بررسی اجمالی

در عمل، بالانس روتور تقریباً هرگز به محاسبه و نصب وزنه اصلاحی خلاصه نمی‌شود. رسماً، الگوریتم کاملاً شناخته شده است و دستگاه تمام محاسبات را به طور خودکار انجام می‌دهد، اما نتیجه نهایی بسیار بیشتر به رفتار خود جسم بستگی دارد تا دستگاه بالانس. به همین دلیل است که در کار واقعی، دائماً موقعیت‌هایی پیش می‌آید که بالانس “کار نمی‌کند”، ضرایب تأثیر تغییر می‌کنند، ارتعاش ناپایدار می‌شود و نتیجه از یک اجرا به اجرای دیگر قابل تکرار نیست.

ارتعاشات خطی و غیرخطی، ویژگی‌ها و روش‌های متعادل‌سازی آنها

تعادل موفقیت‌آمیز مستلزم درک چگونگی واکنش یک جسم به اضافه یا حذف جرم است. در این زمینه، مفاهیم اشیاء خطی و غیرخطی نقش کلیدی ایفا می‌کنند. درک اینکه آیا یک جسم خطی است یا غیرخطی، امکان انتخاب استراتژی صحیح تعادل را فراهم می‌کند و به دستیابی به نتیجه مطلوب کمک می‌کند.

اشیاء خطی به دلیل قابلیت پیش‌بینی و پایداری‌شان جایگاه ویژه‌ای در این زمینه دارند. آن‌ها امکان استفاده از روش‌های تشخیصی و تعادلی ساده و قابل اعتماد را فراهم می‌کنند و مطالعه آن‌ها گامی مهم در تشخیص ارتعاش است.

اشیاء خطی در مقابل اشیاء غیرخطی

بیشتر این مشکلات ریشه در تمایز اساسی اما اغلب دست کم گرفته شده بین اشیاء خطی و غیرخطی دارند. یک شیء خطی، از دیدگاه تعادل، سیستمی است که در آن، با سرعت چرخشی ثابت، دامنه ارتعاش متناسب با مقدار عدم تعادل است و فاز ارتعاش از موقعیت زاویه‌ای جرم نامتعادل به روشی کاملاً قابل پیش‌بینی پیروی می‌کند. تحت این شرایط، ضریب نفوذ یک مقدار ثابت است. تمام الگوریتم‌های استاندارد تعادل دینامیکی، از جمله الگوریتم‌های پیاده‌سازی شده در Balanset-1A، دقیقاً برای چنین اشیاء طراحی شده‌اند.

برای یک جسم خطی، فرآیند بالانس قابل پیش‌بینی و پایدار است. نصب یک وزنه آزمایشی، تغییر متناسبی در دامنه و فاز ارتعاش ایجاد می‌کند. شروع‌های مکرر، بردار ارتعاش یکسانی را ایجاد می‌کنند و وزن اصلاح محاسبه‌شده معتبر باقی می‌ماند. چنین اجسامی هم برای بالانس یک‌باره و هم برای بالانس سریالی با استفاده از ضرایب تأثیر ذخیره‌شده مناسب هستند.

یک جسم غیرخطی اساساً به شیوه‌ای متفاوت رفتار می‌کند. اساس محاسبه تعادل نقض می‌شود. دامنه ارتعاش دیگر متناسب با عدم تعادل نیست، فاز ناپایدار می‌شود و ضریب تأثیر بسته به جرم وزنه آزمایشی، حالت عملکرد یا حتی زمان تغییر می‌کند. در عمل، این به صورت رفتار آشوبناک بردار ارتعاش ظاهر می‌شود: پس از نصب وزنه آزمایشی، تغییر ارتعاش ممکن است خیلی کوچک، بیش از حد یا به سادگی غیرقابل تکرار باشد.

اشیاء خطی چیستند؟

یک جسم خطی سیستمی است که در آن ارتعاش با بزرگی عدم تعادل نسبت مستقیم دارد.

یک جسم خطی، در زمینه تعادل، یک مدل ایده‌آل است که با یک رابطه متناسب مستقیم بین بزرگی عدم تعادل (جرم نامتعادل) و دامنه ارتعاش مشخص می‌شود. این بدان معناست که اگر عدم تعادل دو برابر شود، دامنه ارتعاش نیز دو برابر خواهد شد، مشروط بر اینکه سرعت چرخش روتور ثابت بماند. برعکس، کاهش عدم تعادل، ارتعاشات را به طور متناسب کاهش می‌دهد.

برخلاف سیستم‌های غیرخطی، که در آن‌ها رفتار یک جسم ممکن است بسته به عوامل زیادی متفاوت باشد، اجسام خطی امکان سطح بالایی از دقت را با حداقل تلاش فراهم می‌کنند.

