موتور ویبره که به نام موتور ویبراتور روتاری هم شناخته میشود، مجهز به وزنههایی است که به صورت خارج از مرکز روی شافت میچرخند. در نتیجه این حرکت، نیروی سانتریفیوژی به وجود میآید و ویبره کنترل شده حاصل به هر ساختاری که به الکتروموتور وصل باشد، منتقل میشود. برای عملکرد صحیح سیستم، وزنههایی که در هر طرف شافت قرار دارند بایستی جرم مساوی داشته باشند.
اگر وزنهها نامتعادل یا بیش از حد سنگین باشند، حرکات پارازیتی رخ میدهد و شوکهای لرزشی به موتور وارد میکند. در چنین هنگامی بایست به فکر کاهش ضربه ویبره بدنه در موتور ویبره بود. معمولاً این مشکل، به یکی از علتهای زیر مربوط میشود:
- پایه یا اتصالات نصب موتور به اندازه کافی قرص و محکم نیستند و با حرکت ساختار به پوسته موتور ضربه وارد میشود؛
- وزنهها یا نگهدارندهها شل شده یا به اندازه استاندارد نیستند؛
- سیستم در حین استارت و توقف دچار رزونانس ساختاری میشود؛
- خود پروسه دچار اشکال است و باعث ضربه به بدنه موتور ویبره میشود.
همه این موارد، واکنشهایی ناگهانی ایجاد میکنند که در نتیجه آنها، ضربات ویبره به پایه یا بدنه موتور وارد میشوند. برای حل مشکل ضربه بدنه موتور ویبره، راهکارهای متعددی وجود دارد که با اجرای آنها میشود از بار ضربه به پوسته کاست و جلوی نقص عملکردهای احتمالی را گرفت.
در این راهنما از آتور صنعت، به ریشه یابی علت ضربه ویبره بدنه در موتور ویبره میپردازیم و راهکارهای عملی برای رفع این مشکل را با شما در میان میگذاریم.
علت ضربه ویبره بدنه در موتور ویبره چیست؟
موتور ویبره با چرخاندن وزنههای خارج از مرکز روی روتور، نیروی ارتعاشی تناوبی تولید میکند. در شرایط کاری عادی این نیروها منظم و قابل پیشبینی هستند، اما وقتی این نظم برهم بخورد، با مشکلات متعددی از جمله ضربه بدنه به موتور ویبره یا ایمپکت روبرو خواهیم بود.
عواملی که در ادامه بررسی خواهیم کرد، باعث تبدیل ارتعاش یکنواخت سینوسی به پالسهای تند و نوسانهای ناگهانی میشوند. بدنه موتور، این وضعیت را به شکل شوک و ضربه حس میکند و در نهایت، فرسایش قطعات و ریسک خرابی دستگاه را تهدید خواهد کرد.
عدم تعادل وزنهها
زمانی که جرم یا زاویه وزنههای خارج از مرکز مطابق تنظیم استاندارد نباشد یا در دو انتهای محور اختلاف وجود داشته باشد، نیروی گریز از مرکز نامتعادلی ایجاد میشود. این وضعیت، دامنه ارتعاش در دور نامی را بالا میبرد و باعث ضربه به بدنه در موتور ویبره میشود.
در ویبراتورهای دوار، چنین ناهماهنگیهایی معمولاً با هشدار جدی همراه است چون نیروهای داخلی مخرب ایجاد کرده و لرزش یکنواخت را به ضربههای پیدرپی تبدیل میکنند. این موضوع مستقیم با کنترل ضربه بدنه در موتور ویبره در ارتباط است و بیتوجهی به آن، طول عمر دستگاه را کاهش میدهد.
تراز نشدن وزنهها
در این حالت، زاویه یا فاز وزنهها مطابق دستورالعمل کارخانه تنظیم نشده است. حتی اگر درصد کلی تنظیم درست باشد، اختلاف چند درجهای بین دو انتها میتواند گشتاورهای کجکننده و نوسانهای زاویهای ایجاد کند.
