Dvě poznámky k přiměřenosti požadavků zákazníků na výrobce vyvažovacích strojů

Úvod

Za uplynulý rok a půl obdržela naše společnost více než 30 poptávek týkajících se nákupu různých typů vyvažovací stroje. Z analýzy technických specifikací přiložených k těmto poptávkám vyplývá, že většina z nich obsahuje řadu požadavků, které mají významný dopad na výrobní lhůty a náklady na stroje a zároveň výrazně omezují okruh potenciálních dodavatelů. Mezi nimi vynikají zejména dva požadavky:

• Povinnost zajistit konkrétní zbytková nevyváženost, která by neměla překročit 0,1 g*mm/kg (µm).
• Požadavek na zařazení vyvažovacího stroje do registru měřidel.

Proveďme analýzu přiměřenosti a proveditelnosti implementace těchto požadavků z pohledu skutečného spotřebitele.

1. Analýza požadavků na přesnost stroje

Ověříme platnost požadavků zákazníka na přesnost pomocí technické specifikace vyvažovacího stroje určeného k vyvažování rotorů elektromotorů, turbodmychadel a kompresorů o hmotnosti 10 až 1500 kg. Specifikace stanovuje toleranci specifické zbytkové nevyváženosti, která by podle zákazníka neměla překročit 0,1 g*mm/kg.

Pro ověření tohoto požadavku odkazujeme na tabulku 1 v ISO 1940-1 „Mechanické vibrace – Požadavky na vyvážení rotorů.“ Na základě doporučení uvedené v této tabulce předpokládáme, že přesnost vyvážení rotory elektromotorů, turbodmychadel a kompresorů, které má objednaný stroj zajistit, musí splňovat požadavky na kvalitu G2.5 grade. Pokud předpokládáme, že očekávaná provozní otáčka vyváženého rotoru činí například 200 Hz (což s velkou rezervou pokrývá otáčky většiny známých strojů), můžeme snadno vypočítat přípustnou zbytkovou specifickou nevyváženost pro statické (jednoplošné) vyvažování pomocí vzorce 5 z normy: eper = 2500 / (6,28 * 200) = 1,99 g*mm/kg.

S ohledem na doporučení téže normy ISO 1940-1 (dnes nahrazena normou ISO 21940-11), jak je uvedeno v oddíle 7, by měla být přípustná hodnota stanovená pro dvoupodporový asymetrický rotor při dynamickém vyvažování alespoň 0,3 * eper, což by v našem případě činilo 0,6 g*mm/kg, nikoli 0,1 g*mm/kg, jak požadovala původní technická specifikace. Toto rozdělení přípustné vyvažovací tolerance Toto rozdělení přípustné hodnoty mezi těmito dvěma korekčními rovinami lze zkontrolovat pomocí našeho Kalkulátor zbytkové nevyváženosti (ISO 21940-11).

Jinými slovy, jak ukazuje naše analýza, požadavky na přesnost vyvažovacího stroje v této technické specifikaci (a mnoha dalších podobných dokumentech) jsou zjevně nadměrné. Praktická realizace těchto nadměrných požadavků zahrnuje výrobce do řešení závažných konstrukčních a technologických úkolů, které obvykle vznikají při výrobě strojů s mimořádně vysokou přesností, což nepochybně ovlivňuje náklady a dobu výroby strojů. Navíc tyto požadavky nejsou vždy technicky proveditelné.

Je také důležité poznamenat, že efektivní provoz takto vysoce přesných strojů může vyžadovat, aby potenciální zákazník splnil několik dalších podmínek, jako je potřeba termokonstantních a čistých prostor, vibračně izolovaných základů apod., přičemž náklady na jejich vytvoření mohou dokonce převýšit náklady spojené s pořízením stroje. Na možnou námitku zástupce zákazníka’ (autora výše uvedených technických specifikací), že splnění tohoto požadavku umožňuje dosáhnout na stroji výrazně nižší zbytkové nevyváženosti, skutečně odpovídající třídě G0.4, lze doporučit, aby se seznámili s doporučeními normy GOST 22061-76 „Stroje a technologická zařízení. Systém tříd kvality vyvážení. Základní ustanovení“ (národní norma, jejímž moderním mezinárodním ekvivalentem je ISO 21940-11, dříve ISO 1940-1), která platila před zavedením ISO 1940-1.

