To bemærkninger om rimeligheden af kundekrav til producenter af afbalanceringsmaskiner

Introduktion

I løbet af det sidste halvandet år har vores virksomhed modtaget mere end 30 forespørgsler om køb af forskellige typer af afbalanceringsmaskiner. En analyse af de tekniske specifikationer, der er vedlagt disse forespørgsler, viser, at de fleste indeholder en række karakteristika, der har stor indflydelse på maskinernes produktionstid og -omkostninger og også minimerer listen over potentielle leverandører. Blandt disse skiller to krav sig ud:

• Kravet om at sikre en specifik restubalance, som ikke må overstige 0,1 g*mm/kg (µm).
• Kravet om at optage afbalanceringsmaskinen i registret over måleinstrumenter.

Lad os analysere rimeligheden og muligheden for at implementere disse krav ud fra en rigtig forbrugers perspektiv.

1. Analyse af krav til maskinens nøjagtighed

Vi vil verificere gyldigheden af kundens nøjagtighedskrav ved hjælp af en teknisk specifikation for en afbalanceringsmaskine, der er designet til at afbalancere rotorer i elektriske motorer, turboenheder og kompressorer, der vejer mellem 10 og 1500 kg. Specifikationen fastsætter en tolerance for specifik restubalance, som ifølge kunden ikke bør overstige 0,1 g*mm/kg.

For at verificere dette krav henviser vi til tabel 1 i ISO 1940-1-2007 "Mechanical vibration - Balance quality requirements for rotors". Baseret på anbefalingerne i denne tabel antager vi, at balancenøjagtigheden for rotorer i elektriske motorer, turboenheder og kompressorer, som den bestilte maskine skal sikre, skal opfylde kvalitetsklassen G2.5. Hvis vi antager, at den afbalancerede rotors forventede driftsfrekvens f.eks. er 200 Hz (hvilket med en stor margin dækker rotationsfrekvenserne for de fleste kendte maskiner), kan vi nemt beregne den tilladte resterende specifikke ubalance for statisk (enkeltplan) afbalancering ved hjælp af formel 5 fra standarden: eper = 2500 / (6,28 * 200) = 1,99 g*mm/kg.

I betragtning af anbefalingerne i den samme ISO 1940-1-2007-standard, som findes i afsnit 7, bør den tilladte værdi for en asymmetrisk rotor med to støtter under dynamisk afbalancering være mindst 0,3 * eper, hvilket i vores tilfælde ville være 0,6 g*mm/kg, ikke 0,1 g*mm/kg som krævet i den oprindelige tekniske specifikation.

Med andre ord, som vores analyse viser, er kravene til afbalanceringsmaskinens nøjagtighed i denne tekniske specifikation (og mange andre lignende dokumenter) klart overdrevne. Den praktiske gennemførelse af disse overdrevne krav involverer producenten i at løse alvorlige design- og teknologiske opgaver, der typisk opstår i produktionen af maskiner med usædvanlig høj nøjagtighed, hvilket utvivlsomt påvirker maskinernes omkostninger og produktionstid. Desuden er disse krav ikke altid teknisk gennemførlige.

Det er også vigtigt at bemærke, at effektiv drift af sådanne højpræcisionsmaskiner kan kræve, at den potentielle kunde opfylder flere yderligere betingelser, såsom behovet for termokonstante og rene rum, vibrationsisolerende fundamenter etc., hvis oprettelsesomkostninger endda kan overstige omkostningerne forbundet med anskaffelse af maskinen. Som svar på den mulige indvending fra kundens repræsentant (forfatteren af den førnævnte tekniske specifikation) om, at opfyldelsen af dette krav gør det muligt at opnå en betydeligt lavere restubalance på maskinen, hvilket faktisk svarer til G0.4-kvaliteten, kan det anbefales, at de gør sig bekendt med anbefalingerne i ISO 22061-76 "Maskiner og teknologisk udstyr. System for afbalancering af kvalitetsklasser. Grundlæggende bestemmelser", som var gældende før indførelsen af ISO 1940-1-2007.

Afsnit 3 i denne standard, der er udarbejdet af de bedste specialister inden for afbalancering fra Sovjetunionen, siger følgende:

1. Rotorer af produkter, der er klassificeret under 1. afbalanceringskvalitetsklasse (klasse G0.4 i henhold til ISO 1940-1-2007), skal afbalanceres i deres egne lejer i deres eget hus under alle driftsforhold ved hjælp af deres eget drev.
2. Rotorer af produkter, der er klassificeret under 2. afbalanceringskvalitetsklasse (klasse G1.0), skal afbalanceres i deres egne lejer eller i deres eget hus med et specielt drev, hvis der ikke er noget eget drev til rådighed.
3. Rotorer af produkter, der er klassificeret under 3. til 11. afbalanceringskvalitetsklasse (klasse G2.5 til G4000), må afbalanceres som dele eller monteringsenheder.

