کنترل لرزش تجهیزات مکانیکی و لرزه گیری با لرزه گیرهای لینکران

کنترل لرزش تجهیزات مکانیکی و لرزه‌گیری به معنای جداسازی یک قطعه یا بخش از تجهیزات از منبع لرزشی است. بررسی و مدیریت لرزش یکی از اولویت‌های اصلی در سیستم‌های مهندسی، به‌ویژه در فضاهای مسکونی، به حساب می‌آید. به همین دلیل، راهکارهایی برای جلوگیری از انتقال لرزش به وجود آمده است. ارتعاشات از طریق امواج مکانیکی منتقل می‌شوند و برخی اتصالات مکانیکی نسبت به دیگران ارتعاشات را با شدت بیشتری منتقل می‌کنند.

راهکارهای کنترل لرزش و جداسازی

کنترل لرزش تجهیزات مکانیکی و لرزه‌گیری با لرزه‌گیرها در روش‌های منفعل امکان‌پذیر است. این روش‌ها شامل مواد و اتصالات مکانیکی می‌شوند که توانایی جذب و خنثی‌سازی این امواج را دارند. از سوی دیگر، جداسازی و کنترل لرزش به شیوه فعال از طریق حسگرها و محرک‌های استفاده‌شده که به اختلال و ایجاد مانع در ایجاد لرزش از ابتدا کمک می‌کنند، انجام می‌گیرد.

لرزه‌گیری منفعل

لرزه‌گیری منفعل به معنای کنترل یا جداسازی لرزش با استفاده از تکنیک‌های غیر فعال است، مانند به‌کارگیری لرزه‌گیرهای لاستیکی یا فنرهای مکانیکی. در مقابل، لرزه‌گیری فعال شامل استفاده از نیروی الکتریکی، سنسورها، محرک‌ها و سیستم‌های کنترل می‌شود.

لرزه‌گیری منفعل دارای دامنه وسیعی است، زیرا انواع متنوعی از لرزه‌گیرهای منفعل برای کاربردهای مختلف طراحی شده‌اند. این کاربردها شامل تجهیزاتی نظیر پمپ‌ها، موتورها، سیستم‌های HVAC و حتی ماشین‌های لباسشویی هستند. همچنین، جداسازی سازه‌های ساختمانی به منظور جلوگیری از تأثیرات زمین‌لرزه (جداسازی پایه)، تجهیزات آزمایشگاهی حساس، مجسمه‌های با ارزش و تجهیزات صوتی نیز بخشی از این کاربردها به شمار می‌روند.

سیستم‌های رایج لرزه‌گیری منفعل

برای درک پایه‌ای از عملکرد لرزه‌گیری منفعل، انواع مختلف لرزه‌گیرها و عوامل کلیدی مؤثر در انتخاب آن‌ها به شرح زیر می‌باشد:

لرزه‌گیرهای پنوماتیک یا هوایی

این نوع لرزه‌گیرها شامل محفظه‌هایی با هوای فشرده هستند و به منبع هوای فشرده‌ای برای کارآیی بهتر نیاز دارند. فنرهای هوایی، محفظه‌های لاستیکی‌ای هستند که جداسازی را فراهم می‌کنند و مشابه آن‌ها در کامیون‌ها و خودروهای باربری بزرگ به کار می‌روند. برخی از لرزه‌گیرهای پنوماتیک قابلیت جذب فرکانس‌های پایین و رزونانس را دارند و برای جداسازی تجهیزات بزرگ صنعتی مناسب هستند. همچنین، سیستم‌های هوایی ممکن است در شرایط خلاء دچار نشت شوند.

لرزه‌گیرهای فنری

لرزه‌گیرهای فنری عمدتاً در سیستم‌های ساختمانی و صنعتی به کار می‌روند. این نوع لرزه‌گیرها می‌توانند به عنوان پایه‌ای برای سازه‌های بتنی نیز استفاده شوند. لینکران تولیدکننده برتر انواع لرزه گیر فنری برای فشار بارهای مختلف می باشد.

