Maszyna pracuje spokojnie przy 900 obr./min, przy rozpędzaniu zaczyna wyraźnie drżeć, a przy 1400 obr./min ponownie się uspokaja. Taki przebieg sugeruje przechodzenie przez rezonans: częstotliwość wymuszenia zbliża się do jednej z częstotliwości własnych układu. Sam wzrost drgań nie rozstrzyga jednak diagnozy, ponieważ podobny objaw mogą powodować luzy, ocieranie lub zmiana obciążenia technologicznego.
1. Najpierw przelicz obroty na częstotliwość wymuszenia
Częstotliwość obrotowa wynosi f = n/60, gdzie n podaje się w obr./min, a wynik otrzymuje w hercach. Przy 1200 obr./min wał wykonuje 20 obrotów na sekundę, więc niewyważenie wzbudza przede wszystkim drgania o częstotliwości 20 Hz. Nie każde wymuszenie występuje jednak raz na obrót.
Wentylator z sześcioma łopatkami przy tej samej prędkości ma częstotliwość przejścia łopatek równą 120 Hz. Niewspółosiowość może zwiększać składową dwukrotną, a przekładnia generuje częstotliwości związane z zazębieniem. Dlatego przy analizie trzeba rozróżnić rzędy wymuszenia: 1×, 2× oraz kolejne wielokrotności częstotliwości obrotowej.
Jeżeli drgania rosną przy 1200 obr./min, rezonans nie musi dotyczyć częstotliwości 20 Hz. Wzbudzana może być również postać drgań ramy przy 40 Hz albo osłony przy 120 Hz.
2. Zmierz drgania razem z rzeczywistą prędkością
Pojedynczy odczyt przy ustalonych obrotach nie pokaże całego zjawiska. Potrzebny jest zapis podczas kontrolowanego rozbiegu lub wybiegu, zsynchronizowany z pomiarem prędkości, najlepiej tachometrem. Sama częstotliwość zadana na falowniku nie zawsze odpowiada dokładnie prędkości wału.
- Mierz na obudowach łożysk, ramie i podstawie, zachowując te same punkty oraz kierunki pomiaru.
- Rejestruj drgania pionowe, poziome i osiowe; rezonans często dominuje tylko w jednym kierunku.
- Zapisuj obciążenie, temperaturę, stan mocowań oraz tempo zmiany obrotów.
- Oprócz wartości ogólnej zachowaj widmo lub przebieg czasowy, aby oddzielić poszczególne składowe.
W przykładowym badaniu maszyny pracującej od 600 do 1800 obr./min można porównywać wyniki w przedziałach po 20–50 obr./min, zagęszczając analizę wokół maksimum. Wąski rezonans wymaga jednak zapisu ciągłego, bo zbyt duże odstępy mogą ukryć szczyt. Nie należy zatrzymywać maszyny w obszarze silnych drgań tylko po to, żeby uzyskać stabilny odczyt.
3. Szukaj lokalnego maksimum, nie tylko wysokiej wartości
Przejście przez rezonans zwykle daje wyraźny wzrost amplitudy w ograniczonym paśmie obrotów, a następnie jej spadek. Dodatkowym potwierdzeniem jest zmiana fazy drgań względem sygnału odniesienia z wału. Przy analizie rzędów widać wtedy, że konkretna składowa wymuszenia osiąga maksimum podczas przejścia przez częstotliwość własną konstrukcji.
Przykładowy wzrost prędkości drgań z 2 do 8 mm/s RMS i spadek do 3 mm/s RMS po dalszym rozpędzeniu uzasadnia sprawdzenie rezonansu, ale nie stanowi samodzielnego dowodu. Trzeba porównywać ten sam zakres częstotliwości pomiaru i podobne warunki obciążenia. Podane wartości ilustrują przebieg, a nie uniwersalne granice dopuszczalności.
Niewyważenie i rezonans mogą występować jednocześnie: pierwsze dostarcza wymuszenie, drugi je wzmacnia. Z kolei luzy mogą powodować uderzenia, liczne harmoniczne oraz różnice między rozbiegiem i wybiegiem. W razie wątpliwości pomocne jest badanie odpowiedzi konstrukcji na wymuszenie przy zatrzymanej maszynie.
4. Sprawdź, co zmieniają sztywność i obciążenie podpór
Dla uproszczonego układu o jednym stopniu swobody częstotliwość własna wynosi f₀ = (1/2π) × √(k/m). Większa sztywność k podnosi tę częstotliwość, a większa masa m ją obniża. Rzeczywista maszyna ma jednak kilka postaci drgań, między innymi pionową, poprzeczną i kołyszącą.
Dla liniowych podpór obciążonych pionowo można orientacyjnie użyć zależności f₀ ≈ 15,8/√δ, gdzie δ oznacza ugięcie statyczne w milimetrach. Ugięcie 4 mm daje około 7,9 Hz, czyli przecięcie z wymuszeniem 1× przy około 474 obr./min. Dla elastomerów wynik wymaga korekty, ponieważ ich sztywność dynamiczna może różnić się od statycznej.
Nie wystarczy podzielić masy maszyny przez liczbę podpór, jeżeli środek ciężkości jest przesunięty. Zbiornik, silnik lub przekładnia po jednej stronie ramy mogą znacząco zmienić naciski. Nierówne obciążenie oznacza różne ugięcia i sprzyja kołysaniu całego zespołu.
5. Dobieraj wibroizolację do całego zakresu obrotów
Dobierając produkty do izolacji drgań, trzeba porównać obciążenie pojedynczej podpory, sztywność dynamiczną, tłumienie i dopuszczalne przemieszczenie. Sama nośność nie określa skuteczności izolacji. Dwa elementy przenoszące po 250 kg mogą mieć zupełnie inne częstotliwości własne.
W prostym modelu izolacja siły zaczyna się przy stosunku częstotliwości wymuszenia do własnej większym niż √2, czyli około 1,41. To granica początku izolacji, nie gwarancja dobrego wyniku. Wstępnym celem projektowym bywa stosunek 3 lub większy, wymagający sprawdzenia pozostałych wymuszeń i stateczności maszyny.
Większe tłumienie ogranicza szczyt rezonansowy podczas przejścia przez krytyczne obroty. Może jednak pogarszać izolację przy częstotliwościach znacznie powyżej rezonansu. Bardziej miękka podpora również nie zawsze pomaga: zwiększa przemieszczenia i może przeciążać przyłącza.
6. Wyznacz ograniczenia pracy i usuń sztywne obejścia
Jeżeli maksimum pojawia się między 1050 a 1120 obr./min, nie należy automatycznie uznawać 1040 i 1130 obr./min za bezpieczne. Granice trzeba wyznaczyć z pomiarów, uwzględniając zmianę obciążenia i temperatury. Pasmo wykluczone w falowniku ogranicza pracę ustaloną, ale nie usuwa rezonansu podczas rozruchu.
Skrócenie przejścia przez to pasmo wymaga sprawdzenia momentu napędowego i ograniczeń producenta. Trzeba również skontrolować rurociągi, przewody, kotwy i ograniczniki, które mogą tworzyć sztywne obejście wibroizolacji. Po każdej zmianie należy powtórzyć pomiar w porównywalnych warunkach.
Ocena stanu maszyny nie zastępuje oceny narażenia pracowników na drgania; materiały dotyczące tego zagrożenia publikuje Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy. O skuteczności modernizacji świadczą nie tylko niższe wskazania na obudowie, lecz także dopuszczalne przemieszczenia, obciążenia przyłączy i stabilna praca w całym wymaganym zakresie obrotów.
