วิธีป้องกันการสั่นสะเทือนในเครื่องจักรอัตโนมัติ

ในทุกชิ้นส่วนที่มีการเคลื่อนที่ ย่อมทำให้เกิดแรงสั่นสะเทือนอยู่แล้ว แต่การสั่นจะรุนแรงแค่ไหนก็ขึ้นกับหลายปัจจัย ในฐานะวิศวกรออกแบบในด้านระบบอัตโนมัติในโรงงาน การทำความเข้าใจวิธีป้องกันการสั่นสะเทือนถือเป็นสิ่งสำคัญในการทำให้อุปกรณ์มีประสิทธิภาพสูงสุดและมีอายุการใช้งานยาวนาน ในบทความนี้ เราจะมาอธิบายถึง สาเหตุ ปัญหาที่จะเกิด แนะนำระบบระบบตัวอย่าง รวมถึงอุปกรณ์ที่ลดทอนแรงสั่นสะเทือน เพื่อช่วยให้ผู้อ่านเข้าใจเกี่ยวกับการสั่นสะเทือนในระบบมากยิ่งขึ้น

ผลกระทบของแรงสั่นสะเทือนต่อระบบ

การสั่นสะเทือนในเครื่องจักรอัตโนมัติอาจเกิดจากปัจจัยต่างๆ เช่น ความแข็งแรงของโครงสร้างที่ไม่เพียงพอ ขาดวัสดุดูดซับแรงสั่นสะเทือนและแรงกระแทก โหลดที่ไม่สมดุล การวางแนวการเคลื่อนที่ไม่ตรง หรือการเร่งหรือชะลอความเร็วที่ไม่เหมาะสม โดยการสั่นสะเทือนเหล่านี้อาจส่งผลต่อความแม่นยำ ความน่าเชื่อถือ และประสิทธิภาพโดยรวมของอุปกรณ์ อีกทั้งยังส่งผลให้ลดทอนอายุการใช้งานของอุปกรณ์ต่างๆในเครื่องจักรลงอีกด้วย โดยเฉพาะจุดยึดต่างๆอาจจะมีการคลายตัวหรือแตกหักได้ ดังนั้นการแก้ปัญหาที่ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนจึงมีความสำคัญเป็นอย่างมาก

ตัวอย่างระบบที่เกิดการสั่นสะเทือน

ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดจากผลกระทบของแรงสั่นทะเทือนก็คือ ระบบที่ต้องการความเร็วและแม่นยำสูงเช่น ระบบการทำงานของแขนหุ่นยนต์ที่ใช้ในสายการประกอบ โดยระบบพวกนี้แขนหุ่นยนต์จะต้องเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว และแม่นยำสูง อีกทั้งเนื่องจากต้องทำงานที่การเคลื่อนไหวซับซ้อน ทำให้มีข้อต่อจำนวนมาก จึงยิ่งมีโอกาสเกิดการสั่นสะเทือนได้ง่ายขึ้นอีกด้วย โดยเฉพาะส่วนปลายแขนที่ต้องทำงานร่วมกับชิ้นงาน อาจมีการสะสมแรงสั่นสะเทือนมาจากข้อต่อต้นทางได้ ซึ่งหากมีการสั่นสะเทือนระหว่างการเคลื่อนที่ อาจจะทำให้ความแม่นยำของแขนหุ่นยนต์ลดลง ทำให้มีการทำงานผิดพลาด เช่น จับหรือวางชิ้นงานผิดตำแหน่ง เจาะรูไม่ตรงตำแหน่ง ต้องเพิ่มเวลารอให้แขนหุ่นยนต์ให้นิ่งก่อนทำงานแต่ละกระบวนการ รวมถึงส่งผลต่อความทนทานของข้อต่อของแขนหุ่นยนต์อีกด้วย

เราจะการลดทอนการสั่นสะเทือนในระบบได้อย่างไร

แน่นอนว่าในทุกระบบที่มีการเคลื่อนไหวย่อมมีการสั่นสะเทือนเกิดขึ้นไม่มากก็น้อย การออกแบบเพื่อลดทอนการสั่นสะเทือน นับได้ว่าเป็นหนึ่งในกุญแจสำคัญที่จะควบคุมประสิทธิภาพของเครื่องจักรได้ โดยวิธีที่ใช้กันโดยทั่วไป มีดังต่อไปนี้

การปรับสมดุลและการจัดตำแหน่งของอุปกรณ์และโครงสร้าง

ควรออกแบบส่วนประกอบที่หมุนได้ทั้งหมด เช่น มอเตอร์ แท่นหมุน ให้มีความสมดุลและจัดเรียงอย่างเหมาะสม โหลดที่ไม่สมดุลและการวางแนวที่ไม่ตรง สามารถส่งผลต่อปัญหาการสั่นสะเทือนได้อย่างมาก ดังนั้นการตรวจสอบการบำรุงรักษาเป็นประจำเพื่อแก้ไขความไม่สมดุลหรือการวางแนวที่ไม่ถูกต้อง จึงถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างมาก

