Dołącz do czytelników
Brak wyników

Identyfikacja własności dynamicznych maszyn i konstrukcji

Artykuł | 11 grudnia 2020 | NR 5
0 96

Diagnostyka i przewidywanie wpływu drgań na stateczność konstrukcji są niemożliwe bez dokładnej identyfikacji jej własności dynamicznych. Poprawna, precyzyjna ocena stanu maszyn na podstawie analizy drgań wymaga wiele więcej niż tylko powierzchownej wiedzy. Zrozumienie zachowania maszyn i konstrukcji wymaga identyfikacji parametrów tak specyficznych, jak odciski palca u człowieka.

W przypadku maszyn własności dynamiczne określają drgania własne oraz drgania wymuszone ruchem roboczym samej maszyny. Do diagnostyki maszyn używa się analizy częstotliwościowej obydwu rodzajów drgań. W przypadku konstrukcji stałych rzadko można mówić o drganiach wymuszonych jej zaplanowanym ruchem, najważniejsze kwestie to określenie częstotliwości drgań własnych struktury i jej elementów oraz ocena wpływu zewnętrznych, cyklicznych albo stałych, czynników wzbudzających na amplitudy drgań konstrukcji i wywołane drganiami naprężenia.

Identyfikacja częstotliwości drgań własnych struktur

W przypadku konstrukcji identyfikacja częstotliwości drgań własnych, tłumienia i wykrywanie ewentualnych rezonansów odbywa się dziś na etapie ich projektowania. Dokładność danych wprowadzanych do równań pozwala na uwzględnienie wszystkich czynników w procesie komputerowego modelowania konstrukcji. Dokładne dane o cechach materiałów, rodzaju połączeń i tłumieniu pozwalają na budowanie struktur nie tylko odpornych na wibracje maszyn i samowzbudne drgania na skutek parcia wiatru, ale nawet na trzęsienia ziemi. Symulacje wykonywane na etapie projektowania z użyciem złożonych metod obliczeniowych prawie doskonale odwzorowują zachowanie rzeczywistych obiektów. Metody symulowania zachowania struktur przestrzennych są obszernym i często omawianym zagadnieniem, niewchodzącym w zakres standardowych obowiązków służb utrzymania ruchu, nie obejmuje ich zatem niniejszy artykuł.

Od dostawców konstrukcji, na których stoją nasze maszyny, nie oczekujemy stosowania kosmicznych technologii modelowania, ale z pewnością spodziewamy się, że konstrukcje czy rurociągi nie będą niczym ramiona kamertonu zsynchronizowane z obrotami pracujących na nich wirników. Tymczasem, niestety, sporadycznie się to zdarza. Chociaż dziś z pewnością nie konstruuje się już mostów takich jak słynna „Galopująca Gertie” (nieszczęsny falujący most w Tacoma, który zawalił się w 1940 r. – został zniszczony przez wiatr z powodu niskiej sztywności i rezonansu pylonów z przęsłami) to w drugorzędnych, tańszych konstrukcjach nie przykłada się wciąż specjalnej wagi do zachowania właściwego odstępu częstotliwości rezonansowych poszczególnych elementów ani do ich separacji od częstotliwości generowanych przez współpracujące maszyny. Dlatego identyfikacja cech dynamicznych konstrukcji bywa konieczna, szczególnie wtedy, kiedy postanawiamy zainstalować nową maszynę lub zestaw maszyn na istniejącej konstrukcji.

W przypadku kiedy nowa maszyna drży, przekraczając wszelkie normy, lub solidna struktura po włączeniu niewielkiego urządzenia wpada w nienormalne wibracje, jednym z głównych podejrzanych powinien być rezonans. Identyfikacja cech dynamicznych struktury w takim przypadku pozwala nie tylko upewnić się co do przyczyny, ale też zaplanować możliwie najtańsze i najprostsze rozwiązanie.

 

Rys. 1. Specjalny młotek gumowy z wymiennymi końcówkami
o różnej twardości. Umieszczony w obuchu akcelerometr inicjuje zapis sygnału drganiowego

 

Identyfikacja częstotliwości drgań własnych istniejącej struktury za pomocą obliczeń jest tyleż uciążliwa i czasochłonna co niedokładna. Nawet znając wszystkie parametry materiału i jego geometrię, rzadko udaje się właściwie oszacować dekrement tłumienia bez pomiaru przebiegu wygaszania drgań. Tymczasem dekrement tłumienia to często pomijany czynnik, który ma zasadniczy wpływ na częstotliwość drgań własnych. W sumie skomasowane pomyłki w obliczeniach drgań własnych wynikłe z niedokładnych danych wprowadzanych do równań sprawiają, że rozbieżności od wartości rzeczywistych mogą uczynić je bezużytecznymi. Tymczasem posiadacz podstawowego urządzenia do analizy widmowej drgań może bez trudu ustalić częstotliwość drgań własnych konstrukcji oraz jej elementów przy pomocy swojego analizatora. W naszej praktyce często wykonujemy takie badania dla naszych klientów szukających taniego wyjścia z uciążliwego rezonansu lub źródła nadmiernych wibracji przyspieszających zużycie maszyn czy regularnie uszkadzających konstrukcje.

Liczni producenci urządzeń do diagnostyki oferują „cudowne” młotki lub inne akcesoria służące pomiarowi drgań własnych struktur. Do takiego pomiaru potrzebne są tymczasem tylko dwa czynniki: wzbudzenie impulsowe, albo ich seria, oraz analiza widmowa wygaszającego się sygnału. Uderzenie młotkiem gumowym lub bardziej masywnym przedmiotem struktury, na której dokonywany jest pomiar widma drgań, użycie własnej masy do wzbudzenia struktury lub napięcie jej i gwałtowne zdjęcie naprężenia, powodują wygaszające się drgania mechaniczne z częstotliwością drgań własnych – częstotliwością, której szukamy. Mówiąc inaczej, pomiar widma drgań elementu, który wzbudzamy impulsowo, ujawni w widmie częstotliwość drgań własnych elementu modulowaną częstotliwością impulsów wzbudzenia.

Identyfikacja...

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy