Bagian I: Landasan Teoritis dan Regulasi Penyeimbangan Dinamis

Penyeimbangan dinamis lapangan merupakan salah satu operasi kunci dalam teknologi penyesuaian getaran, yang bertujuan untuk memperpanjang masa pakai peralatan industri dan mencegah situasi darurat. Penggunaan instrumen portabel seperti Balanset-1A memungkinkan operasi ini dilakukan langsung di lokasi operasi, meminimalkan waktu henti dan biaya yang terkait dengan pembongkaran. Namun, penyeimbangan yang sukses tidak hanya membutuhkan kemampuan untuk mengoperasikan instrumen tersebut, tetapi juga pemahaman yang mendalam tentang proses fisik yang mendasari getaran, serta pengetahuan tentang kerangka regulasi yang mengatur kualitas pekerjaan.

Prinsip metodologi ini didasarkan pada pemasangan pemberat uji dan perhitungan koefisien pengaruh ketidakseimbangan. Sederhananya, instrumen ini mengukur getaran (amplitudo dan fase) rotor yang berputar, setelah itu pengguna secara berurutan menambahkan pemberat uji kecil pada bidang tertentu untuk "mengkalibrasi" pengaruh massa tambahan terhadap getaran. Berdasarkan perubahan amplitudo dan fase getaran, instrumen secara otomatis menghitung massa dan sudut pemasangan pemberat korektif yang diperlukan untuk menghilangkan ketidakseimbangan.

Pendekatan ini menerapkan apa yang disebut metode tiga kali jalan Untuk penyeimbangan dua bidang: pengukuran awal dan dua kali pengujian dengan beban percobaan (satu di setiap bidang). Untuk penyeimbangan satu bidang, dua kali pengujian biasanya sudah cukup - tanpa beban dan dengan satu beban percobaan. Pada instrumen modern, semua perhitungan yang diperlukan dilakukan secara otomatis, sehingga sangat menyederhanakan proses dan mengurangi persyaratan kualifikasi operator.

Bagian 1.1: Fisika Ketidakseimbangan: Analisis Mendalam

Inti dari setiap getaran pada peralatan berputar adalah ketidakseimbangan, atau ketidakseimbangan. Ketidakseimbangan adalah kondisi di mana massa rotor terdistribusi secara tidak merata relatif terhadap sumbu rotasinya. Distribusi yang tidak merata ini menyebabkan munculnya gaya sentrifugal, yang pada gilirannya menyebabkan getaran pada penyangga dan seluruh struktur mesin. Konsekuensi dari ketidakseimbangan yang tidak ditangani dapat berakibat fatal: mulai dari keausan dini dan kerusakan bantalan hingga kerusakan pada fondasi dan mesin itu sendiri. Untuk diagnosis dan eliminasi ketidakseimbangan yang efektif, perlu dibedakan secara jelas jenis-jenisnya.

Jenis-jenis Ketidakseimbangan

Ketidakseimbangan statis (bidang tunggal): Ketidakseimbangan jenis ini ditandai dengan perpindahan pusat massa rotor yang sejajar dengan sumbu rotasi. Dalam keadaan statis, rotor semacam itu, yang terpasang pada prisma horizontal, akan selalu berputar dengan sisi berat menghadap ke bawah. Ketidakseimbangan statis dominan pada rotor tipis berbentuk cakram dengan rasio panjang terhadap diameter (L/D) kurang dari 0,25, misalnya, roda gerinda atau impeler kipas yang sempit. Penghapusan ketidakseimbangan statis dimungkinkan dengan memasang satu pemberat korektif pada satu bidang koreksi, yang berlawanan arah dengan titik pemberat.

Ketidakseimbangan pasangan (momen): Jenis ini terjadi ketika sumbu utama inersia rotor berpotongan dengan sumbu rotasi di pusat massa tetapi tidak sejajar dengannya. Ketidakseimbangan pasangan dapat direpresentasikan sebagai dua massa tidak seimbang yang sama besarnya tetapi berlawanan arah dan terletak pada bidang yang berbeda. Dalam keadaan statis, rotor tersebut berada dalam kesetimbangan, dan ketidakseimbangan tersebut hanya muncul selama rotasi dalam bentuk "goyangan" atau "goyangan". Untuk mengimbanginya, diperlukan pemasangan setidaknya dua pemberat korektif pada dua bidang yang berbeda, yang menciptakan momen kompensasi.

