1. რა არის რეზონანსი?

სტრუქტურებისა და მანქანების უმეტესობა განიცდის ბუნებრივ რხევებს და, შესაბამისად, მათზე მოქმედ პერიოდულ გარე ძალებს შეუძლიათ რეზონანსის გამოწვევა. რეზონანსს ხშირად მოიხსენიებენ, როგორც ბუნებრივ სიხშირეზე ან კრიტიკულ სიხშირეზე რხევებს. რეზონანსი არის იძულებითი რხევების ამპლიტუდის მკვეთრი ზრდის ფენომენი., რაც ხდება მაშინ, როდესაც გარე აგზნების სიხშირე უახლოვდება სისტემის თვისებებით განსაზღვრულ რეზონანსულ სიხშირეებს. რხევის ამპლიტუდის ზრდა მხოლოდ რეზონანსის შედეგია - მიზეზი არის გარე (აგზნების) სიხშირის დამთხვევა ვიბრაციული სისტემის (როტორი-საკისარი) შიდა (ბუნებრივ) სიხშირესთან.

რეზონანსი არის ფენომენი, რომლის დროსაც აგზნების ძალის გარკვეული სიხშირის დროს ვიბრაციული სისტემა განსაკუთრებით მგრძნობიარე ხდება ამ ძალის მოქმედების მიმართ. სისტემის პარამეტრებმა, როგორიცაა დაბალი სიმტკიცე და/ან სუსტი დემპფერაცია, რომლებიც როტორულ მანქანაზე რეზონანსულ სიხშირეზე მოქმედებენ, შეიძლება გამოიწვიოს რეზონანსის წარმოქმნა. რეზონანსი არ იწვევს აუცილებლად მანქანის გაფუჭებას ან კომპონენტების გაუმართაობას, გარდა იმ შემთხვევებისა, როდესაც მანქანაში არსებული დეფექტები იწვევს ვიბრაციას, ან როდესაც ახლომდებარე დამონტაჟებული მანქანა "იწვევს" ვიბრაციას იმავე სიხშირით, როგორც ბუნებრივი სიხშირეები.

ეს შედარებადია ზარის ან დოლის რხევებთან. ზარის შემთხვევაში (სურ. 1), მისი მთელი ენერგია პოტენციურ ფორმაშია, როდესაც ის უძრავადაა და მისი ტრაექტორიის უმაღლეს წერტილებშია, ხოლო როდესაც ის მაქსიმალური სიჩქარით ყველაზე დაბალ წერტილს გაივლის, ენერგია კინეტიკურად გარდაიქმნება. პოტენციური ენერგია პროპორციულია ზარის მასისა და ამწევი ძალის სიმაღლისა ყველაზე დაბალ წერტილთან მიმართებაში; კინეტიკური ენერგია პროპორციულია მასისა და სიჩქარის კვადრატისა გაზომვის წერტილში. ანუ, თუ ზარს დააჭერთ, ის რეზონანსს მოახდენს კონკრეტულ სიხშირეზე (ან სიხშირეებზე). თუ ის უძრავ მდგომარეობაშია, ის არ ირხევა რეზონანსულ სიხშირეზე.

რეზონანსი მანქანის თვისებაა, მიუხედავად იმისა, მუშაობს თუ არა ის. უნდა აღინიშნოს, რომ ლილვის დინამიური სიმტკიცე მანქანის ბრუნვისას შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს მანქანის გაჩერების დროს არსებული სტატიკური სიმტკიცისგან, მაშინ როდესაც რეზონანსი მხოლოდ უმნიშვნელოდ იცვლება.

არსებობს დადგენილი წესი, რომელიც პრაქტიკულ გამოცდილებაზეა დაფუძნებული და რომელიც ამბობს, რომ მანქანის გამორთვის დროს (სამხრეთ მიმართულებით) გაზომილი რეზონანსული სიხშირეები დაახლოებით 20 პროცენტით დაბალია იძულებითი ვიბრაციის სიხშირეებთან შედარებით.. ცალკეული მანქანების შეკრებებისა და ნაწილების — როგორიცაა ლილვი, როტორი, კორპუსი და საძირკველი — რეზონანსული სიხშირეები მათი ბუნებრივი სიხშირეების რხევებია.