لرزه‌گیرهای لاستیکی

لرزه‌گیرهای لاستیکی معمولاً در مراحل مونتاژ ماشین‌آلات یا وسایل نقلیه به شکل پیش‌ساخته استفاده می‌شوند. این لرزه‌گیرها قادر به جذب شوک ناشی از لرزش هستند و به طور مؤثری لرزش را کاهش می‌دهند. انواع لرزه گیر لاستیکی تولیدی گروه صنعتی لینکران این امکان را به کارفرمایان و مجریان پروژه ها میدهند که با خیالی آسوده آنها را نصب و برای پروژه ها استفاده نمایند.

پد یا ورق‌های از جنس مواد انعطاف‌پذیر

پدها یا ورق‌هایی که از مواد انعطاف‌پذیر نظیر الاستومرها، لاستیک، چوب پنبه، فوم متراکم و مواد لمینیت ساخته می‌شوند، معمولاً در ماشین‌آلات سنگین، وسایل خانگی، وسایل نقلیه و حتی در سیستم‌های صوتی به منظور بهبود کیفیت مورد استفاده قرار می‌گیرند. این پدها و فوم‌های سلول بسته متراکم در ایجاد جداسازی لرزه‌ای موثر هستند.

لرزه‌گیرهای دارای سختی منفی

لرزه‌گیرهای دارای سختی منفی نسبتا نادر هستند و اغلب برای اهداف تحقیقاتی، از جمله شناسایی امواج گرانشی، توسعه یافته‌اند. تحقیقات بر روی این نوع لرزه‌گیرها به منظور کنترل لرزش در سیستم‌های با فرکانس پایین (زیر ۱ هرتز) متمرکز شده است، چرا که این ویژگی برای سازهای حساس از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. به‌علاوه، این سیستم‌ها باید با استحکام پایین طراحی شوند تا بتوانند به‌خوبی لرزش‌های دامنه کم را جداسازی کنند.

این مکانیسم‌ها به طور کامل مکانیکی بوده و معمولاً شامل پیکربندی و بارگذاری جزئیاتی همچون تیرها یا آونگ‌های معکوس هستند. با افزایش بارگذاری در این مکانیسم‌ها، فرکانس طبیعی در محدوده عملکرد آن‌ها کاهش می‌یابد.

لرزه‌گیرهای کابلی

این نوع لرزه‌گیرها دارای دوام بالا هستند و می‌توانند در برابر شرایط محیطی دشوار به‌خوبی مقاومت کنند. استفاده از آن‌ها در پروژه‌های نظامی بسیار متداول است.

لرزه‌گیرهای پایه برای جداسازی لرزه‌ای ساختمان‌ها و پل‌ها

لرزه‌گیرهای پایه‌ای که از لایه‌های نئوپرن و فولاد با استحکام افقی پایین ساخته شده‌اند، برای کاهش فرکانس طبیعی ساختمان‌ها به‌کار می‌روند. برخی از این لرزه‌گیرها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که از انتقال انرژی زمین به ساختمان جلوگیری کنند.

دمپرهای جرمی تنظیم شده

دمپرهای جرمی تنظیم شده به منظور کاهش اثرات لرزش هارمونیک ساختمان‌ها و سازه‌های دیگر طراحی شده‌اند. این دستگاه‌ها به گونه‌ای عمل می‌کنند که یک توده نسبتاً کوچک به طور خاص متصل شده است تا قادر به جذب موج‌های بسیار باریک لرزش سازه باشد.

لرزه‌گیرهای دست‌ساز

در شرایط ساده‌تر، می‌توان از طناب‌های انعطاف‌پذیر به عنوان یک سیستم جداسازی اقتصادی و مؤثر بهره گرفت. به عنوان مثال، توپ‌های تنیس که به دو نیم تقسیم شده‌اند، به‌طور موفقیت‌آمیز در ماشین‌های لباسشویی و موارد مشابه مورد استفاده قرار گرفته‌اند. همچنین، در مواقعی که نیاز به رعایت الزامات خاصی وجود ندارد و حساسیت کمتری وجود دارد، می‌توان از انواع مختلف مواد و مصالح به عنوان لرزه‌گیرهای ساده و دست‌ساز استفاده کرد.