Ketidakseimbangan dinamis: Ini adalah jenis ketidakseimbangan yang paling umum dalam kondisi nyata, yang merupakan kombinasi ketidakseimbangan statis dan kopel. Dalam hal ini, sumbu pusat utama inersia rotor tidak berimpit dengan sumbu rotasi dan tidak berpotongan dengannya di pusat massa. Untuk menghilangkan ketidakseimbangan dinamis, koreksi massa diperlukan setidaknya pada dua bidang. Instrumen dua saluran seperti Balanset-1A dirancang khusus untuk mengatasi masalah ini.

Ketidakseimbangan kuasi-statis: Ini adalah kasus khusus ketidakseimbangan dinamis di mana sumbu utama inersia berpotongan dengan sumbu rotasi tetapi tidak pada pusat massa rotor. Perbedaan ini halus namun penting untuk mendiagnosis sistem rotor yang kompleks.

Rotor Kaku dan Fleksibel: Perbedaan Kritis

Salah satu konsep dasar dalam penyeimbangan adalah perbedaan antara rotor kaku dan fleksibel. Perbedaan ini menentukan kemungkinan dan metodologi penyeimbangan yang sukses.

Rotor kaku: Sebuah rotor dianggap kaku jika frekuensi rotasi operasinya jauh lebih rendah daripada frekuensi kritis pertamanya, dan tidak mengalami deformasi elastis (defleksi) yang signifikan di bawah aksi gaya sentrifugal. Penyeimbangan rotor semacam itu biasanya berhasil dilakukan dalam dua bidang koreksi. Instrumen Balanset-1A terutama dirancang untuk bekerja dengan rotor kaku.

Rotor fleksibel: Sebuah rotor dianggap fleksibel jika beroperasi pada frekuensi rotasi yang mendekati atau melebihi salah satu frekuensi kritisnya. Dalam hal ini, defleksi poros elastis menjadi sebanding dengan perpindahan pusat massa dan berkontribusi secara signifikan terhadap getaran keseluruhan.

Sebelum memulai pekerjaan, sangat penting untuk mengklasifikasikan rotor dengan menghubungkan kecepatan operasinya dengan frekuensi kritis yang diketahui (atau dihitung). Jika tidak memungkinkan untuk menghindari resonansi, disarankan untuk sementara mengubah kondisi pemasangan unit selama penyeimbangan untuk menggeser resonansi.

Bagian 1.2: Kerangka Regulasi: Standar ISO

Standar di bidang penyeimbangan menjalankan beberapa fungsi kunci: menetapkan terminologi teknis yang seragam, mendefinisikan persyaratan kualitas, dan yang terpenting, berfungsi sebagai dasar untuk kompromi antara kebutuhan teknis dan kelayakan ekonomi.

ISO 1940-1-2007 (ISO 1940-1): Persyaratan Mutu untuk Menyeimbangkan Rotor Kaku

Standar ini merupakan dokumen dasar untuk menentukan ketidakseimbangan residu yang diizinkan. Standar ini memperkenalkan konsep tingkat kualitas penyeimbangan (G), yang bergantung pada jenis mesin dan frekuensi putaran operasinya.

Kelas kualitas G: Setiap jenis peralatan memiliki tingkat kualitas tertentu yang tetap konstan terlepas dari kecepatan putarannya. Misalnya, tingkat kualitas G6.3 direkomendasikan untuk crusher, dan G2.5 untuk armatur motor listrik dan turbin.

Perhitungan ketidakseimbangan sisa yang diizinkan (U_per): Standar ini memungkinkan penghitungan nilai ketidakseimbangan tertentu yang diizinkan, yang berfungsi sebagai indikator target selama penyeimbangan. Penghitungan dilakukan dalam dua tahap:

1. Penentuan ketidakseimbangan spesifik yang diizinkan (e_per) menggunakan rumus:
   e per = (G × 9549) / n
   di mana G adalah tingkat kualitas keseimbangan (misalnya, 2,5), n adalah frekuensi putaran operasi, rpm. Satuan pengukuran untuk e_per adalah g·mm/kg atau μm.
2. Penentuan ketidakseimbangan sisa yang diizinkan (U_per) untuk seluruh rotor:
   U per = e per × M
   di mana M adalah massa rotor, kg. Satuan ukuran untuk U_per adalah g·mm.