V části 3 této normy, kterou vypracovali nejlepší odborníci v oblasti vyvažování ze Sovětského svazu, se odůvodněně uvádí následující:

1. Rotory výrobků zařazených do 1. třídy kvality vyvážení (třída G0.4 podle ISO 1940-1) by měly být za všech provozních podmínek vyvažovány ve vlastních ložiscích, ve vlastní skříni a s použitím vlastního pohonu.
2. Rotory výrobků zařazených do 2. třídy kvality vyvažování (třída G1.0) by měly být vyvažovány ve vlastních ložiskách nebo ve vlastním pouzdře, se speciálním pohonem, pokud není vlastní pohon k dispozici.
3. Rotory výrobků zařazených do 3. až 11. třídy jakosti vyvažování (třídy G2.5 až G4000) se smějí vyvažovat jako díly nebo montážní celky.

Podstatou těchto doporučení je, že snaha o dosažení stupňů kvality vyvažování G0,4 a G1,0 na vyvažovacím stroji je často technicky i ekonomicky nesmyslná. Po instalaci rotorů do stroje se dosažená přesnost ztrácí a k jejímu obnovení je nutné dodatečné vyvážení sestavy rotorů (ve vlastních ložiskách a s vlastním pohonem), které se provádí pomocí přenosného vibračního vyvažovacího zařízení.

Jako názorný příklad této teze lze uvést vyvažování brusného kotouče určeného pro použití na vysoce přesné hrotové brusce na kulato (třída přesnosti “C”). Podle požadavků dříve zmíněné tabulky 1 normy ISO 1940-1 by kvalita vyvážení brusného kotouče měla minimálně odpovídat třídě G0.4. Vzhledem k tomu, že očekávaná frekvence otáčení brusného kotouče během provozu bude 6000 rpm (100 Hz), určíme pomocí známého vzorce 7 normy ISO 1940-1 přípustnou zbytkovou specifickou nevyváženost eper, která bude 0.64 g*mm/kg.

Jinými slovy, po vyvážení na vyvažovacím stroji, při zajištění této tolerance, by posunutí těžiště brusného kotouče vzhledem k technologické ose (ose trnu vyvažovacího stroje) nemělo překročit 0,64 µm. Protože dovolené radiální házení vřetena brusky třídy “C” podle národní normy GOST 11654-90 je 2 µm, může se po namontování našeho brusného kotouče na toto vřeteno (přenesení základny kotouče z technologické osy na pracovní osu) zbytková měrná nevývaha výrazně zvýšit a překročit toleranci doporučenou ISO 1940-1 nejméně třikrát. V takových a dalších podobných případech je, jak bylo uvedeno dříve, nutné dodatečné vyvažování ke kompenzaci chyb vznikajících ve fázi montáže.

Na základě výše uvedeného můžeme tvrdit, že v naprosté většině případů lze požadavek na přesnost u středně těžkých a těžkých vyvažovacích strojů omezit na úroveň zbytkové specifické nevyváženosti 0,5 g*mm/kg nebo dokonce 1,0 g*mm/kg. Zavedení tohoto doporučení do praxe umožňuje výrobci výrazně snížit složitost a náklady na výrobu stroje, zatímco zákazník (za předpokladu realizace racionálního technologického postupu) může dosáhnout požadované přesnosti vyvažování. Hlavní výjimkou z tohoto pravidla mohou být malé specializované vyvažovací stroje používané například pro vyvažování rotorů gyroskopů, automobilových turbodmychadel apod. Konstrukční vlastnosti těchto strojů umožňují dosáhnout úrovně zbytkové měrné nevyváženosti 0,1 g*mm/kg nebo nižší, což je technicky odůvodněné a ekonomicky proveditelné.

2. O potřebě zahrnout vyvažovací stroje do registru měřidel

V posledních letech byl v naší zemi učiněn překvapivý objev, který by mohl zmást "v míru zesnulé" odborníky z ENIMS**, kteří vyvinuli klasifikátor kovoobráběcích strojů. Něčí "lehkou rukou" se na trhu strojů objevil zcela nový typ zařízení - "vyvažovací stroje pro měření vibrací", které musí mít certifikát ruské státní normy a příslušné označení.*)

A všechno by bylo v pořádku, ale najednou se ukázalo, že "pokrokoví" zákazníci začali do svých technických specifikací povinně zařazovat požadavek na zařazení vyvažovacích strojů do registru měřidel. Pokusme se pochopit, nakolik je tento požadavek právně a technicky oprávněný a nakolik je ekonomicky proveditelný.

Nejprve je užitečné pochopit, jak tento požadavek souvisí s doporučeními stávajících regulačních dokumentů. Začněme normou ISO 8-82 "Stroje na řezání kovů. Obecné požadavky na zkoušení přesnosti". Tato norma stanoví základní pojmy a principy klasifikace strojů podle přesnosti, obecné požadavky na zkoušení přesnosti a obecné požadavky na metody ověřování přesnosti. Je důležité si všimnout, že odkazy na postupy hodnocení kvalitativních charakteristik strojů v této normě používají pouze termín "ověřování" a není zde žádná zmínka o potřebě zařazení strojů do Registru měřidel, a tedy o potřebě jejich "kalibrace".