در دفترچههای فنی سازنده معمولاً تأکید میشود که موقعیت وزنهها باید در دو سمت محور کاملاً قرینه باشد، چون هرگونه انحراف از علامتهای تعیینشده، نیروهای غیرعادی به وجود میآورد و تنش موضعی در پایه یا پوسته موتور را افزایش میدهد. نتیجه این ناهماهنگی، همان شوکهای محسوس در حین راهاندازی میباشند که لازم است در فرآیند کاهش لرزش بدنه موتور ویبره بررسی شوند.
هممحوری شفتها و خرابی بلبرینگ
اگر محور موتور ویبره خمیده باشد یا هممحوری آن با پوسته و بلبرینگها بههم خورده باشد، مرکز دوران روتور دیگر با محور بلبرینگها همراستا نیست. این وضعیت، بارهای شعاعی و محوری متناوبی ایجاد میکند و موجب تحریک هارمونیکها و فرسایش سریع بلبرینگها میشود.
آسیب دیدگی بلبرینگها یا کمبود روانکاری هم ضربههایی با فرکانس بالا تولید میکند که روی ارتعاش اصلی سوار میشوند و در نمودار زمانی بهصورت ضربههای تیز و در طیف فرکانسی به شکل پهنای انرژی گسترده ظاهر میشوند. این مورد یکی از علل رایج در تحلیل ارتعاش تجهیزات دوار محسوب میشود و برای کنترل ضربه بدنه در موتور ویبره باید بهدقت پایش شود.
سایش قطعات داخلی
اصطکاک بیش از حد میان اجزای ثابت موتور ویبراتور و دوار یا استفاده از گریس آلوده و نامناسب، باعث افزایش حرارت و تغییرات لحظهای در گشتاور موتور میشود. این نوسان گشتاور، نیروی نامتعادل را تغییر داده و ارتعاش را از حالت یکنواخت به لرزشهای ناپایداری تبدیل میکند که به ضربه به بدنه موتور ویبره میانجامد.
سازندگان تأکید میکنند که موتورهای ویبره با میزان مشخصی از گریس استاندارد عرضه میشوند و افزودن گریس اضافی یا خارج از مشخصات توصیهشده میتواند دمای بلبرینگ را بالا ببرد و ضربههای ناگهانی شبیه شوک در بدنه ویبراتور ایجاد کند.
مشکل اتصال یا لق بودن قطعات و اتصالات
اتصالات در موتور ویبره شامل پیچهای نصب، صفحه پایه، ملات زیرپایه و قطعات داخلی مانند خار یا بوش است. شل بودن این بخشها، حرکت نسبی بین قطعات و برخوردهای لحظهای ایجاد میکند که بهصورت نوسان و ضربه دیده میشوند.
این وضعیت یکی از علل شایع ضربه بدنه موتور ویبره است و با گذشت زمان، لقیها را بیشتر کرده و به خرابی سریعتر منجر میشود. ساختار نگهدارنده باید متناسب با نیروی ارتعاش طراحی و تثبیت شود چون هر ضعف در این اتصالات مستقیماً به شوک و ضربه در بدنه منتهی خواهد شد.
سینرژی فرکانس محرکه با فرکانس طبیعی سازه
فرکانس محرکه موتور ویبره به سرعت چرخش و تعداد قطبها یا لغزش درایو فرکانسی وابسته است. اگر این ارتعاش با فرکانس طبیعی سازه یا تجهیزات مانند دیوارهها، فریم نگهدارنده یا حتی ماده درون مخزن همپوشانی پیدا کند، پدیده تشدید رخ میدهد.
این وضعیت باعث تجمع انرژی و افزایش دامنه نوسان میشود، بهطوریکه بدنه موتور آن را بهصورت ضربه و نوسانهای جهشی دریافت میکند. چنین شرایطی با شوکهای متناوب و ناپایدار همراه است و باید در مرحله طراحی و تنظیم سرعت، برای کاهش لرزش بدنه موتور ویبره مورد توجه قرار بگیرد.
روشهای مکانیکی کنترل ضربه ویبره
راهکارهای مکانیکی برای کاهش ضربه ویبره به بدنه موتور ویبره، مستقیم منبع یا مسیر ارتعاش را تغییر میدهند تا نیروی تحریک موتور ویبره یکنواختتر شود و انرژی منتقلشده به بدنه محدود بماند. هریک از روشهایی که در ادامه باهم مرور میکنیم، بخشی خاص از مکانیزم کنترل ضربه بدنه در موتور ویبره را هدف میگیرند.