علاوه بر این، آنها به عنوان پایه و اساس آموزش و تمرین برای تعادل‌گران عمل می‌کنند. درک اصول اشیاء خطی به توسعه مهارت‌هایی کمک می‌کند که بعداً می‌توانند در سیستم‌های پیچیده‌تر به کار روند.

نمایش گرافیکی خطی بودن

نموداری را تصور کنید که در آن محور افقی نشان‌دهنده‌ی بزرگی جرم نامتعادل (عدم تعادل) و محور عمودی نشان‌دهنده‌ی دامنه‌ی ارتعاش است. برای یک جسم خطی، این نمودار یک خط مستقیم خواهد بود که از مبدأ مختصات (نقطه‌ای که هم بزرگی عدم تعادل و هم دامنه‌ی ارتعاش صفر هستند) عبور می‌کند. شیب این خط، حساسیت جسم به عدم تعادل را مشخص می‌کند: هرچه شیب تندتر باشد، ارتعاشات برای همان عدم تعادل بیشتر است.

نمودار ۱: رابطه بین دامنه ارتعاش (µm) و جرم نامتعادل (g)

نمودار ۱ رابطه بین دامنه ارتعاش (µm) یک جسم متعادل‌کننده خطی و جرم نامتعادل (g) روتور را نشان می‌دهد. ضریب تناسب ۰.۵ µm/g است. تقسیم ساده ۳۰۰ بر ۶۰۰، ۰.۵ µm/g را می‌دهد. برای جرم نامتعادل ۸۰۰ گرم (UM=800 g)، ارتعاش ۸۰۰ گرم * ۰.۵ µm/g = ۴۰۰ µm خواهد بود. توجه داشته باشید که این در سرعت ثابت روتور اعمال می‌شود. در سرعت‌های چرخشی متفاوت، ضریب متفاوت خواهد بود.

این ضریب تناسب، ضریب نفوذ (ضریب حساسیت) نامیده می‌شود و دارای بُعد µm/g یا در مواردی که عدم تعادل وجود دارد، µm/(g*mm) است، که در آن (g*mm) واحد عدم تعادل است. با دانستن ضریب نفوذ (IC)، می‌توان مسئله معکوس، یعنی تعیین جرم نامتعادل (UM) بر اساس بزرگی ارتعاش را نیز حل کرد. برای انجام این کار، دامنه ارتعاش را بر IC تقسیم کنید.

برای مثال، اگر ارتعاش اندازه‌گیری شده ۳۰۰ میکرومتر باشد و ضریب IC=0.5 میکرومتر بر گرم باشد، ۳۰۰ را بر ۰.۵ تقسیم کنید تا ۶۰۰ گرم (UM=600 گرم) به دست آید.

ضریب نفوذ (IC): پارامتر کلیدی اشیاء خطی

یکی از ویژگی‌های مهم یک جسم خطی، ضریب تأثیر (IC) است. این ضریب از نظر عددی برابر با تانژانت زاویه شیب خط روی نمودار ارتعاش در مقابل عدم تعادل است و نشان می‌دهد که دامنه ارتعاش (برحسب میکرون، µm) چقدر تغییر می‌کند وقتی که یک واحد جرم (برحسب گرم، g) در یک صفحه اصلاح خاص با سرعت روتور مشخص اضافه می‌شود. به عبارت دیگر، IC معیاری از حساسیت جسم به عدم تعادل است. واحد اندازه‌گیری آن µm/g است، یا وقتی عدم تعادل به صورت حاصلضرب جرم و شعاع بیان می‌شود، µm/(g*mm).

IC اساساً مشخصه "گذرنامه" یک جسم خطی است که پیش‌بینی رفتار آن را هنگام اضافه یا حذف جرم امکان‌پذیر می‌سازد. دانستن IC امکان حل هر دو مسئله مستقیم - تعیین بزرگی ارتعاش برای یک عدم تعادل معین - و مسئله معکوس - محاسبه بزرگی عدم تعادل از ارتعاش اندازه‌گیری شده - را فراهم می‌کند.

مشکل مستقیم:

مسئله معکوس:

فاز ارتعاش در اجسام خطی

علاوه بر دامنه، ارتعاش با فاز آن نیز مشخص می‌شود که نشان‌دهنده موقعیت روتور در لحظه حداکثر انحراف از موقعیت تعادل آن است. برای یک جسم خطی، فاز ارتعاش نیز قابل پیش‌بینی است. این فاز مجموع دو زاویه است:

1. زاویه‌ای که موقعیت جرم نامتعادل کلی روتور را تعیین می‌کند. این زاویه نشان دهنده جهتی است که عدم تعادل اولیه در آن متمرکز شده است.
2. آرگومان ضریب نفوذ. این یک زاویه ثابت است که خواص دینامیکی جسم را مشخص می‌کند و به بزرگی یا زاویه نصب جرم نامتعادل بستگی ندارد.

