χαλαρές βάσεις, οι ρωγμές στη δομή και η λειτουργία κοντά στις συχνότητες συντονισμού. Συχνά, το αντικείμενο παρουσιάζει τη λεγόμενη μαλακή-σκληρή μη γραμμικότητα. Σε μικρά επίπεδα ανισορροπίας, το σύστημα συμπεριφέρεται σχεδόν γραμμικά, αλλά καθώς αυξάνεται η δόνηση, εμπλέκονται πιο άκαμπτα στοιχεία των βάσεων ή του περιβλήματος. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η εξισορρόπηση είναι δυνατή μόνο εντός ενός στενού εύρους λειτουργίας και δεν παρέχει σταθερά μακροπρόθεσμα αποτελέσματα.

Αστάθεια κραδασμών

Ένα άλλο σοβαρό ζήτημα είναι η αστάθεια των κραδασμών. Ακόμα και ένα τυπικά γραμμικό αντικείμενο μπορεί να παρουσιάσει αλλαγές στο πλάτος και τη φάση με την πάροδο του χρόνου. Αυτό προκαλείται από θερμικές επιδράσεις, αλλαγές στο ιξώδες του λιπαντικού, θερμική διαστολή και ασταθή τριβή στα υποστηρίγματα. Ως αποτέλεσμα, οι μετρήσεις που λαμβάνονται με διαφορά λίγων λεπτών μπορούν να παράγουν διαφορετικά διανύσματα κραδασμών. Υπό αυτές τις συνθήκες, η ουσιαστική σύγκριση των μετρήσεων καθίσταται αδύνατη και ο υπολογισμός εξισορρόπησης χάνει την αξιοπιστία του.

Εξισορρόπηση σχεδόν συντονισμού

Η εξισορρόπηση κοντά στον συντονισμό είναι ιδιαίτερα προβληματική. Όταν η συχνότητα περιστροφής συμπίπτει ή είναι κοντά σε μια φυσική συχνότητα του συστήματος, ακόμη και μια μικρή ανισορροπία προκαλεί απότομη αύξηση της δόνησης. Η φάση της δόνησης γίνεται εξαιρετικά ευαίσθητη σε μικρές διακυμάνσεις της ταχύτητας. Το αντικείμενο ουσιαστικά εισέρχεται σε ένα μη γραμμικό καθεστώς και η εξισορρόπηση σε αυτήν τη ζώνη χάνει τη φυσική της σημασία. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η ταχύτητα λειτουργίας ή η μηχανική δομή πρέπει να αλλάξει πριν ληφθεί υπόψη η εξισορρόπηση.

Υψηλή δόνηση μετά από “επιτυχημένη” εξισορρόπηση

Στην πράξη, είναι σύνηθες να αντιμετωπίζουμε καταστάσεις όπου, μετά από μια τυπικά επιτυχημένη διαδικασία ζυγοστάθμισης, το συνολικό επίπεδο κραδασμών παραμένει υψηλό. Αυτό δεν υποδηλώνει σφάλμα του οργάνου ή του χειριστή. Η ζυγοστάθμιση εξαλείφει μόνο την ανισορροπία μάζας. Εάν οι κραδασμοί προκαλούνται από ελαττώματα θεμελίωσης, χαλαρά συνδετικά στοιχεία, κακή ευθυγράμμιση ή συντονισμό, τα διορθωτικά βάρη δεν θα λύσουν το πρόβλημα. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η ανάλυση της χωρικής κατανομής των κραδασμών στο μηχάνημα και στη θεμελίωσή του βοηθά στον εντοπισμό της πραγματικής αιτίας.

Εξισορρόπηση μη γραμμικών αντικειμένων: Μια σύνθετη εργασία με μη συμβατικές λύσεις

Η εξισορρόπηση μη γραμμικών αντικειμένων είναι ένα δύσκολο έργο που απαιτεί εξειδικευμένες μεθόδους και προσεγγίσεις. Η τυπική δοκιμαστική μέθοδος μάζας, που αναπτύχθηκε για γραμμικά αντικείμενα, μπορεί να αποφέρει λανθασμένα αποτελέσματα ή να είναι εντελώς ανεφάρμοστη.