تنظیم وزنههای موتور ویبره و تنظیم لنگ
یکی از مؤثرترین روشهای کاهش لرزش بدنه موتور ویبره، این است که وزنهها را به طور متقارنی در دوسر محور تنظیم کنید تا نیروی نامتعادل کمتری برای جابجایی بار لازم باشد. این کار باعث میشود نیروی حاصل در مرکز شافت باقی بماند و از ایجاد گشتاورهای مایل یا ضربهای در پوسته جلوگیری شود.
بسته به برند، در دستورالعمل سازنده برخی از موتور ویبراتورها توصیه میشود که از حداقل نیروی مؤثر استفاده کنید تا تنش داخلی و ریسک ضربه ویبره به بدنه موتور ویبره کمتر شود.
تغییر زاویه وزنهها
محل قرارگیری وزنهها بهاندازه مقدار جرم آنها اهمیت دارد. اختلاف جزئی در زاویه بین وزنه ثابت و قابلتنظیم (یا بین دو انتهای محور) باعث ایجاد کوپل نامتعادل و ارتعاشات ضربهای میشود که به سازه منتقل میگردد. برای جلوگیری از این حالت، از علائم شاخص و گشتاور مشخصشده توسط سازنده استفاده کنید. پس از چرخاندن وزنه به زاویه مورد نظر، تقارن دو سر محور را دوباره چک کنید. این دقت در همفازسازی، ارتعاش ضربهای را به نیرویی نرم و پیوسته تبدیل میکند.
کم کردن جرم وزنهها
در مواقعی که ساختار بیشازحد تحریک میشود و به سمت تشدید (رزونانس) میل میکند، کاهش جرم وزنهها برای جلوگیری از ضربه ویبره به بدنه موتور ویبره ضروری است. با کم کردن درصد وزنههای قابل تنظیم در هر دو طرف بهصورت مساوی، نیروی گریز از مرکز تا حد لازم پایین میآید.
این کار نیروهای دینامیکی واکنشی در پایهها را کاهش میدهد و در زمان شتابگیری یا توقف، از ایجاد ضربات ناگهانی جلوگیری میکند.
استفاده از دمپر یا جذبکننده ارتعاش
دمپرهای ویسکوالاستیک یا هیدرولیکی بخشی از انرژی ارتعاش را به گرما تبدیل میکنند و پیکهای لرزشی را کاهش میدهند. سیستم دمپینگ مناسب، پاسخ لرزشی را ملایمتر میکند و جلوی ضربه ویبره به بدنه موتور ویبراتور را میگیرد. نکته حیاتی که باید در خطوط فرکانس کاری متغیر درنظر بگیرید این است که دمپرها جلوی تشدید بیشتر ویبره را میگیرند و از تبدیل آن به ضربه پیشگیری میکنند.
استفاده از عایق یا پایه الاستیک بین موتور و سازه
قرار دادن لایههای الاستومری یا کامپوزیتی بین پایه موتور ویبره و سازه، اجازه نمیدهد در فرکانسهای بالاتر از فرکانس طبیعی پایه، انتقال ارتعاش بیشتر از حالت استاندارد شود. این کار از انتقال ضربه و لرزش به بدنه و سازه جلوگیری میکند و به طور چشمگیری به کاهش لرزش بدنه موتور ویبره کمک مینماید.
انتخاب عایق بر اساس بار وارد بر پایه، سرعت دوران (دور در دقیقه) و میزان خمش مجاز انجام میشود. برای انتخاب صحیح، از نمودارهای ضریب انتقال و جداول انتخاب ارائهشده در منابع صنعتی استفاده کنید تا میزان تغییر شکل و الگوی نصب دقیق تنظیم شود.
افزودن جرم جبرانی
در شرایطی که یک مود ارتعاشی خاص بر ساختار غالب است، میتوان از یک جرم جبرانی تنظیم شده (Tuned Mass Damper) شامل وزنه، فنر و دمپر استفاده کرد. این مجموعه با حرکت مخالف سازه، بخشی از انرژی ارتعاشی را جذب میکند و دامنه نوسان را کاهش میدهد. در نتیجه ضربه بازگشتی به بدنه موتور ویبره نیز کم میشود.