بنابراین، با دانستن آرگومان IC و اندازه‌گیری فاز ارتعاش، می‌توان زاویه نصب جرم نامتعادل را تعیین کرد. این امر نه تنها محاسبه مقدار جرم اصلاحی، بلکه قرارگیری دقیق آن روی روتور را برای دستیابی به تعادل بهینه امکان‌پذیر می‌سازد.

متعادل کردن اشیاء خطی

لازم به ذکر است که برای یک جسم خطی، ضریب تأثیر (IC) که به این روش تعیین می‌شود، نه به بزرگی یا زاویه نصب جرم آزمایشی و نه به ارتعاش اولیه بستگی ندارد. این یک ویژگی کلیدی خطی بودن است. اگر IC با تغییر پارامترهای جرم آزمایشی یا ارتعاش اولیه بدون تغییر باقی بماند، می‌توان با اطمینان ادعا کرد که جسم در محدوده عدم تعادل مورد نظر، به صورت خطی رفتار می‌کند.

مراحل متعادل کردن یک جسم خطی

1. اندازه‌گیری ارتعاش اولیه: اولین قدم اندازه‌گیری ارتعاش در حالت اولیه آن است. دامنه و زاویه ارتعاش که نشان‌دهنده جهت عدم تعادل هستند، تعیین می‌شوند.
2. نصب یک توده آزمایشی: یک جرم با وزن مشخص روی روتور نصب می‌شود. این به درک چگونگی واکنش جسم به بارهای اضافی کمک می‌کند و امکان محاسبه پارامترهای ارتعاش را فراهم می‌کند.
3. اندازه‌گیری مجدد ارتعاش: پس از نصب جرم آزمایشی، پارامترهای ارتعاش جدید اندازه‌گیری می‌شوند. با مقایسه آنها با مقادیر اولیه، می‌توان نحوه تأثیر جرم بر سیستم را تعیین کرد.
4. محاسبه جرم اصلاحی: بر اساس داده‌های اندازه‌گیری، جرم و زاویه نصب وزنه اصلاحی تعیین می‌شود. این وزنه برای از بین بردن عدم تعادل روی روتور قرار می‌گیرد.
5. تأیید نهایی: پس از نصب وزنه اصلاحی، ارتعاش باید به طور قابل توجهی کاهش یابد. اگر ارتعاش باقیمانده هنوز از سطح قابل قبول فراتر رود، می‌توان این روش را تکرار کرد.

کد کوتاه نگهدارنده مکان:

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,385.16 + مالیات بر ارزش افزوده (در صورت وجود)

Parts

Vibration sensor

$108.69 + مالیات بر ارزش افزوده (در صورت وجود)

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$149.75 + مالیات بر ارزش افزوده (در صورت وجود)

Devices

Balanset-4

$8,215.81 + مالیات بر ارزش افزوده (در صورت وجود)

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$55.55 + مالیات بر ارزش افزوده (در صورت وجود)

Parts

Reflective tape

$12.08 + مالیات بر ارزش افزوده (در صورت وجود)

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,095.32 + مالیات بر ارزش افزوده (در صورت وجود)

متوازن‌سازی سریال و ضرایب ذخیره‌شده

بالانس سریالی شایسته توجه ویژه است. این روش می‌تواند بهره‌وری را به میزان قابل توجهی افزایش دهد، اما تنها زمانی که روی اشیاء خطی و پایدار در برابر ارتعاش اعمال شود. در چنین مواردی، ضرایب تأثیر به دست آمده روی روتور اول را می‌توان برای روتورهای مشابه بعدی نیز استفاده کرد. با این حال، به محض اینکه سختی تکیه‌گاه، سرعت چرخش یا وضعیت یاتاقان تغییر کند، تکرارپذیری از بین می‌رود و رویکرد سریالی دیگر کارساز نیست.

اشیاء غیرخطی: وقتی تئوری از عمل فاصله می‌گیرد

شیء غیرخطی چیست؟

یک جسم غیرخطی سیستمی است که در آن دامنه ارتعاش متناسب با بزرگی عدم تعادل نیست. برخلاف اجسام خطی، که در آن رابطه بین ارتعاش و جرم عدم تعادل با یک خط مستقیم نشان داده می‌شود، در سیستم‌های غیرخطی این رابطه می‌تواند مسیرهای پیچیده‌ای را دنبال کند.

