Nozioni di base sulla vibrazione in linguaggio semplice

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Questo capitolo contiene la teoria minima necessaria per lavorare con il Balanset-1A in modo consapevole, e non limitarsi a premere pulsanti.

Cos'è la vibrazione e perché la macchina vibra

Qualsiasi rotore in rotazione (un tamburo di trinciatrice, una girante di ventilatore, un albero) ha idealmente il proprio centro di massa esattamente sull'asse di rotazione. In realtà esiste sempre un piccolo spostamento di massa — squilibrio. Mentre il rotore gira, il “punto pesante” lo tira lateralmente ad ogni giro, creando una forza centrifuga che fa vibrare la macchina alla frequenza di rotazione.

Importante: lo squilibrio è solo una delle cause della vibrazione. Una macchina vibra anche a causa di:

• gioco e usura dei cuscinetti,
• disallineamento dell'albero (giunti, cinghie),
• cricche ed elementi di fissaggio allentati (bulloni, telaio),
• un albero piegato,
• risonanza strutturale,
• forze aerodinamiche ed elettromagnetiche (ventilatori, inverter a frequenza variabile).

L'equilibratura elimina solo lo squilibrio. Tutto il resto deve essere riparato, non equilibrato. Da qui la regola d'oro: il dispositivo non può “eliminare con l'equilibratura” una macchina guasta.

In cosa si misura la vibrazione

Il Balanset-1A misura velocità di vibrazione — il valore RMS in mm/s. Questa è la grandezza standard per valutare le condizioni della macchina nell'intervallo di frequenza di lavoro.

Una scala approssimativa di valutazione rapida (basata su ISO 10816/20816, dettagli nel capitolo 06):

Per le macchine agricole (trinciatrici, falciatrici) i limiti sono più morbidi: fino a 4,8 mm/s va bene, fino a 7,1 mm/s su supporti morbidi, e considerando le condizioni di lavoro “sotto 8 mm/s è già un buon risultato”.

Frequenza, RPM e armoniche

Supponiamo che un rotore giri a 3000 rpm. Sono 50 giri al secondo = 50 Hz. La vibrazione si scompone in componenti di frequenza — lo spettro (FFT). Lo spettro mostra “chi sta causando la vibrazione”:

• 1x (frequenza di rotazione) — la firma classica dello squilibrio. Questa è la componente che l'equilibratura riduce.
• 2x, 3x (seconda, terza armonica) — più spesso disallineamento dell'albero, elementi di fissaggio allentati, un albero piegato. Se 2x è superiore a 1x — è troppo presto per equilibrare; cercare prima disallineamento/gioco.
• Alte frequenze, “rumore” — difetti di cuscinetti e di ingranaggi.
• Basse frequenze non legate ai rpm — fondazione/supporti allentati, aerodinamica.
• Multipli della frequenza di rete (ad es. 6 × 50 Hz = 300 Hz) — interferenza elettromagnetica da un inverter a frequenza variabile. Test: spegnere l'inverter durante la decelerazione — se il picco scompare, è di natura elettrica, non meccanica.

Una regola pratica dell'assistenza tecnica: se un picco dello spettro si sposta proporzionalmente quando si cambiano i rpm — è un'armonica di rotazione; se resta fermo — è una risonanza strutturale o una fonte esterna.

Come si presenta sullo schermo:

Fase — “dove punta il punto pesante”

Oltre all'ampiezza il dispositivo misura la fase — l'angolo tra l'impulso del tachimetro (il segno riflettente che passa davanti al laser) e il massimo di vibrazione. La fase indica DOVE si trova lo squilibrio. Dalla variazione di ampiezza e fase dopo l'installazione di un peso di prova, il dispositivo calcola la massa e l'angolo del peso di correzione — metodo del coefficiente di influenza.

Conseguenze pratiche:

• il segno del tachimetro non deve essere riattaccato tra una prova e l'altra — lo “zero” della fase si sposta. Anche il tachimetro stesso non deve essere spostato o ripuntato;
• i rpm devono essere gli stessi in tutte le prove di una serie;
• la fase deve essere stabile da una prova all'altra (dispersione non superiore a ~10–20°). Se la fase oscilla — la misurazione non è affidabile; cercare una causa meccanica o una risonanza.

