Förstå fyrkörningsmetoden vid rotorbalansering

Anordningar

Bärbar balanserare & vibrationsanalysator Balanset-1A

Delar

Optisk sensor (laservarvtalsmätare)

Komplett vibrationsdiagnostik- och balanseringssats från Vibromera, inklusive fyra vibrationssensorer med kablar, en signalgränssnittsmodul, laservarvräknare med magnetiskt stativ, digital våg, USB-kabel och en bärväska. Systemet är utformat för balansering och tillståndsövervakning av rotorer på fältet på industriell utrustning.

Anordningar

Magnetiskt stativ i storlek 60 kgf

Delar

Dynamisk balanserare "Balanset-1A" OEM

Definition: Vad är fyrkörningsmetoden?

Den fyrkörningsmetod är en systematisk procedur för tvåplansbalansering som använder fyra distinkta mätomgångar för att etablera en komplett uppsättning inflytandekoefficienter för båda korrigeringsplan. Metoden innebär att man mäter rotorns initiala tillstånd och sedan testar varje korrigeringsplan oberoende av varandra med en provvikt, följt av att båda planen testas tillsammans med provvikter samtidigt.

Denna omfattande metod ger en fullständig karakterisering av rotorlagersystemets dynamiska respons, vilket möjliggör noggrann beräkning av korrigeringsvikter som minimerar vibration på båda lagerplatserna samtidigt.

Fyra-körningsproceduren

Metoden består av exakt fyra sekventiella testkörningar, som var och en tjänar ett specifikt syfte:

Körning 1: Inledande (baslinje) körning

Maskinen körs med balanserad hastighet i befintligt skick. Vibrationsmätningar (båda amplitud och fas) registreras vid båda lagerplatserna (lager 1 och lager 2). Detta fastställer baslinjevibrationssignaturen orsakad av den ursprungliga obalans.

Registrering: Vibration vid lager 1 = A₁, ∠θ₁
Registrering: Vibration vid lager 2 = A₂, ∠θ₂

Omgång 2: Provvikt i plan 1

Maskinen stoppas och en känd provvikt (T₁) fästs vid en specificerad vinkelposition i korrigeringsplan 1. Maskinen startas om och vibrationer mäts återigen vid båda lagren. Förändringen i vibration visar hur en vikt i plan 1 påverkar båda mätpunkterna.

Provvikt T₁ tillagd till plan 1 vid vinkel α₁
Rekord: Ny vibration vid lager 1 och lager 2
Beräkna: Effekt av T₁ på lager 1 (primär effekt)
Beräkna: Effekt av T₁ på lager 2 (korskopplingseffekt)

Omgång 3: Provvikt i plan 2

Provvikten T₁ tas bort och en annan provvikt (T₂) fästs på en specificerad position i korrigeringsplan 2. Ytterligare en mätkörning utförs. Detta visar hur en vikt i plan 2 påverkar båda lagren.

Provvikt T₁ borttagen från plan 1
Provvikt T₂ tillagd till plan 2 vid vinkel α₂
Rekord: Ny vibration vid lager 1 och lager 2
Beräkna: Effekt av T₂ på lager 1 (korskopplingseffekt)
Beräkna: Effekt av T₂ på lager 2 (primär effekt)

Omgång 4: Provvikter i båda planen

Båda provvikterna installeras samtidigt (T₁ i plan 1 och T₂ i plan 2), och en fjärde mätomgång utförs. Detta ger ytterligare data som hjälper till att verifiera systemets linjäritet och kan förbättra beräkningsnoggrannheten, särskilt när korskopplingseffekterna är betydande.

Både T₁ och T₂ installerade samtidigt
Rekord: Kombinerad vibrationsrespons vid båda lagren
Verifiera: Vektorsumman av individuella effekter matchar kombinerad mätning (validerar linjäritet)

Matematisk grund

Fyrakörningsmetoden etablerar fyra influenskoefficienter som bildar en 2×2-matris som beskriver hela systemets beteende:

Influenskoefficientmatrisen

α₁₁: Effekt av en enhetsvikt i plan 1 på vibrationer vid lager 1 (direkt effekt)
α₁₂: Effekt av en enhetsvikt i plan 2 på vibrationer vid lager 1 (tvärkoppling)
α₂₁: Effekt av en enhetsvikt i plan 1 på vibration vid lager 2 (korskoppling)
α₂₂: Effekt av en enhetsvikt i plan 2 på vibrationer vid lager 2 (direkt effekt)

Lösning för korrektionsvikter

Med alla fyra koefficienter kända löser balanseringsprogramvaran ett system av två samtidiga vektorekvationer för att beräkna korrektionsvikterna (W₁ för plan 1, W₂ för plan 2) som minimerar vibrationer vid båda lagren:

α₁₁ · W₁ + α₁₂ · W₂ = -V₁ (för att eliminera vibrationer vid lager 1)
α₂₁ · W₁ + α₂₂ · W₂ = -V₂ (för att eliminera vibrationer vid lager 2)

Där V₁ och V₂ är de initiala vibrationsvektorerna vid de två lagren. Lösningen använder vektormatematik och matrisinversion.

