تطبيق مولد الاهتزاز والتحقق من موثوقيته في اختبارات متانة الاهتزازات المحاكاة

الملخص
تتعرض المنتجات باستمرار لاهتزازات ميكانيكية متعددة الأبعاد والترددات أثناء النقل والتجميع والخدمة طويلة الأمد، مما يؤدي بسهولة إلى ارتخاء الهيكل، وانفصال المكونات، وفشل الوظائف، وغيرها من الأعطال. وباعتبارها وحدة الإثارة الأساسية لأنظمة اختبار الاهتزاز الكهروديناميكي، مولد الاهتزاز يعتمد هذا النظام على مبدأ الإثارة الكهرومغناطيسية لإعادة إنتاج ظروف الاهتزاز الحقيقية المختلفة بدقة، وقياس مقاومة الاهتزاز، والاستقرار التشغيلي، وموثوقية العمر التشغيلي طويل الأمد لقطع الغيار والمنتجات النهائية. LISUN LVD-100KG باستخدام نظام اختبار الهزاز الكهروديناميكي (قبل الاعتماد) كأداة بحثية، تتناول هذه الورقة آلية عمل الإثارة الكهرومغناطيسية، وبنية النظام، ووظائف اختبار مولد الاهتزاز، بالإضافة إلى معايير الاختبار الداعمة. وبالاستعانة بجدول بيانات المعلمات المقاسة، يتم تحليل قدرة الاختبار للجهاز. كما تُوجز الورقة القيمة التطبيقية لمولدات الاهتزاز في التحقق من موثوقية صناعات الإلكترونيات والسيارات والتعبئة والتغليف والإضاءة، موفرةً مرجعًا معياريًا لتنفيذ اختبارات متانة المنتجات في ظروف الاهتزاز البيئي.

مقدمة 1
تتعرض المنتجات الميكانيكية والإلكترونية ومنتجات التغليف لبيئات اهتزاز معقدة طوال دورة حياتها، بما في ذلك الصدمات العشوائية أثناء النقل البري، والاهتزازات المستمرة منخفضة التردد في المركبات، والرنين عالي التردد للمعدات العاملة، واهتزازات الصدم الناتجة عن التحميل والتفريغ في المستودعات، وغيرها. يؤدي التعرض المستمر للاهتزازات إلى ارتخاء الخيوط، وتشققات في وصلات لحام لوحات الدوائر المطبوعة، وكسر إجهادي في الهياكل، وضعف التوصيل الكهربائي، وغيرها من المخاطر الخفية، مما يُقصر بشكل كبير من عمر المنتجات. تتسم اختبارات ظروف العمل الميدانية التقليدية بدورات طويلة، ومتغيرات يصعب التحكم بها، وضعف في تكرار البيانات، مما لا يفي بمتطلبات النماذج الأولية السريعة والتحقق من موثوقية دفعات المنتجات الجديدة.

يقوم مولد الاهتزاز بتحويل الطاقة الكهربائية إلى اهتزاز ميكانيكي يمكن التحكم فيه من خلال التحويل الكهرومغناطيسي، مما يسمح بمحاكاة نطاق كامل من الترددات المنخفضة إلى العالية، والاهتزازات الجيبية، والاهتزازات الكاسحة، والاهتزازات الدورية القابلة للبرمجة في بيئات المختبر، وذلك لتقييم أداء المنتجات في مقاومة الاهتزاز بدقة. LISUN LVD-100KG تم تجهيز نظام اختبار الهزاز الكهروديناميكي بمولد اهتزاز عالي الأداء، والذي ينقسم إلى تكوينين: مساحة بأربع درجات (LVD-100KG) ومساحة ست درجات (LVD-100KG-6Dيغطي هذا الجهاز اختبارات الاهتزاز متعددة الاتجاهات، بما في ذلك الاتجاهات الرأسية والأمامية والخلفية والجانبية، ويتوافق مع عشرات معايير الاختبارات البيئية المحلية والدولية، ويُستخدم على نطاق واسع في الكشف عن الاهتزاز قبل اعتماد قطع الغيار والآلات الكاملة. تُحلل هذه الورقة البحثية بشكل منهجي مبدأ المحاكاة الكهرومغناطيسية، والمؤشرات الفنية، وإجراءات الاختبار، والتطبيقات الهندسية لمولد الاهتزاز المُجهز في هذا الجهاز.

