ملاحظتان حول مدى معقولية متطلبات العملاء بالنسبة لمصنعي آلات الموازنة

مقدمة

خلال العام ونصف العام الماضيين، تلقت شركتنا أكثر من 30 استفسارًا بشأن شراء أنواع مختلفة من آلات الموازنة. ويكشف تحليل المواصفات الفنية المرفقة بهذه الاستفسارات أن معظمها يتضمن عددًا من الخصائص التي تؤثر بشكل كبير على الجداول الزمنية لتصنيع الآلات وتكاليفها، كما أنها تضيق نطاق قائمة الموردين المحتملين. ومن بين هذه الخصائص، يبرز متطلبان هما:

• ضرورة ضمان شيء معين عدم الاتزان المتبقي، والتي يجب ألا تتجاوز 0.1 غم*مم/كغ (ميكرومتر).
• شرط إدراج آلة الموازنة في سجل أجهزة القياس.

دعونا نحلل مدى معقولية وإمكانية تنفيذ هذه المتطلبات من منظور المستهلك الفعلي.

1. تحليل متطلبات الدقة للآلة

سنقوم بالتحقق من صحة متطلبات الدقة التي حددها العميل باستخدام المواصفات الفنية لآلة موازنة مصممة لموازنة دوارات المحركات الكهربائية ووحدات التوربو والضواغط التي يتراوح وزنها بين 10 و1500 كجم. وتحدد هذه المواصفات حدًا للتفاوت المتبقي المحدد الذي يجب ألا يتجاوز، وفقًا للعميل، 0.1 غم*مم/كجم.

للتحقق من هذا الشرط، نرجع إلى الجدول 1 في ISO 1940-1 "الاهتزازات الميكانيكية – متطلبات جودة التوازن للدوارات." استنادًا إلى توصيات هذا الجدول، نفترض أن دقة توازن الدوَّارات في المحركات الكهربائية ووحدات التوربو والضواغط، والتي يجب أن تضمنها الآلة المطلوبة، يجب أن تستوفي معيار الجودة G2.5 درجة. بافتراض أن تردد الدوران التشغيلي المتوقع للدوار المتوازن يبلغ، على سبيل المثال، 200 هرتز (وهو ما يغطي بفارق كبير ترددات دوران معظم الآلات المعروفة)، يمكننا بسهولة حساب عدم التوازن النوعي المتبقي المسموح به للموازنة الثابتة (أحادي المستوى) باستخدام المعادلة 5 من المعيار: eper = 2500 / (6.28 * 200) = 1.99 جم*مم/كجم.

مع مراعاة توصيات معيار ISO 1940-1 نفسه (الذي حل محله اليوم ISO 21940-11)، وفقًا للمادة 7، يجب أن تكون القيمة المسموح بها المحددة للدوار غير المتماثل ذي الدعامتين أثناء الموازنة الديناميكية 0.3 * eper على الأقل، وهو ما يساوي في حالتنا 0.6 غ*مم/كغ، وليس 0.1 غ*مم/كغ كما هو مطلوب في المواصفات الفنية الأولية. هذا التقسيم للقيمة المسموح بها موازنة التسامح يمكن التحقق من المسافة بين مستويي التصحيح باستخدام حاسبة الرصيد غير المتوازن المتبقي (ISO 21940-11).

بعبارة أخرى، وكما يوضح تحليلنا، فإن متطلبات دقة آلة الموازنة الواردة في هذه المواصفات الفنية (وكثير من الوثائق المماثلة الأخرى) مفرطة بشكل واضح. ويستلزم التطبيق العملي لهذه المتطلبات المفرطة قيام الشركة المصنعة بمعالجة مشكلات تصميمية وتقنية جادة، وهي مشكلات تنشأ عادةً عند إنتاج آلات ذات دقة عالية للغاية، مما يؤثر بلا شك على تكلفة الآلات ووقت إنتاجها. علاوة على ذلك، فإن هذه المتطلبات ليست دائمًا قابلة للتنفيذ من الناحية التقنية.

