DYNAMIC BALANCING คืออะไร

การถ่วงสมดุลขณะหมุน ( DYNAMIC BALANCING )

            สิ่งสำคัญที่ต้องพิจารณาในการออกแบบเครื่องจักรและ สร้างชิ้นส่วนที่หมุนด้วยความเร็วสูง คือ ความสมดุลของชิ้นส่วนทั้ง ส่วนประกอบต่างๆ ที่นำมาประกอบเข้าด้วยกัน ความไม่สมดุลของชิ้นส่วนที่หมุนด้วยความเร็วสูงจะทำให้เกิดการสั่นสะเทือน เสียงดังเกิดความเสียหายต่อชิ้นส่วน และลดอายุการใช้งานของรองเลื่อนหรือลูกปืนลงอย่างมาก ดังนั้นจึงเป็นเรื่องจำเป็นอย่างยิ่งที่ต้องตรวจสอบความสมดุลของชิ้นส่วนหมุนอย่างสม่ำเสมอ เพราะชิ้นส่วนหมุนที่ได้รับการปรับสมดุลอย่างถูกวิธีจะช่วยลดการสั่นสะเทือนระหว่างการทำงานทำให้ประหยัดพลังงาน ลดความเสียหาย ยืดอายุการใช้งานของเครื่องจักร และยืดระยะเวลาการซ่อมบำรุงส่งผลมีการซ่อมบำรุงน้อยลงความไม่สมดุลอาจจะเกิดการพอก (หนาขึ้น) ของชิ้นส่วนหมุนจากวัสดุอื่น การผุกร่อน (บางลง) ความไม่เรียบร้อยหรือเกิดจากความเสียหายของชิ้นส่วนหมุนจากการทำงาน เช่น ถูกกระแทกจากสิ่งอื่นหรือการสั่นสะเทือน ในทางอุดมคติเราจำเป็นต้องกำจัดเหตุแห่งการสั่นสะเทือนออกไปจนสามารถเดินเครื่องจักรได้เรียบในทางปฎิบัติทำได้เพียงแค่ลดเหตุแห่งการสั่นสะเทือน แต่ไม่สามารถทำได้ทั้งหมด เพราะยังคงมีสิ่งที่เป็นสาเหตุของการสั่นสะเทือนหลงเหลืออยู่เสมอ

            สิ่งที่ดีที่สุดที่ทำได้คือ ใช้กระบวนการที่จะปรับปรุงการกระจายของมวลในชิ้นงาน ลดความไม่สมดุลลงให้น้อยที่สุด ลดเสียงลงในระดับที่ยอมรับได้ ซึ่งจะส่งผลต่ออายุการใช้งานของลูกปืนโดยรวม ซึ่งเมื่อหมุนชิ้นงานแล้วจะต้องไม่เกิดแรงเหวี่ยงหมุนที่ไม่สมดุล ซึ่งนี้เป็นสิ่งจำเป็นต่อประสิทธิภาพของงานที่หมุนด้วยความเร็วสูง ความไม่สมดุลมีสาเหตุจากมวลส่วนเกินเยื้องศูนย์กับแนวแกนการหมุน ทำให้เกิดแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ที่จะพยายามเหวี่ยงตัวชิ้นส่วนหมุนให้หนีออกจากแนวแกนหมุน โดยขนาดของความไม่สมดุลขึ้นอยู่กับมวลส่วนเกินกับค่าความเยื้องศูนย์ของแนวแกนหมุน โดยแกนเยื้องศูนย์จะอยู่ในบริเวณที่ทำให้มวลรวมด้านที่มีมวลส่วนเกินกับมวลส่วนที่เหลือมีค่าสมดุลกัน หรือถ้าเราเปลี่ยนแกนหมุนจากแกนของงานไปเป็นแกนเยื้องศูนย์ก็จะทำให้ชิ้นงานสมดุลพอดี กระบวนการลดการสั่นสะเทือนนี้ เรียกว่า  ถ่วงสมดุล (Balancing)

Balance3

            กระบวนการถ่วงสมดุล คือ ลดแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ โดยการเพิ่มหรือลดน้ำหนักของชิ้นงานในตำแหน่งที่ทำให้ระยะทางการ เยื้องศูนย์หรือมวลส่วนเกินลดลงมากที่สุด โดยพิกัดการถ่วงสมดุลที่ใช้สำหรับกำหนดค่าความไม่สมดุลสูงสุดของชิ้นงานแต่ละประเภท มักจะอ้างอิงตามมาตรฐาน ISO 1940