در دنیای واقعی، همه اشیاء به صورت خطی رفتار نمی‌کنند. اشیاء غیرخطی رابطه‌ای بین عدم تعادل و ارتعاش نشان می‌دهند که به طور مستقیم متناسب نیست. این بدان معناست که ضریب تأثیر ثابت نیست و ممکن است بسته به عوامل مختلفی مانند موارد زیر تغییر کند:

• میزان عدم تعادل: افزایش عدم تعادل می‌تواند سختی تکیه‌گاه‌های روتور را تغییر دهد و منجر به تغییرات غیرخطی در ارتعاش شود.
• سرعت چرخش: پدیده‌های رزونانس مختلف ممکن است در سرعت‌های چرخشی مختلف برانگیخته شوند که منجر به رفتار غیرخطی نیز می‌شود.
• وجود فواصل و شکاف‌ها: فواصل و شکاف‌های موجود در یاتاقان‌ها و سایر اتصالات می‌توانند در شرایط خاص باعث تغییرات ناگهانی در ارتعاش شوند.
• دما: تغییرات دما می‌تواند بر خواص مواد و در نتیجه، ویژگی‌های ارتعاشی جسم تأثیر بگذارد.
• بارهای خارجی: بارهای خارجی وارد بر روتور می‌توانند ویژگی‌های دینامیکی آن را تغییر داده و منجر به رفتار غیرخطی شوند.

چرا اشیاء غیرخطی چالش برانگیز هستند؟

غیرخطی بودن، متغیرهای زیادی را وارد فرآیند تعادل می‌کند. کار موفقیت‌آمیز با اشیاء غیرخطی نیازمند اندازه‌گیری‌های بیشتر و تحلیل‌های پیچیده‌تر است. به عنوان مثال، روش‌های استاندارد قابل اجرا برای اشیاء خطی همیشه نتایج دقیقی برای سیستم‌های غیرخطی ارائه نمی‌دهند. این امر مستلزم درک عمیق‌تر از فیزیک فرآیند و استفاده از روش‌های تشخیصی تخصصی است.

نشانه‌های غیرخطی بودن

یک شیء غیرخطی را می‌توان با نشانه‌های زیر شناسایی کرد:

• تغییرات ارتعاش غیر متناسب: با افزایش عدم تعادل، ارتعاش ممکن است سریع‌تر یا کندتر از حد انتظار برای یک جسم خطی رشد کند.
• تغییر فاز در ارتعاش: فاز ارتعاش ممکن است به طور غیرقابل پیش‌بینی با تغییرات در عدم تعادل یا سرعت چرخش تغییر کند.
• وجود هارمونیک‌ها و زیرهارمونیک‌ها: طیف ارتعاش ممکن است هارمونیک‌های بالاتر (مضربی از فرکانس چرخشی) و زیرهارمونیک‌ها (کسری از فرکانس چرخشی) را نشان دهد که نشان‌دهنده اثرات غیرخطی است.
• هیسترزیس: دامنه ارتعاش نه تنها به مقدار فعلی عدم تعادل، بلکه به تاریخچه آن نیز بستگی دارد. به عنوان مثال، هنگامی که عدم تعادل افزایش یافته و سپس به مقدار اولیه خود کاهش می‌یابد، دامنه ارتعاش ممکن است به سطح اولیه خود برنگردد.

غیرخطی بودن، متغیرهای زیادی را وارد فرآیند تعادل می‌کند. برای عملکرد موفقیت‌آمیز، اندازه‌گیری‌های بیشتر و تحلیل‌های پیچیده مورد نیاز است. به عنوان مثال، روش‌های استاندارد قابل اجرا برای اشیاء خطی همیشه نتایج دقیقی برای سیستم‌های غیرخطی ارائه نمی‌دهند. این امر مستلزم درک عمیق‌تر از فیزیک فرآیند و استفاده از روش‌های تشخیصی تخصصی است.

نمایش گرافیکی غیرخطی بودن

در نمودار ارتعاش در مقابل عدم تعادل، غیرخطی بودن در انحراف از خط مستقیم مشهود است. این نمودار ممکن است دارای خمیدگی، انحنا، حلقه‌های هیسترزیس و سایر ویژگی‌هایی باشد که نشان‌دهنده رابطه پیچیده بین عدم تعادل و ارتعاش است.

نمودار ۲. شیء غیرخطی

۵۰ گرم؛ ۴۰ میکرومتر (زرد)، ۱۰۰ گرم؛ ۵۴.۷ میکرومتر (آبی).

این جسم دو بخش، دو خط مستقیم را نشان می‌دهد. برای عدم تعادل‌های کمتر از ۵۰ گرم، نمودار ویژگی‌های یک جسم خطی را منعکس می‌کند و تناسب بین عدم تعادل بر حسب گرم و دامنه ارتعاش بر حسب میکرون را حفظ می‌کند. برای عدم تعادل‌های بیشتر از ۵۰ گرم، رشد دامنه ارتعاش کند می‌شود.