چگونگی عملکرد لرزه گیر منفعل

لرزه‌گیر منفعل شامل عناصر جرم، فنر و میرایی است و به عنوان یک نوسان‌ساز هارمونیک فعالیت می‌کند. جرم و سختی فنر، فرکانس طبیعی سیستم را تعیین می‌کنند، در حالی که میرایی موجب از بین رفتن انرژی و اثر ثانویه بر فرکانس طبیعی می‌شود.

هر جسم یک فرکانس طبیعی مشخص دارد. هنگام وقوع لرزش، انرژی با فرکانس طبیعی به طرز مؤثری منتقل می‌شود. هرچند ارتعاشات به طور کامل از بین نمی‌روند، اما می‌توان آن‌ها را به طور قابل‌ملاحظه‌ای کاهش داد.

در فرکانس رزونانس، انرژی به شکل مؤثری منتقل شده و لرزش ورودی تقویت می‌شود. میرایی موجود در سیستم، میزان این تقویت را محدود می‌کند. بالاتر از فرکانس رزونانس، انتقال انرژی به شدت کاهش می‌یابد. می‌توان عایق منفعل را به عنوان یک فیلتر مکانیکی کم‌گذر در برابر ارتعاشات تلقی کرد.

به‌طور کلی، برای هر فرکانس معین بالاتر از فرکانس طبیعی، لرزه‌گیر با فرکانس طبیعی پایین‌تر، جداسازی بیشتری را ایجاد می‌کند. بهترین سیستم ایزولاسیون برای شرایط خاص به ویژگی‌های فرکانس، جهت، میزان لرزش‌های موجود و سطح مطلوب تضعیف آن‌ها وابسته است. تمامی سیستم‌های مکانیکی در دنیای واقعی درصدی از میرایی را شامل می‌شوند.

میرایی موجب کاهش انرژی در سیستم و کاهش سطح لرزش قابل انتقال در فرکانس طبیعی می‌شود. از میرایی در لرزه‌گیرهای منفعل برای کاهش میزان تقویت فرکانس طبیعی استفاده می‌شود. با این حال، در فرکانس‌های بالاتر، افزایش میرایی ممکن است باعث کاهش کارایی لرزه‌گیری شود. با افزایش میرایی، قابلیت انتقال نیز کاهش می‌یابد.

علاوه بر این، در ساختمان‌ها منابع لرزش متعددی وجود دارد و معمولاً جدا کردن همه این منابع امکان‌پذیر نیست. در بسیاری از موارد، جداسازی تجهیزات حساس از کف ساختمان بسیار مؤثر است. در برخی موارد، اجرای هر دو روش لازم می‌باشد.

عوامل تأثیرگذار بر انتخاب لرزه‌گیر

۱- ویژگی‌های شیء مورد جداسازی

• اندازه: ابعاد شیء مورد جداسازی نقش بسزایی در انتخاب نوع لرزه‌گیر مناسب ایفا می‌کند. برای اشیاء کوچک معمولاً از یک لرزه‌گیر استفاده می‌شود، در حالی که در موارد بزرگتر ممکن است نیاز به استفاده از سیستم‌های چند لرزه‌گیر وجود داشته باشد.

• وزن: وزن شیء‌ای که قرار است لرزه‌گیری شود، از عوامل کلیدی در انتخاب لرزه‌گیر مناسب است. لرزه‌گیرهای منفعل طراحی شده‌اند تا با بار مشخصی اعمال شوند.

• حرکت: تجهیزات یا ماشین‌آلات با قطعات متحرک ممکن است بر عملکرد سیستم‌های لرزه‌گیر تأثیر بگذارند. آگاهی از جرم، سرعت و فاصله حرکت قطعات متحرک برای انتخاب دقیق لرزه‌گیر بسیار حائز اهمیت است.

