مبانی ارتعاش به زبان ساده

← پایگاه دانش Balanset-1A — همه فصل‌ها

این فصل حداقل مبانی نظری است که برای کار آگاهانه با Balanset-1A نیاز دارید، نه صرفاً فشار دادن دکمه‌ها.

ارتعاش چیست و چرا دستگاه می‌لرزد

هر روتور دوار (مانند درام موالچر، پروانه فن، یا شفت) در حالت ایده‌آل مرکز جرم آن دقیقاً روی محور چرخش قرار دارد. در واقعیت همیشه یک جابجایی جزئی جرم وجود دارد — عدم تعادل. با چرخش روتور، “نقطه سنگین” در هر دور آن را به پهلو می‌کشد و نیروی گریز از مرکزی ایجاد می‌کند که دستگاه را در فرکانس چرخش می‌لرزاند.

مهم: عدم توازن تنها یکی از دلایل ارتعاش است. دستگاه همچنین به دلایل زیر می‌لرزد:

• لقی و سایش بلبرینگ،
• عدم هم‌راستایی شفت (کوپلینگ‌ها، تسمه‌ها)،
• ترک‌ها و اتصالات شل (پیچ‌ها، شاسی)،
• شفت خمیده،
• تشدید ساختاری،
• نیروهای آیرودینامیکی و الکترومغناطیسی (فن‌ها، درایوهای فرکانس متغیر).

بالانس کردن تنها عدم توازن را برطرف می‌کند. سایر موارد باید تعمیر شوند، نه بالانس. از این رو قانون طلایی: دستگاه نمی‌تواند یک ماشین خراب را “با بالانس کردن رفع کند”.

ارتعاش بر حسب چه واحدی اندازه‌گیری می‌شود

The Balanset-1A measures سرعت ارتعاش — مقدار RMS بر حسب mm/s. این کمیت استاندارد برای ارزیابی وضعیت ماشین در محدوده فرکانس کاری است.

یک مقیاس ارزیابی سریع تقریبی (بر اساس ISO 10816/20816، جزئیات در فصل 06):

برای ماشین‌آلات کشاورزی (موالچرها، چمن‌زن‌ها) حدود مجاز ملایم‌تر است: تا 4.8 mm/s قابل قبول است، تا 7.1 mm/s روی تکیه‌گاه‌های نرم، و با در نظر گرفتن شرایط کاری “زیر 8 mm/s از قبل خوب است”.

فرکانس، RPM و هارمونیک‌ها

فرض کنید روتوری با 3000 rpm می‌چرخد. این برابر است با 50 دور بر ثانیه = ۵۰ هرتزارتعاش به مؤلفه‌های فرکانسی تجزیه می‌شود — طیف (FFT). طیف نشان می‌دهد که “چه چیزی باعث لرزش می‌شود”:

• 1x (فرکانس چرخش) — نشانه کلاسیک عدم تعادل. این همان مؤلفه‌ای است که بالانس کردن آن را کاهش می‌دهد.
• 2x، 3x (هارمونیک دوم، سوم) — اغلب ناهمراستایی شفت، اتصالات شل، شفت خمیده. اگر 2x بزرگ‌تر از 1x باشد — هنوز زود است برای بالانس کردن؛ ابتدا به دنبال عدم هم‌راستایی/شلی بگردید.
• فرکانس‌های بالا، “نویز” — عیوب بلبرینگ و درگیری دنده.
• فرکانس‌های پایین که به RPM مربوط نیستند — شل بودن پایه/تکیه‌گاه‌ها، آیرودینامیک.
• مضرب‌های فرکانس برق شهری (مثلاً 6 × 50 Hz = 300 Hz) — تداخل الکترومغناطیسی ناشی از درایو فرکانس متغیر. آزمایش: در حین توقف آزاد (coast-down) درایو VFD را خاموش کنید — اگر پیک ناپدید شد، علت الکتریکی است نه مکانیکی.

یک قاعده عملی از پشتیبانی فنی: اگر یک پیک طیفی به‌طور متناسب جابجا شود هنگام تغییر RPM — یک هارمونیک چرخشی است؛ اگر ثابت بماند — یک تشدید ساختاری یا منبع خارجی است.

روی صفحه نمایش چگونه به نظر می‌رسد:

فاز — “نقطه سنگین به کجا اشاره می‌کند”

علاوه بر دامنه، دستگاه اندازه‌گیری می‌کند فاز — زاویه بین پالس تاکومتر (عبور علامت بازتابنده از مقابل لیزر) و بیشینه ارتعاش. فاز به شما می‌گوید عدم توازن دقیقاً کجاست. از تغییر دامنه و فاز پس از نصب وزنه آزمایشی، دستگاه جرم و زاویه وزنه اصلاحی را محاسبه می‌کند — روش ضریب‌های تأثیر.

پیامدهای عملی:

• علامت تاکومتر نباید بین اجراها دوباره چسبانده شود — “صفر” فاز جابجا می‌شود. خود تاکومتر نیز نباید جابجا یا دوباره تنظیم شود؛
• RPM باید در تمام اجراهای یک سری یکسان باشد؛
• فاز باید از اجرایی به اجرای دیگر پایدار بماند (پراکندگی حداکثر حدود 10 تا 20 درجه). اگر فاز نوسان کند — نمی‌توان به اندازه‌گیری اعتماد کرد؛ به دنبال یک علت مکانیکی یا تشدید بگردید.

