Ниво на устойчивост на вибрации на алуминиева екструзия?

Вибрациите причиняват шум, умора и повреда. Много купувачи се притесняват, че алуминиевите профили са твърде леки, за да се справят с нея. Това съмнение често забавя проектните решения и повишава риска в проектите.

Алуминиевите екструдирани изделия могат да постигнат силна устойчивост на вибрации, когато се използват заедно правилната сплав, дизайнът на профила и методите за изпитване.

Тази тема е важна, тъй като проблемите с вибрациите обикновено се появяват след инсталацията. Разбирането на реалните граници на алуминиевите профили помага да се избегнат скъпоструващи промени в дизайна и повреди на място. Следващите раздели разбиват проблема на ясни, практически приложими части.

Колко устойчиви са алуминиевите профили на вибрации?

Устойчивостта на вибрации зависи от твърдостта на материала, масата и структурното оформление. Алуминиевите екструдирани материали често се сблъскват със съмнения, тъй като са по-леки от стоманата, което поражда опасения за лош контрол на вибрациите.

Алуминиевите профили показват добра устойчивост на вибрации при повечето промишлени приложения, когато твърдостта и демпферирането са проектирани правилно.

Алуминият не е слаб. Модулът му на еластичност е по-нисък от този на стоманата, но интелигентната геометрия може да компенсира това. Вибрациите не са свързани само с вида на материала. Става въпрос за начина, по който енергията се движи през структурата.

Разбиране на вибрационното поведение на алуминия

Вибрациите се появяват, когато динамични сили възбуждат дадена структура при или близо до нейната собствена честота. Алуминиевите екструдирани изделия се държат по предвидим начин, тъй като материалът е еднороден и изотропен. Това прави моделирането и симулацията по-надеждни.

Основните фактори, които влияят върху устойчивостта на вибрации, включват:

• Инерционен момент на секцията
• Разпределение на дебелината на стената
• Съотношение между дължина и размах
• Скованост на ставите
• Добавена маса от компоненти

Алуминиевите екструдирани изделия често се използват в рамки, защити на машини, системи за монтиране на слънчеви батерии и транспортни конструкции. В много от тези случаи вибрациите се дължат на двигатели, вятър или циклични натоварвания.

Алуминий срещу стомана при вибрации

Общоприетото схващане е, че стоманата винаги се представя по-добре. Това не винаги е вярно. Стоманата има по-висока плътност, което намалява амплитудата на вибрациите, но алуминият може да компенсира това с формата на профила.

Чрез увеличаване на дълбочината на сечението или използване на оребрени конструкции алуминиевите екструдирани изделия могат да достигнат собствени честоти, подобни на тези на стоманените конструкции.

Практически вибрационни характеристики

В реалните проекти алуминиевите профили често показват:

• По-ниски предавани вибрации благодарение на вътрешното демпфиране
• Стабилно поведение при циклични натоварвания
• Няма режим на крехко разрушение

В един от миналите проекти за фабрична линия алуминиева рамка замени заварената стомана. Нивото на вибрациите при опорите на двигателя спадна след препроектиране на профила на екструдиране с по-дълбоки кухини. Това показва, че дизайнът има по-голямо значение от суровината.

Когато алуминият се бори

Алуминиевите екструдирани изделия могат да имат проблеми, когато:

• Профилите са твърде тънки
• Прекалено дълги разстояния без опора
• Болтовите съединения са разхлабени
• Резонансът се пренебрегва

Това са грешки при проектирането, а не ограничения на материала.

Кои сплави предлагат по-добро потискане на вибрациите?

Не всички алуминиеви сплави се държат еднакво при вибрации. Купувачите често се фокусират върху здравината и забравят за поведението при демпфиране.

Алуминиевите сплави със средна якост и балансирана твърдост често осигуряват по-добро потискане на вибрациите, отколкото много твърдите сплави.

Заглушаването е способността да се абсорбира енергията на вибрациите. Алуминият има по-ниско затихване от някои полимери, но по-добро от много стомани, когато е добре проектиран.

Общи сплави за екструдиране и демпфиране

Най-често срещаните сплави за екструдиране са 6063, 6061 и 6082. Всяка от тях се държи по различен начин.

6063 често показва по-добро демпфиране, тъй като е малко по-мека и по-равномерна. Това позволява загуба на енергия на микроравнище по време на вибрации.

Въздействие на термичната обработка

Термичната обработка също променя вибрационното поведение. Температурите Т5 и Т6 увеличават якостта, но леко намаляват вътрешното демпфиране.

• T5: По-добро амортизиране, по-ниска якост
• T6: по-висока якост, малко по-ниско ниво на амортизация

В много случаи екструдирането на Т5 е по-ефективно за чувствителни към вибрации системи като осветителни рамки и електронни корпуси.