۲- عوامل مؤثر بر محیط عملیاتی

• صنعتی: این نوع محیط معمولاً لرزش‌های گسترده‌ای را در فرکانس‌های مختلف و میزان قابل توجهی گرد و غبار تولید می‌کند.

• آزمایشگاه: در آزمایشگاه‌ها معمولاً لرزش‌های خاصی از ساختمان ناشی از حرکت ماشین آلات مجاور، ترافیک یا جریان هوا در سیستم تهویه مشکل‌ساز است.

• فضاهای داخلی و خارجی: لرزه‌گیرها معمولاً برای طراحی ویژه‌ای متناسب با هر محیط ساخته می‌شوند.

• خورنده/غیر خورنده: برخی محیط‌ها به دلیل وجود مواد شیمیایی خورنده می‌توانند خطراتی برای خوردگی اجزای لرزه‌گیر ایجاد کنند.

• اتاق تمیز: برخی لرزه‌گیرها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که برای استفاده در اتاق‌های تمیز مناسب باشند.

• دما: به‌طور کلی، لرزه‌گیرها برای استفاده در دامنه دماهای طبیعی محیط‌های زندگی انسان طراحی می‌شوند. در صورتی که نیاز به دامنه دمای وسیع‌تری باشد، طراحی لرزه‌گیر ممکن است تغییر کند.

• خلاء: برخی لرزه‌گیرها قابلیت استفاده در محیط‌های وکیوم را دارند. نیازهای مرتبط با خلاء معمولاً مشابه نیازهای اتاق تمیز است و می‌تواند دامنه دمای وسیعی داشته باشد.

• مغناطیس: در برخی آزمایش‌ها که جداسازی لرزش ضروری است، ممکن است محیط مغناطیسی نیز وجود داشته باشد. برخی لرزه‌گیرها قابلیت طراحی با اجزای کم‌مغناطیس را دارند.

• نویز آکوستیک: دستگاه‌هایی مانند کمپرسورهای هوا و سایر تجهیزات می‌توانند صدا، گرما و جریان هوا ایجاد کنند. در محیط‌های حساس مانند سالن‌های موسیقی و تئاتر، استفاده از لرزه‌گیرها می‌تواند به‌عنوان سپر صوتی عمل کند.

• بارهای استاتیک و پویا: این تمایز حائز اهمیت است، زیرا لرزه‌گیرها برای نوع و سطح خاصی از لرزش طراحی می‌شوند.

بارگذاری استاتیک به وزن جسم همراه با ورودی لرزش با دامنه کم اشاره دارد که شامل اشیاء به ظاهر ثابت مانند ساختمان‌ها در شرایط عادی یا ابزارهای آزمایشگاهی است.

بارگذاری پویا شامل شتاب، دامنه شوک و لرزش می‌باشد و عمدتاً به وسایل نقلیه، ماشین‌آلات سنگین و سازه‌هایی با حرکت‌های قابل توجه مربوط می‌شود.

۳- هزینه

• هزینه تهیه لرزه‌گیر: این هزینه شامل خود سیستم لرزه‌گیر است، چه محصولی استاندارد باشد و چه سفارشی. همچنین ممکن است شامل هزینه تهیه یک منبع هوا فشرده، هزینه حمل و نقل از تولیدکننده به مقصد، نصب و راه‌اندازی، و همچنین نگهداری و بررسی اولیه از محل دارای ارتعاش به منظور تعیین نیازهای سیستم باشد.

• هزینه‌های مقایسه‌ای سیستم‌های مختلف لرزه‌گیر: به دلیل وجود چرخه بارگذاری پویا، استفاده از لرزه‌گیرهای ارزان ممکن است به تعویض مکرر آن‌ها منجر شود. در عوض، لرزه‌گیرهای قوی‌ و دقیق‌تر، که کارایی بهتری دارند، معمولاً هزینه بالاتری دارند.