მანქანის დამონტაჟების შემდეგ, რეზონანსული სიხშირეების მნიშვნელობები შეიძლება შეიცვალოს სისტემის პარამეტრების (მასა, სიხისტე და დემპფერაცია) ცვლილებების გამო, რომლებიც მანქანის ყველა მექანიზმის ერთ ერთეულში შეერთების შემდეგ შეიძლება გაიზარდოს ან შემცირდეს. გარდა ამისა, დინამიურ სიხისტეს, როგორც ზემოთ აღინიშნა, შეუძლია რეზონანსული სიხშირეების შეცვლა, როდესაც მანქანები მუშაობენ ნომინალური ბრუნვის სიჩქარით. მანქანების უმეტესობა ისეა შექმნილი, რომ როტორს არ აქვს იგივე ბუნებრივი სიხშირე, რაც ლილვს. ერთი ან ორი მექანიზმისგან შემდგარი მანქანა არ უნდა მუშაობდეს რეზონანსულ სიხშირეზე. თუმცა, ცვეთისა და კლირენსის ცვლილებების გამო, ბუნებრივი სიხშირე ძალიან ხშირად გადადის სამუშაო ბრუნვის სიჩქარისკენ, რაც იწვევს რეზონანსს.

დეფექტის სიხშირეზე რხევების უეცარმა გაჩენამ — მაგალითად, მოშვებულმა მორგებამ ან სხვა გაუმართაობამ — შეიძლება გამოიწვიოს მანქანის ვიბრაცია რეზონანსულ სიხშირეზე. ამ შემთხვევაში, მანქანის ვიბრაცია მისაღები დონიდან მიუღებელ დონამდე გაიზრდება, თუ რხევები გამოწვეულია მანქანის შეკრებების ან ელემენტების რეზონანსით.

2. რეზონანსი ჩართვისა და გამორთვის დროს (სურ. 2)

რეზონანსის დაკვირვება შესაძლებელია მანქანის ჩართვის დროს, როდესაც ის გადის რეზონანსულ სიხშირეზე (სურ. 2). ბრუნვის სიჩქარის ზრდასთან ერთად, ამპლიტუდა გაიზრდება მაქსიმალურ მნიშვნელობამდე რეზონანსულ სიხშირეზე (n_რეს) და მცირდება მასში გავლის შემდეგ. როდესაც როტორი რეზონანსს გაივლის, ვიბრაციის ფაზის ცვლილება 180 გრადუსით. რეზონანსის დროს, სისტემის რხევები ფაზაში 90 გრადუსით გადაინაცვლებს აგზნების ძალის რხევებთან შედარებით.

180-გრადუსიანი ფაზური ცვლა ხშირად შეინიშნება მხოლოდ იმ როტორებზე, რომლებსაც აქვთ ერთი კორექციის სიბრტყე (სურ. 3, მარცხნივ). უფრო რთულ "ლილვის/როტორის საკისრის" სისტემებს (სურ. 3, მარჯვნივ) აქვთ ფაზური ცვლა, რომელიც 160°-დან 180°-მდე დიაპაზონშია. როდესაც ვიბრაციის ანალიზის სპეციალისტი აკვირდება რხევის მაღალ ამპლიტუდას, მან უნდა ჩათვალოს, რომ მისი მიუღებელ დონემდე აწევა შეიძლება სისტემის რეზონანსს უკავშირდებოდეს.

3. როტორის კონფიგურაციები (სურ. 3)

როტორის ვიბრაციული ქცევა კრიტიკულად არის დამოკიდებული მის გეომეტრიასა და მის საყრდენზე. ერთი კორექციის სიბრტყით (ჩამოკიდებული დისკით) მარტივი როტორი რეზონანსის გამო 180°-იან ფაზურ ცვლას აჩვენებს. უფრო რთული სისტემა — მაგალითად, ორი დაკავშირებული როტორი კარდანის ლილვის მეშვეობით — მრავალ შეწყვილებულ რეჟიმს ავლენს და ფაზური ცვლა შესაძლოა იდეალური 180°-დან გადახრილი იყოს.