Състояние на повърхността и амортизация

Обработката на повърхността не променя директно демпфирането, но влияе на триенето в съединенията. Анодизираните повърхности увеличават устойчивостта на износване, но могат да намалят демпфирането на базата на триене, ако съединенията не са добре проектирани.

Праховото покритие може да добави малък демпфиращ ефект благодарение на полимерния си слой, особено при тънки профили.

Избор на сплав в реални проекти

При един проект за поддръжка на конвейер преминаването от 6061-T6 към 6063-T5 намали шума от вибрации, без да се променя размерът на профила. Натоварването беше умерено, така че загубата на якост беше приемлива.

Това показва, че изборът на сплав трябва да следва нуждите на системата, а не навика.

Може ли дизайнът на профила да намали риска от резонанс?

Резонансът е истинската опасност при вибрациите. Много повреди се случват, защото собствената честота съвпада с честотата на възбуждане.

Интелигентното проектиране на профила на алуминиевия екструдер е един от най-ефективните начини за намаляване на риска от резонанс.

В повечето случаи дизайнът има по-голямо влияние от избора на сплав.

Геометрията контролира собствената честота

Собствената честота нараства с увеличаване на коравината и намалява с увеличаване на масата. Алуминиевите профили позволяват сложни форми, които регулират този баланс.

Методите за проектиране включват:

• Увеличаване на дълбочината на сечението
• Добавяне на вътрешни ребра
• Използване на затворени кухи профили
• Променлива дебелина на стената

Малка промяна в геометрията може да измести честотата далеч от работните диапазони.

Избягване на дълги еднородни интервали

Дългите, еднообразни профили имат по-голям отзвук. Нарушаването на симетрията помага.

Методите включват:

• Добавяне на междинни опори
• Използване на стъпаловидни профили
• Комбиниране на екструзии с плочи

Този подход разпределя вибриращите режими и намалява пиковата амплитуда.

Съвместно проектиране

Много проблеми с вибрациите започват от ставите. Разхлабените болтове предизвикват микроподвиг и усилват вибрациите.

Най-добрите практики включват:

• Предварително натоварени болтове
• Съединители с Т-образен шлиц и функции против приплъзване
• Залепване в някои случаи

Пример за сравнение на дизайна

При система за монтиране на слънчеви батерии преминаването от отворена С-образна форма към екструдиране на кутия намалява вибрациите, предизвикани от вятъра, с повече от половината. Не е била необходима промяна на сплавта.

Преглед на дизайна и симулация

Анализът на крайните елементи често се използва за прогнозиране на вибрациите. Алуминиевите профили работят добре със симулация, тъй като размерите са постоянни.

Дори с прости изчисления на ръка може да се открият рано големи рискове, свързани с резонанса.

Тествани ли са екструдираните изделия при вибрационни натоварвания?

Тестването доказва дали предположенията на проекта са правилни. Много купувачи предполагат, че алуминиевите профили не се изпитват, което не е вярно.

Алуминиевите профили могат да бъдат тествани под въздействието на вибрационни натоварвания, като се използват методи както на ниво компонент, така и на ниво система.

Тестването зависи от изискванията на проекта и индустриалните стандарти.

Общи методи за изпитване на вибрации

Типичните вибрационни тестове включват:

• Изпитвания със синусоидално размахване
• Случайни вибрационни тестове
• Тестове за удар и сътресение

Тези тестове симулират реални условия на работа, като транспорт, вятър и движение на машината.

Тестване на ниво компонент

На това ниво се изпитва самото екструдиране или подкомплект. Сензорите измерват ускорението и преместването.

Това помага да се провери:

• Естествени честоти
• Коефициент на демпфиране
• Съвместно поведение

Тестването на компоненти е икономически ефективно и бързо.

Тестване на ниво система

Когато рискът е висок, се изпитват цели възли. Това е често срещано в транспортните, железопътните и автоматизираните системи.

Цялата рамка е развълнувана да види как вибрациите се предават през връзките.

Стандарти и референции

Докато стандартите за алуминиева екструзия се фокусират върху размерите и здравината, изпитването на вибрации често следва системни стандарти като:

• Вътрешни спецификации на машините
• Стандарти за транспортни опаковки
• Протоколи, определени от клиента

Тестването обикновено се съгласува по време на планирането на проекта.

Реална стойност на тестването

Тестването често разкрива проблеми, които чертежите пропускат. При един проект за рамка за автоматизация изпитването на вибрациите показа резонанс при скорост на пускане на двигателя. Едно просто добавяне на ребро реши проблема.

Тестването намали гаранционния риск и повиши доверието на клиентите.

Заключение

Алуминиевите профили могат да постигнат силна устойчивост на вибрации чрез подходяща сплав, интелигентен дизайн на профила и правилно тестване. Проблемите с вибрациите са проблеми на дизайна, а не ограничения на материала. Когато се работи навреме, алуминият се представя надеждно във взискателни динамични среди.