تئوری کلاسیک دنهارتوگ و تجربه صنعتی نشان میدهد که وقتی فرکانس و میرایی بهدرستی تنظیم شوند، دامنه ارتعاش بهطور چشمگیری کاهش مییابد و کنترل پایدارتری در عملکرد حاصل میشود.
روشهای الکتریکی و کنترلی
هدف روشهای الکتریکی و کنترلی کاهش ضربه به بدنه موتور ویبره این است که گشتاور الکترومغناطیسی تولیدی ویبراتور از طریق سیگنالهای کنترلی، درایوهای اینورتر و سیستمهای فیدبک شکل بگیرد تا ارتعاشها یکنواخت، بدون نوسان و به دور از تشدید (رزونانس) تولید شوند.
کنترل دور موتور ویبره با اینورتر یا کنترلکننده سرعت
بهکارگیری درایو فرکانس متغیر (VFD) تکفاز بهترین روش برای کنترل فرکانس و ولتاژ برای جلوگیری از ضربه به بدنه موتور ویبراتور است. با تنظیم منحنیهای شتاب و کاهش سرعت (Accel/Decel Ramp)، میتوان عبور از نواحی تشدید سازهای را نرم و بدون ضربه انجام داد.
اینورترها با روشهای کنترل اسکالر (V/f)، بُرداری و DTC، گشتاور را در سرعت پایین یکنواخت میکنند و از ایجاد پیکهای گذرا که سبب ضربه به پایهها میشود جلوگیری میکنند. استفاده صحیح از VFD یک راهکار اثباتشده برای کاهش لرزش بدنه موتور ویبره و جلوگیری از شوکهای لحظهای در زمان راهاندازی یا توقف است.
فرکانس اینورتر انتخابی شما باید با توجه به برق سایت و نوع موتور ویبره (تکفاز یا سه فاز)، حداقل 20 هرتز و حداکثر برابر با فرکانس نامی که برای کار با VFD قید شده، باشد. اگر برق سایت تکفاز است، میتوانید از VFD تکفازِ ورودی که «سهفاز خروجی» میدهد برای راهاندازی موتور ویبرهٔ سهفاز استفاده کنید. شرط مهم کار اینجاست که درایو باید برای ورودی تکفاز دیریت شود (معمولاً یعنی جریان ورودی درایو برابر یا مساوی جریان نامی موتور ضرب در 1.73 انتخاب شود) تا درایو نیم سوز نگردد یا پل دیودی رخ ندهد.
انتخاب اینورتر مناسب برای کاهش ضربه بدنه موتور ویبره، اگر اصولی و متناسب با شرایط انجام نشود میتواند مزید بر علت شده و خرابی بیشتری به بار بیاورد. در صورتی که خواهان خرید اینورتر برای ویبراتور هستید، پیشنهاد میکنیم با کارشناسان آتورشاپ مشورت نمایید تا با نیازسنجی دقیق، بهترین گزینه به شما پیشنهاد داده شود.
کنترل فعال لرزش با سنسور و اکچویتور
در کنترل فعال لرزش (Active Vibration Control) از سنسورهایی مثل شتابسنج و عملگر برای تزریق نیروی مخالف در لحظه استفاده میشود. این سیستمها با معماری فیدبکی، پیشخور یا ترکیبی (مانند FXLMS) طراحی شدهاند و ناهنجاریهای دورهای یا گسترده را هدف قرار میدهند.
اگر سیستم AVC به درستی مدلسازی و تنظیم شده باشد، میتواند مودهای ارتعاشی را سرکوب کند تا منجر به ضربه ویبره به بدنه موتور ویبره نشوند. این روش در ویبراتورهای بزرگ جواب میدهد، اما بایست تجهیزات و مودهای ارتعاشی را به درستی انتخاب کنید و پارامترهای کنترلی را با دقت تنظیم نمایید.