Μέθοδοι εξισορρόπησης για μη γραμμικά αντικείμενα

• Εξισορρόπηση βήμα προς βήμα: Αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει τη σταδιακή μείωση της ανισορροπίας με την εγκατάσταση διορθωτικών βαρών σε κάθε στάδιο. Μετά από κάθε στάδιο, λαμβάνονται μετρήσεις κραδασμών και προσδιορίζεται ένα νέο διορθωτικό βάρος με βάση την τρέχουσα κατάσταση του αντικειμένου. Αυτή η προσέγγιση λαμβάνει υπόψη τις αλλαγές στον συντελεστή επιρροής κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εξισορρόπησης.
• Εξισορρόπηση σε πολλαπλές ταχύτητες: Αυτή η μέθοδος αντιμετωπίζει τις επιπτώσεις των φαινομένων συντονισμού σε διαφορετικές ταχύτητες περιστροφής. Η εξισορρόπηση πραγματοποιείται σε πολλές ταχύτητες κοντά στον συντονισμό, επιτρέποντας πιο ομοιόμορφη μείωση των κραδασμών σε όλο το εύρος στροφών λειτουργίας.
• Χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα: Για πολύπλοκα μη γραμμικά αντικείμενα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μαθηματικά μοντέλα που περιγράφουν τη δυναμική του ρότορα ενώ υπολογίζονται τα μη γραμμικά φαινόμενα. Αυτά τα μοντέλα βοηθούν στην πρόβλεψη της συμπεριφοράς των αντικειμένων υπό διάφορες συνθήκες και στον καθορισμό των βέλτιστων παραμέτρων εξισορρόπησης.

Η εμπειρία και η διαίσθηση ενός ειδικού παίζουν κρίσιμο ρόλο στην εξισορρόπηση μη γραμμικών αντικειμένων. Ένας έμπειρος ισορροπιστής μπορεί να αναγνωρίσει σημάδια μη γραμμικότητας, να επιλέξει μια κατάλληλη μέθοδο και να την προσαρμόσει στην εκάστοτε περίσταση. Η ανάλυση των φασμάτων δόνησης, η παρατήρηση των αλλαγών των δονήσεων καθώς οι παράμετροι λειτουργίας του αντικειμένου μεταβάλλονται και η εξέταση των χαρακτηριστικών σχεδιασμού του ρότορα βοηθούν στη λήψη των σωστών αποφάσεων και στην επίτευξη των επιθυμητών αποτελεσμάτων.

Πώς να εξισορροπήσετε μη γραμμικά αντικείμενα χρησιμοποιώντας ένα εργαλείο σχεδιασμένο για γραμμικά αντικείμενα

Αυτή είναι μια καλή ερώτηση. Η προσωπική μου μέθοδος για την εξισορρόπηση τέτοιων αντικειμένων ξεκινά με την επισκευή του μηχανισμού: αντικατάσταση ρουλεμάν, ρωγμές συγκόλλησης, σύσφιξη μπουλονιών, έλεγχος αγκυρώσεων ή απομονωτών κραδασμών και επαλήθευση ότι ο ρότορας δεν τρίβεται σε σταθερά δομικά στοιχεία.

Στη συνέχεια, προσδιορίζω τις συχνότητες συντονισμού, καθώς είναι αδύνατο να εξισορροπηθεί ένας ρότορας σε ταχύτητες κοντά στον συντονισμό. Για να το κάνω αυτό, χρησιμοποιώ τη μέθοδο πρόσκρουσης για τον προσδιορισμό συντονισμού ή ένα γράφημα της ακτής του δρομέα προς τα κάτω.

Στη συνέχεια, καθορίζω τη θέση του αισθητήρα στον μηχανισμό: κάθετη, οριζόντια ή υπό γωνία.

Μετά τις δοκιμαστικές εκτελέσεις, η συσκευή υποδεικνύει τη γωνία και το βάρος των διορθωτικών φορτίων. Μειώνω στο μισό το διορθωτικό βάρος φορτίου αλλά χρησιμοποιώ τις γωνίες που προτείνει η συσκευή για την τοποθέτηση του ρότορα. Εάν η υπολειπόμενη δόνηση μετά τη διόρθωση εξακολουθεί να υπερβαίνει το αποδεκτό επίπεδο, εκτελώ άλλη μια λειτουργία ρότορα. Φυσικά, αυτό απαιτεί περισσότερο χρόνο, αλλά τα αποτελέσματα μερικές φορές είναι εμπνευσμένα.