• تنظیم: برخی از سیستم‌های لرزه‌گیر نیاز به تنظیم دستی دارند تا تغییرات در وزن، توزیع وزن، دما و فشار هوا را جبران کنند، در حالی که سایر سیستم‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که به طور خودکار این عوامل را کنترل کنند.

۴- تعمیر و نگهداری

• برخی از سیستم‌های لرزه‌گیر بسیار مقاوم هستند و نیاز به تعمیر و نگهداری کمی دارند. با این حال، برخی دیگر ممکن است به دلیل خستگی مکانیکی اجزاء یا فرسودگی مواد، نیاز به تعویض دوره‌ای داشته باشند.

۵- محدودیت اندازه

• سیستم لرزه‌گیر ممکن است به دلیل محدودیت‌های فضایی در یک آزمایشگاه، محفظه وکیوم یا تجهیزات خاص قرار گیرد.

۶- ماهیت ارتعاشات

• فرکانس‌ها: در صورت امکان، آگاهی از فرکانس‌های لرزش بسیار توصیه می‌شود. این اطلاعات می‌تواند از طریق بررسی مکان و یا داده‌های شتاب‌سنج که با استفاده از آنالیز FFT پردازش شده‌اند، به‌دست آید.

• دامنه: دامنه‌های فرکانس‌های موجود می‌توانند با سطوح مورد نیاز مقایسه شوند تا تعیین شود که آیا به لرزه‌گیر نیاز است یا خیر. همچنین، لرزه‌گیرها معمولاً برای دامنه‌های خاصی طراحی شده‌اند و برخی از آن‌ها ممکن است در دامنه‌های بسیار کوچک عمل نکنند.

• جهت: تشخیص اینکه آیا ارتعاشات افقی یا عمودی هستند، می‌تواند در جانمایی بهینه لرزه‌گیر در محل مناسب و جلوگیری از هزینه‌های اضافی کمک کند.

۷- مشخصات مورد نیاز جداسازی

بسیاری از تجهیزات یا ماشین‌آلات دارای سطوح مشخصی از ارتعاش برای محیط‌های کار هستند. اگر لرزش فراتر از این مشخصات باشد، تولیدکننده ممکن است نتواند عملکرد صحیح دستگاه را تضمین کند.

۸- سازمان‌ها و استانداردها

سازمان‌هایی نظیر ASHRAE (انجمن مهندسان گرمایشی، برودتی و تهویه مطبوع آمریکایی) و VISCMA (انجمن تولیدکنندگان جداسازی لرزش و کنترل لرزه‌نگاری) استانداردها و مشخصات لازم برای انواع لرزه‌گیرها و الزامات فنر را تعیین کرده‌اند که شامل صنایع مختلفی همچون برق، مکانیک، لوله‌کشی، HVAC و غیره می‌شود.

نتیجه‌گیری

لرزه‌گیرها به‌طور مؤثر امواج انرژی نوسان‌کننده را منعکس یا جذب می‌کنند. هدف اصلی آن‌ها جداسازی لرزش بین بدنه دستگاه تولیدکننده نوسانات مکانیکی و نقاط اتصال (مانند ارتباط بین دستگاه و پایه) است.

اندازه لرزه‌گیرها ممکن است متفاوت باشد، اما همگی از یک طراحی اصلی مشابه پیروی می‌کنند. هنگام طراحی لرزه‌گیر، علاوه بر ارتعاشات معمول، باید بارهای شوک احتمالی نیز مد نظر قرار گیرد.

در نهایت، لرزه‌گیر باید به‌گونه‌ای طراحی شود که از نظر دوام، طول عمر مناسبی داشته و کارآیی مطلوبی را در محیط مورد استفاده ارائه دهد. همچنین، برای ساخت لرزه‌گیرها از اتصالات مختلفی بهره گرفته می‌شود تا آنها بتوانند به‌طور ایمن به تجهیزات و شاسی یا فونداسیون متصل شوند.