ISO 20806-2007 (ISO 20806): Penyeimbangan di Tempat

Standar ini secara langsung mengatur proses penyeimbangan lapangan.

Keuntungan: Keuntungan utama dari penyeimbangan di tempat adalah bahwa rotor diseimbangkan dalam kondisi operasi nyata, pada penyangganya dan di bawah beban operasi. Hal ini secara otomatis memperhitungkan sifat dinamis dari sistem penyangga dan pengaruh komponen rangkaian poros yang terhubung.

Kekurangan dan keterbatasan:

• Akses terbatas: Seringkali akses ke bidang koreksi pada mesin yang sudah dirakit sulit, sehingga membatasi kemungkinan untuk pemasangan beban.
• Kebutuhan untuk uji coba: Proses penyeimbangan memerlukan beberapa siklus "mulai-berhenti" pada mesin.
• Kesulitan dengan ketidakseimbangan yang parah: Dalam kasus ketidakseimbangan awal yang sangat besar, keterbatasan pada pemilihan bidang dan massa berat korektif mungkin tidak memungkinkan tercapainya kualitas keseimbangan yang diperlukan.

Bagian II: Panduan Praktis Penyeimbangan dengan Instrumen Balanset-1A

Keberhasilan penyeimbangan (80%) bergantung pada ketelitian persiapan. Sebagian besar kegagalan bukan disebabkan oleh malfungsi instrumen, melainkan karena mengabaikan faktor-faktor yang memengaruhi pengulangan pengukuran. Prinsip utama persiapan adalah menyingkirkan semua kemungkinan sumber getaran lain sehingga instrumen hanya mengukur efek ketidakseimbangan.

Bagian 2.1: Fondasi Kesuksesan: Diagnostik Pra-Penyeimbangan dan Persiapan Mesin

Langkah 1: Diagnostik Getaran Primer (Apakah benar-benar ketidakseimbangan?)

Sebelum melakukan penyeimbangan, ada baiknya melakukan pengukuran getaran awal dalam mode vibrometer. Perangkat lunak Balanset-1A memiliki mode "Pengukur Getaran" (tombol F5) di mana Anda dapat mengukur getaran keseluruhan dan secara terpisah komponen pada frekuensi rotasi (1×) sebelum memasang beban apa pun.

Tanda ketidakseimbangan klasik: Spektrum getaran harus didominasi oleh puncak pada frekuensi putar rotor (puncak pada frekuensi 1x RPM). Amplitudo komponen ini dalam arah horizontal dan vertikal harus sebanding, dan amplitudo harmonik lainnya harus jauh lebih rendah.

Tanda-tanda cacat lainnya: Jika spektrum mengandung puncak signifikan pada frekuensi lain (misalnya, 2x, 3x RPM) atau pada frekuensi non-multipel, ini menunjukkan adanya masalah lain yang harus dihilangkan sebelum penyeimbangan.

Langkah 2: Inspeksi Mekanis Komprehensif (Daftar Periksa)

• Rotor: Bersihkan seluruh permukaan rotor secara menyeluruh dari kotoran, karat, dan sisa produk yang menempel. Bahkan sedikit kotoran pada radius yang besar dapat menyebabkan ketidakseimbangan yang signifikan. Periksa apakah ada bagian yang rusak atau hilang.
• Bantalan: Periksa rakitan bantalan untuk mengetahui adanya kelonggaran yang berlebihan, suara yang tidak wajar, dan panas berlebih. Bantalan yang aus tidak akan memungkinkan diperolehnya pembacaan yang stabil.
• Pondasi dan rangka: Pastikan unit dipasang pada fondasi yang kokoh. Periksa kekencangan baut jangkar, dan pastikan tidak ada retakan pada rangka.
• Menyetir: Untuk penggerak sabuk, periksa tegangan dan kondisi sabuk. Untuk sambungan kopling - periksa keselarasan poros.
• Keamanan: Pastikan keberadaan dan kemudahan servis semua pelindung.