Η Τέχνη και η Επιστήμη της Εξισορρόπησης Περιστρεφόμενου Εξοπλισμού

Η εξισορρόπηση του περιστρεφόμενου εξοπλισμού είναι μια πολύπλοκη διαδικασία που συνδυάζει στοιχεία επιστήμης και τέχνης. Για γραμμικά αντικείμενα, η εξισορρόπηση περιλαμβάνει σχετικά απλούς υπολογισμούς και τυπικές μεθόδους. Ωστόσο, η εργασία με μη γραμμικά αντικείμενα απαιτεί βαθιά κατανόηση της δυναμικής του ρότορα, την ικανότητα ανάλυσης σημάτων δόνησης και την ικανότητα επιλογής των πιο αποτελεσματικών στρατηγικών εξισορρόπησης.

Η εμπειρία, η διαίσθηση και η συνεχής βελτίωση των δεξιοτήτων είναι αυτά που κάνουν έναν ισορροπιστή πραγματικό μάστορα της τέχνης του. Εξάλλου, η ποιότητα της εξισορρόπησης όχι μόνο καθορίζει την αποτελεσματικότητα και την αξιοπιστία της λειτουργίας του εξοπλισμού, αλλά διασφαλίζει και την ασφάλεια των ανθρώπων.

Επαναληψιμότητα μέτρησης

Τα ζητήματα μέτρησης παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο. Η λανθασμένη εγκατάσταση αισθητήρων κραδασμών, οι αλλαγές στα σημεία μέτρησης ή ο ακατάλληλος προσανατολισμός των αισθητήρων επηρεάζουν άμεσα τόσο το πλάτος όσο και τη φάση. Για την εξισορρόπηση, δεν αρκεί μόνο η μέτρηση των κραδασμών. Η επαναληψιμότητα και η σταθερότητα των μετρήσεων είναι κρίσιμες. Γι' αυτό, στην πράξη, οι θέσεις τοποθέτησης και οι προσανατολισμοί των αισθητήρων πρέπει να ελέγχονται αυστηρά.

Πρακτική προσέγγιση για μη γραμμικά αντικείμενα

Η εξισορρόπηση ενός μη γραμμικού αντικειμένου ξεκινά πάντα όχι με την εγκατάσταση ενός δοκιμαστικού βάρους, αλλά με την αξιολόγηση της συμπεριφοράς των κραδασμών. Εάν το πλάτος και η φάση μετατοπίζονται σαφώς με την πάροδο του χρόνου, αλλάζουν από τη μία αρχή στην άλλη ή αντιδρούν απότομα σε μικρές διακυμάνσεις της ταχύτητας, το πρώτο καθήκον είναι να επιτευχθεί ο πιο σταθερός δυνατός τρόπος λειτουργίας. Χωρίς αυτό, οι υπολογισμοί θα είναι τυχαίοι.

Το πρώτο πρακτικό βήμα είναι η επιλογή της σωστής ταχύτητας. Τα μη γραμμικά αντικείμενα είναι εξαιρετικά ευαίσθητα στον συντονισμό, επομένως η εξισορρόπηση πρέπει να εκτελείται με ταχύτητα όσο το δυνατόν πιο μακριά από τις φυσικές συχνότητες. Αυτό συχνά σημαίνει κίνηση κάτω ή πάνω από το συνηθισμένο εύρος λειτουργίας. Ακόμα κι αν η δόνηση σε αυτήν την ταχύτητα είναι υψηλότερη, αλλά σταθερή, είναι προτιμότερη από την εξισορρόπηση σε μια ζώνη συντονισμού.

