Estratégias de controle de vibração para sistemas shaker

Quase todos os testes de vibração cobrem uma faixa de frequência em que as ressonâncias mecânicas ocorrem em um sistema que consiste em carga útil, fixação e armadura. Nesse contexto, o teste é controlado por aceleração, com base na seguinte equação básica em massa constante:

força = massa × aceleração (f = ma)

No entanto, sob condições de ressonância, a massa efetiva não permanece constante. Portanto, o controle de vibração deficiente pode levar à subcarga ou sobrecarga da carga útil e danos devido à sobrecarga da armadura. Escolher onde colocar os acelerômetros de controle é uma das partes mais críticas de qualquer teste de vibração.

Não há posições de controle de vibração ativas universalmente adequadas. No entanto, as posições erradas podem danificar o equipamento de vibração ou afetar as acelerações aplicadas à carga útil. Os seguintes princípios devem, portanto, ser observados:

• Todas as estruturas mecânicas têm ressonâncias
• Quanto maior a estrutura, menor a frequência de ressonância
• Para aumentar a massa sem aumentar a rigidez, a frequência de ressonância reduzirá
• Para maior rigidez sem aumento de massa, a frequência de ressonância aumentará
• Em um sistema livre, quando ocorre uma ressonância puramente axial, os pontos mais animados sempre serão os fins

Escolhendo a posição de controle

A razão mais óbvia para os acelerômetros de controle é limitar a aceleração na carga útil. Se a carga útil for grande e/ou a faixa de frequência for alta, em algum momento uma ou mais ressonâncias ocorrerão. Isso pode ser visto como a diferença nos níveis de aceleração em relação ao equipamento. 

Se apenas uma posição do acelerômetro for usada em um teste, o circuito de controle garante o controle da aceleração somente nessa posição. Se essa posição coincidir com um nó de ressonância onde há pouco ou nenhum movimento, o resto da estrutura pode ser acelerado em mais de cem vezes o valor de controle. 

Para determinar se um acelerômetro de controle está conectado a um nó, uma olhada no sinal de acionamento, mostrando a dinâmica do sistema, fornece clareza. Uma diminuição na unidade indica ressonância e um aumento na unidade indica anti-ressonância. Em caso de anti-ressonância, as posições de controle devem ser alteradas. Exemplos de gráficos de unidade bons e ruins são mostrados na figura abaixo.

Como a localização dos nós muda com a frequência, é difícil encontrar um ponto em que eles não ocorram. É por esse motivo que várias posições do acelerômetro devem ser usadas. A melhor área para colocar acelerômetros, com menor risco de encontrar um nó, é no final do sistema. Se isso não for possível, os monitores devem ser ajustados com níveis de entalhe para que o vibrador não seja danificado.

Teste aleatório X senoidal

Há uma diferença entre o sistema de controle de um shaker no teste senoidal e aleatório. 

Teste de seno

O amplificador monitora a tensão e a corrente fornecidas ao shaker, interrompendo o teste se exceder os níveis de disparo predefinidos. No caso de um teste de alto nível, e se a posição de controle estiver em um nó, a potência do inversor pode aumentar acima do nível de disparo, fazendo com que o sistema seja desligado.

Teste aleatório

O amplificador monitora a tensão e a corrente RMS de maneira semelhante. Se a posição de controle estiver em um nó, o amplificador não será desligado se a tensão e a corrente totais permanecerem abaixo do nível de disparo. Isso permanece verdadeiro mesmo que o shaker possa estar produzindo mais força do que o necessário. 

Uma outra complicação é que, na frequência ressonante da própria armadura, há uma grande quantidade de 'energia livre'. Pouca tensão e corrente são necessárias para acionar a armadura nessa frequência. É possível danificar a armadura ultrapassando o shaker sem causar o desligamento do amplificador. Colocar um acelerômetro de controle no final do sistema protege contra esse perigo, pois ele se move de maneira semelhante à armadura na outra extremidade.

A melhor prática para sua estratégia de controle

Seguir as boas práticas, conforme descrito abaixo, maximizará a vida útil do equipamento:

1. Sempre conecte um acelerômetro ao final do sistema para controlá-lo ou monitorá-lo. Defina os limites para a aceleração teórica máxima usando o cálculo f = ma.
2. Mesas deslizantes grandes podem exigir vários acelerômetros de controle posicionados no final. O canto da placa estará vibrando em um nível diferente do centro e em frequências mais altas.
3. Execute varreduras senoidais de baixo nível em toda a faixa de frequência de teste para caracterizar o dispositivo elétrico e a carga útil. Isso pode ser aleatório de baixo nível se o seno for proibido. Nível baixo significa aproximadamente —12 dB do nível de teste completo.
4. Revise a unidade para garantir que não haja aumentos além do nível nominal do inversor.
5. Use os resultados para modificar a estratégia de controle, se necessário.
6. Preste atenção à energia fora da faixa de frequência durante a operação aleatória. A largura de banda deve ser pelo menos 1,5 vezes a frequência de controle mais alta.
7. Se essa energia for grande ou no mesmo nível que a energia controlada, uma investigação deve ser feita antes de prosseguir.
8. Se ocorrerem problemas, observe a gravação de aceleração em tempo real. Isso pode revelar problemas que não são visíveis no domínio da frequência.
9. Se estiver tudo bem, vá para o nível de teste.

Isso protegerá o shaker de danos o máximo possível. Se essas precauções não forem tomadas, o shaker será forçado a fornecer mais do que os níveis de força ou aceleração pretendidos, encurtando sua vida útil. 

Descubra os sistemas de teste de vibração LDS e os acelerômetros HBK:

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