Две забележки относно разумността на изискванията на клиентите към производителите на балансиращи машини

Въведение

През последната година и половина нашата компания получи над 30 запитвания относно закупуването на различни видове балансиращи машини. Анализът на техническите спецификации, приложени към тези запитвания, показва, че повечето от тях съдържат редица характеристики, които оказват значително влияние върху сроковете за производство и разходите за машините, а също така стесняват кръга на потенциалните доставчици. Сред тях се открояват две изисквания:

• Изискването за осигуряване на конкретен остатъчен дисбаланс, която не трябва да надвишава 0,1 г*мм/кг (µм).
• Изискването за включване на балансиращата машина в регистъра на средствата за измерване.

Нека да анализираме разумността и осъществимостта на изпълнението на тези изисквания от гледна точка на реален потребител.

1. Анализ на изискванията за точност на машината

Ще проверим валидността на изискванията за точност на клиента, като използваме техническа спецификация за балансираща машина, предназначена за балансиране на ротори на електродвигатели, турбоагрегати и компресори с тегло между 10 и 1500 kg. Спецификацията определя допустимо отклонение за специфичен остатъчен дисбаланс, което според клиента не трябва да надвишава 0,1 g*mm/kg.

За да проверим това изискване, се обръщаме към таблица 1 от ISO 1940-1 „Механични вибрации – Изисквания за качеството на балансирането на роторите.“ Въз основа на препоръките в тази таблица приемаме, че точността на балансирането на ротори на електродвигателите, турбоагрегатите и компресорите, които поръчаната машина трябва да осигури, трябва да отговарят на изискванията за качество G2.5 grade. Ако приемем, че очакваната работна честота на въртене на балансирания ротор е, например, 200 Hz (което с голям резерв покрива честотите на въртене на повечето известни машини), можем лесно да изчислим допустимия остатъчен специфичен дисбаланс за статично (едноравнинно) балансиране, като използваме формула 5 от стандарта: eper = 2500 / (6,28 * 200) = 1,99 g*mm/kg.

Като се вземат предвид препоръките на същия стандарт ISO 1940-1 (днес заменен от ISO 21940-11), посочено в раздел 7, допустимата стойност, определена за двуопорна асиметрична роторна система при динамично балансиране, трябва да бъде най-малко 0,3 * eper, което в нашия случай би било 0,6 g*mm/kg, а не 0,1 g*mm/kg, както се изисква в първоначалната техническа спецификация. Това разпределение на допустимата балансиране на толеранс разстоянието между двете коригиращи равнини може да се провери с нашия Калкулатор за остатъчен дисбаланс (ISO 21940-11).

С други думи, както показва нашият анализ, изискванията за точността на балансиращата машина в тази техническа спецификация (и в много други подобни документи) са очевидно прекомерни. Практическото изпълнение на тези прекомерни изисквания ангажира производителя с решаването на сериозни конструктивни и технологични задачи, които обикновено възникват при производството на машини с изключително висока точност, което несъмнено се отразява на цената и времето за производство на машините. Освен това тези изисквания невинаги са технически осъществими.

Важно е също да се отбележи, че ефективната експлоатация на такива високоточни машини може да изисква потенциалният клиент да изпълни няколко допълнителни условия, като например термоконстантни и чисти помещения, виброизолирани фундаменти и др., чиито разходи за изграждане дори могат да надхвърлят разходите за придобиване на машината. В отговор на евентуалното възражение от представителя на клиента (автора на гореспоменатото Техническо задание), че изпълнението на това изискване позволява постигане на значително по-нисък остатъчен дисбаланс на машината, реално съответстващ на клас G0.4, може да им се препоръча да се запознаят с препоръките на GOST 22061-76 “Machines and technological equipment. System of balancing quality grades. Basic provisions” (национален стандарт, чийто съвременен международен еквивалент е ISO 21940-11, преди ISO 1940-1), който е бил в сила преди въвеждането на ISO 1940-1.

