Doğal Frekans Bölgelerinin Belirlenmesi – Saha Uygulamaları

Modal test yönteminde, bir modal çekiç ve bir ivmeölçer kullanılır. Çekiç ile sisteme anlık girdi verilir ve bu anlık girdi, sistemin doğal frekanslarını tetikler. İvmeölçer yardımıyla titreşim değeri ve çekicin ucundaki kuvvetölçer yardımıyla kuvvet okunur. Elde edilen genlik – faz grafiği incelenerek doğal frekans bölgeleri tespit edilir. Yöntemin endüstriyel ekipmanlarda uygulanması zordur ve tecrübe gerektirmektedir. Modal çekiç ile anlık girdi sağlamak ve doğal frekansların tetiklendiğinden emin olmak ve bunları yorumlamak uzmanlık gerektirir. Ancak modal test uygulamasıyla yapının sadece doğal frekansları değil, birçok dinamik karakteristiği elde edilebilir. Ayrıca tetiklenebildiği sürece tüm frekans bölgelerindeki doğal frekanslar ortaya koyulabilir.

Hızlanma - yavaşlama testinde ekipman maksimum devrine yavaş yavaş çıkarılır veya maksimum devrindeyken yavaş yavaş durdurulur. Bir takometre ve ivmeölçer yardımıyla her RPM’e karşılık gelen titreşim genlikleri ve faz değerleri (bode diyagramı) elde edilir. Yapılan analiz sonucunda titreşim genliklerinin tepe yaptığı bölgelerde 180^o’ye yakın faz değişimi aranır. Bu şartları sağlayan bölgeler için doğal frekans bölgeleri yorumu yapılabilir.  Bu yöntem endüstriyel ekipmanların doğal frekans bölgelerinin tespit edilmesi için pratik ve önemli bir yöntemdir. Bakım mühendisleri ve teknisyenleri bu yönteme başvurarak ekipmanların doğal frekans bölgeleri hakkında kolaylıkla bilgi edinebilir. Ancak ekipmanın sadece çalışma aralığındaki doğal frekansları hakkında bilgi edinilebildiği için, çalışma aralığının üstündeki frekans bölgelerinin tayini amacıyla farklı bir tür yavaşlama testi yapılması gerekmektedir (hızlanma – yavaşlama spektrum ölçümü). Ayrıca ekipmanların sönüm oranı, titreşim biçimi gibi diğer dinamik karakteristik özellikleri de hesaplanamaz. Endüstriyel ekipmanlara pratik bir şekilde uygulanabildiği için bu çalışmada hızlanma yavaşlama testi incelenmiş ve saha uygulamalarından örnekler sunulmuştur.

İlk uygulamada bir haddeleme tesisinde bulunan merdanede toplam değer titreşim ölçüm cihazı ile farklı devirlerde yapılan ölçümlerde, belirli devirlerde titreşim seviyesinin arttığı gözlemlenmiş ve merdanenin kritik hızında çalıştığı düşünülmüş ve doğal frekans bölgelerinin tespiti için hızlanma yavaşlama testi yapılmasına karar verilmiştir. 

Yapılan test sonucunda elde edilen bode diyagramında (Şekil 3) merdanenin yatay yönde 1350 RPM ile 1550 RPM aralığında doğal frekans bölgesi olduğu tespit edilmiştir. Grafik detaylı incelenirse, titreşim seviyelerinin doğal frekans bölgesinde tepe yaptığı, fazın ise bu bölgede 180^o yön değiştirdiği görülmektedir.

Yapılan test sonucunda, ekipmanın çalışma devrinin doğal frekans bölgesi ile çakıştığı ve rezonans durumunu ortaya çıkardığı görülmüştür. Testin ardından ekipmana müdahale edilerek çalışma frekansı değiştirilmiştir.