Bagian 2.2: Pengaturan dan Konfigurasi Instrumen

Instalasi Perangkat Keras

Sensor getaran (akselerometer):

• Hubungkan kabel sensor ke konektor instrumen yang sesuai (misalnya, X1 dan X2 untuk Balanset-1A).
• Pasang sensor pada rumah bantalan sedekat mungkin dengan rotor.
• Praktik utama: Untuk mendapatkan sinyal maksimum, sensor harus dipasang ke arah di mana getaran paling besar. Gunakan alas magnet yang kuat atau dudukan berulir untuk memastikan kontak yang kokoh.

Sensor fase (takometer laser):

• Hubungkan sensor ke input khusus (X3 untuk Balanset-1A).
• Tempelkan sepotong kecil pita reflektif pada poros atau bagian berputar lainnya dari rotor.
• Pasang tachometer sedemikian rupa sehingga sinar laser mengenai tanda secara stabil sepanjang putaran penuh.

Konfigurasi Perangkat Lunak (Balanset-1A)

• Luncurkan perangkat lunak (sebagai administrator) dan hubungkan modul antarmuka USB.
• Masuk ke modul penyeimbangan. Buat catatan baru untuk unit yang sedang diseimbangkan.
• Pilih jenis penyeimbangan: 1 bidang (statis) untuk rotor sempit atau 2 bidang (dinamis) untuk sebagian besar kasus lainnya.
• Tentukan bidang koreksi: pilih tempat pada rotor di mana bobot koreksi dapat dipasang dengan aman.

Bagian 2.3: Prosedur Penyeimbangan: Panduan Langkah demi Langkah

Jalankan 0: Pengukuran awal

• Nyalakan mesin dan stabilkan kecepatannya. Sangat penting bahwa kecepatan putaran tetap sama di semua putaran berikutnya.
• Dalam program tersebut, mulailah pengukuran. Instrumen akan merekam nilai amplitudo dan fase getaran awal.

Jalankan 1: Berat uji pada bidang 1

• Hentikan mesinnya.
• Pemilihan berat uji: Massa beban percobaan harus cukup untuk menyebabkan perubahan yang nyata pada parameter getaran (perubahan amplitudo minimal 20-30% ATAU perubahan fasa minimal 20-30 derajat).
• Pemasangan beban uji: Pasang beban percobaan yang telah ditimbang dengan aman pada radius yang diketahui di bidang 1. Catat posisi sudutnya.
• Nyalakan mesin pada kecepatan stabil yang sama.
• Lakukan pengukuran kedua.
• Hentikan mesin dan LEPASKAN beban percobaan.

Jalankan 2: Berat uji pada bidang 2 (untuk penyeimbangan 2 bidang)

• Ulangi persis prosedur dari langkah 2, tetapi pasang beban percobaan di bidang 2.
• Mulai, ukur, berhenti dan LEPASKAN beban percobaan.

Perhitungan dan pemasangan bobot korektif

• Berdasarkan perubahan vektor yang tercatat selama uji coba, program akan secara otomatis menghitung massa dan sudut pemasangan bobot korektif untuk setiap pesawat.
• Sudut pemasangan biasanya diukur dari lokasi berat uji searah putaran rotor.
• Pasang beban korektif permanen dengan aman. Saat menggunakan pengelasan, ingatlah bahwa hasil pengelasan itu sendiri juga memiliki massa.

Tahap 3: Verifikasi pengukuran dan penyeimbangan halus

• Nyalakan mesin lagi.
• Lakukan pengukuran kontrol untuk menilai tingkat getaran sisa.
• Bandingkan nilai yang diperoleh dengan toleransi yang dihitung menurut ISO 1940-1.
• Jika getaran masih melebihi batas toleransi, instrumen akan menghitung koreksi "halus" (trim) kecil.
• Setelah selesai, simpan laporan dan koefisien pengaruh untuk kemungkinan penggunaan di masa mendatang.

Bagian III: Pemecahan Masalah dan Pemecahan Masalah Lanjutan

Bagian ini dikhususkan untuk aspek paling rumit dari penyeimbangan lapangan - situasi di mana prosedur standar tidak membuahkan hasil.