            ขั้นตอนที่ง่ายที่สุดของการทำถ่วงสมดุล คือ การทำถ่วงสมดุลขณะหยุดนิ่ง (Static Balancing) โดยหมุนชิ้นงานในแนวนอนบนลูกปืนที่มีแรงเสียดทานน้อยๆ แล้วปล่อยให้ชิ้นงานหยุด หมุนเองส่วนที่หนักที่สุดจะตกอยู่ด้านล่าง แล้วจัดการลดมวลของ ชิ้นงานบริเวณที่อยู่ด้านล่างสุดหรือเติมมวลไปยังบริเวณด้านบนสุดก็ได้ จากนั้นก็หมุนชิ้นงานอีกและเมื่อหยุดก็ลดมวลหรือเติมมวลซ้ำอีก ทำเช่นนี้จนกว่าเมื่อหมุนชิ้นงานแล้วเมื่อปล่อยให้หยุดหมุนมันจะไม่หยุดในตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งซ้ำๆ กันอีกอีก

Balance4

            วิธีที่ดีชิ้นงานควรจะถูกถ่วงสมดุลบนเครื่องถ่วงสมดุลอย่างง่าย (Simple Balancing Maching) ซึ่งระบบรองรับลูกปืนด้านหนึ่ง จะมีตัววัด (Sensor) ติดอยู่ (อาจเป็นตัววัดชนิดวัดระยะ (Displacement) หรือความเร่ง (Acceleration) ขึ้นอยู่กับการออกแบบ ตัวเครื่องถ่วงสมดุล) ซึ่งตัววัดจะตรวจวัดค่าความแตกต่างแล้วนำมาคำนวณหามวลส่วนเกินและระยะเยื้องศูนย์ของมวลบนชิ้นงานขณะหมุนได้ดีขึ้นจากนั้นจึงทำการปรับมวลส่วนเกิน ซึ่งการปรับมวลส่วนเกินจะทำได้เพียงบริเวณเดียวตลอดความยาวของชิ้นงาน เรียกว่าการถ่วงสมดุลระนาบเดียว (Single Plane) ซึ่งผลที่ได้จะเท่ากับการถ่วงสมดุล ขณะหยุดนิ่ง (Static Balancing) ซึ่งเหมาะกับชิ้นงานที่สั้นมากเมื่อเปรียบเทียบกับความโต

            อย่างไรก็ตามถ้าชิ้นงานมีความยาวมาก การถ่วงสมดุลระนาบเดียวตรงกลางของชิ้นงาน อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดได้ ซึ่งจะเห็นได้ชัดเจนจากเพลาที่มีมวลส่วนเกินที่ปลายเพลาทั้งสองด้าน จะเกิดความไม่สมดุลที่ปลายเพลาทั้งสองด้านเช่นกัน โดยแนวแกนเยื้องศูนย์ที่เกิดจากมวลส่วนเกินจะมีทิศทางต่างกันที่ปลายเพลาทั้ง 2 ด้าน ซึ่งความไม่สมดุลที่เกิดอาจมีสาเหตุจากความผิดพลาดตั้งแต่การผลิตเพลาหรือจากการใช้งาน ถ้าแก้ไขความไม่สมดุลแบบระนาบเดียวด้วยเครื่องถ่วงสมดุลแล้ว เมื่อนำไปใช้งานก็จะมีแรงคู่ควบเกิดขึ้นและทำให้เกิดการสั่นสะเทือนได้อีก

Balance6

            เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ต้องมีการถ่วงสมดุลแบบหลายระนาบ (Multi Plane) หรือการถ่วงสมดุลขณะหมุน (Dynamic Balancing) ในกรณีนี้ เครื่องถ่วงสมดุลจะมีลูกปืน 2 ชุด และระบบรองรับลูกปืนจะติดตัววัดทั้งสองด้าน ดังนั้นความไม่สมดุลที่เกิดขึ้นที่ระนาบทั้ง 2 ข้างจะถูกตรวจสอบได้อย่างอิสระ รวดเร็ว และถูกต้องแม่นยำด้วยการควบคุมของระบบคอมพิวเตอร์ ทำให้สามารถสร้างระนาบแก้ไขความไม่สมดุล ณ ตำแหน่งใดๆ ได้โดยจะสัมพันธ์กับการหมุนลูกปืน ใน-กรณีที่ชิ้นงานมีความยาวมากๆ ก็อาจจะทำการถ่วงสมดุล มากกว่า 2 ระนาบก็ได้ โดยเฉพาะชิ้นงานถูกนำไปใช้งานในช่วงความเร็ววิกฤติ (Critical Speed)

            สำหรับชิ้นงานที่ได้ทำการถ่วงสมดุลอย่างถูกต้อง ที่ความเร็วต่ำกว่าความเร็ววิกฤติและมีความสมดุลตลอดช่วงความเร็วที่ใช้งาน (แม้มีอุปกรณ์อื่นต่อพ่วงด้วย) ก็ไม่จำเป็นที่ต้องถ่วงสมดุลที่ความเร็วใช้งานจริง ก็จะให้ผลเช่นเดียวกับการถ่วงสมดุลที่ความเร็วรอบใช้งาน แม้แต่มาตรฐาน เช่น Q 0.6 หรือ 4W/N ก็ไม่ระบุให้ถ่วงสมดุลที่ความเร็วใช้งาน

