Balanslaşdırma maşın istehsalçıları üçün müştəri tələblərinin əsaslılığına dair iki qeyd

Giriş

Over the past one and a half years, our company has received more than 30 inquiries regarding the purchase of various types of balanslaşdıran maşınlar. An analysis of the Technical Specifications attached to these inquiries reveals that most include a number of characteristics that significantly impact the production timelines and costs of the machines and also minimize the list of potential suppliers. Among these, two requirements stand out:

• The requirement to ensure a specific qalıq balanssızlıq, which should not exceed 0.1 g*mm/kg (µm).
• Tarazlama maşınının Ölçmə Alətlərinin Qeydiyyatına daxil edilməsi tələbi.

Let’s analyze the reasonableness and feasibility of implementing these requirements from the perspective of a real consumer.

1. Maşın üçün dəqiqlik tələblərinin təhlili

We will verify the validity of the customer’s accuracy requirements using a Technical Specification for a balancing machine designed to balance rotors of electric motors, turbo units, and compressors weighing between 10 and 1500 kg. The specification sets a tolerance for specific residual imbalance that, according to the customer, should not exceed 0.1 g*mm/kg.

To verify this requirement, we refer to Table 1 of ISO 1940-1-2007 “Mechanical vibration – Balance quality requirements for rotors.” Based on the recommendations of this table, we assume that the balance accuracy of the rotorlar of electric motors, turbo units, and compressors, which the ordered machine should ensure, must meet the G2.5 quality grade. Assuming the expected operating rotational frequency of the balanced rotor is, for example, 200 Hz (which with a large margin covers the rotational frequencies of most known machines), we can easily calculate the permissible residual specific imbalance for static (single-plane) balancing using formula 5 from the standard: eper = 2500 / (6.28 * 200) = 1.99 g*mm/kg.

Considering the recommendations of the same ISO 1940-1-2007 standard (today superseded by ISO 21940-11), provided in section 7, the permissible value set for a two-support asymmetrical rotor during dynamic balancing should be at least 0.3 * eper, which in our case would be 0.6 g*mm/kg, not 0.1 g*mm/kg as required in the initial Technical Specification. This split of the permissible balanslaşdıran tolerantlıq between the two correction planes can be checked with our Qalıq balanssızlıq kalkulyatoru (ISO 21940-11).

Başqa sözlə, təhlilimiz göstərir ki, bu Texniki Şərtnamədə (və bir çox oxşar sənəddə) balanslama maşınının dəqiqliyi üçün qoyulan tələblər açıq-aydın həddən artıqdır. Bu həddən artıq tələblərin praktik tətbiqi istehsalçını adətən son dərəcə yüksək dəqiqliyə malik maşınların istehsalında ortaya çıxan ciddi dizayn və texnoloji vəzifələri həll etməyə məcbur edir ki, bu da şübhəsiz maşınların qiymətinə və istehsal müddətinə təsir göstərir. Üstəlik, bu tələblər hər zaman texniki cəhətdən mümkün olmur.

It is also important to note that the effective operation of such high-precision machines may require the potential customer to meet several additional conditions, such as the need for thermo-constant and clean rooms, vibration-isolating foundations, etc., whose creation costs may even exceed the costs associated with acquiring the machine. In response to the possible objection from the customer’s representative (the author of the aforementioned Technical Specification) that meeting this requirement allows achieving a significantly lower residual imbalance on the machine, actually corresponding to the G0.4 grade, they can be recommended to familiarize themselves with the recommendations of ISO 22061-76 “Machines and technological equipment. System of balancing quality grades. Basic provisions,” which was in effect before the introduction of ISO 1940-1-2007.

Bu standartın 3-cü bölməsi, Sovet İttifaqının balanslaşdırma sahəsindəki ən yaxşı mütəxəssislər tərəfindən hazırlanıb və aşağıdakını məntiqli şəkildə bildirir:

1. 1-ci balans keyfiyyət dərəcəsinə (ISO 1940-1-2007 standartına görə G0.4 dərəcəsi) aid məhsulların rotorları bütün istismar şəraitində öz sürücüsü ilə, öz gövdəsi daxilində və öz rulmanları üzərində balanslanmalıdır.
2. İkinci balanslaşdırma keyfiyyət dərəcəsinə (G1.0 dərəcəsi) aid məhsulların rotorları öz rulmanlarında və ya öz korpusunda balanslaşdırılmalıdır, əgər öz sürücüsü mövcud deyilsə, xüsusi sürücü ilə.
3. 3-cü-dən 11-ci-yə qədər balanslaşdırma keyfiyyət siniflərinə (G2.5-dən G4000-ə qədər) aid məhsulların rotorları hissə və ya yığma vahidləri kimi balanslaşdırıla bilər.