نمونه‌هایی از اشیاء غیرخطی

نمونه‌هایی از اشیاء غیرخطی در زمینه تعادل عبارتند از:

• روتورهای دارای ترک: ترک در روتور می‌تواند منجر به تغییرات غیرخطی در سختی و در نتیجه، رابطه غیرخطی بین ارتعاش و عدم تعادل شود.
• روتورهایی با فاصله بین یاتاقان‌ها: لقی‌ها در یاتاقان‌ها می‌توانند تحت شرایط خاص باعث تغییرات ناگهانی در ارتعاش شوند.
• روتورهایی با المان‌های الاستیک غیرخطی: برخی از عناصر الاستیک، مانند میراگرهای لاستیکی، ممکن است ویژگی‌های غیرخطی از خود نشان دهند و بر دینامیک روتور تأثیر بگذارند.

انواع غیرخطی بودن

۱. غیرخطی بودن نرم-سخت

در چنین سیستم‌هایی، دو بخش مشاهده می‌شود: نرم و سفت. در بخش نرم، رفتار شبیه خطی است، که در آن دامنه ارتعاش متناسب با جرم عدم تعادل افزایش می‌یابد. با این حال، پس از یک آستانه مشخص (نقطه شکست)، سیستم به حالت سفت منتقل می‌شود، که در آن رشد دامنه کند می‌شود.

۲. غیرخطی بودن الاستیک

تغییرات در سختی تکیه‌گاه‌ها یا تماس‌ها در سیستم، رابطه ارتعاش-عدم تعادل را پیچیده می‌کند. به عنوان مثال، ارتعاش ممکن است هنگام عبور از آستانه‌های بار خاص، ناگهان افزایش یا کاهش یابد.

۳. غیرخطی بودن ناشی از اصطکاک

در سیستم‌هایی با اصطکاک قابل توجه (مثلاً در یاتاقان‌ها)، دامنه ارتعاش ممکن است غیرقابل پیش‌بینی باشد. اصطکاک می‌تواند ارتعاش را در یک محدوده سرعت کاهش دهد و در محدوده سرعت دیگر آن را تقویت کند.

علل رایج غیرخطی بودن

شایع‌ترین علل غیرخطی بودن، افزایش لقی یاتاقان‌ها، سایش یاتاقان، اصطکاک خشک، شل شدن تکیه‌گاه‌ها، ترک در سازه و عملکرد در نزدیکی فرکانس‌های رزونانس است. اغلب، جسم، غیرخطی به اصطلاح نرم-سخت را نشان می‌دهد. در سطوح کوچک عدم تعادل، سیستم تقریباً به صورت خطی رفتار می‌کند، اما با افزایش ارتعاش، عناصر سفت‌تر تکیه‌گاه‌ها یا پوسته درگیر می‌شوند. در چنین مواردی، تعادل فقط در یک محدوده عملیاتی باریک امکان‌پذیر است و نتایج بلندمدت پایداری را ارائه نمی‌دهد.

ناپایداری ارتعاش

یکی دیگر از مسائل جدی، ناپایداری ارتعاش است. حتی یک جسم که به طور ظاهری خطی است، ممکن است با گذشت زمان تغییراتی در دامنه و فاز نشان دهد. این امر ناشی از اثرات حرارتی، تغییرات در ویسکوزیته روان‌کننده، انبساط حرارتی و اصطکاک ناپایدار در تکیه‌گاه‌ها است. در نتیجه، اندازه‌گیری‌هایی که تنها چند دقیقه با هم فاصله دارند، می‌توانند بردارهای ارتعاش متفاوتی ایجاد کنند. در این شرایط، مقایسه معنادار اندازه‌گیری‌ها غیرممکن می‌شود و محاسبه تعادل، قابلیت اطمینان خود را از دست می‌دهد.

متعادل‌سازی در نزدیکی رزونانس

بالانس کردن در نزدیکی رزونانس به طور ویژه مشکل‌ساز است. وقتی فرکانس چرخشی با فرکانس طبیعی سیستم منطبق یا نزدیک به آن باشد، حتی یک عدم بالانس کوچک باعث افزایش شدید ارتعاش می‌شود. فاز ارتعاش به تغییرات کوچک سرعت بسیار حساس می‌شود. جسم عملاً وارد یک رژیم غیرخطی می‌شود و بالانس کردن در این ناحیه معنای فیزیکی خود را از دست می‌دهد. در چنین مواردی، سرعت عملیاتی یا ساختار مکانیکی باید قبل از در نظر گرفتن بالانس تغییر کند.