Στη συνέχεια, είναι σημαντικό να ελαχιστοποιηθούν όλες οι πηγές πρόσθετης μη γραμμικότητας. Πριν από την ζυγοστάθμιση, όλα τα στοιχεία στερέωσης θα πρέπει να ελεγχθούν και να σφιχτούν, τα διάκενα να εξαλειφθούν όσο το δυνατόν περισσότερο και οι βάσεις και οι μονάδες ρουλεμάν να ελεγχθούν για χαλαρότητα. Η ζυγοστάθμιση δεν αντισταθμίζει τα διάκενα ή την τριβή, αλλά μπορεί να είναι δυνατή εάν αυτοί οι παράγοντες σταθεροποιηθούν.

Όταν εργάζεστε με ένα μη γραμμικό αντικείμενο, δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται μικρά δοκιμαστικά βάρη από συνήθεια. Ένα πολύ μικρό δοκιμαστικό βάρος συχνά δεν καταφέρνει να μετακινήσει το σύστημα σε μια επαναλήψιμη περιοχή και η αλλαγή των κραδασμών γίνεται συγκρίσιμη με τον θόρυβο αστάθειας. Το δοκιμαστικό βάρος πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο ώστε να προκαλέσει μια σαφή και αναπαραγώγιμη αλλαγή στο διάνυσμα των κραδασμών, αλλά όχι τόσο μεγάλο που να οδηγεί το αντικείμενο σε διαφορετικό λειτουργικό καθεστώς.

Οι μετρήσεις θα πρέπει να εκτελούνται γρήγορα και υπό πανομοιότυπες συνθήκες. Όσο λιγότερος χρόνος περνάει μεταξύ των μετρήσεων, τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα οι δυναμικές παράμετροι του συστήματος να παραμείνουν αμετάβλητες. Συνιστάται να εκτελείτε αρκετές εκτελέσεις ελέγχου χωρίς να αλλάξετε τη διαμόρφωση, για να επιβεβαιωθεί ότι το αντικείμενο συμπεριφέρεται με συνέπεια.

Είναι πολύ σημαντικό να διορθωθούν τα σημεία στήριξης του αισθητήρα κραδασμών και ο προσανατολισμός τους. Για μη γραμμικά αντικείμενα, ακόμη και μια μικρή μετατόπιση του αισθητήρα μπορεί να προκαλέσει αισθητές αλλαγές στη φάση και το πλάτος, οι οποίες μπορεί να ερμηνευθούν εσφαλμένα ως επίδραση του δοκιμαστικού βάρους.

Στους υπολογισμούς, η προσοχή δεν πρέπει να δίνεται στην ακριβή αριθμητική συμφωνία, αλλά στις τάσεις. Εάν η δόνηση μειώνεται σταθερά με διαδοχικές διορθώσεις, αυτό υποδηλώνει ότι η εξισορρόπηση κινείται προς τη σωστή κατεύθυνση, ακόμη και αν οι συντελεστές επιρροής δεν συγκλίνουν τυπικά.

Δεν συνιστάται η αποθήκευση και η επαναχρησιμοποίηση συντελεστών επιρροής για μη γραμμικά αντικείμενα. Ακόμα και αν ένας κύκλος εξισορρόπησης είναι επιτυχής, κατά την επόμενη εκκίνηση το αντικείμενο μπορεί να εισέλθει σε διαφορετικό καθεστώς και οι προηγούμενοι συντελεστές δεν θα είναι πλέον έγκυροι.

Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι η εξισορρόπηση ενός μη γραμμικού αντικειμένου αποτελεί συχνά έναν συμβιβασμό. Ο στόχος δεν είναι η επίτευξη της χαμηλότερης δυνατής δόνησης, αλλά η μεταφορά του μηχανήματος σε σταθερή και επαναλήψιμη κατάσταση με αποδεκτό επίπεδο δόνησης. Σε πολλές περιπτώσεις, αυτή είναι μια προσωρινή λύση μέχρι να επισκευαστούν τα ρουλεμάν, να αποκατασταθούν τα στηρίγματα ή να τροποποιηθεί η δομή.

Η κύρια πρακτική αρχή είναι η σταθεροποίηση του αντικειμένου πρώτα, στη συνέχεια η εξισορρόπησή του και μόνο μετά από αυτό η αξιολόγηση του αποτελέσματος. Εάν η σταθεροποίηση δεν μπορεί να επιτευχθεί, η εξισορρόπηση θα πρέπει να θεωρείται βοηθητικό μέτρο και όχι τελική λύση.

