Strategie di controllo delle vibrazioni per sistemi shaker

Quasi tutti i test vibrazionali coprono un intervallo di frequenze in cui si hanno risonanze meccaniche in un sistema costituito da carico utile, attrezzature e armatura. In questo contesto, il test è controllato tramite accelerazione, in base alla seguente equazione con massa costante:

forza = massa x accelerazione (f = ma)

Tuttavia, in condizioni di risonanza, la massa effettiva non rimane costante. Pertanto, a uno scarso controllo delle vibrazioni può conseguire un carico eccessivo o insufficiente e un danno dovuto al sovrapilotaggio dell’armatura. Scegliere la posizione degli accelerometri di controllo è una delle parti maggiormente critiche di ogni test vibrazionale.

Non esistono posizioni del controllo delle vibrazioni attive universalmente valide. Eppure, un posizionamento errato può danneggiare gli strumenti di misura delle vibrazioni o influire sull’accelerazione applicata al carico utile. È pertanto necessario rispettare i principi seguenti:

• Tutte le strutture meccaniche hanno risonanze
• Quanto più grande è una struttura tanto più bassa sarà la frequenza risonante
• Per una massa maggiore senza una rigidità maggiore, la frequenza risonante si ridurrà
• Per una rigidità maggiore senza una massa maggiore, la frequenza risonante aumenterà
• In un sistema libero, quando si verifica una risonanza puramente assiale, i punti più agili saranno sempre le estremità

 

Scelta della posizione di controllo

Il motivo più ovvio per l’utilizzo degli accelerometri di controllo è limitare l’accelerazione nel carico utile. Se il carico utile è grande e/o l’intervallo di frequenza è elevato, a un certo punto si verificheranno una o più risonanze. Questo può essere osservato come la differenza dei livelli di accelerazione sulle attrezzature. 

Se in un test si utilizza una sola posizione dell'accelerometro, l’anello di controllo garantisce il controllo dell’accelerazione solo in tale posizione. Se questa posizione coincide con un nodo di risonanza in cui il movimento è minimo o assente, il resto della struttura può essere accelerato oltre cento volte il valore del controllo. 

Per determinare se un accelerometro di controllo è collegato a un nodo, è possibile osservare il segnale di azionamento, che mostra la dinamica del sistema. Una riduzione della trazione indica risonanza e un aumento della trazione indica antirisonanza. In caso di antirisonanza, le posizioni di controllo devono essere modificate. La figura di seguito mostra tracciati della trasmissione accettabili e non accettabili.

Poiché la posizione dei nodi cambia in base alla frequenza, è difficile trovare un punto in cui i nodi non siano presenti. Per questo motivo, è necessario usare diverse posizioni dell’accelerometro. La zona migliore per posizionare gli accelerometri, con il minimo rischio di trovare un nodo, è all’estremità del sistema. Se questo non è possibile, è necessario regolare i monitor con livelli di regolarizzazione in modo che il vibratore non si danneggi.

 

Test casuale e test sinusoidale

Esiste una differenza tra il sistema di controllo di no shaker nei test sinusoidali e in quelli casuali. 

Test sinusoidale

L’amplificatore monitora la tensione e la corrente forniti allo shaker, arrestando il test se uno o entrambi superano i livelli di scatto preimpostati. Nel caso di un test di alto livello, e se la posizione di controllo è in corrispondenza di un nodo, la potenza di trazione potrebbe aumentare al di sopra del livello di scatto, causando l’arresto del sistema.

Test casuali

L’amplificatore monitora la tensione e la corrente RMS in modo simile. Se la posizione di controllo corrisponde a un nodo, l’amplificatore non si arresta se la tensione e la corrente totali rimangono al di sotto del livello di scatto. Ciò resta valido anche se lo shaker potrebbe produrre più forza del necessario. 

Un’ulteriore complicazione sta nel fatto che, alla frequenza risonante dell’armatura stessa, è presente una grande quantità di “energia libera”. Per azionare l’armatura a questa frequenza sono necessari livelli bassi di tensione e corrente. È possibile danneggiare l’armatura con il sovrapilotaggio dello shaker senza causare l’arresto dell’amplificatore. Posizionando un accelerometro di controllo all'estremità del sistema, si evita questo pericolo, poiché questo si muove in modo simile all’armatura all’altra estremità.

 

Le best practice per la tua strategia di controllo

Se si seguono le best practice descritte di seguito, sarà possibile massimizzare la vita utile dell’attrezzatura:

1. Collegare sempre un accelerometro all’estremità del sistema per controllarlo o monitorarlo. Impostare i limiti alla massima accelerazione teorica usando il calcolo f = ma.
2. Grandi tavole orizzontali potrebbero richiedere numerosi accelerometri di controllo posizionati all’estremità. L'angolo della tavola vibra a un livello diverso dal centro e con frequenze maggiori.
3. Eseguire sweep sinusoidali a basso livello nell’intero intervallo di frequenza per caratterizzare le attrezzature e il carico utile. Se la modalità sinusoidale è proibita, eseguirli in modalità casuale a basso livello. Basso livello significa circa -12 dB rispetto al livello completo del test.
4. Rivedere la trasmissione per assicurarsi che non ci siano aumenti oltre il livello di trasmissione nominale.
5. Usare i risultati per modificare la strategia di controllo, se necessario.
6. Fare attenzione all’energia al di fuori della banda di frequenza durante il funzionamento casuale. La larghezza della banda deve essere almeno 1,5 volte la massima frequenza di controllo.
7. Se questa energia è elevata o pari al livello dell’energia controllata, è necessario eseguire un’indagine prima di procedere.
8. Se si verificano problemi, osservare la registrazione dell’accelerazione in tempo reale. Questa potrebbe rivelare problemi non visibili nell’ambito della frequenza.
9. Se va tutto bene, procedere al livello del test.

In questo modo si proteggerà il più possibile lo shaker dai danni. Se non si prendono queste precauzioni, lo shaker sarà obbligato a fornire una forza o un’accelerazione superiori ai livelli previsti, accorciando così la sua vita utile. 

 

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