4. მასა, სიმტკიცე და დემპფაცია (სურ. 4–7)

მასა, სიმტკიცე და დემპფერაცია — ეს არის ვიბრაციული სისტემის სამი პარამეტრი, რომლებიც გავლენას ახდენენ რეზონანსის დროს რხევების სიხშირეზე და ზრდიან მათ ამპლიტუდას.

მასა ახასიათებს სხეულის თვისებებს და წარმოადგენს მისი ინერციის საზომს (რაც უფრო დიდია მასა, მით უფრო ნაკლებ აჩქარებას იძენს იგი პერიოდული ძალის მოქმედების ქვეშ), რაც იწვევს მის რხევებს.

სიმტკიცე არის სისტემის თვისება, რომელიც ეწინააღმდეგება მასობრივი ძალების შედეგად წარმოქმნილ ინერციულ ძალებს.

დემპინგი არის სისტემის თვისება, რომელიც ამცირებს რხევების ენერგიას მექანიკურ სისტემაში ხახუნის გამო თერმულ ენერგიად გარდაქმნით.

სადაც f_n — საკუთარი სიხშირე, k — სიმტკიცე, m — მასა, ζ — დემპფიკაციის კოეფიციენტი, Q — ხარისხის კოეფიციენტი (გაძლიერება რეზონანსზე), A_რეს — რეზონანსული ამპლიტუდა, F₀ — აგზნების ძალის ამპლიტუდა.

რეზონანსის შესამცირებლად, სისტემის პარამეტრები შეირჩევა ისე, რომ მისი რეზონანსული სიხშირეები განლაგებული იყოს შესაძლო გარე აგზნების სიხშირეებისგან რაც შეიძლება შორს. პრაქტიკაში, ამ მიზნით გამოიყენება ე.წ. დინამიური ვიბრაციის შთამნთქმელები, ანუ დემპფერები.

ქვემოთ მოცემული ინტერაქტიული სიმულატორი (რომელიც ცვლის ორიგინალი სტატიიდან სტატიკურ სურათებს 4–7) აჩვენებს მასის, ზამბარისა და დემპფერისგან შემდგარი მარტივი ვიბრაციული სისტემის ამპლიტუდა-სიხშირის მახასიათებელს (AFC). შეცვალეთ პარამეტრები, რათა რეალურ დროში დააკვირდეთ ამ ეფექტებს:

ანალოგიის გავლება გიტარის სიმთანაც შეგვიძლია. რაც უფრო მჭიდროდ უჭერთ გიტარის სიმს (უფრო მეტი სიმკვრივეა), მით უფრო მაღლა იწევს ტონი (რეზონანსული სიხშირე) — სანამ სიმი არ გაწყდება. თუ ყველაზე სქელ სიმს გამოიყენებთ (უფრო დიდი მასა), მის მიერ წარმოქმნილი ტონი უფრო დაბალი იქნება.

5. რეზონანსის გაზომვა (სურ. 8)

სტრუქტურის რეზონანსული სიხშირის გაზომვის ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული მეთოდია დარტყმითი აგზნება ინსტრუმენტული ჩაქუჩის გამოყენებით.

სტრუქტურაზე ზემოქმედება, შეყვანის დარტყმის სახით, გარკვეულ სიხშირის დიაპაზონში აღძრავს მცირე შემაშფოთებელ ძალებს. დარტყმის შედეგად შექმნილი რხევები წარმოადგენს გარდამავალ, ხანმოკლე ენერგიის გადაცემის პროცესს. დარტყმის ძალის სპექტრი უწყვეტია, მაქსიმალური ამპლიტუდით 0 ჰც-ზე და შემდგომი შემცირებით სიხშირის ზრდასთან ერთად.