ومن المهم أيضًا ملاحظة أن التشغيل الفعّال لهذه الآلات عالية الدقة قد يتطلب من العميل المحتمل استيفاء عدة شروط إضافية، مثل الحاجة إلى غرف نظيفة وثابتة الحرارة، وأساسات عازلة للاهتزاز، وما إلى ذلك، وهي شروط قد تتجاوز تكاليف إنشائها حتى التكاليف المرتبطة باقتناء الآلة نفسها. وردًا على الاعتراض المحتمل من ممثل العميل (مؤلف المواصفة الفنية المذكورة آنفًا) بأن استيفاء هذا الشرط يسمح بتحقيق عدم اتزان متبقٍ أقل بكثير على الآلة، يتوافق فعليًا مع الدرجة G0.4، يمكن التوصية له بالاطلاع على توصيات GOST 22061-76 “الآلات والمعدات التكنولوجية. نظام درجات جودة الاتزان. الأحكام الأساسية” (وهو معيار وطني مكافئه الدولي الحديث هو ISO 21940-11، المعروف سابقًا باسم ISO 1940-1)، الذي كان معمولًا به قبل إدخال ISO 1940-1.

يورد القسم 3 من هذه المواصفة، التي أعدها أفضل المتخصصين في مجال الموازنة من الاتحاد السوفيتي، ما يلي بشكل معقول:

1. يجب موازنة دوّارات المنتجات المصنفة ضمن الدرجة الأولى لجودة الاتزان (الدرجة G0.4 وفقًا لـ ISO 1940-1) في محاملها الخاصة داخل مبيتها الخاص وفي جميع ظروف التشغيل باستخدام محركها الخاص.
2. يجب موازنة دوارات المنتجات المصنفة ضمن الدرجة الثانية من جودة الموازنة (الدرجة G1.0) في محاملها الخاصة أو داخل غلافها الخاص، باستخدام محرك خاص في حالة عدم توفر محرك خاص بها.
3. يُسمح بموازنة دوارات المنتجات المصنفة ضمن درجات جودة الموازنة من الثالثة إلى الحادية عشرة (الدرجات من G2.5 إلى G4000) كأجزاء أو كوحدات تجميعية.

وجوهر هذه التوصيات هو أن السعي لتحقيق درجات التوازن G0.4 و G1.0 على آلة الموازنة غالبًا ما يكون عديم الجدوى من الناحيتين التقنية والاقتصادية. فبعد تركيب الدوارات في الآلة، تضيع الدقة التي تم تحقيقها، ولإعادتها، يلزم إجراء عملية موازنة إضافية لمجموعة الدوار (في محاملها الخاصة وبمحركها الخاص)، ويتم تنفيذ ذلك باستخدام معدات موازنة الاهتزازات المحمولة.

وكمثال توضيحي على هذه الفرضية، يمكننا النظر في موازنة حجر جلخ مخصص للاستخدام على آلة جلخ أسطوانية عالية الدقة (فئة الدقة “C”). ووفقًا لمتطلبات الجدول 1 المذكور سابقًا من ISO 1940-1، يجب أن تستوفي جودة اتزان حجر الجلخ على الأقل الدرجة G0.4. ونظرًا لأن تردد الدوران المتوقع لحجر الجلخ أثناء التشغيل سيكون 6000 rpm (100 Hz)، فإننا باستخدام الصيغة 7 المعروفة من ISO 1940-1 نحدد عدم الاتزان النوعي المتبقي المسموح به eper، والذي سيكون 0.64 g*mm/kg.

بعبارة أخرى، بعد الموازنة على آلة الموازنة مع ضمان هذه السماحية، يجب ألا تتجاوز إزاحة مركز كتلة عجلة الجلخ بالنسبة إلى المحور التكنولوجي (محور مغزل آلة الموازنة) 0.64 µm. وبما أن الخروج الشعاعي المسموح به لمغزل ماكينة جلخ من الفئة “C” وفقًا للمعيار الوطني GOST 11654-90 هو 2 µm، فإن تركيب عجلة الجلخ لدينا عليها (إعادة إسناد العجلة من المحور التكنولوجي إلى محور العمل) يمكن أن يزيد عدم الاتزان النوعي المتبقي بشكل كبير وأن يتجاوز السماحية التي توصي بها ISO 1940-1 بما لا يقل عن ثلاث مرات. في مثل هذه الحالات وغيرها من الحالات المشابهة، وكما ذُكر سابقًا، تكون الموازنة الإضافية مطلوبة لتعويض الأخطاء التي تنشأ أثناء مرحلة التجميع.