لرزش زیاد پس از بالانس “موفق”

در عمل، معمولاً با موقعیت‌هایی مواجه می‌شویم که پس از یک فرآیند متعادل‌سازی ظاهراً موفق، سطح کلی ارتعاش همچنان بالا باقی می‌ماند. این نشان دهنده خطای دستگاه یا اپراتور نیست. متعادل‌سازی فقط عدم تعادل جرم را از بین می‌برد. اگر ارتعاش ناشی از نقص در پایه، شل شدن بست‌ها، عدم هم‌ترازی یا رزونانس باشد، وزنه‌های اصلاح مشکل را حل نمی‌کنند. در این موارد، تجزیه و تحلیل توزیع مکانی ارتعاش در سراسر دستگاه و پایه آن به شناسایی علت واقعی کمک می‌کند.

متعادل‌سازی اشیاء غیرخطی: یک کار پیچیده با راه‌حل‌های نامتعارف

متعادل‌سازی اشیاء غیرخطی یک کار چالش‌برانگیز است که نیاز به روش‌ها و رویکردهای تخصصی دارد. روش استاندارد جرم آزمایشی که برای اشیاء خطی توسعه داده شده است، ممکن است نتایج نادرستی به همراه داشته باشد یا کاملاً غیرقابل اجرا باشد.

روش‌های متعادل‌سازی برای اشیاء غیرخطی

• تعادل گام به گام: این روش شامل کاهش تدریجی عدم تعادل با نصب وزنه‌های اصلاحی در هر مرحله است. پس از هر مرحله، اندازه‌گیری‌های ارتعاش انجام می‌شود و یک وزنه اصلاحی جدید بر اساس وضعیت فعلی جسم تعیین می‌شود. این رویکرد، تغییرات ضریب نفوذ را در طول فرآیند تعادل در نظر می‌گیرد.
• حفظ تعادل در سرعت‌های مختلف: این روش به بررسی اثرات پدیده رزونانس در سرعت‌های چرخشی مختلف می‌پردازد. بالانس در چندین سرعت نزدیک به رزونانس انجام می‌شود و کاهش ارتعاش یکنواخت‌تری را در کل محدوده سرعت عملیاتی امکان‌پذیر می‌سازد.
• با استفاده از مدل‌های ریاضی: برای اشیاء غیرخطی پیچیده، می‌توان از مدل‌های ریاضی که دینامیک روتور را توصیف می‌کنند و اثرات غیرخطی را در نظر می‌گیرند، استفاده کرد. این مدل‌ها به پیش‌بینی رفتار شیء در شرایط مختلف و تعیین پارامترهای بهینه تعادل کمک می‌کنند.

تجربه و شهود یک متخصص نقش حیاتی در بالانس کردن اجسام غیرخطی ایفا می‌کند. یک بالانس‌کار باتجربه می‌تواند نشانه‌های غیرخطی بودن را تشخیص دهد، روش مناسبی را انتخاب کند و آن را با شرایط خاص تطبیق دهد. تجزیه و تحلیل طیف‌های ارتعاش، مشاهده تغییرات ارتعاش با تغییر پارامترهای عملیاتی جسم و در نظر گرفتن ویژگی‌های طراحی روتور، همگی به تصمیم‌گیری صحیح و دستیابی به نتایج مطلوب کمک می‌کنند.

چگونه با استفاده از ابزاری که برای اشیاء خطی طراحی شده است، اشیاء غیرخطی را متعادل کنیم

سوال خوبی است. روش شخصی من برای متعادل کردن چنین اجسامی با تعمیر مکانیزم شروع می‌شود: تعویض یاتاقان‌ها، جوشکاری ترک‌ها، سفت کردن پیچ‌ها، بررسی لنگرها یا لرزه‌گیرها و تأیید اینکه روتور به عناصر سازه‌ای ثابت ساییده نمی‌شود.

در مرحله بعد، فرکانس‌های رزونانس را شناسایی می‌کنم، زیرا متعادل کردن روتور در سرعت‌های نزدیک به رزونانس غیرممکن است. برای انجام این کار، از روش ضربه برای تعیین رزونانس یا نمودار کاهش سرعت روتور استفاده می‌کنم.

سپس، موقعیت سنسور را روی مکانیزم تعیین می‌کنم: عمودی، افقی یا زاویه‌دار.

پس از آزمایش‌های اولیه، دستگاه زاویه و وزن بارهای اصلاحی را نشان می‌دهد. من وزن بار اصلاحی را نصف می‌کنم اما از زوایای پیشنهاد شده توسط دستگاه برای قرارگیری روتور استفاده می‌کنم. اگر ارتعاش باقی مانده پس از اصلاح هنوز از سطح قابل قبول فراتر رود، آزمایش روتور دیگری انجام می‌دهم. طبیعتاً این کار زمان بیشتری می‌برد، اما نتایج گاهی اوقات الهام‌بخش هستند.