Essensen af disse anbefalinger er, at det ofte er teknisk og økonomisk meningsløst at stræbe efter at opnå afbalanceringskvalitetsklasserne G0,4 og G1,0 på afbalanceringsmaskinen. Når rotorerne er installeret i maskinen, går den opnåede nøjagtighed tabt, og for at genoprette den kræves yderligere afbalancering af rotorenheden (i dens egne lejer og med dens eget drev), udført ved hjælp af bærbart vibrationsafbalanceringsudstyr.

Som et illustrativt eksempel på denne afhandling kan vi overveje at afbalancere en slibeskive, der er beregnet til brug på en højpræcisions-rundslibemaskine (nøjagtighedsklasse "C"). I henhold til kravene i den tidligere nævnte tabel 1 i ISO 1940-1-2007 skal slibeskivens balancekvalitet mindst opfylde klasse G0.4. Da den forventede rotationsfrekvens for slibeskiven under drift vil være 6000 o/min (100 Hz), bestemmer vi ved hjælp af den velkendte formel 7 i ISO 1940-1-2007 den tilladte resterende specifikke ubalance eper, som vil være 0,64 g*mm/kg.

Med andre ord bør forskydningen af slibeskivens massemidtpunkt i forhold til den teknologiske akse (afbalanceringsmaskinens dornakse) ikke overstige 0,64 µm efter afbalancering på afbalanceringsmaskinen, hvilket sikrer denne tolerance. Da det tilladte radiale udløb af spindlen på en slibemaskine i klasse "C" i henhold til ISO 11654-90 er 2 µm, kan den resterende specifikke ubalance øges betydeligt og overstige den tolerance, der anbefales af ISO 1940-1-2007 med mindst tre gange, efter montering af vores slibeskive på den (re-baselining af skiven fra den teknologiske akse til arbejdsaksen). I sådanne og andre lignende tilfælde er det som tidligere nævnt nødvendigt med yderligere afbalancering for at kompensere for fejl, der opstår i monteringsfasen.

Ovenstående giver os mulighed for at hævde, at nøjagtighedskravet til mellemstore og tunge afbalanceringsmaskiner i langt de fleste tilfælde kan begrænses til et restspecifikt ubalanceniveau på 0,5 g*mm/kg eller endda 1,0 g*mm/kg. Ved at implementere denne anbefaling i praksis kan producenten reducere kompleksiteten og omkostningerne ved fremstilling af maskinen betydeligt, mens kunden (forudsat at en rationel teknologisk proces er implementeret) kan opnå den krævede afbalanceringsnøjagtighed. Den vigtigste undtagelse fra denne regel kan være små specialiserede afbalanceringsmaskiner, der f.eks. bruges til afbalancering af gyroskoprotorer, turboladere til biler osv. Disse maskiners design gør det muligt at opnå et restniveau for specifik ubalance på 0,1 g*mm/kg eller lavere, hvilket er teknisk berettiget og økonomisk muligt.

2. Om behovet for at inkludere afbalanceringsmaskiner i registret over måleinstrumenter

I de senere år er der gjort en forbløffende opdagelse i vores land, som kunne forvirre de "afdøde i fred" specialister fra ENIMS**, der udviklede klassificeringen af metalskæremaskiner. Med nogens "lette hånd" er der dukket en helt ny type udstyr op på maskinmarkedet - "vibrationsmålingsafbalanceringsmaskiner", som skal have et certifikat fra den russiske statsstandard og den tilsvarende mærkning.*)

Og alt ville være godt, men det viste sig pludselig, at "avancerede" kunder begyndte at inkludere et obligatorisk krav i deres tekniske specifikationer om, at afbalanceringsmaskiner skulle inkluderes i registret over måleinstrumenter. Lad os prøve at forstå, hvor juridisk og teknisk begrundet dette krav er, samt dets økonomiske gennemførlighed.

Til at begynde med er det nyttigt at forstå, hvordan dette krav forholder sig til anbefalingerne i eksisterende reguleringsdokumenter. Lad os starte med ISO 8-82 "Metalskæremaskiner. Generelle krav til nøjagtighedstest." Denne standard fastlægger de grundlæggende begreber og principper for maskinklassificering efter nøjagtighed, generelle krav til nøjagtighedstestning og generelle krav til metoder til verifikation af nøjagtighed. Det er vigtigt at bemærke, at henvisningerne til procedurer for evaluering af maskiners kvalitative egenskaber i denne standard kun bruger udtrykket "verifikation", og der er ingen omtale af behovet for at inkludere maskiner i registeret over måleinstrumenter og følgelig behovet for deres "kalibrering".

