Trillingen machines

Machines met roterende onderdelen kunnen soms hevige trillingen veroorzaken. Dit kan uiteindelijk leiden tot vroegtijdig falen van de apparatuur. In sommige gevallen spelen - naast risico op beschadiging – ook comforteisen een belangrijke rol. Dit is bijvoorbeeld van toepassing bij (flight) simulators, waar trillingen van de actuators afbreuk doen aan de beleving in de simulator, maar ook als de apparatuur in de nabijheid van kantoren staat opgesteld.

Overmatige trillingen van machines kunnen veel verschillende oorzaken hebben: onbalans van de roterende massa, een verkeerd uitgelijnde as, defecte lagers, enz. Vaak is het niet moeilijk om te achterhalen wat de oorzaak precies is. Dit komt doordat iedere oorzaak zijn eigen “vingerafdruk” achterlaat. De mogelijke oorzaak van het probleem kan meestal worden afgeleid uit eenvoudige trillingsmetingen en FFT analyse. Bij FFT analyse wordt de sterkte van het trillingssignaal weergegeven als functie van de frequentie. Zodoende wordt inzichtelijk gemaakt bij welke grondfrequentie de trilling plaatsvindt, hoe smal de piek is en of er sprake is van zijbanden onder en boven de grondfrequentie. Hierbij is ook het wel of juist niet optreden van zogenaamde hogere harmonischen van belang. Dit zijn frequentiecomponenten die een veelvoud zijn van de grondfrequentie. Zo duidt een signaal met veel sterke hogere harmonischen van de rotatiefrequentie op speling in de aandrijflijn.

Het is niet altijd mogelijk om met simpele trillingsmetingen te achterhalen wat de oorzaak van een probleem is. Dit kan het geval zijn als een constructie meerdere bronnen bevat of wanneer sprake is van een complexe constructie met verschillende portalen, vloeren en leidingwerk. Ontstaat het probleem dan door hoge aanstootkrachten of een te zwakke constructie of fundering? Speelt resonantie van de (staal)constructie wellicht nog een rol? Als dat het geval is, liggen bronmaatregelen niet direct voor de hand, maar is het verzwaren of verstijven van de constructie een optie.

Complexe trillingsproblemen kunnen worden opgelost met ODS analyse (Operational Deflection Shape). Hierbij wordt het apparaat voorzien van een groot aantal trillingsopnemers. De verschillen in amplitude en fase, die optreden tijdens het in werking zijn van de machine, worden vertaald naar een 3D visualisatie. Zodoende kan inzichtelijk worden gemaakt hoe de machine precies beweegt. Dit helpt bij het vinden van de oorzaak en een oplossing daarvan.

Een andere mogelijkheid is het uitvoeren van modale analyse, een methode die verwant is aan ODS. Hierbij wordt de machine uitgeschakeld en wordt de constructie niet aangestoten door de machine zelf, maar door een externe kracht. Dit kan met een zogenaamde “shaker” of met een geïnstrumenteerde hamer. Met modale analyse kunnen resonanties goed in beeld worden gebracht.

“Simpel spelen is het mooist”, was de opvatting van Johan Cruijff. Zo zien wij het oplossen van trillingsproblemen ook. Het is fijn om een oplossing te vinden met eenvoudige middelen en op basis van expert judgement. Maar als een probleem hardnekkig en slepend dreig te worden, is het beter om een serieus en gestructureerd onderzoek in te stellen.