Podstawy wibracji w prostym języku

← Baza Wiedzy Balanset-1A — wszystkie rozdziały

Ten rozdział to minimum teorii potrzebne, aby świadomie pracować z Balanset-1A, a nie tylko naciskać przyciski.

Czym jest drganie i dlaczego maszyna wibruje

Każdy wirujący wirnik (bęben mulczera, wirnik wentylatora, wał) w idealnym przypadku ma środek masy dokładnie na osi obrotu. W rzeczywistości zawsze występuje niewielkie przesunięcie masy — niewyważenie. Podczas obrotu wirnika “ciężki punkt” odciąga go na boki przy każdym obrocie, wytwarzając siłę odśrodkową, która powoduje wibracje maszyny z częstotliwością obrotową.

Ważne: niewyważenie jest tylko jedną z przyczyn wibracji. Maszyna wibruje również z powodu:

• luzu i zużycia łożysk,
• niewspółosiowości wałów (sprzęgła, pasy),
• pęknięć i poluzowanych elementów mocujących (śruby, rama),
• wygiętego wału,
• rezonansu konstrukcyjnego,
• sił aerodynamicznych i elektromagnetycznych (wentylatory, falowniki).

Wyważanie usuwa wyłącznie niewyważenie. Wszystko inne trzeba naprawić, a nie wyważać. Stąd złota zasada: urządzenie nie potrafi “wyważyć” uszkodzonej maszyny.

W czym mierzy się drgania

Balanset-1A mierzy prędkość drgań — wartość skuteczna (RMS) w mm/s. Jest to standardowa wielkość do oceny stanu maszyny w roboczym zakresie częstotliwości.

Orientacyjna skala szybkiej oceny (na podstawie ISO 10816/20816, szczegóły w rozdział 06):

Dla maszyn rolniczych (mulczery, kosiarki) limity są łagodniejsze: do 4,8 mm/s jest w porządku, do 7,1 mm/s na miękkich podporach, a biorąc pod uwagę warunki pracy “poniżej 8 mm/s to już dobrze”.

Częstotliwość, obroty (RPM) i harmoniczne

Załóżmy, że wirnik obraca się z prędkością 3000 obr/min. To 50 obrotów na sekundę = 50 Hz. Drgania rozkłada się na składowe częstotliwościowe — na widmo (FFT). Widmo pokazuje, “kto powoduje wibracje”:

• 1x (częstotliwość obrotowa) — klasyczny objaw niewyważenie. Jest to składowa, którą redukuje wyważanie.
• 2x, 3x (druga, trzecia harmoniczna) — częściej niewspółosiowość wału, poluzowane elementy mocujące, wygięty wał. Jeśli 2x jest wyższe niż 1x — jest za wcześnie na wyważanie; najpierw sprawdź niewspółosiowość/luzy.
• Wysokie częstotliwości, “szum” — defekty łożysk i zazębienia przekładni.
• Niskie częstotliwości niezwiązane z RPM — poluzowany fundament/mocowania, aerodynamika.
• Wielokrotności częstotliwości sieciowej (np. 6 × 50 Hz = 300 Hz) — zakłócenia elektromagnetyczne z falownika. Test: wyłącz falownik podczas wybiegu — jeśli pik znika, to przyczyna jest elektryczna, nie mechaniczna.

Praktyczna zasada od wsparcia technicznego: jeśli pik widma przesuwa się proporcjonalnie przy zmianie RPM — jest to harmoniczna obrotowa; jeśli pozostaje w miejscu — jest to rezonans konstrukcyjny lub źródło zewnętrzne.

Jak to wygląda na ekranie:

Faza — “gdzie wskazuje ciężki punkt”

Oprócz amplitudy urządzenie mierzy faza — kąt między impulsem obrotomierza (znacznik odblaskowy przechodzący przez laser) a maksimum drgań. Faza pokazuje, GDZIE znajduje się niewyważenie. Na podstawie zmiany amplitudy i fazy po zamontowaniu ciężarka próbnego urządzenie oblicza masę i kąt ciężarka korekcyjnego — metoda współczynnika wpływu.

Praktyczne konsekwencje:

• znacznik obrotomierza nie może być ponownie przyklejany między przebiegami — “zero” fazy się przesuwa. Samego obrotomierza również nie wolno przesuwać ani zmieniać jego ustawienia;
• RPM musi być takie samo we wszystkich przebiegach serii;
• faza musi być stabilna między przebiegami (rozrzut nie większy niż ~10–20°). Jeśli faza “pływa” — pomiarowi nie można ufać; szukaj przyczyny mechanicznej lub rezonansu.

