آشنایی با عدم تعادل (نابالانسی) در ماشین آلات دوار
نامتعادل — به طور مبادلهای با عدم تعادل — وضعیتی است که در آن روتورمرکز جرم آن با محور چرخش منطبق نیست. جرم به طور نابرابر در اطراف میل توزیع شده است، بنابراین هنگامی که روتور میچرخد، این جرم دورتر از محور یک نیروی خالص ایجاد میکند نیروی گریز از مرکز که روتور را از مرکز خود دور میکند و کل دستگاه را متزلزل میکند. این انحراف مرکز جرم از مرکز هندسی، نامتعادلی روتور است گریز از مرکز، و ارتعاش ناشی از آن باعث میشود که نامتعادلی عامترین خرابی در ماشینهای دوار شود — و معمولاً اولین مورد است که یک تشخیصدهنده بررسی میکند.
1. تعریف: چه چیزی نیروی را ایجاد میکند
The disturbing force is centrifugal: F = m·r·ω², where m·r نامتعادلی (جرم دورتر از محور ضربدر شعاع آن) است و ω سرعت زاویهای است. دو نتیجه بلافاصله پیروی میکند. اولاً، نیرو با میل میچرخد، بنابراین در هر چرخش یک بار به بلبرینگها فشار میآورد. ثانیاً، با مربع سرعت مقیاس میشود — روتوری که با دست آهسته خوب احساس میشود میتواند در دور کامل سختتر شود، به همین دلیل کیفیت تعادل الزامات با افزایش سرعت کار تشدید میشوند. نامتعادلی به صورت جرم ضربدر شعاع کمّیسازی میشود، به طور معمول به گرممیلیمتر (g·mm)، زیرا هم میزان جرم دورتر از محور و هم فاصلهای که از محور دارد، نیروی ایجاد شده را تعیین میکند.
2. تشخیص نامتعادلی: الگوی کلاسیک
تشخیص نامتعادلی نسبتاً ساده است زیرا لرزش امضای آن بسیار قابلتوجه است — یکی از دلایل اصلی آن است که نقطه شروع طبیعی در تحلیل ارتعاشات:
- فرکانس: ارتعاش دقیقاً در 1× سرعت دورانی (the سرعت کارکرد). سرعت دستگاه را افزایش یا کاهش دهید و پیک کاملاً دنبال میکند.
- جهت: انرژی عمدتاً شعاعی — افقی و عمودی — با معمولاً کم محوری ارتعاش (محوری).
- دامنه: متناسب با مربع سرعت دورانی است، بنابراین دو برابر کردن سرعت تقریباً نیروی عدم تعادل را چهار برابر میکند و ارتعاش حاصل را نیز چهار برابر میکند.
- فاز: یک ضرب فاز خوانش پایدار و قابل تکرار است، که همین چیزی است که بقعه سنگین را قابلتعیین میسازد.
از آنجا که یک پیک غالب 1× همچنین میتواند از ناهمترازی, ، یک میل خمیده یا رزونانسناشی شود، یک تحلیلگر دقیق عدم تعادل را با whole الگو تأیید میکند: 1× بالا، پایین هارمونیک ها، عمدتاً انرژی شعاعی، و یک فاز پایدار. برعکس، یک مؤلفه 2× بزرگ تشخیص را به سمت نامرکزی یا شلشدگی مکانیکی.
3. سه نوع عدم تعادل
عدم تعادل استاتیک
همچنین به نام “عدم تعادل نیرو،” این سادهترین نوع است، جایی که جرم در یک صفحه تصحیح منفرد جابجا شده است — یک بقعه سنگین روی یک دیسک نازک را تصور کنید. این “ایستایی” است زیرا در حالت سکون آشکار میشود: چرخنده متوازن بر روی لبههای بدون اصطکاک، روتور تا زمانی میغلتد که بقعه سنگین در پایین آویزان شود. یک وزنه واحد در جای مقابل 180° بقعه سنگین میتواند آن را تصحیح کند، حوزه بالانس تک صفحهای.