დარტყმითი აგზნების დროს დარტყმის ხანგრძლივობა და სპექტრის ფორმა განისაზღვრება როგორც დარტყმითი ჩაქუჩის, ასევე მანქანის კონსტრუქციის მასითა და სიმტკიცით. მყარ კონსტრუქციაზე შედარებით პატარა ჩაქუჩის გამოყენებისას, ჩაქუჩის წვერის სიმტკიცე განსაზღვრავს სპექტრს. ჩაქუჩის წვერი მექანიკური ფილტრის ფუნქციას ასრულებს. ჩაქუჩის წვერის სიმტკიცის შერჩევით, შესაძლებელია კვლევის სიხშირის დიაპაზონის არჩევა.

ამ გაზომვის ტექნიკის გამოყენებისას ძალიან მნიშვნელოვანია სტრუქტურის სხვადასხვა წერტილში დარტყმა, რადგან ყველა რეზონანსული სიხშირის გაზომვა ყოველთვის არ შეიძლება ერთსა და იმავე წერტილში დარტყმითა და გაზომვით. მანქანის რეზონანსის განსაზღვრისას ორივე წერტილი - დარტყმის წერტილი და გაზომვის წერტილი - უნდა შემოწმდეს (შემოწმდეს).

თუ ჩაქუჩს რბილი წვერი აქვს, გამომავალი ენერგიის ძირითადი რაოდენობა დაბალ სიხშირეებზე რხევებს გამოიწვევს. მაგარი წვერიანი ჩაქუჩი ნებისმიერ კონკრეტულ სიხშირეზე მცირე ენერგიას გამოიმუშავებს, გარდა იმისა, რომ მისი გამომავალი ენერგია მაღალ სიხშირეებზე რხევებს გამოიწვევს. ჩაქუჩის დარტყმაზე რეაქციის გაზომვა შესაძლებელია ერთარხიანი ანალიზატორით, იმ პირობით, რომ მანქანა გაჩერებული და გათიშულია.

6. ამპლიტუდა-ფაზური სიხშირის მახასიათებელი — APFC (სურ. 9)

მანქანის რეზონანსის განსაზღვრა შესაძლებელია ერთარხიანი ანალიზატორის გამოყენებით, როგორც რხევის ამპლიტუდის ზრდა რეზონანსულ სიხშირეზე და 180 გრადუსიანი ფაზის ცვლილებით რეზონანსში გავლისას — თუ რხევების ამპლიტუდა და ფაზა იზომება ბრუნვის სიხშირეზე მანქანის ჩართვის (დაქოქვის) ან გამორთვის (სამხრეთ-დაწევის) დროს. ამ გაზომვების საფუძველზე აგებულ მახასიათებელს ეწოდება ამპლიტუდა-ფაზური სიხშირის მახასიათებელი (APFC).

APFC-ის ანალიზი (სურ. 9) ვიბრაციის ანალიზის სპეციალისტს საშუალებას აძლევს, განსაზღვროს როტორის რეზონანსული სიხშირეები.

თუ სავარაუდო რეზონანსში გავლისას ფაზა არ იცვლება, მაშინ ამპლიტუდის ზრდა შეიძლება შემთხვევით აგზნებას უკავშირდებოდეს და როტორის რეზონანსი არ იყოს. ასეთ შემთხვევებში, აწევის/დაღმართის დროს ვიბრაციის გაზომვების გარდა, რეკომენდებულია "დარტყმითი ტესტის" ჩატარება.

მრავალარხიანი ვიბრაციის ანალიზატორის გამოყენებისას, სტრუქტურის რეზონანსის განსაზღვრა დიდი სიზუსტით შესაძლებელია სისტემიდან შემავალი და გამომავალი სიგნალების ერთდროულად გაზომვით, იმავე პერიოდში შეგროვებული ვიბრაციის ფაზისა და კოჰერენტულობის კონტროლით. კოჰერენტობა არის ორარხიანი ფუნქცია, რომელიც გამოიყენება სისტემის შემავალ და გამომავალ სიგნალებს შორის წრფივობის ხარისხის შესაფასებლად. ეს ნიშნავს, რომ რეზონანსული სიხშირეების იდენტიფიცირება მნიშვნელოვნად უფრო სწრაფად შეიძლება.