Rezonans — największy wróg wyważania

Każda konstrukcja (wirnik + podpory + rama) ma częstotliwości własne. Jeśli robocze RPM pokrywa się z częstotliwością własną, rezonans występuje: drgania gwałtownie rosną, faza skacze, obliczenia urządzenia przestają być zbieżne, a “urządzenie ciągle prosi o więcej ciężarka”.

Objawy rezonansu:

• niewielka zmiana RPM zmienia drgania kilkukrotnie;
• po zamontowaniu obliczonego ciężarka drgania rosną zamiast maleć;
• amplituda i faza są niestabilne przy niezmienionych warunkach.

Co robić: wyważaj przy innym RPM — zwykle poniżej rezonans. Typowa receptura dla mulczera: zgrubne wyważanie przy 600–900 obr/min, następnie przejście na robocze RPM. Najnowsze wersje oprogramowania mają Wykres wybiegu RunDown — rozpędź wirnik, odetnij napęd i zarejestruj wybieg: piki ujawniają częstotliwości rezonansowe, a Ty wybierasz RPM wyważania pomiędzy nimi.

Przykład z życia: wirnik klienta nie dawał się wyważyć przy 1600 obr/min, ale wyważał się dobrze przy 1000 obr/min. Przyczyną był rezonans w pobliżu 1600.

Liniowość i dlaczego montuje się połowę masy

Obliczenia urządzenia zakładają, że układ jest liniowa: podwójny ciężarek — podwójna odpowiedź. Na sztywnych maszynach z dobrym fundamentem jest to bliskie prawdy. Ale mulczer na ciągniku, maszyna na miękkich podporach lub konstrukcja z luzami i pęknięciami zachowuje się nieliniowo: odpowiedź na ciężarek często nie jest proporcjonalna.

Stąd sprawdzona w praktyce zasada: zamontuj 1/2 (na złych maszynach 1/3) obliczonej masy i wykonaj przebieg kontrolny. Urządzenie następnie doprecyzuje resztę. To szybsze niż ponowne przyspawanie ogromnego ciężarka, który “przestrzelił” cel.

Niewyważenie statyczne i dynamiczne

Statyczny — ciężki punkt znajduje się po jednej stronie wirnika. Zatrzymany wirnik na swobodnych podporach sam obróci się ciężką stroną w dół. Korygowane pojedynczym ciężarkiem w jednej płaszczyźnie.

Dynamiczny — ciężkie punkty na różnych końcach i po różnych stronach wirnika. Wirnik nie tylko wibruje, ale też “kołysze się” podczas obrotu. Potrzebne są ciężarki w dwóch płaszczyznach. Nie da się tego wykryć statycznie: przy obrocie wirnika o 90° oba ciężarki zdają się wzajemnie równoważyć, ale w ruchu każdy ciężki punkt ciągnie w swoją stronę.

Jedna czy dwie płaszczyzny korekcji?

• Jedna płaszczyzna — wąskie wirniki (tarcze, koła pasowe, wąskie wirniki wentylatorów). Reguła ISO 21940-11: jeśli szerokość wirnika jest mniejsza niż połowa jego średnicy (stosunek ~1:2; w praktyce wsparcie zaleca 1:3) — wystarczy jedna płaszczyzna.
• Dwa samoloty — długie wirniki (bębny mulczerów, wały, wirniki kombajnów, wentylatory przy 3000 obr/min i wyższych). Niewyważenie na obu końcach wirnika wzajemnie na siebie oddziałuje, dlatego urządzenie mierzy jednocześnie dwa kanały (czujniki X1 i X2) i oblicza oba ciężarki naraz.

Klasy jakości wyważenia G (ISO 1940 / ISO 21940-11)

Niewyważenie resztkowe określa się w g·mm według klas G:

Im wyższe RPM i mniejszy wirnik — tym ostrzejsza klasa. Oprogramowanie Balanset ma wbudowany kalkulator tolerancji: wprowadź masę wirnika, RPM i klasę G — otrzymasz dopuszczalne niewyważenie resztkowe w g·mm na płaszczyznę. Przykład z życia: wirnik 80 kg przy 3000 obr/min, G6,3 → tolerancja ≈ 802 g·mm na płaszczyznę.

Nie myl dwóch systemów oceny:

• mm/s (prędkość drgań) — ocena zmontowanej maszyny w miejscu pracy, według ISO 10816/20816;
• g·mm (niewyważenie resztkowe) — ocena samego wirnika, według ISO 1940/21940. Maszyny wyważające pracują w g·mm; wyważanie polowe zwykle obserwuje mm/s.

Mini-słowniczek