تکنیکهای مدولاسیون و PWM پیشرفته برای کاهش هارمونیک و لرزش
مدولاسیون بُردار فضایی (Space-Vector PWM) و مدولاسیون تصادفی (Spread-Spectrum PWM) با توزیع مجدد انرژی سوئیچینگ، نویز صوتی، نوسان گشتاور و تحریکهای رزونانسی را پایین میآورند. بسیاری از درایوها تنظیماتی مثل فرکانس حامل و گزینههای کاهش نویز را ارائه میکنند و برخی فیلتر خروجی هم دارند.
با انتخاب مناسب پارامترهای مدولاسیون، پیکهای باند باریکی که اثر آنها به صورت ضربه در بدنه موتور حس میشود را کاهش میدهند و در عین حال، دقت کنترلی هم کاهش پیدا نمیکند. البته باید انتظار کمی تلفات سوییچینگ بیشتر را داشته باشید.
استفاده از فیلتر فرمان برای کاهش ارتعاش
فیلتر فرمان یا Input Shaping با پیشپردازش سیگنالهای سرعت و گشتاور، مودهای انعطافپذیر سیستم را خنثی میکند. فیلترهای ZV، ZVD و نسخههای مشابه با ترکیب توالی ضربهها با سیگنال مرجع، ارتعاش باقیمانده را در زمان شتاب، توقف یا تغییر سرعت بهطور چشمگیری کاهش میدهند، یعنی دقیقاً در لحظاتی که احتمال ضربه در بدنه بیشتر است.
این روش به مدلسازی پیچیده نیاز ندارد و در بیشتر کنترلرهای صنعتی قابل پیادهسازی است.
راهکارهای پیشگیری از ضربه بدنه موتور ویبره
پیشگیری از ضربه ویبره به بدنه موتور ویبره، یعنی انجام پایش و مدیریت سیستم پیش از اینکه ضربه رخ بدهد. برای این منظور باید تجهیزات اندازهگیری دقیق روی بدنه نصب کنید، سیگنالها را بهطور منظم تحلیل نمایید و هر تغییر کوچکی را ثبت و بررسی کنید تا از شکلگیری شوکهای مکانیکی جلوگیری شود.
نصب سنسورهای ارتعاش
سنسورهای شتابسنج صنعتی یا حسگرهای ترکیبی ارتعاش و دما را روی بدنه موتور ویبره و در نزدیکی پایههای یاتاقان نصب کنید. جهت نصب باید مطابق اصول مهندسی باشد، یعنی هر سنسور را در راستای شعاعی نسبت به محور و در صورت نیاز در راستای محوری قرار بدهید.
دامنه اندازهگیری سنسور را متناسب با فرکانس تحریک موتور و باندهای بلبرینگ برگزینید و سیگنال را به سیستم جمعآوری داده یا PLC متصل کنید. کیفیت نصب و محل حسگر، تعیینکننده دقت سیگنال و تشخیص زودهنگام ضربه است.
آنالیز سیگنال ارتعاش و تشخیص ناهنجاریها
تحلیل شکل موج زمانی، سرعت مؤثر (RMS) و طیف فرکانسی بههمراه روش دمدولاسیون برای عیب بلبرینگ انجام میشود. مؤلفههای 1× و 2× نشانگر عدم تعادل یا ناهممحوری هستند. وجود هارمونیکهای باند پهن، نشانه شل بودن قطعات است.
محدوده هشدارها باید با کلاس موتور ویبره و دستورالعملهای تشخیص همخوانی داشته باشد. این تحلیل سیستماتیک، دادههای خام را به هشدارهای زودهنگام تبدیل میکند و از وقوع ضربه بدنه در موتور ویبره جلوگیری مینماید.
ثبت تغییرات لرزش در طول زمان
ابتدا در شرایط پایدار، خط مبنای ارتعاش را تعیین کنید و شاخصهایی مثل سرعت کلی، شدت باند بلبرینگ و میزان کشیدگی (Kurtosis) را در بازههای زمانی ثبت کنید. هر بار که داده جمعآوری میشود، شرایط کاری شامل بار، سرعت و نوع محصول را هم ثبت نمایید تا افزایش مقادیر قابل تفسیر باشد.
