Резонанси элементҳо ва маҷмӯаҳои мошинӣ
Published by Nikolai Shelkovenko on
Вибродиагностика
Резонанси элементҳо ва маҷмӯаҳои мошинӣ
Бо назардошти дархостҳои бисёр барои шарҳи диагностикаи резонанс дар элементҳои дастгоҳ, суръатҳои критикӣ ва шаклҳои модии хусусии ротор, ман қарор додам, ки чанд мақола дар ин бора нависам. Дар ин мақолаи аввал ман резонанси элементҳо ва маҷмӯаҳои дастгоҳро баррасӣ мекунам.
Дар ин мақола мо инҳоро баррасӣ мекунем: чӣ тавр муайян кардан, ки ин воқеан резонанси элементҳои дастгоҳ аст ва чӣ тавр резонанс ба ларзиши дастгоҳ таъсир мерасонад; чӣ тавр се параметри системаи ларзанда ба амплитуда ва басомади резонанс таъсир мерасонанд; ва чӣ тавр аз анализатори якканалии ларзиш барои таҳлил ва диагностикаи резонанс истифода бурдан мумкин аст, инчунин маҳдудиятҳои истифодаи он.
1. Резонанс чист?
Аксари сохторҳо ва дастгоҳҳо ларзишҳои табиӣ доранд ва бинобар ин қувваҳои берунии даврӣ, ки ба онҳо таъсир мерасонанд, метавонанд резонанс ба вуҷуд оранд. Резонанс аксар вақт ҳамчун ларзиш дар басомади хусусӣ ё дар басомади критикӣ номбар мешавад. Резонанс падидаи афзоиши тезу тунди амплитудаи ларзишҳои маҷбурӣ аст, ки вақте басомади ангезиши берунӣ ба басомадҳои резонансӣ, ки аз хосиятҳои система муайян шудаанд, наздик мешавад, рух медиҳад. Афзоиши амплитудаи ларзиш танҳо оқибати резонанс аст — сабаб мувофиқати басомади берунӣ (ангезиш) бо басомади дохилӣ (хусусӣ)и системаи ларзанда (ротор-подшипник) мебошад.
Резонанс падидаест, ки дар он дар басомади муайяни қувваи ангезиш, системаи ларзанда ба таъсири он қувва хеле ҳассос мегардад. Параметрҳои система, ба монанди сахтии паст ва/ё хомӯшкунии заиф, ки дар басомади резонансӣ ба дастгоҳи роторӣ таъсир мерасонанд, метавонанд боиси пайдоиши резонанс шаванд. Резонанс ҳатман боиси вайроншавии дастгоҳ ё вайроншавии қисмҳо намешавад, магар он ки нуқсонҳо дар дастгоҳ боиси ларзиш шаванд, ё вақте ки дастгоҳи наздик ҷойгиршуда ларзишро дар ҳамон басомад, ки басомадҳои хусусӣ мебошанд, «ба вуҷуд меорад».
Принсипи асосӣ: Резонанс ларзишро ба вуҷуд намеорад — онро танҳо тақвият медиҳад. Резонанс нуқсон нест, балки хосияти системаи механикӣ аст. Бинобар ин, резонанс мушкилотро ба вуҷуд намеорад, магар он ки ягон ларзиш онро ангезад.
Ин ба ларзиши занг ё барабон монанд аст. Дар ҳолати занг (Шакл 1), ҳамаи энергияи он дар шакли потенсиалӣ аст, вақте ки он дар ҳолати оромӣ ва дар нуқтаҳои баландтарини траекторияи худ қарор дорад ва вақте ки он аз нуқтаи поёнтарин бо суръати максималӣ мегузарад, энергия ба кинетикӣ табдил меёбад. Энергияи потенсиалӣ ба массаи занг ва баландии бардоштан нисбат ба нуқтаи поёнтарин мутаносиб аст; энергияи кинетикӣ ба масса ва квадрати суръат дар нуқтаи ченкунӣ мутаносиб аст. Яъне, агар шумо зангро зарба занед, он дар басомади муайян (ё басомадҳо) резонанс мекунад. Агар он дар ҳолати оромӣ бошад, он дар басомади резонансӣ ларзиш намекунад.
Резонанс хосияти мошин аст, новобаста аз он ки он кор мекунад ё не. Бояд қайд кард, ки сахтии динамикии навард ҳангоми гардиши мошин метавонад аз сахтии статикӣ ҳангоми бозистани мошин ба таври назаррас фарқ кунад, дар ҳоле ки резонанс танҳо ба таври ғайриназаррас тағйир меёбад.
Таҷрибаи амалӣ нишон медиҳад, ки дар баъзе мошинҳо, басомадҳои резонансӣ, ки ҳангоми сустшавии озод ё дар ҳолати бозист чен карда мешаванд, метавонанд аз онҳое, ки дар шароити корӣ мушоҳида мешаванд, ба таври назаррас фарқ кунанд — ин тағйирот ба сахтии такягоҳ, намуди подшипник, бор ва ҳолати ҳароратӣ вобаста аст, бинобар ин натиҷаҳои санҷиши зарбаи берун аз хатро тақрибӣ қабул кунед ва, агар имкон бошад, онҳоро бо маълумоти амплитуда ва фазаи суръатгирӣ/сустшавии озод тасдиқ намоед. Басомадҳои резонансии маҷмӯаҳо ва қисмҳои алоҳидаи мошин — ба монанди навард, ротор, корпус ва асос — ларзишҳо дар басомадҳои хусусии онҳоянд.
Пас аз насби мошин, басомадҳои резонансӣ метавонанд қиматҳои худро ба сабаби тағйирот дар параметрҳои система (масса, сахтӣ ва хомӯшкунӣ) тағйир диҳанд, ки пас аз пайваст кардани ҳамаи механизмҳои мошин ба як воҳид метавонанд зиёд ё кам шаванд. Илова бар ин, сахтии динамикӣ, ҳамон тавре ки дар боло қайд шуд, метавонад басомадҳои резонансиро ҳангоми кори мошинҳо дар суръати номиналии гардиш тағйир диҳад. Аксари мошинҳо тавре тарҳрезӣ шудаанд, ки ротор басомади хусусии якхела бо навард надошта бошад. Мошини аз як ё ду механизм иборат бояд дар басомади резонансӣ кор накунад. Аммо, бо фарсоиш ва тағйироти зазорҳо, басомади хусусӣ хеле аксар вақт ба суръати гардиши корӣ наздик мешавад, ки боиси резонанс мегардад.
Пайдоиши ногаҳонии ларзишҳо дар басомади нуқсон — ба монанди шиддатнокии паст ё дигар хато — метавонад боиси ларзиши мошин дар басомади резонансии он гардад. Дар ин ҳолат, ларзиши мошин аз сатҳи қабулшаванда ба сатҳи ғайриқабулшаванда афзоиш меёбад, агар ларзишҳо боиси резонанси маҷмӯаҳо ё элементҳои мошин бошанд.
2. Резонанс ҳангоми оғоз ва хомӯшкунӣ (Рис. 2)
Мисол: Мошини ду-суръатӣ дар 900 RPM ва 1200 RPM кор мекунад. Мошин дар 1200 RPM резонанс дорад, ки ларзишро дар басомади гардиши 1200 RPM тақвият медиҳад. Дар 900 RPM, ларзиш 2.54 mm/s аст, дар ҳоле ки дар 1200 RPM резонанс ларзишҳоро то 12.7 mm/s зиёд мекунад.
Резонанс ҳангоми оғози мошин мушоҳида кардан мумкин аст, вақте ки он аз басомади резонансӣ мегузарад (Рис. 2). Ҳангоми афзоиши суръати гардиш, амплитуда то қимати максималии худ дар басомади резонансӣ (nres) мерасад ва пас аз гузаштан аз он кам мешавад. Ҳангоми гузаштани ротор аз резонанс, фазаи ларзиш 180 дараҷа тағйир меёбад. Дар резонанс, ларзишҳои система нисбат ба ларзишҳои қувваи ангезанда 90 дараҷа дар фаза тағйир меёбанд.