Τεχνική μειωμένου βάρους διόρθωσης

Στην πράξη, κατά την εξισορρόπηση μη γραμμικών αντικειμένων, μια άλλη σημαντική τεχνική αποδεικνύεται συχνά αποτελεσματική. Εάν το όργανο υπολογίζει ένα βάρος διόρθωσης χρησιμοποιώντας έναν τυπικό αλγόριθμο, η συχνή εγκατάσταση του πλήρους υπολογισμένου βάρους επιδεινώνει την κατάσταση: η δόνηση μπορεί να αυξηθεί, η φάση μπορεί να μεταπηδήσει και το αντικείμενο μπορεί να μετατοπιστεί σε διαφορετική κατάσταση λειτουργίας.

Σε τέτοιες περιπτώσεις, η εγκατάσταση μειωμένου βάρους διόρθωσης λειτουργεί καλά — δύο ή μερικές φορές ακόμη και τρεις φορές μικρότερο από την τιμή που υπολογίζεται από το όργανο. Αυτό βοηθά στην αποφυγή της “ρίψης” του συστήματος εκτός της υπό όρους γραμμικής περιοχής σε ένα άλλο μη γραμμικό καθεστώς. Στην πραγματικότητα, η διόρθωση εφαρμόζεται απαλά, με ένα μικρό βήμα, χωρίς να προκαλείται απότομη αλλαγή στις δυναμικές παραμέτρους του αντικειμένου.

Μετά την εγκατάσταση του μειωμένου βάρους, πρέπει να εκτελεστεί μια δοκιμασία ελέγχου και να αξιολογηθεί η τάση των κραδασμών. Εάν το πλάτος μειώνεται σταθερά και η φάση παραμένει σχετικά σταθερή, η διόρθωση μπορεί να επαναληφθεί χρησιμοποιώντας την ίδια προσέγγιση, προσεγγίζοντας σταδιακά το ελάχιστο εφικτό επίπεδο κραδασμών. Αυτή η μέθοδος βήμα προς βήμα είναι συχνά πιο αξιόπιστη από την εγκατάσταση του πλήρους υπολογισμένου βάρους διόρθωσης ταυτόχρονα.

Αυτή η τεχνική είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική για αντικείμενα με διάκενα, ξηρή τριβή και μαλακά-σκληρά στηρίγματα, όπου η πλήρης υπολογισμένη διόρθωση οδηγεί αμέσως το σύστημα εκτός της υπό όρους γραμμικής ζώνης. Η χρήση μειωμένων μαζών διόρθωσης επιτρέπει στο αντικείμενο να παραμένει στο πιο σταθερό καθεστώς λειτουργίας και καθιστά δυνατή την επίτευξη ενός πρακτικού αποτελέσματος ακόμη και όταν η εξισορρόπηση θεωρείται τυπικά αδύνατη.

Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι αυτό δεν είναι “σφάλμα οργάνου”, αλλά συνέπεια της φυσικής των μη γραμμικών συστημάτων. Το όργανο υπολογίζει σωστά για ένα γραμμικό μοντέλο, ενώ ο μηχανικός προσαρμόζει το αποτέλεσμα στην πράξη στην πραγματική συμπεριφορά του μηχανικού συστήματος.

Τελική αρχή

Τελικά, η επιτυχημένη εξισορρόπηση δεν αφορά απλώς τον υπολογισμό ενός βάρους και μιας γωνίας. Απαιτεί την κατανόηση της δυναμικής συμπεριφοράς του αντικειμένου, της γραμμικότητάς του, της σταθερότητας των κραδασμών και της απόστασής του από τις συνθήκες συντονισμού. Το Balanset-1A παρέχει όλα τα απαραίτητα εργαλεία για μέτρηση, ανάλυση και υπολογισμό, αλλά το τελικό αποτέλεσμα καθορίζεται πάντα από τη μηχανική κατάσταση του ίδιου του συστήματος. Αυτό είναι που διακρίνει μια επίσημη προσέγγιση από την πραγματική μηχανική πρακτική στη διάγνωση κραδασμών και την εξισορρόπηση ρότορα.

Ερωτήσεις & απαντήσεις