ما سبق يتيح لنا التأكيد على أنه في الغالبية العظمى من الحالات، يمكن أن يقتصر متطلب الدقة لآلات الموازنة المتوسطة والثقيلة على مستوى خلل توازن نوعي متبقي يبلغ 0.5 غم*مم/كغ أو حتى 1.0 غم*مم/كغ. ويتيح تطبيق هذه التوصية عمليًا للشركة المصنعة تقليل تعقيد وتكلفة تصنيع الآلة بشكل كبير، بينما يمكن للعميل (بشرط تطبيق عملية تكنولوجية منطقية) تحقيق دقة الموازنة المطلوبة. قد يكون الاستثناء الرئيسي لهذه القاعدة هو آلات الموازنة المتخصصة الصغيرة المستخدمة، على سبيل المثال، لموازنة دوارات الجيروسكوب، وشاحنات التوربو للسيارات، وما إلى ذلك. تسمح ميزات تصميم هذه الآلات بتحقيق مستوى عدم توازن محدد متبقي يبلغ 0.1 غم*مم/كجم أو أقل، وهو أمر مبرر تقنيًا وممكن اقتصاديًا.

2. حول ضرورة إدراج آلات الموازنة في سجل أجهزة القياس

في السنوات الأخيرة، تم التوصل إلى اكتشاف مذهل في بلدنا قد يربك المتخصصين «الراحلين بسلام» من معهد ENIMS**، الذين طوروا تصنيف آلات قطع المعادن. وبفضل «لمسة خفيفة» من أحدهم، ظهر نوع جديد تمامًا من المعدات في سوق الآلات – «آلات موازنة قياس الاهتزاز»، التي يجب أن تحمل شهادة من المعهد الروسي للمعايير الحكومية والعلامة المقابلة.*)

وكان كل شيء يسير على ما يرام، لكن تبين فجأة أن العملاء «المتقدمين» بدأوا في تضمين متطلب إلزامي في مواصفاتهم الفنية يقضي بإدراج آلات الموازنة في سجل أجهزة القياس. فلنحاول أن نفهم مدى صحة هذا المتطلب من الناحيتين القانونية والتقنية، فضلاً عن جدواه الاقتصادية.

بادئ ذي بدء، من المفيد فهم كيفية ارتباط هذا الشرط بتوصيات الوثائق التنظيمية الحالية. فلنبدأ بالمعيار ISO 8-82 «آلات قطع المعادن. المتطلبات العامة لاختبار الدقة». تحدد هذه المواصفة القياسية المفاهيم والمبادئ الأساسية لتصنيف الآلات حسب الدقة، والمتطلبات العامة لاختبار الدقة، والمتطلبات العامة لطرق التحقق من الدقة. من المهم ملاحظة أن الإشارات إلى إجراءات تقييم الخصائص النوعية للآلات في هذه المواصفة القياسية تستخدم مصطلح "التحقق" فقط، ولا توجد أي إشارة إلى الحاجة إلى إدراج الآلات في سجل أجهزة القياس، وبالتالي الحاجة إلى "معايرتها".

الوثيقة التالية التي ينبغي الانتباه إليها هي ISO 21940-21 (المعروف سابقًا باسم ISO 2953) “الاهتزاز الميكانيكي – موازنة الدوّارات – الجزء 21: وصف آلات الموازنة وتقييمها.” وهذا المعيار، الذي يحدد متطلبات محددة للخصائص التقنية لآلات الموازنة وطرق “التحقق” الخاصة بها، يفتقر أيضًا إلى متطلبات تنص على ضرورة معايرة الآلات وإدراجها في سجل أدوات القياس. وفي هذا السياق، تجدر الإشارة إلى أن المتطلبات المتعلقة بالمعايرة غائبة أيضًا في معايير أنواع أخرى من أدوات الماكينات، مثل معايير ISO الخاصة بآلات الجلخ وآلات CNC، والتي قد تتضمن كذلك أنظمة قياس متنوعة.

