ضربان در تحلیل ارتعاش: علل و شناسایی

تعریف: ضرب ارتعاشی چیست؟

در زمینه تحلیل ارتعاش، یک ضرب و شتم یا کتک زدن پدیده‌ای متمایز است که با افزایش و کاهش دوره‌ای دامنه سیگنال ارتعاش مشخص می‌شود. این مدولاسیون زمانی رخ می‌دهد که دو سیگنال ارتعاش جداگانه با فرکانس‌های بسیار نزدیک، اما نه یکسان، همزمان وجود داشته باشند و با یکدیگر ترکیب شوند. شکل موج زمانی حاصل مانند یک موج سینوسی واحد به نظر می‌رسد که دامنه آن به آرامی در یک الگوی ریتمیک افزایش و کاهش می‌یابد.

فیزیک پشت ضرب و شتم

ضربان نتیجه تداخل سازنده و مخرب است. هنگامی که قله‌های دو موج ارتعاش همسو می‌شوند (هم‌فاز)، دامنه‌های آنها با هم جمع می‌شوند و در نتیجه دامنه کلی بالاتری ایجاد می‌شود. هنگامی که قله یک موج با قعر موج دیگر همسو می‌شود (غیرهم‌فاز)، آنها یکدیگر را خنثی می‌کنند و در نتیجه دامنه کلی کمتری ایجاد می‌شود. این چرخه مداوم تقویت و حذف، الگوی صدا و ارتعاش "ضربان" یا "طنین" مشخصه را ایجاد می‌کند.

فرکانس این مدولاسیون دامنه، که به عنوان ... شناخته می‌شود فرکانس ضربان، برابر با اختلاف مطلق بین دو فرکانس منبع است.

فرکانس ضربان = |فرکانس ۱ – فرکانس ۲|

برای مثال، اگر دو دستگاه ارتعاشاتی با فرکانس‌های ۲۹.۵ هرتز و ۳۰.۵ هرتز تولید کنند، فرکانس ضربان حاصل |۲۹.۵ – ۳۰.۵| = ۱.۰ هرتز خواهد بود. این بدان معناست که دامنه کلی ارتعاش هر ثانیه یک بار افزایش و کاهش می‌یابد.

علل رایج ضربه خوردن در ماشین آلات صنعتی

وجود فرکانس ضربان یک سرنخ تشخیصی ارزشمند است زیرا به وجود دو فرکانس محرک نزدیک به هم اشاره دارد. منابع رایج در محیط‌های صنعتی عبارتند از:

• چندین ماشین روی یک ساختار مشترک: کلاسیک‌ترین مثال، دو پمپ یا فن با طرح‌های یکسان است که روی یک پلتفرم یا سیستم لوله‌کشی کار می‌کنند. اگر سرعت عملکرد آنها کمی متفاوت باشد (مثلاً ۱۷۸۰ دور در دقیقه و ۱۷۸۵ دور در دقیقه)، ضربانی با فرکانس پایین تولید می‌کنند.
• موتورهای الکتریکی: ضربان می‌تواند بین فرکانس چرخشی موتور و یک فرکانس الکتریکی، مانند فرکانس عبور قطب در یک موتور القایی، رخ دهد.
• پمپ‌ها یا کمپرسورهای چند مرحله‌ای: تعامل بین مراحل مختلف که با سرعت‌های مؤثر کمی متفاوت اجرا می‌شوند.
• گیربکس‌ها: برهمکنش بین دو چرخ‌دنده با تعداد دندانه‌های مشابه.
• ضربان‌های هیدرولیکی یا آیرودینامیکی: برهمکنش بین دو منبع مختلف آشفتگی مرتبط با جریان.

چگونه ضربان را در داده‌های ارتعاشی شناسایی کنیم

تحلیل شکل موج زمانی

شکل موج زمانی، مستقیم‌ترین راه برای مشاهده ضربان است. سیگنال، الگوی واضح و تکرارشونده‌ای از مدولاسیون دامنه را نشان می‌دهد. زمان بین دو اوج (یا حضیض) دامنه متوالی، دوره تناوب فرکانس ضربان است.

تحلیل طیف فرکانسی (FFT)

در طیف فرکانسی، یک ضربان به صورت زیر ظاهر می‌شود دو قله مجزا که بسیار نزدیک به یکدیگر قرار دارندیک تبدیل فوریه سریع استاندارد (FFT) ممکن است وضوح کافی برای جداسازی آنها نداشته باشد و باعث شود که آنها به صورت یک پیک پهن و واحد ظاهر شوند. برای تشخیص صحیح یک ضربان، تحلیلگر باید از یک تبدیل فوریه سریع با وضوح بالا (با افزایش تعداد خطوط طیفی) استفاده کند. این کار به وضوح دو مؤلفه فرکانسی جداگانه که باعث ضربان می‌شوند را تفکیک می‌کند.

آیا کتک زدن مشکلی ایجاد می‌کند؟

ضربان قلب به خودی خود یک عیب نیست، بلکه نشانه‌ای از تداخل فرکانس‌ها است. با این حال، می‌تواند مشکل‌ساز باشد:

• سر و صدای مزاحم: صدای بالا و پایین رونده می‌تواند برای پرسنل قابل توجه‌تر و آزاردهنده‌تر از یک صدای ثابت باشد.
• نگرانی‌های مربوط به دامنه اوج: حداکثر دامنه در طول فاز تداخل سازنده می‌تواند تقریباً دو برابر دامنه سیگنال‌های منفرد باشد. این سطح اوج ممکن است از محدوده هشدار فراتر رود یا باعث ایجاد تنش بیش از حد بر روی اجزا شود، حتی اگر میانگین ارتعاش قابل قبول باشد.
• پنهان کردن سایر مسائل: سیگنال نوسانی گاهی اوقات می‌تواند شناسایی سایر مشکلات اساسی ارتعاش را دشوار کند.

حل یک ضربان مشکل‌ساز معمولاً شامل شناسایی دو فرکانس منبع و تلاش برای تغییر سرعت یکی از ماشین‌ها یا اعمال میرایی برای کاهش پیک‌های دامنه است.

← بازگشت به فهرست اصلی