            การที่การถ่วงสมดุลสามารถตรวจสอบความไม่สมดุลได้ทั้งๆ ที่ชิ้นส่วนนั้นไม่ได้หมุนด้วยความเร็วใช้งานจริง ก็เพราะการถ่วงสมดุลทำให้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์ของชิ้นส่วนหมุนหักล้างกันโดยการเติมมวล (หรือลดมวล) ในทิศทางตรงกันข้าม ในกรณีถ่วงระนาบเดียว จะเติมมวล (หรือลดมวล) ในตำแหน่งตรงกันข้าม  แต่ในกรณีที่ชิ้นงานนั้นต้องใช้งานในช่วงความเร็ววิกฤติจะมีลักษณะเฉพาะ แตกต่างกับตอนที่ใช้งานความเร็วต่ำกว่า ชิ้นงานแบบนี้อาจจะจำเป็นต้องถ่วงสมดุลที่ความเร็วใช้งานจริง ในชิ้นงานบางชิ้น แม้ทำการถ่วงสมดุลที่มีความเร็วใช้งานจริงแล้ว ก็อาจยังมีความสั่นสะเทือนหลงเหลืออยู่ เมื่อใช้งานที่ความเร็วใกล้เคียงกับความเร็ววิกฤติ ทั้งนี้อาจเกิดจากอุปกรณ์ส่วนควบต่างๆ เช่น ตัวย่อยหรืออาจเกิดจากความซับซ้อนของโครงสร้างชิ้นงานอันจะทำให้ค่าความไม่สมดุลแกว่งตัวเป็นอยู่ในวงแคบๆรวมทั้งชิ้นงานอาจถูกใช้งานที่หลากหลายความเร็วรอบ เช่น การขับมอเตอร์หมุนใบพัดที่มี 3 ความเร็วรอบ ดังนั้นอาจจะต้องถ่วงสมดุลชิ้นงานที่ความเร็วหลายค่า และนำมาปรับหาค่าที่ใช้งานได้ดีในทุกช่วงความเร็ว โดยต้องยอมรับแรงที่ไม่สมดุลในบางช่วงความเร็ว ทั้งนี้หากถ่วงสมดุลชิ้นงานให้ดีที่สุดที่ความเร็วหนึ่ง อาจเกิดค่าความไม่สมดุลอย่างมากที่อีกความเร็วอื่น

            ในทางปฎิบัติการถ่วงสมดุลชิ้นงานด้วยเครื่องถ่วงสมดุลต้องพยายามให้ความใกล้เคียงกับความต้องการในทางอุดมคติโดยถ่วงสมดุลชิ้นงานจนไม่เหลือค่าความไม่สมดุล แต่ก็คงเป็นไปไม่ได้แม้ว่าจะทำการถ่วงสมดุลอย่างถูกต้องก็ตาม เนื่องจากชิ้นงานทุกชิ้นจะยังมีความไม่สมดุลที่แก้ไม่ได้อยู่ ทั้งอาจมาจากตัวชิ้นงานส่วนควบ หรือการติดตั้งและประกอบชิ้นงานในภายหลัง ดังนั้นเมื่อนำไปใช้งานจริง แต่ละชิ้นงานอาจจะสามารถเพิ่มหรือลดความไม่สมดุลขณะใช้งาน (Field Balance) ได้อีกเล็กน้อย แต่หากการสั่นสะเทือนมีไม่มากนักก็อาจยกเว้นการตรวจสอบขณะใช้งานจริงไปได้ แต่ทั้งนี้ไม่ควรใช้การถ่วงสมดุลขณะใช้งานเป็นการถ่วงสมดุลหลัก โดยไม่แยกชิ้นส่วน เพราะการถ่วงสมดุลของชิ้นส่วนย่อยแต่ละชิ้นทำให้การประกอบร่วมมีค่าความไม่สมดุลน้อยที่สุด ถึงแม้เมื่อชิ้นส่วนแต่ละชิ้นมีการเคลื่อนตัวในภายหลังก็ทำให้ค่าความไม่สมดุลแตกต่างไปไม่มากนักถ้าใช้การการถ่วงสมดุลขณะใช้งานเพียงอย่างเดียวแต่เมื่อชิ้นส่วนประกอบแต่ละชิ้นมีการเคลื่อนตัวในภายหลังอาจก่อให้เกิดค่าความไม่สมดุลมากมหาศาลก็ได้      