Dalším dokumentem, kterému je třeba věnovat pozornost, je ISO 21940-21 (dříve ISO 2953) “Mechanické vibrace – Vyvažování rotorů – Část 21: Popis a hodnocení vyvažovacích strojů.” Tato norma, která stanovuje konkrétní požadavky na technické charakteristiky vyvažovacích strojů a metody jejich “ověřování”, rovněž neobsahuje požadavky předepisující nutnost kalibrace strojů a jejich zařazení do Registru měřicích přístrojů. V této souvislosti je třeba poznamenat, že požadavky související s kalibrací chybějí i v normách pro jiné typy obráběcích strojů, jako jsou normy ISO pro brusky a CNC stroje, které mohou rovněž zahrnovat různé měřicí systémy.

Podobné požadavky navíc nenajdeme v technické dokumentaci všech známých modelů zahraničních vyvažovacích strojů, což je podle našeho názoru také důležitý precedens. Na základě výše uvedených argumentů lze vyvodit následující závěry:

1. Stávající regulační a technické dokumenty vypracované pro obráběcí stroje, a zejména pro vyvažovací stroje, neobsahují požadavky na jejich zařazení do registru měřidel, a tedy ani na potřebu jejich kalibrace. V důsledku toho zahrnutí těchto požadavků do technických specifikací při výběrových řízeních "de facto" výrazně zvyšuje výrobní náklady strojů a výdaje na jejich následný provoz a, jak se nám zdá, "de iure" porušuje práva výrobců strojů v dobré víře, kteří se řídí literou a duchem stávajících regulačních dokumentů.
2. Rutinní zkoušky měřicího systému mohou a měly by být prováděny jako součást vyvažovacího stroje v souladu s požadavky a doporučeními normy ISO 21940-21 (dříve ISO 2953), která předpokládá použití referenčního rotoru, sady zkušebních závaží a kalibrovaných vah při kontrolách. Tyto zkoušky musí nezbytně zahrnovat následující typy kontrol:
   • Kontrola minimálně dosažitelné zbytkové nevyváženosti (Umar);
   • Kontrola koeficientu snížení nevyváženosti (URR);
   • Kontrola činnosti podmíněného vyvažovacího obvodu (s postupem otáčení rotoru o 180°).

Je důležité poznamenat, že tyto kontroly se provádějí bez demontáže měřicího systému ze stroje a nevyžadují použití kalibračního vibračního stojanu, což eliminuje nutnost zapojení specialistů z externích organizací a výrazně snižuje pracnost a náklady na práci. Kromě výše uvedených hlavních kontrol lze v případě potřeby přímo na stroji (s použitím výše uvedeného referenčního rotoru, sady zkušebních závaží a kalibrovaných vah) zkontrolovat i další důležité parametry měřicího systému, mezi něž patří např:

• Opakovatelnost měření amplitudy a fáze vibračního signálu mezi jednotlivými měřeními;
• Linearita odečtů měřicího systému podle amplitudy vibračního signálu;
• rozlišovací schopnost měřicího systému (minimální úroveň nevyváženosti, kterou měřicí systém stabilně registruje) atd.

Závěr

Autor doufá, že zákazníci i výrobci vyvažovacích strojů pochopí argumenty a doporučení uvedená v této práci, jejímž hlavním cílem je minimalizovat výrobní náklady pro obě strany a zároveň zajistit odpovídající kvalitu vyvažovacích operací.

*Poznámka: Pokud bude tento trend pokračovat, není vyloučeno, že se brzy dozvíme o vzniku vibračně měřicích brusek, vibračně měřicích lisů, a dokonce i vibračně měřicích válcoven. Koneckonců mají s vyvažovacími stroji společné i možné využití specializovaných zařízení pro měření vibrací.

ENIMS je zkratka pro "Experimentální výzkumný ústav kovoobráběcích strojů" (Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков). Jednalo se o výzkumný ústav v Sovětském svazu, který se věnoval vývoji a zdokonalování různých typů kovoobráběcích strojů a zařízení. Institut hrál významnou roli v rozvoji strojírenského průmyslu a standardizaci kovoobráběcích zařízení tím, že vypracovával normativní dokumenty a normy, například klasifikátory pro obráběcí stroje a metody zkoušení jejich přesnosti.

V.D. Feldman, hlavní specialista společnosti LLC "Kinematics", 2024