Risonanza — il peggior nemico dell'equilibratura

Ogni struttura (rotore + supporti + telaio) ha frequenze proprie. Se i rpm di esercizio coincidono con una frequenza propria, risonanza si verifica: la vibrazione sale bruscamente, la fase salta in modo incontrollato, i calcoli del dispositivo smettono di convergere e “il dispositivo continua a chiedere altro peso”.

Segni di risonanza:

• una piccola variazione dei rpm altera la vibrazione più volte;
• dopo l'installazione del peso calcolato, la vibrazione aumenta invece di diminuire;
• ampiezza e fase sono instabili in condizioni invariate.

Cosa fare: equilibrare a rpm diversi — di solito sotto la risonanza. La ricetta tipica per le trinciatrici: equilibratura grezza a 600–900 rpm, poi passaggio ai rpm di lavoro. Le versioni recenti del software dispongono di una grafico RunDown (decelerazione) — portare il rotore a regime, staccare la trasmissione e registrare la decelerazione: i picchi rivelano le frequenze di risonanza, e si sceglie il regime di equilibratura tra di esse.

Esempio reale: il rotore di un cliente non si equilibrava a 1600 rpm ma si equilibrava bene a 1000 rpm. La causa — una risonanza vicino a 1600.

Linearità, e perché si installa metà della massa

Il calcolo del dispositivo presuppone che il sistema sia lineare: doppio peso — doppia risposta. Sulle macchine rigide con una buona fondazione questo è vicino al vero. Ma una trinciatrice su un trattore, una macchina su supporti morbidi, o una struttura con gioco e cricche si comporta in modo non lineare: la risposta a un peso spesso non è proporzionale.

Da qui la regola verificata dalla pratica: installare 1/2 (sulle macchine in cattivo stato 1/3) della massa calcolata ed eseguire una prova di controllo. Il dispositivo affinerà quindi il resto. Questo è più veloce che risaldare un grosso peso che ha “superato” l'obiettivo.

Squilibrio statico e dinamico

Statico — il punto pesante si trova su un lato del rotore. Un rotore fermo su supporti liberi ruoterà da solo con il lato pesante verso il basso. Si corregge con un unico peso in un solo piano.

Dinamico — punti pesanti a estremità diverse e su lati diversi del rotore. Il rotore non si limita a vibrare, “oscilla” mentre gira. Sono necessari pesi in due piani. Non è rilevabile staticamente: ruotando il rotore di 90° i due pesi sembrano controbilanciarsi a vicenda, ma in movimento ogni punto pesante tira dalla propria parte.

Un piano o due?

• Un piano — rotori stretti (dischi, pulegge, giranti strette). Regola pratica ISO 21940-11: se la larghezza del rotore è inferiore alla metà del suo diametro (rapporto ~1:2; in pratica l'assistenza raccomanda 1:3) — un solo piano è sufficiente.
• Due aerei — rotori lunghi (tamburi di trinciatrice, alberi, rotori di mietitrebbia, ventilatori a 3000 rpm e oltre). Lo squilibrio alle due estremità del rotore si influenza reciprocamente, quindi il dispositivo misura due canali contemporaneamente (sensori X1 e X2) e calcola entrambi i pesi in un'unica volta.

Classi di qualità di equilibratura G (ISO 1940 / ISO 21940-11)

Lo squilibrio residuo è specificato in g-mm per classi G:

Più alti sono i rpm e più piccolo è il rotore — più stretta è la classe. Il software Balanset dispone di un calcolatore di tolleranza: si inseriscono massa del rotore, rpm e classe G — restituisce lo squilibrio residuo ammissibile in g·mm per piano. Esempio reale: un rotore da 80 kg a 3000 rpm, G6.3 → tolleranza ≈ 802 g·mm per piano.

Non confondere i due sistemi di valutazione:

• mm/s (velocità di vibrazione) — valutazione della macchina assemblata in loco, secondo ISO 10816/20816;
• g-mm (squilibrio residuo) — valutazione del rotore stesso, secondo ISO 1940/21940. Le macchine equilibratrici lavorano in g·mm; l'equilibratura sul campo generalmente osserva i mm/s.

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