Diğer çalışmada ise endüstriyel testere üretimi yapan bir firmanın, yeni tasarladığı testerelerde ortaya çıkan titreşim sorununa çözüm bulmak adına çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Yapılan testlerde rezonans durumundan şüphelenildiği için ekipmana farklı yönlerde yavaşlama testi uygulanmasına karar verilmiştir.

Titreşim ölçümleri incelendiğinde, en yüksek titreşim genliklerinin 3. Yatakta olmasından dolayı yavaşlama testi 3. Yatakta yatay ve dikey yöne uygulanmıştır. Elde edilen Bode diyagramları Şekil 5 ve Şekil 6’da sunulmuştur.

Sonuçlar incelendiğinde ekipmanın yatay yönde 3080 RPM ile 3900 RPM aralığında doğal frekans bölgesi tespit edilmiştir. Dikey yöndeki sonuçlarda ise çalışma aralığında doğal frekans bölgesine rastlanmamıştır. Doğal frekans bölgelerinin yönsel olmasına kanıt niteliğindeki bu durum konstrüksiyonun zayıflığından kaynaklanmaktadır. Şekil 7’de ekipmanın farklı bir açıdan çekilmiş bir fotoğrafı sunulmuştur. Sağdaki piston mekanizması yatakları yatay ve dikey yönde desteklerken, sol tarafta, yani 3. Yatağa yakın bölgede yatakları özellikle yatay yönde destekleyen hiçbir yapı bulunmamaktadır. Testere tam 3000 RPM’de çalıştırıldığı için yatay yönde rezonans durumu ortaya çıkmaktadır. Bu durumda ekipman üreticisine, motorun kritik hızardan uzak bir hızlarda çalıştırılması veya, yapının yatay yönde de destekleyici elemanlar ile en az dikey yöndeki kadar desteklenmesi önerilmiştir.  

Yazarlar:

Özgün Yakar

2010 yılında Dokuz Eylül Üniversitesi Makine Mühendisliği bölümünü bitiren Özgün Yakar, daha sonra İstanbul Teknik Üniversitesi’nde Makine Dinamiği, Titreşim ve Akustiği programında yüksek lisansını gerçekleştirdi. Doktora eğitimi halen bu alanda devam etmektedir. Marmatek Mühendislik firmasında test uzmanı olarak başlayan Yakar burada pompa, fan ve kompresör sistemleri üzerinde titreşim ölçüm ve analizleri gerçekleştirmiştir. 2012 senesinde Ford Otosan’da NVH ürün geliştirme ve test mühendisi olarak devam etmiştir. Burada araç sistemlerinin titreşim ve akustik tasarım projelerini yürütmüş, gerekli bilgisayar destekli analiz ve titreşim-akustik testlerini gerçekleştirmiştir. 2015 senesinde Prüftechnik Türkiye ekibine katılan Özgün Yakar, Teknik Yönetici olarak görevine devam etmektedir.

Yusuf İhtiyaroğlu   

 2014 yılında Dokuz Eylül Üniversitesi Makine Mühendisliği bölümünden mezun olan Yusuf İhtiyaroğlu, yine aynı üniversitede Makine Dinamiği ve Teorisi bölümünde yüksek lisans eğitimine devam etmektedir. 

 2013 yılında Vestel Elektronik bünyesinde yarı zamanlı Bakım Mühendisi olarak meslek hayatına başladıktan sonra, 2014 yılında Tübitak’ın desteklediği bir projede görev almak adına yüksek lisans çalışmalarını da gerçekleştirdiği DEÜ Titreşim ve Ses Laboratuvarında çalışmalarını sürdürmüştür. Projenin başarıyla tamamlanmasının ardından Prüftechnik Türkiye bünyesinde çalışma hayatına devam eden İhtiyaroğlu, şirket bünyesinde titreşim analistiliği ve titreşim analizi konusudna eğitmenlik görevlerini yerine getirmektedir. Ayrıca, titreşim ve akustik konusunda sunulmuş ve yayınlanmış beş adet bildiri ve makalesi bulunmaktadır.