В раздел 3 на този стандарт, изготвен от най-добрите специалисти в областта на балансирането от Съветския съюз, обосновано се посочва следното:

1. Роторите на изделия, класифицирани в 1-ви клас на качество на балансиране (клас G0.4 съгласно ISO 1940-1), трябва да се балансират в собствените си лагери, в собствения им корпус, при всички работни условия, използвайки собственото им задвижване.
2. Роторите на продукти, класифицирани във втория клас на качество на балансиране (клас G1.0), трябва да се балансират в собствените си лагери или в собствения си корпус, със специално задвижване, ако няма собствено задвижване.
3. Роторите на продукти, класифицирани в класовете за качество на балансиране от 3-ти до 11-ти (класове G2.5 до G4000), могат да се балансират като части или сглобени единици.

Същността на тези препоръки се състои в това, че стремежът към постигане на степени на качество на балансиране G0.4 и G1.0 на балансиращата машина често е технически и икономически безсмислен. След монтирането на роторите в машината постигнатата точност се губи и за нейното възстановяване е необходимо допълнително пребалансиране на роторния възел (в собствените му лагери и със собственото му задвижване), което се извършва с помощта на преносимо вибробалансиращо оборудване.

Като илюстративен пример за тази теза може да се разгледа балансирането на шлифовъчен диск, предназначен за използване на високоточна кръглошлифовъчна машина (клас на точност “C”). Съгласно изискванията на вече споменатата Таблица 1 на ISO 1940-1 качеството на балансиране на шлифовъчния диск трябва най-малко да отговаря на клас G0.4. Като се има предвид, че очакваната честота на въртене на шлифовъчния диск по време на работа ще бъде 6000 rpm (100 Hz), използвайки добре познатата формула 7 от ISO 1940-1, определяме допустимия специфичен остатъчен дисбаланс eper, който ще бъде 0.64 g*mm/kg.

С други думи, след балансиране на балансиращата машина и осигуряване на този допуск, изместването на центъра на масата на шлифовъчния диск спрямо технологичната ос (оста на дорника на балансиращата машина) не трябва да надвишава 0.64 µm. Тъй като допустимото радиално биене на шпиндела на шлифовъчна машина клас “C” според националния стандарт GOST 11654-90 е 2 µm, след монтиране на нашия шлифовъчен диск върху нея (преотнасяне на диска от технологичната ос към работната ос), остатъчният специфичен дисбаланс може значително да се увеличи и да надхвърли допуска, препоръчан от ISO 1940-1, поне три пъти. В такива и други подобни случаи, както беше отбелязано по-рано, е необходимо допълнително балансиране за компенсиране на грешките, възникващи при етапа на сглобяване.

Гореизложеното ни позволява да твърдим, че в огромното мнозинство от случаите изискването за точност на средните и тежките балансиращи машини може да бъде ограничено до ниво на остатъчен специфичен дисбаланс от 0,5 g*mm/kg или дори 1,0 g*mm/kg. Прилагането на тази препоръка на практика позволява на производителя значително да намали сложността и разходите за производство на машината, а клиентът (при условие че е приложен рационален технологичен процес) може да постигне необходимата точност на балансиране. Основното изключение от това правило могат да бъдат малки специализирани балансиращи машини, използвани например за балансиране на ротори на жироскопи, автомобилни турбокомпресори и др. Конструктивните особености на тези машини позволяват да се постигне ниво на остатъчен специфичен дисбаланс от 0,1 g*mm/kg или по-ниско, което е технически оправдано и икономически целесъобразно.

2. Относно необходимостта от включване на балансиращите машини в регистъра на средствата за измерване

През последните години в нашата страна беше направено удивително откритие, което може да обърка "починалите в мир" специалисти от ENIMS**, разработили класификатора на металорежещи машини. С нечия "лека ръка" на пазара на машини се появи напълно нов вид оборудване - "балансиращи машини за измерване на вибрации", които трябва да имат сертификат от руския държавен стандарт и съответната маркировка.*)

И всичко щеше да е наред, но изведнъж се оказа, че "напредналите" клиенти започнаха да включват в техническите си спецификации задължително изискване за включване на балансиращите машини в Регистъра на измервателните уреди. Нека се опитаме да разберем доколко това изискване е юридически и технически обосновано, както и каква е неговата икономическа целесъобразност.

Като начало е полезно да се разбере как това изискване се отнася към препоръките на съществуващите регулаторни документи. Нека започнем с ISO 8-82 "Металорежещи машини. Общи изисквания за изпитване на точността". Този стандарт установява основните понятия и принципи на класификацията на машините по точност, общите изисквания за изпитване на точността и общите изисквания за методите за проверка на точността. Важно е да се отбележи, че в препратките към процедурите за оценка на качествените характеристики на машините в този стандарт се използва само терминът "проверка" и не се споменава необходимостта от включване на машините в Регистъра на средствата за измерване и съответно необходимостта от тяхното "калибриране".