Fördelar med fyrkörningsmetoden

Fyra-körningsmetoden erbjuder flera viktiga fördelar:

1. Fullständig systemkarakterisering

Genom att testa varje plan oberoende av varandra och sedan båda tillsammans, karakteriserar metoden fullständigt både direkta effekter och korskopplingseffekter. Detta är avgörande när planen är nära varandra eller när lagerstyvheten varierar avsevärt.

2. Inbyggd verifiering

Körning 4 ger en kontroll av systemets linjäritet. Om den kombinerade effekten av båda testvikterna inte matchar vektorsumman av deras individuella effekter, indikerar detta icke-linjärt beteende (glapphet, lagerspel, fundamentproblem) som bör korrigeras innan man fortsätter.

3. Förbättrad noggrannhet

När korskopplingseffekterna är betydande (ett plan påverkar det andra lagret starkt) ger fyrkörningsmetoden mer exakta resultat än enklare trekörningsmetoder.

4. Redundant data

Att ha fyra mätningar för fyra okända ger viss redundans, vilket gör att programvaran kan upptäcka och potentiellt kompensera för mätfel.

5. Förtroende för resultaten

Det systematiska tillvägagångssättet och den inbyggda verifieringen ger teknikern förtroende för att de beräknade korrigeringarna kommer att vara effektiva.

När man ska använda fyrkörningsmetoden

Fyra-körningsmetoden är särskilt lämplig i dessa situationer:

Betydande korskoppling: När korrektionsplanen är tätt intill varandra eller när rotor-lagersystemet har asymmetrisk styvhet, påverkar ett plan avsevärt båda lagren.
Krav på hög precision: När det är tätt balansering av toleranser måste uppfyllas.
Okända systemegenskaper: När man balanserar en maskin för första gången och systemets beteende inte är väl förstådd.
Kritisk utrustning: Högvärdiga maskiner där den extra tiden för en fjärde körning motiveras av ökat förtroende för resultatet.
Upprätta permanent kalibrering: När du skapar permanent kalibrering data för framtida bruk, säkerställer fyrkörningsmetodens noggrannhet noggranna lagrade koefficienter.

Jämförelse med trekörningsmetoden

Fyra-körningsmetoden kan jämföras med den enklare trekörningsmetod:

Trekörningsmetoden

Körning 1: Initialt villkor
Körning 2: Provvikt i plan 1
Körning 3: Provvikt i plan 2
Beräkna korrigeringar direkt från tre körningar

Fördelar med fyra-körningsmetoden

Linjäritetsverifiering: Körning 4 bekräftar att systemet beter sig linjärt
Bättre korskopplingskarakterisering: Mer kompletta data när korskopplingen är stark
Feldetektering: Anomalier identifieras lättare

Fördelar med treomgångsmetoden

Tidsbesparingar: En körning mindre minskar balanseringstiden med ~20%
Tillräcklig noggrannhet: För många tillämpningar ger tre körningar tillräckliga resultat
Enkelhet: Mindre data att hantera och bearbeta

I praktiken används trekörningsmetoden vanligare för rutinmässigt balanseringsarbete, medan fyrkörningsmetoden är reserverad för högprecisionstillämpningar eller problemsituationer.

Praktiska utförandetips

För lyckad körning av metoden med fyra körningar:

Val av provvikt

Välj provvikter som ger en vibrationsförändring på 25–50% från baslinjen.
Använd liknande magnitudvikter för båda planen för konsekvent mätkvalitet
Se till att vikterna är ordentligt fästa under alla löprundor

Mätkonsekvens

Bibehåll identiska driftsförhållanden (hastighet, temperatur, belastning) för alla fyra körningar
Tillåt termisk stabilisering mellan körningarna om det behövs
Använd samma sensorplaceringar och montering för alla mätningar
Ta flera avläsningar per körning och beräkna medelvärdet för att minska bruset

Datakvalitetskontroller

Verifiera att provvikterna ger tydligt mätbara vibrationsförändringar (minst 10–15% av initialnivån)
Kontrollera att resultaten från körning 4 ungefär matchar vektorsumman av effekterna från körning 2 och 3 (inom 10-20%)
Om linjäritetskontrollen misslyckas, undersök mekaniska problem innan du fortsätter

Felsökning

Vanliga problem med fyrkörningsmetoden och deras lösningar:

Körning 4 matchar inte förväntat svar

Möjliga orsaker:

Icke-linjärt systembeteende (glapphet, mjuk fot, lagerspel)
För stora provvikter, vilket driver systemet in i ett icke-linjärt område
Mätfel eller inkonsekventa driftsförhållanden

Lösningar:

Kontrollera och åtgärda mekaniska problem
Använd mindre provvikter
Verifiera kalibreringen av mätsystemet
Säkerställ konsekventa driftsförhållanden under alla körningar

Dåliga slutresultat