Тағйироти фазаи 180-дараҷа аксар вақт танҳо дар роторҳое мушоҳида мешавад, ки як ҳамвории ислоҳ доранд (Рис. 3, чап). Системаҳои мураккабтари "навард/ротор-подшипник" (Рис. 3, рост) тағйироти фаза доранд, ки дар диапазони 160° то 180° ҷойгир аст. Ҳар вақте ки мутахассиси таҳлили ларзиш амплитудаи баланди ларзишро мушоҳида мекунад, ӯ бояд фарз кунад, ки афзоиши он ба сатҳи ғайриқабулшаванда метавонад ба резонанси система вобаста бошад.
3. Конфигуратсияҳои ротор (Рис. 3)
Рафтори ларзишии ротор ба таври ҳалкунанда ба геометрияи он ва тарзи такягоҳи он вобаста аст. Ротори содда бо як ҳамвории ислоҳ (диски овезон) тағйироти фазаи тозаи 180°-ро тавассути резонанс нишон медиҳад. Системаи мураккабтар — ба монанди ду ротори пайвастшуда тавассути наварди карданӣ — ҳолатҳои гуногуни пайвастшударо нишон медиҳад ва тағйироти фаза метавонад аз 180°-и идеалӣ дур шавад.
Рис. 3 (чап): Ротор бо як ҳамвории ислоҳ (Диск)
Ротори содда бо диски ягона, ки берун аз подшипникҳо насб шудааст. Резонанси тозаро бо тағйироти фазаи 180° ҳангоми гузаштан аз суръати критикӣ нишон медиҳад. Дар вентиляторҳо, косилкаҳои чархакдор, роторҳои майдакунак ва насосҳо бо чархи кории овезон маъмул аст.
Рис. 3 (рост): Системаи мураккаб — Ду ротори пайвастшуда
Ду ротор, ки тавассути пайванди чандир (наварди карданӣ) пайваст шудаанд. Системаи пайвастшуда ҳангоми гузаштан аз резонанс тағйироти фаза дар диапазони 160°–180° дорад. Ларзиш дар 1× ва 2× суръати навард. Дар хатҳои интиқоли қувва, корхонаҳои варезӣ ва интиқоли қувваи саноатӣ маъмул аст.
4. Масса, сахтӣ ва хомӯшкунӣ (Рис. 4–7)
Масса, сахтӣ ва хомӯшкунӣ — ин се параметри системаи ларзандаанд, ки ба басомад таъсир мерасонанд ва амплитудаи ларзишҳоро дар резонанс зиёд мекунанд.
Масса хосиятҳои ҷисмро тавсиф мекунад ва ченаки инерсияи он аст (ҳар қадаре ки масса калонтар бошад, шитоби камтарро зери таъсири қувваи даврӣ мегирад), ки боиси ларзиши он мегардад.
Сахтӣ хосияти системаест, ки ба қувваҳои инерсиӣ, ки натиҷаи қувваҳои масса пайдо мешаванд, муқовимат мекунад.
Хомӯшшавӣ хосияти системаест, ки энергияи ларзишҳоро бо табдил додани он ба энергияи гармӣ тавассути соиш дар системаи механикӣ кам мекунад.
ки дар он fn — басомади хусусӣ, k — сахтӣ, m — масса, ζ — нисбати хомӯшкунӣ, Q — омили сифат (тақвият дар резонанс), Ares — амплитудаи резонанс, F0 — амплитудаи қувваи ангезанда.
Барои коҳиш додани резонанс, параметрҳои система тавре интихоб карда мешаванд, ки басомадҳои резонансии он имкон қадар дур аз басомадҳои эҳтимолии ангезиши беруна ҷойгир шаванд. Дар амал, барои ин мақсад ҷаббишҳои динамикии ларзиш, ё хомӯшкунандагон истифода мешаванд.