علاوة على ذلك، لا توجد متطلبات مماثلة في الوثائق الفنية لجميع الطرز المعروفة من آلات الموازنة الأجنبية، وهو ما يمثل، في رأينا، سابقة مهمة أيضًا. وبناءً على الحجج المذكورة أعلاه، يمكن استخلاص الاستنتاجات التالية:

1. لا تتضمن الوثائق التنظيمية والتقنية الحالية التي وُضعت للأدوات الآلية، ولا سيما آلات الموازنة، متطلبات لإدراجها في سجل أجهزة القياس، وبالتالي لا تتضمن الحاجة إلى معايرتها. ونتيجة لذلك، فإن إدراج مثل هذه المتطلبات في المواصفات الفنية خلال إجراءات الشراء التنافسية يزيد "فعليًا" بشكل كبير من تكاليف إنتاج الآلات ونفقات تشغيلها اللاحقة، كما يبدو لنا، ينتهك "قانونيًا" حقوق مصنعي الآلات ذوي النية الحسنة الذين يتبعون نص وروح الوثائق التنظيمية الحالية.
2. يمكن وينبغي إجراء الاختبارات الروتينية لنظام القياس كجزء من آلة الموازنة وفقًا لمتطلبات وتوصيات ISO 21940-21 (المعروف سابقًا باسم ISO 2953)، التي تنص على استخدام دوّار مرجعي، ومجموعة من الأوزان التجريبية، وموازين معايرة أثناء الفحوصات. ويجب أن تتضمن هذه الاختبارات بالضرورة الأنواع التالية من الفحوصات:
   • التحقق من الحد الأدنى القابل للتحقيق من عدم التوازن المتبقي (Umar)؛
   • التحقق من معامل تقليل عدم التوازن (URR)؛
   • التحقق من عمل دائرة الموازنة الشرطية (مع إجراء دوران الدوار بمقدار 180 درجة).

من المهم الإشارة إلى أن هذه الفحوصات تُجرى دون تفكيك نظام القياس من الماكينة، ولا تتطلب استخدام حامل اهتزاز للمعايرة، مما يلغي الحاجة إلى الاستعانة بمتخصصين من مؤسسات خارجية، ويقلل بشكل كبير من كثافة اليد العاملة وتكلفة العمل. بالإضافة إلى الفحوصات الرئيسية المذكورة أعلاه، يمكن، إذا لزم الأمر، فحص معلمات مهمة أخرى لنظام القياس مباشرة على الماكينة (باستخدام الدوار المرجعي المذكور أعلاه، ومجموعة من الأوزان الاختبارية، والموازين المعايرة)، بما في ذلك:

• تكرار قراءات السعة والطور لإشارات الاهتزاز من قياس إلى آخر؛
• خطية قراءات نظام القياس حسب سعة إشارة الاهتزاز؛
• قدرة نظام القياس على تحديد الدقة (أدنى مستوى من عدم التوازن الذي يسجله نظام القياس بشكل ثابت)، وما إلى ذلك.

الخلاصة

يأمل المؤلف أن يتفهم كل من عملاء ومصنعي آلات الموازنة الحجج والتوصيات الواردة في هذا العمل، الذي يتمثل هدفه الرئيسي في خفض تكاليف الإنتاج إلى أدنى حد ممكن لكلا الطرفين مع ضمان الجودة المطلوبة لعمليات الموازنة.

*ملاحظة: وإذا استمر هذا الاتجاه في التطور، فليس من المستبعد أن نسمع قريبًا عن تصنيع آلات طحن مزودة بأجهزة قياس الاهتزاز، ومكابس مزودة بأجهزة قياس الاهتزاز، وحتى مصانع درفلة مزودة بأجهزة قياس الاهتزاز. ففي النهاية، تشترك هذه الآلات مع آلات الموازنة في إمكانية استخدام معدات متخصصة لقياس الاهتزاز.

يُعرف ENIMS باسم «المعهد التجريبي والبحثي لآلات قطع المعادن» (Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков). وكان هذا المعهد البحثي في الاتحاد السوفيتي مكرسًا لتطوير وتحسين أنواع مختلفة من آلات ومعدات قطع المعادن. وقد لعب المعهد دورًا مهمًا في تطوير صناعة بناء الآلات وتوحيد معايير معدات تشغيل المعادن من خلال وضع الوثائق التنظيمية والمعايير، مثل تصنيفات أدوات الآلات وطرق اختبار دقتها.

ف. د. فيلدمان، كبير المتخصصين في شركة «كينيماتيكس» ذات المسؤولية المحدودة، 2024