Det næste dokument, man skal være opmærksom på, er ISO 20076-2007 (ISO 2953:1999) "Vibration. Afbalanceringsmaskiner. Specifikationer og metoder til verifikation af dem." Denne standard, som opstiller specifikke krav til afbalanceringsmaskiners tekniske egenskaber og deres "verifikationsmetoder", mangler også krav om nødvendigheden af at kalibrere maskinerne og inkludere dem i registret over måleinstrumenter. I den forbindelse skal det bemærkes, at krav til kalibrering er fraværende i standarder for andre typer værktøjsmaskiner, f.eks. ISO for slibemaskiner og CNC-maskiner, som også kan omfatte forskellige målesystemer.

Desuden findes der ikke lignende krav i den tekniske dokumentation for alle kendte modeller af udenlandske afbalanceringsmaskiner, hvilket efter vores mening også er et vigtigt fortilfælde. På baggrund af ovenstående argumenter kan der drages følgende konklusioner:

1. Eksisterende lovgivningsmæssige og tekniske dokumenter, der er udviklet til værktøjsmaskiner og især til afbalanceringsmaskiner, indeholder ikke krav til deres optagelse i registeret over måleinstrumenter og følgelig behovet for deres kalibrering. Som følge heraf øger inddragelsen af sådanne krav i tekniske specifikationer under konkurrencedygtige indkøbsprocedurer "de facto" betydeligt produktionsomkostningerne for maskiner og udgifterne til deres efterfølgende drift og, som det forekommer os, "de jure" krænker rettighederne for bona fide-maskinproducenter, der følger bogstavet og ånden i eksisterende lovgivningsmæssige dokumenter.
2. Rutinemæssige test af målesystemet kan og bør udføres som en del af afbalanceringsmaskinen i overensstemmelse med kravene og anbefalingerne i ISO 20076-2007 (ISO 2953:1999), som foreskriver brug af en referencerotor, et sæt testvægte og kalibrerede vægte under kontrollen. Disse tests skal nødvendigvis omfatte følgende typer af kontroller:
   • Kontrol af den minimalt opnåelige restubalance (Umar);
   • Kontrol af koefficienten for reduktion af ubalance (URR);
   • Kontrol af driften af det betingede afbalanceringskredsløb (med rotorrotationsprocedure på 180°).

Det er vigtigt at bemærke, at disse kontroller udføres uden at adskille målesystemet fra maskinen og ikke kræver brug af et kalibreringsvibrationsstativ, hvilket eliminerer behovet for at involvere specialister fra eksterne organisationer og reducerer arbejdsintensiteten og omkostningerne ved arbejdet betydeligt. Ud over de vigtigste kontroller, der er nævnt ovenfor, kan andre vigtige parametre i målesystemet om nødvendigt kontrolleres direkte på maskinen (ved hjælp af den førnævnte referencerotor, et sæt testvægte og kalibrerede skalaer), herunder:

• Repeterbarhed af amplitude- og fasevibrationssignalaflæsninger fra måling til måling;
• Linearitet af målesystemets aflæsninger ved vibrationssignalets amplitude;
• Målesystemets opløsningsevne (mindste niveau af ubalance, der registreres konstant af målesystemet) osv.

Konklusion

Forfatteren håber, at både kunder og producenter af afbalanceringsmaskiner vil forstå argumenterne og anbefalingerne i dette arbejde, hvis hovedmål er at minimere produktionsomkostningerne for begge parter og samtidig sikre den rette kvalitet af afbalanceringsoperationer.

*Note: Hvis denne tendens fortsætter med at udvikle sig, er det ikke udelukket, at vi snart vil høre om skabelsen af slibemaskiner til vibrationsmåling, presser til vibrationsmåling og endda valseværker til vibrationsmåling. Når alt kommer til alt, deler de med afbalanceringsmaskiner den mulige brug af specialiseret vibrationsmåleudstyr.

ENIMS står for "Experimental Research Institute of Metal-Cutting Machine Tools" (Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков). Dette var et forskningsinstitut i Sovjetunionen, der var dedikeret til udvikling og forbedring af forskellige typer metalskæremaskiner og -udstyr. Instituttet spillede en vigtig rolle i udviklingen af maskinbygningsindustrien og standardiseringen af metalbearbejdningsudstyr ved at udvikle regulerende dokumenter og standarder, såsom klassifikatorer til værktøjsmaskiner og metoder til test af deres nøjagtighed.

V.D. Feldman, chefspecialist i LLC "Kinematics", 2024