استاندارد ISO 17359 بر مستندسازی مسیرها، روش اندازهگیری و حدود هشدار تأکید میکند تا تغییرات وضعیت قابل پیگیری و ارزیابی باشند. اگر در جریان روند دادهها باشید، هنگام مشاهده ضربه به بدنه موتور ویبره تغییرات عملکردی را در قالب اعداد قابل اندازه گیری درک خواهید کرد و پیرو آن، تدبیر بهتری برای کاهش ضربه خواهید اندیشید.
اصلاحات بازخوردی بر اساس دادههای مانیتورینگ
به محض مشاهده هشدار یا روندهای غیرعادی، از نمودارهای تشخیص استاندارد ISO 13373 برای عیب یابی، آزمایش هدفمند و رفع مشکل ضربه به بدنه موتور ویبره استفاده کنید. بعد یافتهها را در تنظیم حدود هشدار، مسیرهای اندازهگیری و نحوه نصب حسگرها اعمال کنید.
این چرخه بازخوردی در چارچوب PDCA باعث پویایی سیستم پایش وضعیت شده و بهتدریج احتمال بروز ضربه بدنه موتور ویبره را کاهش میدهد و پایداری عملکرد را به سطحی ایمن و کنترلشده میرساند.
جمع بندی
رویکردهای حل مشکل ضربه بدنه موتور ویبره که در این مقاله بررسی کردیم، بر سه ستون استوار است: تنظیم مکانیکی صحیح، یکپارچه سازی مناسب فرایند و پایش وضعیت برای تشخیص زودهنگام انحرافهای موجود. هدف از مدیریت ضربه به بدنه موتور ویبره، این است که نیروی محرکه از منبع تا سازه در حالتی یکنواخت، قابل پیش بینی و در محدوده مجاز باقی بماند و خود موتور دچار استهلاک زودرس نشود.
با اجرای دستورالعمل سازنده و تنظیم اجزای موتور ویبراتور، میتوانید از نقص عملکرد به دلایل مختلف که باعث ارتعاش بیش از حد میشود و به بدنه شوک یا ضربه وارد میآورد، جلوگیری نمایید.
اگر در سایت شما نشانههایی از کوبش و شوک ارتعاشی در موتور ویبره دیده شده، میتوانید برای مشاوره تخصصی و عیب یابی موتور ویبراتور با کارشناسان آتور صنعت در تماس باشید. متخصصان ما در واحدهای پشتیبانی و سرویس، آماده ارائه راهنمایی در زمینه خرید اینورتر مناسب موتور ویبره یا تعمیرات حرفهای هستند.
جهت تماس با همکاران ما، میتوانید از طریق فرم موجود در سایت اقدام نمایید یا در ساعات اداری، با شماره 03132004 ارتباط حاصل فرمایید.
سؤالات متداول کنترل ضربه ویبره بدنه در موتور ویبره
- ویبره بدنه موتور ویبره چیست و چرا مشکل ایجاد میکند؟ ویبره بدنه یعنی انتقال نیروی نامنظم موتور ویبره به پوسته یا سازه که باعث تنش، شکست اتصالات و کاهش عمر موتور و تجهیزات متصل میشود.
- چه عوامل باعث ایجاد ضربه و لرزش در بدنه موتور ویبره میشوند؟ عواملی مثل نامیزانی وزنهها، ناهماهنگی زاویه، شل شدن اتصالات، خرابی یاتاقان و کار در فرکانس تشدید، ضربه و لرزش در بدنه موتور ویبره ایجاد میکنند.
- آیا میتوان ضربه ویبره را با کنترل دور موتور کاهش داد؟ بله، با کنترل دور موتور از طریق اینورتر و تنظیم رمپ استارتاستاپ میتوان از عبور ناگهانی از نواحی تشدید جلوگیری کرد و ضربه ویبره را کاهش داد.
- چگونه از سنسور و مانیتورینگ برای کنترل ویبره استفاده کنیم؟ با نصب سنسور ارتعاش و ثبت سیگنال میتوان تغییرات دامنه و فرکانس ویبره را رصد کرد. این دادهها در مانیتورینگ به موقع، هشداردهی و پیشگیری از خرابی کمک میکنند.