Bu tövsiyələrin mahiyyəti ondadır ki, balanslaşdırma maşınında G0.4 və G1.0 keyfiyyət dərəcələrini tarazlamağa çalışmaq çox vaxt texniki və iqtisadi baxımdan mənasızdır. Rotorları maşına quraşdırdıqdan sonra əldə olunan dəqiqlik itir, onu bərpa etmək üçün rotor yığmasının (öz rulmanlarında və öz sürücüsü ilə) əlavə yenidən balanslaşdırılması tələb olunur ki, bu da portativ vibrasiya balanslaşdırma avadanlığı ilə həyata keçirilir.

As an illustrative example of this thesis, we can consider balancing a grinding wheel intended for use on a high-precision cylindrical grinding machine (accuracy class “C”). According to the requirements of the previously mentioned Table 1 of ISO 1940-1-2007, the balance quality of the grinding wheel should at least meet the G0.4 grade. Given that the expected rotational frequency of the grinding wheel during operation will be 6000 rpm (100 Hz), using the well-known formula 7 of ISO 1940-1-2007, we determine the permissible residual specific imbalance eper, which will be 0.64 g*mm/kg.

In other words, after balancing on the balancing machine, ensuring this tolerance, the displacement of the center of mass of the grinding wheel relative to the technological axis (balancing machine mandrel axis) should not exceed 0.64 µm. Since the allowable radial runout of the spindle of a class “C” grinding machine according to ISO 11654-90 is 2 µm, after mounting our grinding wheel on it (re-baselining the wheel from the technological axis to the working axis), the residual specific imbalance can significantly increase and exceed the tolerance recommended by ISO 1940-1-2007 by at least three times. In such and other similar cases, as noted earlier, additional balancing is required to compensate for errors arising during the assembly stage.

Yuxarıdakı məlumat bizə imkan verir ki, əksər hallarda orta və ağır tipli balanslama maşınları üçün dəqiqlik tələbi 0,5 g*mm/kg və ya hətta 1,0 g*mm/kg səviyyəsində qala bilər. Bu tövsiyənin praktikada tətbiqi istehsalçının maşının istehsal mürəkkəbliliyini və xərclərini əhəmiyyətli dərəcədə azaltmağa imkan verir, müştəri isə (rasional texnoloji proses tətbiq olunduğu təqdirdə) tələb olunan balanslama dəqiqliyinə nail ola bilər. Bu qaydanın əsas istisnası, məsələn, gyroskop rotorlarının, avtomobil turba kompressorlarının və s. balanslaşdırılması üçün istifadə olunan kiçik ixtisaslaşmış balanslaşdırma maşınları ola bilər. Bu maşınların dizayn xüsusiyyətləri 0,1 g*mm/kg və ya daha aşağı qalıq spesifik balanssızlıq səviyyəsinə çatmağa imkan verir ki, bu da texniki cəhətdən əsaslandırılmış və iqtisadi cəhətdən məqsədəuyğundur.

2. Ölçü alətlərinin reyestrinə balanslama maşınlarının daxil edilməsinin zəruriliyi

In recent years, an astonishing discovery has been made in our country that could confound the “departed in peace” specialists from ENIMS**, who developed the classifier of metal-cutting machines. With someone’s “light hand,” a completely new type of equipment has appeared on the machine market – “Vibration Measurement Balancing Machines,” which must have a Certificate from the Russian State Standard and the corresponding marking.*)

And all would be well, but it suddenly turned out that “advanced” customers began to include in their Technical Specifications a mandatory requirement for the inclusion of balancing machines in the Register of Measuring Instruments. Let us try to understand how legally and technically justified this requirement is, as well as its economic feasibility.

To begin with, it is useful to understand how this requirement relates to the recommendations of existing regulatory documents. Let’s start with ISO 8-82 “Metal-Cutting Machines. General Requirements for Accuracy Testing.” This standard establishes the basic concepts and principles of machine classification by accuracy, general requirements for accuracy testing, and general requirements for accuracy verification methods. It is important to note that the references to procedures for evaluating the qualitative characteristics of machines in this standard use only the term “verification” and there is no mention of the need to include machines in the Register of Measuring Instruments and, accordingly, the need for their “calibration.”