هنر و علم بالانس تجهیزات دوار

بالانس کردن تجهیزات دوار فرآیندی پیچیده است که عناصر علم و هنر را با هم ترکیب می‌کند. برای اجسام خطی، بالانس شامل محاسبات نسبتاً ساده و روش‌های استاندارد است. با این حال، کار با اجسام غیرخطی نیاز به درک عمیق از دینامیک روتور، توانایی تجزیه و تحلیل سیگنال‌های ارتعاشی و مهارت انتخاب مؤثرترین استراتژی‌های بالانس دارد.

تجربه، شهود و بهبود مداوم مهارت، عواملی هستند که یک بالانس‌کار را به یک استاد واقعی در حرفه خود تبدیل می‌کنند. از این گذشته، کیفیت بالانس نه تنها کارایی و قابلیت اطمینان عملکرد تجهیزات را تعیین می‌کند، بلکه ایمنی افراد را نیز تضمین می‌کند.

تکرارپذیری اندازه‌گیری

مسائل مربوط به اندازه‌گیری نیز نقش عمده‌ای دارند. نصب نادرست حسگرهای ارتعاش، تغییر در نقاط اندازه‌گیری یا جهت‌گیری نامناسب حسگر، مستقیماً بر دامنه و فاز تأثیر می‌گذارد. برای متعادل‌سازی، اندازه‌گیری ارتعاش کافی نیست؛ تکرارپذیری و پایداری اندازه‌گیری‌ها بسیار مهم هستند. به همین دلیل است که در کار عملی، مکان‌ها و جهت‌گیری‌های نصب حسگر باید به شدت کنترل شوند.

رویکرد عملی برای اشیاء غیرخطی

متعادل‌سازی یک جسم غیرخطی همیشه با نصب یک وزنه آزمایشی آغاز نمی‌شود، بلکه با ارزیابی رفتار ارتعاشی آغاز می‌شود. اگر دامنه و فاز به طور واضح با گذشت زمان تغییر کنند، از یک شروع به شروع دیگر تغییر کنند یا به شدت به تغییرات کوچک سرعت واکنش نشان دهند، اولین کار دستیابی به پایدارترین حالت عملیاتی ممکن است. بدون این، هرگونه محاسبه‌ای تصادفی خواهد بود.

اولین گام عملی، انتخاب سرعت صحیح است. اجسام غیرخطی به شدت به رزونانس حساس هستند، بنابراین بالانس باید با سرعتی تا حد امکان دور از فرکانس‌های طبیعی انجام شود. این اغلب به معنای حرکت در زیر یا بالای محدوده عملیاتی معمول است. حتی اگر ارتعاش در این سرعت بالاتر باشد، اما پایدار باشد، نسبت به بالانس در ناحیه رزونانس ارجحیت دارد.

در مرحله بعد، به حداقل رساندن تمام منابع غیرخطی اضافی مهم است. قبل از بالانس کردن، تمام بست‌ها باید بررسی و سفت شوند، تا حد امکان فاصله‌ها حذف شوند و تکیه‌گاه‌ها و واحدهای یاتاقان از نظر شل بودن بررسی شوند. بالانس کردن، فاصله‌ها یا اصطکاک را جبران نمی‌کند، اما اگر این عوامل به وضعیت پایدار برسند، ممکن است امکان‌پذیر باشد.

هنگام کار با یک جسم غیرخطی، نباید از وزنه‌های آزمایشی کوچک به صورت عادت استفاده شود. وزنه آزمایشی خیلی کوچک اغلب نمی‌تواند سیستم را به یک ناحیه تکرارپذیر منتقل کند و تغییر ارتعاش با نویز ناپایداری قابل مقایسه می‌شود. وزنه آزمایشی باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا تغییر واضح و تکرارپذیری در بردار ارتعاش ایجاد کند، اما نه آنقدر بزرگ که جسم را به یک رژیم عملیاتی متفاوت سوق دهد.

اندازه‌گیری‌ها باید به سرعت و تحت شرایط یکسان انجام شوند. هرچه زمان کمتری بین اندازه‌گیری‌ها بگذرد، احتمال اینکه پارامترهای دینامیکی سیستم بدون تغییر باقی بمانند، بیشتر است. توصیه می‌شود چندین بار کنترل را بدون تغییر پیکربندی انجام دهید تا از رفتار ثابت جسم اطمینان حاصل شود.

بسیار مهم است که نقاط نصب حسگر ارتعاش و جهت آنها را ثابت نگه دارید. برای اشیاء غیرخطی، حتی یک جابجایی کوچک حسگر می‌تواند باعث تغییرات قابل توجهی در فاز و دامنه شود، که ممکن است به اشتباه به عنوان اثر وزنه آزمایشی تعبیر شود.