Следващият документ, на който трябва да се обърне внимание, е ISO 21940-21 (преди ISO 2953) “Mechanical vibration – Rotor balancing – Part 21: Description and evaluation of balancing machines.” Този стандарт, който задава конкретни изисквания към техническите характеристики на балансмашините и методите за тяхната “проверка”, също не съдържа изисквания, предвиждащи необходимостта от калибриране на машините и включването им в Регистъра на средствата за измерване. В тази връзка следва да се отбележи, че изисквания, свързани с калибрирането, липсват и в стандартите за други видове металорежещи машини, като например ISO за шлифовъчни машини и CNC машини, които също могат да включват различни измервателни системи.

Освен това подобни изисквания не се срещат в техническата документация на всички известни модели чуждестранни балансиращи машини, което според нас също е важен прецедент. Въз основа на представените по-горе аргументи могат да се направят следните заключения:

1. Съществуващите регулаторни и технически документи, разработени за металорежещи машини и по-специално за балансиращи машини, не включват изисквания за включването им в регистъра на средствата за измерване и съответно необходимостта от тяхното калибриране. В резултат на това включването на такива изисквания в техническите спецификации по време на конкурсните процедури за възлагане на обществени поръчки "де факто" значително увеличава производствените разходи за машините и разходите за последващата им експлоатация и, както ни се струва, "де юре" нарушава правата на добросъвестните производители на машини, които следват буквата и духа на съществуващите нормативни документи.
2. Рутинните изпитвания на измервателната система могат и трябва да се извършват като част от балансмашината в съответствие с изискванията и препоръките на ISO 21940-21 (преди ISO 2953), които предвиждат използването на еталонен ротор, комплект изпитвателни тежести и калибрирани везни по време на проверките. Тези изпитвания задължително трябва да включват следните видове проверки:
   • Проверка на минимално постижимия остатъчен дисбаланс (Umar);
   • Проверка на коефициента за намаляване на дисбаланса (URR);
   • Проверка на работата на веригата за условно балансиране (с процедура за завъртане на ротора на 180°).

Важно е да се отбележи, че тези проверки се извършват, без да се демонтира измервателната система от машината и не изискват използването на калибровъчен вибрационен стенд, което премахва необходимостта от привличане на специалисти от външни организации и значително намалява трудоемкостта и цената на работата. В допълнение към основните проверки, споменати по-горе, при необходимост могат да се проверят и други важни параметри на измервателната система директно върху машината (като се използват гореспоменатият еталонен ротор, комплект тестови тежести и калибрирани везни), включително:

• Повторяемост на показанията на амплитудния и фазовия вибрационен сигнал при различните измервания;
• Линейност на показанията на измервателната система според амплитудата на вибрационния сигнал;
• Възможност за разделителна способност на измервателната система (минимално ниво на дисбаланс, което се регистрира постоянно от измервателната система) и др.

Заключение

Авторът се надява, че както клиентите, така и производителите на машини за балансиране ще разберат аргументите и препоръките, изложени в този труд, чиято основна цел е да се сведат до минимум производствените разходи и за двете страни, като същевременно се осигури подходящо качество на операциите по балансиране.

*Забележка: Ако тази тенденция продължи да се развива, не е изключено скоро да научим за създаването на машини за измерване на вибрации, преси за измерване на вибрации и дори валцови машини за измерване на вибрации. В края на краищата те споделят с балансиращите машини възможността за използване на специализирано оборудване за измерване на вибрации.

ENIMS е съкращение за "Експериментален изследователски институт за металорежещи машини" (Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков). Това е изследователски институт в Съветския съюз, посветен на разработването и усъвършенстването на различни видове металорежещи машини и оборудване. Институтът изиграва значителна роля за развитието на машиностроителната промишленост и стандартизацията на металообработващото оборудване, като разработва нормативни документи и стандарти, като например класификатори за металорежещи машини и методи за изпитване на тяхната точност.

В.Д. Фелдман, главен специалист на LLC "Кинематика", 2024 г.