Симулятори интерактивӣ дар поён (ба ҷои Рис. 4–7-и статикӣ аз мақолаи аслӣ) Хусусияти Амплитуда-Басомадӣ (AFC)-и системаи соддаи ларзандро, ки аз масса, пружина ва хомӯшкунанда иборат аст, нишон медиҳад. Параметрҳоро танзим кунед, то ин таъсирҳоро дар вақти воқеӣ мушоҳида намоед:
☞ Афзоиши масса сохтор басомади резонансиро кам мекунад.
☞ Афзоиши сахтӣ сохтор басомади резонансиро зиёд мекунад.
☞ Афзоиши хомӯшкунӣ сохтор амплитудаи резонансиро кам мекунад. Хомӯшкунӣ ягона хосияте аст, ки амплитудаи ларзишро дар резонанс идора мекунад.
☞ Афзоиши хомӯшкунӣ инчунин басомади резонансиро каме паст мекунад. Агар шумо массаро зиёд кунед — басомади резонансӣ кам мешавад; агар массаро кам кунед — басомади резонансӣ зиёд мешавад. Ба ҳамин монанд, агар шумо сахтиро зиёд кунед — басомади резонансӣ зиёд мешавад; вақте ки шумо сахтиро кам мекунед — басомади резонансӣ кам мешавад.
Мисолеро метавон бо сими гитара овард. Ҳар қадаре ки шумо симро дар гитара сахттар кашед (сахтии бештар), овоз (басомади резонансӣ) баландтар мешавад — то он даме ки сим вайрон шавад. Агар шумо сими ғафстаринро истифода баред (массаи бештар), овозе, ки он медиҳад, пасттар хоҳад буд.
⚙ Параметрҳои система
📊 Имконоти намоиш
🏭 Танзимоти пешакӣ
🔧 Пешрафта
5. Ченкунии резонанс (Рис. 8)
Яке аз усулҳои маъмултарин барои ченкунии басомади резонансии сохтор ангезиши зарба бо истифода аз чакӯши асбобдор аст.
Зарба ба сохтор, дар шакли зарбаи воридотӣ, қувваҳои халалдоркунандаи хурдро дар як минтақаи муайяни басомад ангезиш медиҳад. Ларзишҳое, ки аз ҷониби зарба эҷод мешаванд, раванди интиқоли энергияи гузаришӣ, кӯтоҳмуддатро ифода мекунанд. Спектри қувваи зарба пайваста аст, бо амплитудаи максималӣ дар 0 Hz ва камшавии минбаъда бо афзоиши басомад.
Муддати зарба ва шакли спектр ҳангоми ангезиши зарба аз масса ва сахтии ҳам чакӯши зарба ва ҳам сохтори мошин вобаста аст. Ҳангоми истифодаи чакӯши нисбатан хурд дар сохтори сахт, сахтии нӯги чакӯш спектро муайян мекунад. Нӯги чакӯш ҳамчун филтри механикӣ амал мекунад. Бо интихоби сахтии нӯги чакӯш, метавон минтақаи басомади таҳқиқро интихоб кард.
🔨 Нӯги чакӯш
Ҳангоми истифодаи ин усули ченкунӣ, зарур аст, ки нуқтаҳои гуногуни сохторро зарба занед, зеро на ҳамаи басомадҳои резонансӣ ҳамеша бо зарба задан ва чен кардан дар як нуқтаи муайян чен карда мешаванд. Ҳангоми муайян кардани резонанси мошин, ҳарду нуқта — нуқтаи зарба ва нуқтаи ченкунӣ — бояд санҷида шаванд.
Агар чӯққӯр (чӯққӯр) нӯги нарм дошта бошад, қисми асосии энергияи хуруҷӣ ларзишҳоро дар басомадҳои паст ангезиш медиҳад. Чӯққӯр бо нӯги сахт дар ягон басомади муайян энергияи кам медиҳад, ба истиснои он ки энергияи хуруҷии он ларзишҳоро дар басомадҳои баланд ангезиш медиҳад. Ҷавоб ба зарбаи чӯққӯрро бо таҳлилгари якканалагӣ чен кардан мумкин аст, агар мошин боз истода бошад ва ҷудо шуда бошад.