2- مبدأ عمل المحاكاة الكهرومغناطيسية وتكوين نظام مولد الاهتزاز
2.1 آلية الإثارة الكهرومغناطيسية لمولد الاهتزاز
يُعدّ مولد الاهتزازات قلب الطاقة لجهاز الاهتزاز بأكمله، ويستند أساسه الفيزيائي إلى قانون أمبير للقوة الكهرومغناطيسية: حيث يقوم موصل الملف المتحرك ذو التيار المتردد في مجال مغناطيسي ثابت بتوليد قوة إثارة متناوبة دورية، محولًا الطاقة الكهربائية إلى اهتزاز ميكانيكي ترددي لتحقيق محاكاة كهرومغناطيسية لظروف الاهتزاز. يشكل النظام بأكمله نظام تحكم مغلق الحلقة يتكون من أربعة أجزاء: مولد الاهتزازات (جسم جهاز الاهتزاز)، ومضخم الطاقة، ووحدة تحكم بشاشة لمس، ووحدة جمع البيانات.
• يقوم جهاز التحكم بإدخال معلمات محددة مسبقًا مثل التردد والسعة والتسارع ومدة الاختبار لتوليد إشارات كهربائية قياسية؛
• يقوم مضخم الطاقة بتضخيم الإشارات ونقلها إلى ملف الإثارة والملف المتحرك داخل مولد الاهتزاز؛
• يقوم الأسطوانة المغناطيسية لمولد الاهتزاز بإنتاج مجال مغناطيسي مستمر ثابت، ويقوم التيار المتردد للملف المتحرك بقطع خطوط الحث المغناطيسي لتوليد قوة الإثارة، مما يدفع سطح الطاولة للاهتزاز بشكل متزامن مع العينات؛
• تقوم أجهزة الاستشعار الموجودة على سطح الطاولة بجمع بيانات تردد الاهتزاز والتسارع في الوقت الحقيقي وإرسالها مرة أخرى إلى وحدة التحكم لإجراء تصحيح تلقائي للحلقة المغلقة، مما يضمن أن يكون خطأ معلمات الاهتزاز ضمن النطاق المسموح به للمعايير.

نظام مولدات الاهتزاز الكهروديناميكي LVD 100KG

مولد الاهتزاز متوافق مع LISUN LVD-100KG يعتمد الجهاز على هيكل تبريد هوائي لتبديد الحرارة، مما يمنع توقف التشغيل بسبب ارتفاع درجة الحرارة أثناء اختبارات التسارع العالي لفترات طويلة. يدعم الجهاز سعة قابلة للتعديل باستمرار من 0 إلى 5 مم، ونطاق تسارع واسع من 0 إلى 20 جم، مما يسمح بمحاكاة حالتي تشغيل نموذجيتين بدقة: الصدمات الناتجة عن النقل بتردد منخفض، ورنين المعدات بتردد عالٍ.

2.2 التمييز الهيكلي لـ LVD-100KG نظام مولد الاهتزاز
المعيار LVD-100KG يدعم مولد الاهتزاز الاهتزاز في أربعة اتجاهات (عمودي + اتجاه أفقي واحد)، ويمكن التبديل بين اتجاه أفقي واحد فقط بالإضافة إلى الاتجاه العمودي. النسخة المطورة LVD-100KG-6D يُدمج مولد الاهتزاز الفضائي ذو الست درجات آلية قيادة ثلاثية المحاور، قادرة على إحداث اهتزاز ثلاثي الأبعاد بشكل مستقل في الاتجاهات الرأسية والجانبية والأمامية والخلفية، مما يُحاكي أحمال الاهتزاز المركبة متعددة الاتجاهات في نقل الحاويات والمركبات. وهو أكثر توافقًا مع بيئات الاهتزاز الحقيقية، ومناسب لاختبارات اهتزاز التغليف وفقًا لمعايير ASTM وISO.

3 معايير فنية أساسية وجدول الأداء LISUN LVD-100KG مولد الاهتزاز
استخدم LISUN LVD-100KG صُمم مولد الاهتزاز هذا خصيصًا لقطع الغيار الثقيلة والمنتجات الصناعية النهائية، حيث تبلغ أقصى حمولة عينة 100 كجم، ودقة التحكم في التردد تصل إلى 0.01 هرتز، ويدعم مسح التردد الدوري المبرمج والمجزأ. وقد تم توضيح معايير أدائه الأساسية في الجدول 1.
الجدول 1: المعايير الفنية الرئيسية لـ LISUN LVD-100KG مولد الاهتزاز

يتضح من الجدول 1 أن مولد الاهتزاز هذا يتميز بثلاث مزايا رئيسية: قدرة تحمل عالية، ونطاق تردد واسع، ودقة عالية. فهو لا يقتصر على إجراء محاكاة النقل بترددات منخفضة فحسب، بل يحدد أيضًا تردد الرنين الطبيعي للمنتجات، مما يجعله متوافقًا مع متطلبات التحقق من الموثوقية في مختلف الصناعات.