در محاسبات، نباید به توافق عددی دقیق توجه شود، بلکه باید به روندها توجه شود. اگر ارتعاش به طور مداوم با اصلاحات متوالی کاهش یابد، این نشان می‌دهد که تعادل در جهت درست حرکت می‌کند، حتی اگر ضرایب تأثیر رسماً همگرا نشوند.

ذخیره و استفاده مجدد از ضرایب تأثیر برای اشیاء غیرخطی توصیه نمی‌شود. حتی اگر یک چرخه متعادل‌سازی موفقیت‌آمیز باشد، در شروع بعدی ممکن است شیء وارد یک رژیم متفاوت شود و ضرایب قبلی دیگر معتبر نباشند.

باید به خاطر داشت که متعادل‌سازی یک جسم غیرخطی اغلب یک مصالحه است. هدف دستیابی به کمترین ارتعاش ممکن نیست، بلکه رساندن دستگاه به یک وضعیت پایدار و تکرارپذیر با سطح ارتعاش قابل قبول است. در بسیاری از موارد، این یک راه حل موقت است تا زمانی که یاتاقان‌ها تعمیر شوند، تکیه‌گاه‌ها بازسازی شوند یا سازه اصلاح شود.

اصل عملی اصلی این است که ابتدا جسم را تثبیت کنید، سپس آن را متعادل کنید و تنها پس از آن نتیجه را ارزیابی کنید. اگر تثبیت حاصل نشود، متعادل‌سازی باید به عنوان یک اقدام کمکی در نظر گرفته شود، نه یک راه حل نهایی.

تکنیک کاهش وزن اصلاحی

در عمل، هنگام متعادل‌سازی اجسام غیرخطی، یک تکنیک مهم دیگر اغلب مؤثر واقع می‌شود. اگر دستگاه با استفاده از یک الگوریتم استاندارد، وزن اصلاحی را محاسبه کند، نصب وزن کامل محاسبه‌شده اغلب وضعیت را بدتر می‌کند: ممکن است ارتعاش افزایش یابد، فاز ممکن است پرش کند و جسم ممکن است به حالت عملیاتی متفاوتی تغییر کند.

در چنین مواردی، نصب یک وزنه اصلاحی کاهش‌یافته به خوبی کار می‌کند - دو یا گاهی حتی سه برابر کوچکتر از مقدار محاسبه‌شده توسط دستگاه. این امر به جلوگیری از "پرتاب" سیستم از ناحیه خطی مشروط به یک رژیم غیرخطی دیگر کمک می‌کند. در واقع، اصلاح به آرامی و با یک گام کوچک اعمال می‌شود، بدون اینکه تغییر شدیدی در پارامترهای دینامیکی جسم ایجاد شود.

پس از نصب وزنه کاهش‌یافته، باید یک آزمایش کنترلی انجام شود و روند ارتعاش ارزیابی شود. اگر دامنه به طور پیوسته کاهش یابد و فاز نسبتاً پایدار بماند، اصلاح را می‌توان با استفاده از همان رویکرد تکرار کرد و به تدریج به حداقل سطح ارتعاش قابل دستیابی نزدیک شد. این روش گام به گام اغلب قابل اعتمادتر از نصب یکباره وزنه اصلاحی محاسبه‌شده کامل است.

این تکنیک به ویژه برای اجسامی با فاصله، اصطکاک خشک و تکیه‌گاه‌های نرم-سخت مؤثر است، جایی که اصلاح کامل محاسبه‌شده بلافاصله سیستم را از ناحیه خطی شرطی خارج می‌کند. استفاده از جرم‌های اصلاحی کاهش‌یافته به جسم اجازه می‌دهد تا در پایدارترین رژیم عملیاتی باقی بماند و دستیابی به یک نتیجه عملی را حتی در جایی که تعادل رسماً غیرممکن تلقی می‌شود، ممکن می‌سازد.

درک این نکته مهم است که این یک “خطای دستگاه” نیست، بلکه نتیجه‌ای از فیزیک سیستم‌های غیرخطی است. دستگاه به درستی برای یک مدل خطی محاسبه می‌کند، در حالی که مهندس نتیجه را در عمل با رفتار واقعی سیستم مکانیکی تطبیق می‌دهد.

اصل نهایی

در نهایت، بالانس موفق صرفاً محاسبه وزن و زاویه نیست. این امر مستلزم درک رفتار دینامیکی جسم، خطی بودن آن، پایداری ارتعاش و فاصله از شرایط رزونانس است. Balanset-1A تمام ابزارهای لازم برای اندازه‌گیری، تحلیل و محاسبه را فراهم می‌کند، اما نتیجه نهایی همیشه توسط شرایط مکانیکی خود سیستم تعیین می‌شود. این همان چیزی است که یک رویکرد رسمی را از روش مهندسی واقعی در تشخیص ارتعاش و بالانس روتور متمایز می‌کند.

پرسش و پاسخ