Маҳдудияти муҳим: Фаза яке аз параметрҳое аст, ки резонансро тасдиқ мекунад. Фаззаи ларзиш ҳангоми санҷиши зарба бо таҳлилгари якканалагӣ чен карда намешавад ва бинобар ин, наметавон бо боварӣ гуфт, ки оё резонанс дар ротор вуҷуд дорад ё не. Барои муайян кардани фаза, сенсорҳои иловагии суръат (индуктивӣ ё фото-тахометр) лозим аст.
6. Хусусияти басомадии амплитуда-фаза — ХБАФ (Рис. 9)
Резонанси мошинро бо истифода аз таҳлилгари якканалагӣ ҳамчун афзоиши амплитудаи ларзиш дар басомади резонансӣ ва бо тағйири фазаи 180-дараҷа ҳангоми гузаштан аз резонанс муайян кардан мумкин аст — агар амплитуда ва фазаи ларзишҳо дар басомади гардиш ҳангоми оғози кор (суръатгирӣ) ё хомӯшкунӣ (сустшавии озод) чен карда шаванд. Хусусияте, ки дар асоси ин ченкуниҳо сохта мешавад, Хусусияти басомадии амплитуда-фаза (ХБАФ) ном дорад. Хусусияти басомадии амплитуда-фаза (ХБАФ).
Таҳлили ХБАФ (Рис. 9) ба мутахассиси таҳлили ларзиш имкон медиҳад, ки басомадҳои резонансии роторро муайян кунад.
⚡ Параметрҳои ротор
Рис. 9: Хусусияти басомадии амплитуда-фазаи ротори генератор ҳангоми сустшавии озоди агрегати турбина. ХБАФ бо чен кардани амплитуда ва фазаи ларзиш дар басомади гардиш дар подшипникҳои №3 ва №4 ҳангоми сустшавӣ аз суръати корӣ сохта мешавад.
Агар фаза ҳангоми гузаштан аз резонанси гумонбар тағйир наёбад, пас афзоиши амплитуда метавонад ба ангезиши тасодуфӣ вобаста бошад ва резонанси ротор нест. Дар чунин ҳолатҳо, илова бар ченкунии ларзиш ҳангоми суръатгирӣ/сустшавии озод, тавсия дода мешавад, ки "санҷиши зарба" иҷро карда шавад.
Ҳангоми истифодаи таҳлилгари ларзиши бисёрканалагӣ, резонанси сохторро бо дақиқии баланд бо чен кардани сигналҳои воридотӣ ва хуруҷӣ аз система дар як вақт муайян кардан мумкин аст, дар ҳоле ки фазаи ларзиш ва когерентнокиро, ки дар давоми ҳамон давраи вақт ҷамъоварӣ шудаанд, назорат мекунанд. Когерентнокӣ функсияи ду-каналагӣ аст, ки барои арзёбии дараҷаи хаттӣ байни сигналҳои воридотӣ ва хуруҷии система истифода мешавад. Ин маънои онро дорад, ки басомадҳои резонансӣ метавонанд ба таври назаррас тезтар муайян карда шаванд.
7. Баъзе дидагорҳо дар бораи резонанси мошин
Бояд ба таҳлили намудҳои гуногуни мошинҳо ва реҷаҳои кори онҳо диққат дод, ки метавонанд санҷиши резонансро мураккаб кунанд:
Ба сабаби фарқиятҳо дар сахтии сохторӣ дар самтҳои уфуқӣ ва амудӣ, басомади резонансӣ вобаста ба самт фарқ мекунад. Бинобар ин, резонансҳо метавонанд дар самти муайян қавитарин зоҳир шаванд.