7. რამდენიმე მოსაზრება მანქანურ რეზონანსთან დაკავშირებით

ყურადღება უნდა მიექცეს სხვადასხვა ტიპის მანქანებისა და მათი მუშაობის რეჟიმების ანალიზს, რამაც შეიძლება გაართულოს რეზონანსული ტესტირება:

ჰორიზონტალური და ვერტიკალური მიმართულებით სტრუქტურული სიხისტის განსხვავებების გამო, რეზონანსული სიხშირე განსხვავდება მიმართულების მიხედვით. ამიტომ, რეზონანსები შეიძლება ყველაზე ძლიერად გამოვლინდეს კონკრეტული მიმართულებით.

როგორც ადრე განვიხილეთ, რეზონანსული სიხშირეები განსხვავდება მანქანის მუშაობის დროს და მისი გაჩერების (გამორთვის) დროს. ვერტიკალური მოწყობილობები, როგორც წესი, დიდ შეშფოთებას იწვევს, რადგან ასეთი მოწყობილობების მუშაობის დროს კონსოლური ელექტროძრავის მუშაობის დროს ყოველთვის წარმოიქმნება რეზონანსი.

ზოგიერთ მანქანას დიდი მასა აქვს და შესაბამისად, ჩაქუჩით ვერ აღიგზნება — რეალური რეზონანსული სიხშირეების დასადგენად საჭიროა ალტერნატიული აღგზნების მეთოდები. ზოგჯერ, ძალიან დიდ მანქანებზე, გამოიყენება ვიბრატორი, რომელიც მორგებულია კონკრეტულ სიხშირის დიაპაზონზე, რადგან ვიბრატორს აქვს უნარი, რხევის დროს თითოეულ ინდივიდუალურ სიხშირეზე დიდი რაოდენობით ენერგია გამოყოს.

და კიდევ ერთი გასათვალისწინებელი ფაქტორი — რეზონანსული ტესტირების ჩატარებამდე ძალიან სასარგებლოა ფონური ვიბრაციის დონის (გარემოსდაცვითი გარემოდან შემთხვევითი აგზნების რეაქცია) გაზომვა. ეს ხელს შეუწყობს დიაგნოზის (სისტემური რეზონანსის) დადგენისას შეცდომის თავიდან აცილებას ფონური დონის ზემოთ გარკვეულ სიხშირეზე მაქსიმალური რხევის ამპლიტუდის მიხედვით.

8. შეჯამება

ამ სტატიაში განვიხილეთ რეზონანსული სიხშირეების გავლენა მანქანის ვიბრაციაზე. ყველა სტრუქტურასა და მანქანას აქვს რეზონანსული სიხშირეები, მაგრამ რეზონანსი არ მოქმედებს მანქანაზე, თუ არ არსებობს სიხშირეები, რომლებიც მას აღაგზნებს. თუ მანქანის ვიბრაცია აღიგზნება მისივე ბუნებრივი სიხშირით, მაშინ სისტემის რეზონანსისგან გამორთვის სამი ვარიანტი არსებობს:

ვარიანტი 1. შემაშფოთებელი ძალის სიხშირე რეზონანსული სიხშირიდან გადაიტანეთ.

ვარიანტი 2. რეზონანსული სიხშირე გადაიტანეთ შემაშფოთებელი ძალის სიხშირიდან.

ვარიანტი 3. რეზონანსული გაძლიერების კოეფიციენტის შესამცირებლად გაზარდეთ სისტემის დემპინგი.

მე-2 და მე-3 ვარიანტები, როგორც წესი, მოითხოვს გარკვეულ სტრუქტურულ მოდიფიკაციებს, რომელთა განხორციელება შეუძლებელია კონსტრუქციაზე მოდალური ანალიზის და/ან სასრული ელემენტების შესწავლის გარეშე.