4 أنواع من اختبارات محاكاة الاهتزاز ومعايير التنفيذ الداعمة لمولد الاهتزاز
بالاعتماد على خصائص الإثارة الكهرومغناطيسية القابلة للتحكم لمولد الاهتزاز، LVD-100KG يمكن للنظام إجراء ثلاثة اختبارات موثوقية للاهتزاز الأساسي، وكلها تتوافق مع مواصفات الاختبار البيئي المحلية والأجنبية الحالية، ولا يلزم إجراء أي تعديل إضافي على المعدات لاختبارات ما قبل الاعتماد.
• اختبار اهتزاز المسح الجيبي: ارتفاع وانخفاض التردد تلقائيًا ضمن نطاق 1-600 هرتز لتحديد تردد الرنين لقطع الغيار بسرعة والتحقق من استقرار الهيكل في ظل الرنين المستمر، ويتم تنفيذه وفقًا لـ GB/T2423 و IEC 60068؛
• اختبار اهتزاز المتانة بتردد ثابت: تثبيت تردد الرنين الخطير للاهتزاز المستمر طويل الأمد لتقييم عمر الإجهاد لوصلات اللحام والمثبتات، بما يتوافق مع مواصفات التحقق من هزاز الاهتزاز الميكانيكي JJG189-97 و GB/T13309؛
• اختبار الاهتزاز الدوري القابل للبرمجة: يمكن الجمع بحرية بين التردد والتسارع والمدة متعددة الأجزاء لمحاكاة أحمال الاهتزاز المركبة أثناء عملية النقل بأكملها، وهو قابل للتطبيق على معايير اختبار نقل البضائع المعبأة ISO 2247 و ASTM D4728 و GB/T4857.

بالنسبة لمنتجات الإضاءة والإلكترونيات الخاصة بالسيارات والمعدات الكهربائية، يتوافق الجهاز بشكل متزامن مع معايير اختبار المصابيح GB/T 7000.1 ومعايير اهتزاز المنتجات الرأسية ASTM D3580، ويمكن استخدام بيانات الاختبار مباشرةً لإعداد تقارير اختبار المنتج. ويمكن ترقية نظام مولد الاهتزاز عالي الدقة LVD-AT10 لإجراء اختبارات على مستوى شهادة مختبر CNAS.

5. منطق الحكم على موثوقية المنتج من خلال اختبار المحاكاة الكهرومغناطيسية لمولد الاهتزاز
من خلال إخراج أحمال اهتزاز موحدة عبر مولد الاهتزاز، يمكن تحديد أداء اهتزاز المنتج كمياً من ثلاثة أبعاد:
• تقييم مقاومة الاهتزاز: بعد إتمام اختبار الاهتزاز بالتسارع والسعة المقننين، إذا لم يحدث تشقق في الغلاف، أو ارتخاء في الخيوط، أو سقوط للموصل، فإن قوة مقاومة الاهتزاز تُعتبر جيدة. أما إذا حدث تشوه هيكلي أو تساقط لأجزاء، فهذا يدل على عدم كفاية الصلابة الهيكلية، ويجب تحسين الغلاف بإضافة أضلاع تقوية.
• تقييم استقرار التشغيل: مراقبة وظيفة تشغيل المنتجات باستمرار أثناء عملية الاهتزاز بأكملها. عدم وجود انقطاع في الطاقة أو انقطاع في الإشارة أو ضوضاء غير طبيعية أو انحراف في المعلمات يدل على أداء مستقر لمقاومة التداخل للمكونات الإلكترونية. يتطلب اللحام الافتراضي وقصر الدائرة في لوحات الدوائر تحسين عمليات اللحام وتصميم وسادة امتصاص الصدمات؛
• الحكم على موثوقية عمر الخدمة: تعمل الاهتزازات الدورية القابلة للبرمجة على محاكاة أضرار الاهتزاز التراكمية على مدى عدة سنوات من الخدمة، مما يؤدي إلى تقصير دورة الاختبار، والكشف عن عيوب إجهاد الاهتزاز على المدى الطويل مسبقًا، وتقليل معدلات الفشل في السوق بعد البيع.
• على سبيل المثال، عند استخدام وحدات التحكم المثبتة على المركبات: اضبط مسح التردد من 10 إلى 200 هرتز + اختبار الرنين بتردد ثابت لمدة 4 ساعات مع LISUN LVD-100KG مولد الاهتزاز. إذا كانت عملية الاتصال بوحدة التحكم الإلكترونية طبيعية ولم يكن هناك أي تشققات في الغلاف بعد الاختبار، فيمكن اعتباره مستوفياً لمتطلبات خدمة اهتزاز المركبة؛ أما إذا انكسرت دبابيس المكثف الداخلي، فيجب تعديل طريقة تثبيت المكونات.