Bagian 3.1: Diagnosis dan Mengatasi Ketidakstabilan Pengukuran

Gejala: Selama pengukuran berulang dalam kondisi yang identik, pembacaan amplitudo dan/atau fase berubah secara signifikan ("mengambang", "melompat"). Hal ini membuat perhitungan koreksi menjadi mustahil.

Akar permasalahan: Instrumen tersebut tidak mengalami kerusakan. Instrumen tersebut secara akurat melaporkan bahwa respons getaran sistem tidak stabil dan tidak dapat diprediksi.

Algoritma diagnostik sistematis:

• Kelonggaran mekanis: Ini adalah penyebab yang paling sering terjadi. Periksa kekencangan baut pemasangan rumah bantalan, baut jangkar rangka. Periksa apakah ada retakan pada fondasi atau rangka.
• Cacat bantalan: Celah internal yang berlebihan pada bantalan gelinding atau keausan cangkang bantalan memungkinkan poros bergerak secara tidak beraturan di dalam penyangga.
• Ketidakstabilan terkait proses:
  • Aerodinamis (kipas): Aliran udara turbulen, pemisahan aliran dari bilah dapat menyebabkan efek gaya acak.
  • Hidrolik (pompa): Kavitasi menciptakan guncangan hidrolik yang kuat dan acak yang menutupi sinyal periodik dari ketidakseimbangan.
  • Pergerakan massa internal (penghancur, penggilingan): Material dapat terdistribusi ulang di dalam rotor, bertindak sebagai "ketidakseimbangan bergerak".
• Resonansi: Jika kecepatan operasi sangat dekat dengan frekuensi alami struktur, bahkan sedikit variasi kecepatan pun dapat menyebabkan perubahan besar pada amplitudo dan fase getaran.
• Efek termal: Saat mesin memanas, pemuaian termal dapat menyebabkan poros bengkok atau perubahan kesejajaran.

Bagian 3.2: Ketika Penyeimbangan Tidak Membantu: Mengidentifikasi Cacat Akar

Gejala: Prosedur penyeimbangan telah dilakukan, pembacaan stabil, tetapi getaran akhir tetap tinggi.

Menggunakan penganalisis spektrum untuk diagnosis diferensial:

• Ketidaksejajaran poros: Tanda utama - puncak getaran tinggi pada frekuensi 2x RPM. Getaran aksial yang tinggi merupakan karakteristiknya.
• Cacat bantalan gelinding: Termanifestasi sebagai getaran frekuensi tinggi pada frekuensi "bantalan" karakteristik (BPFO, BPFI, BSF, FTF).
• Busur poros: Termanifestasi sebagai puncak tinggi pada 1x RPM tetapi sering disertai dengan komponen yang terlihat jelas pada 2x RPM.
• Masalah kelistrikan (motor listrik): Asimetri medan magnet dapat menyebabkan getaran pada dua kali frekuensi suplai (100 Hz untuk jaringan 50 Hz).

Kesalahan Umum dalam Penyeimbangan dan Tips Pencegahan

• Menyeimbangkan rotor yang rusak atau kotor: Selalu periksa kondisi mekanisme sebelum melakukan penyeimbangan.
• Berat uji terlalu kecil: Usahakan untuk mengikuti aturan perubahan getaran 20-30%.
• Ketidakpatuhan terhadap konsistensi rezim: Selalu pertahankan kecepatan rotasi yang stabil dan identik selama semua pengukuran.
• Kesalahan fase dan tanda: Pantau penentuan sudut dengan cermat. Sudut beban korektif biasanya diukur dari posisi beban percobaan searah rotasi.
• Pemasangan yang salah atau kehilangan beban: Ikuti metodologi dengan ketat - jika mengharuskan untuk menghilangkan beban percobaan, hilangkanlah.

Menyeimbangkan Standar Kualitas

Bagian IV: Pertanyaan Umum dan Catatan Aplikasi

Bagian 4.1: Pertanyaan Umum yang Sering Diajukan (FAQ)

Kapan sebaiknya menggunakan penyeimbangan 1 bidang dan kapan menggunakan penyeimbangan 2 bidang?
Gunakan penyeimbangan 1 bidang (statis) untuk rotor berbentuk cakram sempit (rasio L/D < 0,25). Gunakan penyeimbangan 2 bidang (dinamis) untuk hampir semua rotor lainnya, terutama dengan L/D > 0.25.