تشدید — بدترین دشمن بالانس کردن

هر سازه (روتور + تکیه‌گاه‌ها + شاسی) دارای فرکانس‌های طبیعی خود است. اگر RPM کاری با یک فرکانس طبیعی منطبق شود، رزونانس تشدید رخ می‌دهد: ارتعاش به شدت افزایش می‌یابد، فاز پرش می‌کند، محاسبات دستگاه همگرا نمی‌شوند، و “دستگاه مدام درخواست وزنه بیشتر می‌کند”.

نشانه‌های تشدید:

• یک تغییر کوچک RPM ارتعاش را چندین برابر تغییر می‌دهد؛
• پس از نصب وزنه محاسبه‌شده، ارتعاش به‌جای کاهش، افزایش می‌یابد؛
• دامنه و فاز تحت شرایط بدون تغییر ناپایدار هستند.

چه باید کرد: در RPM متفاوتی بالانس کنید — معمولاً زیر دور از تشدید. دستور کار معمول برای موالچر: بالانس اولیه در 600 تا 900 rpm، سپس انتقال به RPM کاری. نسخه‌های اخیر نرم‌افزار دارای یک نمودار RunDown (توقف آزاد) — روتور را به چرخش درآورید، درایو را قطع کنید و توقف آزاد (coast-down) را ثبت کنید: پیک‌ها فرکانس‌های تشدید را نشان می‌دهند و شما RPM بالانس را بین آن‌ها انتخاب می‌کنید.

نمونه واقعی: روتور یک مشتری در 1600 rpm بالانس نمی‌شد اما در 1000 rpm به‌خوبی بالانس می‌شد. علت — یک تشدید نزدیک به 1600.

خطی بودن، و چرا نیمی از جرم را نصب می‌کنید

محاسبه دستگاه فرض می‌کند که سیستم خطی: دو برابر شدن وزنه — دو برابر شدن پاسخ. در ماشین‌های صلب با پایه مناسب این تقریباً درست است. اما یک موالچر روی تراکتور، ماشینی روی تکیه‌گاه‌های نرم، یا سازه‌ای با لقی و ترک، رفتاری غیرخطیدارد: پاسخ به وزنه اغلب متناسب نیست.

از این رو قانونی که در عمل ثابت شده: نیمی (1/2) (در ماشین‌های نامناسب یک‌سوم (1/3)) از جرم محاسبه‌شده را نصب کنید و یک اجرای بررسی انجام دهید. سپس دستگاه باقیمانده را اصلاح می‌کند. این کار سریع‌تر از جوشکاری مجدد یک وزنه بزرگ است که از هدف “فراتر رفته” است.

عدم توازن استاتیک و دینامیک

ایستا — نقطه سنگین در یک طرف روتور قرار دارد. روتور متوقف‌شده روی تکیه‌گاه‌های آزاد به‌خودی‌خود با سمت سنگین به سمت پایین می‌چرخد. با یک وزنه در یک صفحه اصلاح می‌شود.

پویا — نقاط سنگین در دو انتهای مختلف و در طرف‌های متفاوت روتور قرار دارند. روتور نه‌تنها ارتعاش می‌کند، بلکه هنگام چرخش “تلوتلو می‌خورد”. وزنه‌هایی در دو صفحه لازم است. این حالت را نمی‌توان به‌صورت استاتیک تشخیص داد: با چرخاندن روتور به اندازه 90 درجه، دو وزنه به نظر یکدیگر را خنثی می‌کنند، اما در حین حرکت هر نقطه سنگین به سمت خود می‌کشد.

یک صفحه یا دو صفحه؟

• One plane — روتورهای باریک (دیسک‌ها، پولی‌ها، پروانه‌های باریک). قاعده سرانگشتی ISO 21940-11: اگر عرض روتور کمتر از نصف قطر آن باشد (نسبت تقریبی 1:2؛ در عمل پشتیبانی نسبت 1:3 را توصیه می‌کند) — یک صفحه کافی است.
• دو هواپیما — روتورهای بلند (درام‌های موالچر، شفت‌ها، روتورهای کمباین، فن‌ها در 3000 rpm و بالاتر). عدم توازن در دو انتهای روتور بر یکدیگر تأثیر متقابل دارد، بنابراین دستگاه دو کانال را همزمان اندازه‌گیری می‌کند (سنسورهای X1 و X2) و هر دو وزنه را به‌طور همزمان محاسبه می‌کند.

درجه‌های کیفیت بالانس G (ISO 1940 / ISO 21940-11)

عدم توازن باقیمانده بر حسب گرم·میلی‌متر بر اساس درجه‌های G مشخص می‌شود:

هرچه RPM بالاتر و روتور کوچک‌تر باشد — درجه سخت‌گیرانه‌تر است. نرم‌افزار Balanset دارای یک محاسبه‌گر تلورانس است: جرم روتور، RPM و درجه G را وارد کنید — مقدار عدم توازن باقیمانده مجاز را بر حسب g·mm در هر صفحه برمی‌گرداند. نمونه واقعی: یک روتور 80 کیلوگرمی در 3000 rpm، G6.3 → تلورانس ≈ 802 g·mm در هر صفحه.

دو سیستم ارزیابی را با هم اشتباه نگیرید:

• mm/s (سرعت ارتعاش) — ارزیابی ماشین مونتاژشده در محل، طبق ISO 10816/20816؛
• گرم·میلی‌متر (عدم توازن باقیمانده) — ارزیابی خود روتور، طبق ISO 1940/21940. دستگاه‌های بالانس با g·mm کار می‌کنند؛ بالانس میدانی معمولاً mm/s را زیر نظر دارد.

واژه‌نامه مختصر