Kontrola maszyn i konstrukcji według analizy modalnej
Kontrola maszyn nie tylko musi odbywać się poprzez okresowe przeglądy stanu technicznego czy poprzez weryfikowanie sprawności pracy. W wielu przypadkach ważne jest też wyznaczenia parametrów dynamicznych układów mechanicznych, w tym częstotliwości drgań własnych, postaci drgań własnych oraz tłumienia. Umożliwia to tzw. analiza modalna, dzięki której wiele technologii budowlanych oraz przemysłowych może być utrzymana przez lata w pełnej świetności. Na czym zatem polega tego typu analiza?
Analiza modalna, czyli metoda diagnostyczna maszyn i urządzeń
Analizę modalną traktuje się jako ważną technikę diagnozowania stanu technicznego różnych maszyn oraz urządzeń, w których występują duże drgania i wibracje. Mowa przede wszystkim o technologiach z silnikami, generatorami elektrycznymi, wentylatorami czy też turbinami, które pozostają w ciągłym ruchu, a ich praca uzależnia stabilność różnych działań np. całych zakładowych procesów produkcyjnych. Analiza modalna ważna jest też tam, gdzie ciągłe wibracje zagrażają nie tylko wydajności maszyn, ale taż pośrednio/bezpośrednio wpływają na konstrukcje np. mostów czy fundamentów budynków.
Warto zatem podkreślić, że analiza modalna to systematyczne diagnozowanie wykonywane w celu sprawowania kontroli nad wpływem drgań własnych na stabilność urządzeń i konstrukcji. Pod uwagę bierze się zaś w niej takie wielkości jak częstość drgań własnych, postać drgań oraz wartości współczynników tłumienia.
Jak analiza modalna wykorzystywana jest w praktyce?
Analiza modalna jako technika diagnostyczna może być wykorzystywana doraźnie lub w ramach stworzonych specjalistycznych układów dostarczających stale ważne dane na temat drgań własnych urządzeń i konstrukcji. Potrzebne są jednak do tego nowoczesne narzędzia i osprzęt, a także wysokiej klasy oprogramowanie. Różnego rodzaju rozwiązania proponuje firma HOTTINGER BRUEL & KJAER, która słynie na całym świecie i w Polsce m.in. z oferowania układów do analizy modalnej opartych o młotki modalne oraz systemy wibracyjne. Ważne są również specjalne czujniki jedno lub trójosiowe, a także innowacyjne systemy pomiarowe.
Przykładem zastosowania systemów wibracyjnych czy młotków modalnych jest badanie modów tarcz hamulcowych. Nowoczesne urządzenia i oprogramowanie pozwala tworzyć wizualizacje, które sprzyjają zrozumieniu własności dynamicznych danego układu mechanicznego. Dzięki temu rozwiązać można różne problemy zarówno dotyczące nadmiernego hałasu podczas drgań, jak i szybkiego wyeksploatowania danych elementów (np. występowanie przedwczesnych pęknięć wspomnianych tarcz).
Operacyjna i klasyczna analiza modalna
Analizę modalną można podzielić na dwa ich rodzaje. Pierwszym z nich jest operacyjna analiza modalna, która w uproszczeniu służy do diagnozowania dużych maszyn, a drugą jest klasyczna analiza modalna, wykorzystywana głównie do kontroli poprawności eksploatacji różnych urządzeń.
Uszczegóławiając, operacyjna analiza modalna ceniona jest przy diagnozowaniu konstrukcji i maszyn o dużej masie oraz rozmiarach. Pomiary dokonywane w takim przypadku oparte są na wykorzystaniu drgań obiektów podczas ich pracy, ale nie w wyniku ich sztucznego wzbudzania. Analizy i sama diagnostyka przeprowadzane są zatem z użyciem innych narzędzi oraz systemów niż w przypadku analizy modalnej klasycznej. W niej z kolei ważne jest prowadzenie pomiarów z użyciem nowoczesnych wzbudników drgań, co ma swoje zastosowanie tam, gdzie ważne jest monitorowanie poprawności pracy urządzeń z układami ruchu. Klasyczna analiza modalna jest chętnie wykorzystywana po to, by zapobiegać poważnym awariom oraz, by szybko wykrywać nawet najmniejsze nieprawidłowości. Znalazła ona też zastosowanie w budownictwie.
Jak działa młotek modalny?
Jednym z najchętniej wykorzystywanych narzędzi przy analizach modalnych są wzbudniki drgań w typie młotków modalnych. Produkowane są one w dziesiątkach odmian, różniąc się zakresem prac oraz parametrami. Przy zakupie młotków modalnych trzeba zatem zwracać uwagą na ich czułość, zakres częstotliwości, zakres amplitud, a także na ich wagę i średnicę głowicy. Jak działają zaś młotki modalne i jakie są przykłady ich zastosowań?
Wzbudniki drgań w typie młotków sprawdzają się m.in. przy diagnostyce konstrukcji budowlanych w formie belek, stropów oraz schodów. Ich praca jest zaś prosta – przekazują one energię kinetyczną zgromadzoną w swojej masie do badanego układu, uzyskując w ten sposób miarodajny i konkretny pomiar. Następnie może być on przetworzony i dokładnie przeanalizowany w odpowiednim środowisku komputerowym.