Apa yang harus dilakukan jika berat uji menyebabkan peningkatan getaran yang berbahaya?
Segera hentikan mesin. Ini berarti beban percobaan dipasang terlalu dekat dengan titik berat yang sudah ada. Solusinya: pindahkan beban percobaan 180 derajat dari posisi semula.

Bisakah koefisien pengaruh yang disimpan digunakan untuk mesin lain?
Ya, tetapi hanya jika mesin lainnya benar-benar identik - model yang sama, rotor yang sama, fondasi yang sama, bantalan yang sama. Perubahan apa pun pada kekakuan struktural akan membuat keduanya tidak valid.

Bagaimana cara menghitung alur pasak? (ISO 8821)
Praktik standar adalah menggunakan "pasak setengah" pada alur pasak poros saat menyeimbangkan tanpa bagian pasangannya. Ini mengkompensasi massa bagian pasak yang mengisi alur pada poros.

Bagian 4.2: Panduan Penyeimbangan untuk Jenis Peralatan Tertentu

Kipas industri dan penghisap asap:

• Masalah: Paling rentan terhadap ketidakseimbangan karena penumpukan produk pada mata pisau atau keausan abrasif.
• Prosedur: Selalu bersihkan impeler secara menyeluruh sebelum memulai pekerjaan. Perhatikan gaya aerodinamis yang dapat menyebabkan ketidakstabilan.

Pompa:

• Masalah: Musuh utama - kavitasi.
• Prosedur: Sebelum melakukan balancing, pastikan margin kavitasi yang cukup pada saluran masuk (NPSHa). Periksa apakah saluran hisap tidak tersumbat.

Penghancur, penggiling, dan pencacah:

• Masalah: Keausan ekstrem, kemungkinan perubahan ketidakseimbangan besar akibat kerusakan atau keausan palu.
• Prosedur: Periksa integritas dan pemasangan elemen kerja. Pengikatan rangka mesin tambahan mungkin diperlukan.

Angker motor listrik:

• Masalah: Mungkin memiliki sumber getaran mekanis dan listrik.
• Prosedur: Gunakan penganalisis spektrum untuk memeriksa getaran pada dua kali frekuensi catu daya. Kehadirannya menunjukkan kerusakan listrik, bukan ketidakseimbangan.

Kesimpulan

Penyeimbangan dinamis rotor di tempat menggunakan instrumen portabel seperti Balanset-1A merupakan alat yang ampuh untuk meningkatkan keandalan dan efisiensi pengoperasian peralatan industri. Namun, keberhasilan prosedur ini tidak begitu bergantung pada instrumen itu sendiri, melainkan pada kualifikasi spesialis dan kemampuan untuk menerapkan pendekatan sistematis.

Prinsip-prinsip utama:

• Persiapan menentukan hasil: Pembersihan rotor secara menyeluruh, pemeriksaan kondisi bantalan dan fondasi, serta diagnosis getaran awal merupakan syarat wajib untuk keberhasilan penyeimbangan.
• Kepatuhan terhadap standar adalah dasar dari kualitas: Penerapan ISO 1940-1 mengubah penilaian subjektif menjadi hasil yang objektif, terukur, dan memiliki signifikansi hukum.
• Alat ini bukan hanya penyeimbang tetapi juga alat diagnostik: Ketidakmampuan menjaga keseimbangan atau ketidakstabilan dalam membaca merupakan tanda diagnostik penting yang mengindikasikan masalah yang lebih serius.
• Memahami fisika proses adalah kunci untuk memecahkan tugas-tugas nonstandar: Pengetahuan tentang perbedaan antara rotor kaku dan fleksibel, serta pemahaman tentang pengaruh resonansi memungkinkan para spesialis untuk membuat keputusan yang tepat.

Dengan mengikuti rekomendasi yang diuraikan dalam panduan ini, para spesialis teknis tidak hanya akan berhasil mengatasi tugas-tugas tipikal, tetapi juga secara efektif mendiagnosis dan memecahkan masalah kompleks dan tidak sepele terkait getaran peralatan berputar.