            เหตุผลที่ต้องทำการถ่วงสมดุล เพื่อยืดอายุของเครื่องจักรซึ่งไม่เพียงลดค่าใช้จ่ายในกรซ่อม เท่านั้น ในบางครั้งการหยุดเครื่องจักรทำให้สูญเสียมูลค่าการผลิตไปมากกว่าค่าซ่อม เสียอีกหากพบว่ามีความไม่สมดุลของชิ้นงานหมุนเพิ่งเริ่มขึ้นก็ควรจะรีบแก้ไขซึ่งจะทำได้ง่ายแระรวดเร็ว ดีกว่าจะรอให้เครื่องจักรเสียหายส่วนควรจะทำ การการถ่วงสมดุลบ่อยแค่ไหน ขึ้นอยู่กับการวางแผนการซ่อมบำรุง ซึ่งควรจะทำทุกครั้งที่มีการถอดชิ้นส่วนอื่นๆ อาจทำปีละครั้งหรือนานกว่านั้น โดยไม่ต้องรอให้เกิดปัญหา ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับลักษณะการใช้งาน แต่ที่สำคัญต้องทำทันทีที่เริ่มเกิดปัญหาการสั่นสะเทือนไม่เช่นนั้น อาจมีปัญหาเรื่องชิ้นส่วนเสียหายตามมาด้วย

            ดังที่ได้กล่าวมาแล้วจะเห็นว่าการถ่วงความสมดุลมีความสำคัญอย่างยิ่ง บริษัท ศรีโพธิ์ทอง เมตัลเวิร์ค จำกัด ซึ่งเป็นผู้ผลิตเครื่องสูบน้ำและอะไหล่เครื่องสูบน้ำทุกชนิด ได้ติดตั้งเครื่องถ่วงสมดุลมาตั้งแต่ปี ค.ศ.1972 โดยเริ่มทำการถ่วงความสมดุลใบพัดเครื่องสูบน้ำบริษัท พร้อมกับเริ่มรับงานบริการในเวลาต่อมาเครื่องถ่วงสมดุล เครื่องแรก รับน้ำหนักได้ 40 กิโลกรัม ต่อมาได้ติดตั้งเครื่องถ่วงสมดุลเพิ่มชิ้นงานได้ยาว 4 เมตรหนัก 2,000 กิโลกรัม ส่วนเครื่องเครื่องถ่วงสมดุลเครื่องล่าสุดรับชิ้นงานได้ ยาว 1 เมตร หนัก 100 กิโลกรัม บริษัท ได้ให้บริการถ่วงสมดุลแก่ลูกค้ามากกว่า 30 ปี ด้วยบุคลากรที่มีคุณภาพมีและประสบการณ์โดยเฉพาะอย่างยิ่งบุคลากรของบริษัท ได้รับการฝึกอบรมจากบริษัทผู้ผลิตเครื่องถ่วงสมดุลที่ประเทศเยอรมันนี บริษัทมีวิศวกรดูแลการถ่วงสมดุลชิ้นงาน งานถ่วงสมดุลที่ทำมีตั้งแต่การถ่วงสมดุลแบบระนาบเดียว (Single Plane) สองระนาบ (Dual Plane) และหลายระนาบ (multi Plane) ถ่วงสมดุลงานตั้งแต่งานชิ้นเดียวจนถึงงานเป็นชุด งานทุกชิ้นจะได้รับ

            ดังนั้นนอกจากผลิตเครื่องสูบน้ำและอะไหล่เครื่องสูบน้ำแล้วบริษัทยังรับบริการถ่วงสมดุลชิ้นงานหมุนทั้งแบบ Static และแบบ Dynamic ตามมาตรฐาน ISO 1940 เช่น G2.5, G1, GO.4 หรือตามข้อกำหนดของลูกค้า และในปัจจุบันสามารถถ่วงสมดุลชิ้นงานหมุนต่างๆ ได้ตั้งแต่ 800 กรัม-2,000 กิโลกรัม ชิ้นงานยาวที่สุด 4 เมตร และขนาดโตที่สุด 3.2 เมตร

            บริษัทฯ สามารถทำการถ่วงสมดุลชิ้นงานได้มากมายหลากหลายชนิด เช่น High Speed Machine Tools Part, Centrifugal Rotors, Compressor Rotor, Stator Rotor, Starter Armatures, Composite Flywheels, Electric Motors Rotors, Turbochargers, Impellers, Fan and Blowers, Precision Shafts, Turbine Rotors, Decanter Rotors, Roller, Centrifugal –Baskets และอื่นๆอีก             บริษัทมีเครื่องจักรที่ทันสมัย เที่ยงตรง และมีบุคลากรที่มีคุณภาพ สามารถบริการงานด้านการถ่วงสมดุลจนเป็นที่ยอมรับและเชื่อถือมายาวนาน ดังนั้นหากมีปัญหาเรื่องการถ่วงสมดุลชิ้นงานหมุน