            ภาพที่แสดงด้านล่างนี้จะเห็นได้ว่า เมื่อวางตำแหน่งไม่สมดุล จะทำให้เมื่อหมุนแท่นจะเกิดแรงเหวี่ยงและแรงสั่นสะเทือนได้โดยง่าย อีกทั้งยังทำให้ควบคุมตำแหน่ง และความเร็วได้ยากอีกด้วย

แยกติดตั้งอุปกรณ์ที่มีการสั่นสะเทือน

ใช้แท่นยึดแยกเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ที่สั่นแรง ออกจากส่วนที่เหลือของระบบ ซึ่งจะช่วยป้องกันการส่งแรงสั่นสะเทือนไปรบกวนยังส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนอื่นๆได้ นอกจากจะช่วยให้ควบคุมคุณภาพการผลิตได้ง่ายและเพิ่มความทนทานให้เครื่องจักรได้แล้ว ยังทำให้สามารถออกแบบโครงสร้างที่ทนทานต่อแรงสั่นสะเทือนระดับสูงแค่เฉพาะจุดที่สั่นแรงได้ ส่งผลให้ต้นทุนการออกแบบแบบและผลิตเครื่องจักรลดลงได้ด้วยเช่นกัน

การปรับปรุงโครงสร้าง

เสริมสร้างความแข็งแรงของโครงสร้างของระบบเพื่อลดการบิดตัว หรือการโค้งงอที่อาจนำไปสู่การสั่นสะเทือน โดยการเสริมความแข็งแกร่งให้กับส่วนประกอบที่สำคัญ ช่วยทำให้มั่นใจได้ว่าทั้งระบบมีความแข็งแกร่งพอที่จะสามารถช่วยลดทอนการสั่นสะเทือนได้

ใช้อุปกรณ์ดูดซับแรง

เป็นวิธีที่ทำได้ง่ายและใช้กันแพร่หลายที่สุด โดยใช้วัสดุที่มีความยืดหยุ่นเพื่อช่วยลดแรงสั่นสะเทือน และลดแรงกระแทกต่อส่วนที่มีการเคลื่อนที่ เช่น โช๊ค, ยาง หรืออีลาสโตเมอร์ รวมถึงพิจารณาใช้ตัวยึดป้องกันการสั่นสะเทือนสำหรับอุปกรณ์ที่มีโอกาสเกิดการสั่นสะเทือน

ใช้ระบบควบคุมการสั่นสะเทือนแบบแอคทีฟ (Active Vibration Isolators)

ระบบเหล่านี้ใช้เซ็นเซอร์ (Sensor) เพื่อตรวจจับแรงสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นในระบบ จากนั้นตัวควบคุม (Controller) จะสั่งให้แอคชูเอเตอร์ (Actuator) ตอบโต้โดยการส่งการสะเทือนในความถี่ที่จะมาหักล้างแรงสั่นสะเทือนในระบบ เพื่อลดทอนแรงสั่นสะเทือนลง โดยจะเป็นการควบคุมการสั่นสะเทือนแบบเรียลไทม์ มักจะพบในอุปกรณ์ที่ต้องการความนิ่งมากๆเช่นเครื่องมือวัดความละเอียดสูง หรือในยานยนต์

สรุป

จะเห็นได้ว่าการป้องกันการสั่นสะเทือนในเครื่องจักรอัตโนมัติถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างมาก ในการรักษาประสิทธิภาพการทำงานและยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ แต่เนื่องจากการลดแรงสั่นสะเทือนจนเป็นศูนย์ในระบบที่มีการเคลื่อนที่นั้น เป็นไปได้ยากมาก ดังนั้นในการออกแบบระบบอัตโนมัติในโรงงาน อันดับแรกต้องเข้าใจก่อนว่าระบบของเราสามารถทนกับแรงสั่นสะเทือนได้ขนาดไหน จากนั้นจึงทำความเข้าใจถึงปัจจัยที่จะทำให้เกิดการสั่นสะเทือน และเลือกใช้วิธีลดการสั่นสะเทือนที่เหมาะสม เพื่อให้สามารถใช้งานเครื่องจักรได้อย่างมีประสิทธิภาพในงบประมาณที่ไม่สูงเกินความจำเป็น ในสัปดาห์หน้าเราจะมีบทความอะไรมานำเสนอ เชิญมาติดตามไปพร้อมๆกันนะครับ รู้ครบจบที่นี่ MiSUMi Technical