6 سيناريوهات تطبيق هندسي لمولد الاهتزاز
• الصناعات الكهربائية والإلكترونية: اختبارات متانة الاهتزاز للوحات الدوائر المطبوعة، ووحدات التحكم الصناعية، وحزم بطاريات تخزين الطاقة للتحقق من موثوقية وصلات اللحام وهياكل تثبيت الخلايا؛
• صناعة قطع غيار السيارات: محاكاة ظروف اهتزاز قيادة المركبات لمصابيح المركبات ولوحات العدادات وأجهزة استشعار المركبات ومجموعات التحكم الإلكترونية؛
• صناعة التعبئة والتغليف والخدمات اللوجستية: محاكاة اهتزاز النقل منخفض التردد لصناديق تغليف المنتجات النهائية والسلع الفردية للتحقق من أداء الحماية من الصدمات وفقًا لمعايير التعبئة والتغليف ISO و ASTM؛
• صناعة معدات الإضاءة: اختبارات الاهتزاز لجميع أنواع المصابيح الكاملة، بما يتوافق مع متطلبات اختبار المصابيح العامة GB/T 7000.1؛
• صناعة قطع الغيار الميكانيكية العامة: الكشف عن اهتزازات الإجهاد لأجزاء النقل الصغيرة والمكونات الهيكلية للأجهزة لفحص الهياكل الضعيفة المعرضة للفشل.

استخدم LISUN LVD-100KG يُستخدم مولد الاهتزاز من قِبل العديد من مؤسسات الاختبار وشركات التصنيع منذ أكثر من عشر سنوات. ويمكن لوحدة التحكم بشاشة اللمس تخزين عشرات الآلاف من مجموعات بيانات اختبار الاهتزاز تلقائيًا، مما يُسهّل تتبع اختلافات الموثوقية بين دفعات المنتجات.

7 الخاتمة
استخدم مولد الاهتزاز يُحقق هذا الجهاز محاكاة دقيقة لظروف تشغيل متعددة عن طريق الإثارة الكهرومغناطيسية، وهو الجهاز الأساسي للتحقق من موثوقية الاهتزاز لقطع الغيار والمنتجات النهائية. LISUN LVD-100KG تم تجهيز نظام اختبار الهزاز الكهروديناميكي بمولد اهتزاز يتميز بحمل كبير ونطاق تردد واسع، والذي يمكنه إكمال اختبارات المسح الجيبي، واختبارات المتانة ذات التردد الثابت، واختبارات الاهتزاز الدوري متعدد الأجزاء القابلة للبرمجة، مما يفي تمامًا بمعايير اختبار ما قبل الاعتماد المحلية والأجنبية بما في ذلك GB وISO وIEC وASTM.

يُمكن إجراء اختبارات الاهتزاز المُعجّل في المختبرات باستخدام مُولّد الاهتزاز هذا للكشف عن عيوب التصميم في هيكل المنتج، والتجميع الإلكتروني، وحماية التغليف في دورة قصيرة، وقياس مقاومة الاهتزاز، والاستقرار التشغيلي، وعمر الخدمة على المدى الطويل، وتحسين تصميم مقاومة الاهتزاز للمنتج من خلال البحث والتطوير، والحد من مخاطر فشل المنتج أثناء النقل والخدمة. في نظام إدارة ومراقبة الموثوقية في قطاعات الآلات والسيارات والتغليف والإضاءة وغيرها، يُعد نظام اختبار الاهتزاز بالمحاكاة الكهرومغناطيسية، الذي يرتكز على مُولّد الاهتزاز، ذا قيمة هندسية لا غنى عنها. وفي المستقبل، يُمكن إنشاء منصة اختبار اهتزاز شاملة مُركّبة بيئيًا، مزودة بغرفة للتحكم في درجة الحرارة والرطوبة، لتعزيز قدرة التحقق من موثوقية المنتجات في ظروف التشغيل الكاملة.