عدم تعادل جفتی
دو بقعه سنگین برابر در انتهای مقابل روتور، 180° جدا از هم، خود را به عنوان یک نیروی خالص لغو میکنند اما زوج — یک لحظه تکاندهنده که روتور را انتها به انتها میپیچاند. چنین روتوری ایستایی متوازن است (بر روی لبههای بدون اصطکاک نخواهد غلتید) اما هنگام کار بسیار ارتعاش میکند، و برای لغو لحظه دو وزنه تصحیح در دو صفحه تصحیح جداگانه لازم است.
عدم تعادل دینامیکی
شرایطی که در تقریباً تمام ماشینهای واقعی یافت میشود، عدم تعادل دینامیکی اثرات ایستا و جفتی را ترکیب میکند. تصحیح آن نیازمند تغییرات جرم در حداقل دو صفحه تصحیح در طول روتور است — تعادل دینامیکی (دوصفحهای). جایی که اجزاء ایستا و جفتی اتفاقاً بهصورت زاویهای همتراز شوند، مورد خاص به نام عدم تعادل شبهایستا.
4. علل رایج
عدم تعادل ممکن است از صنعت منشأ گیرد یا در طول کار ایجاد شود. منابع متداول عبارتند از:
- نقصهای ساختوساز: تخلخل در قطعات ریختهگری، چگالی ناهموار مواد و تلرانسهای ماشینکاری.
- خطاهای مونتاژ: اجزای نادرستنصبشده، پیچهای نامتوازنسفتشده یا کلیدهای نامطابق.
- Wear and tear: فرسایش نابرابر، خوردگی یا پوشیدن بر روی پرههای فن و پمپ impellers.
- تجمع مواد: گرد و غبار، گل و لای یا محصول انباشتهشده بر روتورهای فنها، دمندهها و گریزازمرکزها.
- خرابی اجزاء: پرتاب وزن تعادل یا شکستن پره بهطور فوری عدم تعادل شدیدی ایجاد میکند.
5. چرا اصلاح عدم تعادل ضروری است
اگر ماشین با عدم تعادل قابلتوجهی کار کند، بهمرور زمان آسیب میبیند، زیرا بارهای نیروی چرخهای در هر دور ساختار را بار میزنند:
- خرابی زودرس یاتاقان: یاتاقانها تحت بارهای دینامیکی بالا قرار میگیرند و بهسرعت فرسایش مییابند.
- خستگی و شکاف: تنش تکراری تراکم مییابد خستگی آسیب در شفت، فونداسیون و اجزای اطراف.
- کاهش بهرهوری: انرژی بهجای نتیجه مفید بهعنوان ارتعاش و حرارت تلف میشود.
- خطرات ایمنی: در موارد شدید، عدم تعادل بسیار زیاد میتواند منجر به خرابی فاجعهبار شود.
۶. اصلاح عدم تعادل در محل کار
عدم تعادل از طریق یک روش سیستماتیک متعادل کردن حل میشود — یکی از مؤثرترین گامهای تکی برای بهبود قابلیت اطمینان ماشین. هدف صفر شدن عدم تعادل نیست، بلکه عدم تعادل کوچکی و تعریفشده عدم تعادل باقیمانده در محدوده تعریفشده. محدودیتهای پذیرفتهشده از درجه G system of ISO 21940-11 (که استاندارد قدیمیتر ISO 1940-1 را جایگزین کرد)؛ ارتعاش حاصل سپس بر اساس محدودیتهای شدت در ایزو ۲۰۸۱۶ (جانشین نوین ISO 10816) ارزیابی میشود. یک محاسبهی عدم توازن باقیمانده (ISO 21940-11) درجه انتخابشده و سرعت کاری را به مقدار g·mm مجاز برای هر صفحه تبدیل میکند.
در یک ماشین مونتاژشده، کار در محل انجام میشود نه در دستگاه متعادل کننده. یک دستگاه تجزیهکننده قابلحمل دوکاناله مانند بالانس-1a دامنه ۱X و فاز را اندازهگیری میکند و نقطه عدم تعادل روتور را محاسبه میکند ضرایب نفوذ از یک وزن آزمایشی، و جرم و زاویه هر وزن اصلاحی برای اصلاح یکصفحهای یا دوصفحهای را محاسبه میکند متعادل سازی میدان. از آنجایی که در بلبرینگهای ماشین در سرعت کاری عمل میکند، بیکوقت عدم تعادل را اصلاح میکند و تأیید میکند که عدم تعادل باقیمانده در درجه ISO انتخابشده قرار دارد.