The next document to pay attention to is ISO 20076-2007 (ISO 2953:1999) “Vibration. Balancing Machines. Specifications and Methods for their Verification.” This standard, which sets specific requirements for the technical characteristics of balancing machines and their “verification” methods, also lacks requirements providing for the necessity of calibrating the machines and including them in the Register of Measuring Instruments. In this regard, it should be noted that requirements related to calibration are absent in standards for other types of machine tools, such as ISO for grinding machines and CNC machines, which may also include various measurement systems.

Üstəlik, xarici balanslama maşınlarının məlum bütün modellərinin texniki sənədlərində oxşar tələblər mövcud deyil ki, bu da bizim fikrimizcə, vacib bir presedentdir. Yuxarıda təqdim olunan arqumentlərə əsaslanaraq, aşağıdakı nəticələr çıxarmaq olar:

1. Existing regulatory and technical documents developed for machine tools and, in particular, for balancing machines, do not include requirements for their inclusion in the Register of Measuring Instruments and, accordingly, the need for their calibration. As a result, the inclusion of such requirements in Technical Specifications during competitive procurement procedures “de facto” significantly increases the production costs of machines and the expenses for their subsequent operation and, as it seems to us, “de jure” violates the rights of bona fide machine manufacturers who follow the letter and spirit of existing regulatory documents.
2. Ölçmə sisteminin rutin yoxlamaları balanslama maşınının bir hissəsi kimi ISO 20076-2007 (ISO 2953:1999) tələblərinə və tövsiyələrinə uyğun olaraq həyata keçirilə və həyata keçirilməlidir; bu tələblər yoxlamalar zamanı istinad rotoru, test çəkiləri dəsti və kalibrlənmiş tərəzidən istifadəni nəzərdə tutur. Bu yoxlamalar mütləq aşağıdakı növ yoxlamaları əhatə etməlidir:
   • Minimum əldə edilə bilən qalıq tarazsızlığı (Umar) yoxlamaq;
   • Dengesizlik azaldılması əmsalını (URR) yoxlayın;
   • Şərti balanslaşdırma dövrəsinin işləməsinin yoxlanılması (rotorun 180° fırlanma proseduru ilə).

Qeyd etmək vacibdir ki, bu yoxlamalar ölçmə sistemini maşından sökmədən həyata keçirilir və kalibrləmə titrəmə stendindən istifadə tələb etmir, bu da xarici təşkilatlardan mütəxəssislərin cəlb olunmasına ehtiyacı aradan qaldırır və işin əməkgüzəştini və xərclərini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Yuxarıda qeyd olunan əsas yoxlamalara əlavə olaraq, zərurət yarandıqda ölçmə sisteminin digər vacib parametrləri birbaşa maşında (yuxarıda qeyd olunan istinad rotoru, test çəkiləri dəsti və kalibrlənmiş tərəzilərdən istifadə etməklə) yoxlana bilər, o cümlədən:

• Amplitud və faza titrəmə siqnalı oxunuşlarının ölçüdən ölçüyə təkrarlanabilirliyi;
• Vibrasiya siqnalının amplituduna görə ölçmə sistemi oxunuşlarının xəttiliyi
• Ölçmə sisteminin ayırdetmə qabiliyyəti (ölçmə sistemi tərəfindən davamlı olaraq qeydə alınan ən aşağı səviyyəli balanssızlıq), və s.

Nəticə

Müəllif ümid edir ki, həm müştərilər, həm də balanslama maşınlarının istehsalçıları bu işdə irəli sürülən arqumentləri və tövsiyələri anlayacaqlar; bu işin əsas məqsədi hər iki tərəf üçün istehsal xərclərini minimallaşdırmaqla yanaşı, balanslama əməliyyatlarının lazımi keyfiyyətini təmin etməkdir.

*Qeyd: Əgər bu tendensiya inkişaf etməyə davam edərsə, tezliklə Vibrasiya Ölçmə Uçot Maşınlarının, Vibrasiya Ölçmə Preslərinin və hətta Vibrasiya Ölçmə Valma Zavodlarının yaradılması barədə məlumat əldə etməyimiz istisna edilmir. Axı onlar balanslama maşınları ilə ixtisaslaşmış vibrasiya ölçmə avadanlığından istifadə etmək imkanını bölüşürlər.

ENIMS stands for “Experimental Research Institute of Metal-Cutting Machine Tools” (Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков). This was a research institute in the Soviet Union dedicated to the development and improvement of various types of metal-cutting machines and equipment. The institute played a significant role in the advancement of the machine-building industry and the standardization of metalworking equipment by developing regulatory documents and standards, such as classifiers for machine tools and methods for their accuracy testing.

V.D. Feldman, Chief Specialist of LLC “Kinematics,” 2024