Чунин ки пештар муҳокима шуд, басомадҳои резонансӣ ҳангоми кор кардани мошин ва ҳангоми боз истода будан (хомӯш шудан) фарқ мекунанд. Таҷҳизоти амудӣ, одатан, нигаронии зиёд ба бор меорад, зеро ҳангоми истифодаи чунин таҷҳизот ҳамеша резонанс вуҷуд дорад, ки ҳангоми кори мотори электрикии кантаверӣ (овезон) ба вуҷуд меояд.
Баъзе мошинҳо массаи калон доранд ва бинобар ин, наметавонанд бо чӯққӯр ангезиш ёбанд — усулҳои алтернативии ангезиш барои муайян кардани басомадҳои резонансии воқеӣ лозим аст. Баъзан, дар мошинҳои хеле калон, вибратор истифода мешавад, ки ба диапазони муайяни басомад танзим шудааст, зеро вибратор қобилияти интиқоли миқдори зиёди энергияро дар ҳар як басомади инфиродӣ ҳангоми ларзиш дорад.
Ва як дидагории ниҳоӣ — пеш аз гузаронидани санҷиши резонанс, хеле муфид аст, ки аввал сатҳи ларзиши заминавиро (ҷавоб ба ангезиши тасодуфӣ аз муҳити атроф) чен кунед. Ин ба пешгирии хатогӣ дар муайян кардани ташхис (резонанси система) дар асоси амплитудаи максималии ларзиш дар басомади муайян болои сатҳи заминавӣ кӯмак мекунад.
8. Хулоса
Дар ин мақола мо таъсири басомадҳои резонансӣ ба ларзиши мошинро муҳокима кардем. Ҳамаи сохторҳо ва мошинҳо басомадҳои резонансӣ доранд, аммо резонанс ба мошин таъсир намерасонад, агар басомадҳое, ки онро ангезиш медиҳанд, вуҷуд надошта бошанд. Агар ларзиши мошин бо басомади хусусии худ ангезиш ёбад, пас се вариант барои хориҷ кардани система аз резонанс вуҷуд дорад:
Варианти 1. Басомади қувваи халалдорро аз басомади резонансӣ дур кунед.
Варианти 2. Басомади резонансиро аз басомади қувваи халалдор дур кунед.
Варианти 3. Хомӯшкунии системаро зиёд кунед, то коэффитсиенти афзоиши резонансиро кам кунед.
Вариантҳои 2 ва 3 одатан баъзе тағйироти сохториро талаб мекунанд, ки бе иҷрои таҳлили модӣ ва/ё омӯзиши элементҳои маҳдуд дар сохтор иҷро карда намешаванд.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko — муҳандиси таҳлили ларзиш, инчунин муассис ва директори генералии Vibromera. Зиёда аз 15 сол аст, ки ӯ таҷҳизоти даврзанандаро на дар стенди санҷишӣ, балки дар ҷойи кор баланс мекунад: мулчерҳо, вентиляторҳои саноатӣ, майдакунакҳо, центрифугаҳо, вал ва шпинделҳо. Маҳз аз ҳамин кор асбобҳои Balanset ба вуҷуд омаданд — онҳо ҳамчун асбобе тарҳрезӣ шудаанд, ки мутахассис метавонад онро то мошин бурда, дар ҷойи кор танҳо истифода барад, на ҳамчун таҷҳизоти лабораторӣ. Vibromera соли 2017 таъсис ёфтааст ва аз соли 2023 дар шаҳри Порту, Португалия ҷойгир аст. Таҳия, васлкунӣ ва дастгирии хатти Balanset маҳз дар ҳамин ҷо сурат мегирад. Асбоби асосӣ Balanset-1A мебошад — таҳлилгари сайёр барои балансировкаи якҳамворӣ ва дуҳамворӣ ва барои вибродиагностика. Nikolai шахсан дар дастгирии муштариён, дар ҳалли ҳолатҳои душвори балансировка ва дар таҳияи нармафзор иштирок мекунад. Ӯ бо муштариён дар тамоми ҷаҳон, бо ҳар забон кор мекунад.
0 Comments