Kaks märkust tasakaalustusmasinate tootjatele esitatavate klientide nõuete mõistlikkuse kohta

Sissejuhatus

Viimase pooleteise aasta jooksul on meie ettevõte saanud üle 30 päringu erinevat tüüpi tasakaalustusmasinad. Nende päringutele lisatud tehniliste spetsifikatsioonide analüüs näitab, et enamik neist sisaldab mitmeid nõudeid, mis mõjutavad oluliselt masinate tootmise tähtaegu ja kulusid ning kitsendavad potentsiaalsete tarnijate ringi. Nende hulgast paistavad silma kaks nõuet:

• Nõue tagada konkreetne jääktasakaalustamatus, mis ei tohiks ületada 0,1 g*mm/kg (µm).
• Nõue kanda tasakaalustusmasin mõõtevahendite registrisse.

Analüüsime nende nõuete rakendamise mõistlikkust ja teostatavust reaalse tarbija seisukohast.

1. Masina täpsusnõuete analüüs

Kontrollime kliendi täpsusnõuete põhjendatust, kasutades tasakaalustusmasina tehnilist spetsifikatsiooni, mis on ette nähtud elektrimootorite, turbomootorite ja kompressorite rootorite tasakaalustamiseks massiga 10 kuni 1500 kg. Spetsifikatsioonis on määratud konkreetne lubatud jääktasakaalustamatus, mis kliendi sõnul ei tohiks ületada 0,1 g*mm/kg.

Selle nõude kontrollimiseks viitame tabelis 1 ISO 1940-1 „Mehaaniline vibratsioon – rootorite tasakaalustamise kvaliteedinõuded.“ Selle tabeli soovituste põhjal eeldame, et rootorid elektrimootorite, turboseadmete ja kompressorite, mille töökindlust tellitud masin peab tagama, peavad vastama G2.5 kvaliteedinõuetele klass. Eeldades, et tasakaalustatud rootori eeldatav tööpöörlemissagedus on näiteks 200 Hz (mis katab suure varuga enamiku tuntud masinate pöörlemissagedused), saame standardi valemi 5 abil hõlpsasti arvutada staatilise (ühe tasandi) tasakaalustamise lubatava jääk-spetsiifilise tasakaalustamatusväärtuse: eper = 2500 / (6,28 * 200) = 1,99 g*mm/kg.

Arvestades sama ISO 1940-1 standardi soovitusi (mis on tänaseks asendatud standardiga ISO 21940-11), nagu on sätestatud punktis 7, peaks kahe toega asümmeetrilise rootori lubatud väärtus dünaamilise tasakaalustamise ajal olema vähemalt 0,3 * eper, mis meie juhul oleks 0,6 g*mm/kg, mitte 0,1 g*mm/kg, nagu nõuti esialgses tehnilises spetsifikatsioonis. See lubatud väärtuse jaotus tasakaalustustolerants Kahe korrigeerimistasandi vahelist kaugust saab kontrollida meie Jääktasakaalustamatuse kalkulaator (ISO 21940-11).

Teisisõnu, nagu meie analüüs näitab, on käesolevas tehnilises kirjelduses (ja paljudes teistes sarnastes dokumentides) esitatud nõuded tasakaalustusmasina täpsusele selgelt liiga kõrged. Nende ülemääraste nõuete praktiline rakendamine paneb tootja lahendama tõsiseid projekteerimis- ja tehnoloogilisi ülesandeid, mis tavaliselt tekivad erakordselt suure täpsusega masinate tootmisel, mis kahtlemata mõjutab masinate maksumust ja tootmise aega. Lisaks ei ole need nõuded alati tehniliselt teostatavad.

Samuti on oluline märkida, et selliste ülitäpsete masinate tõhus töö võib nõuda potentsiaalselt kliendilt mitme lisatingimuse täitmist, näiteks termokonstantsete ja puhaste ruumide, vibratsiooni isoleerivate vundamentide jms vajadust, mille loomise kulud võivad isegi ületada masina soetamisega seotud kulusid. Vastuseks kliendi esindaja (eespool nimetatud tehnilise spetsifikatsiooni autori) võimalikule vastuväitele, et selle nõude täitmine võimaldab saavutada masinal oluliselt väiksema jääktasakaalustamatuse, mis tegelikult vastab klassile G0.4, võib soovitada tutvuda standardi GOST 22061-76 “Machines and technological equipment. System of balancing quality grades. Basic provisions” soovitustega (riiklik standard, mille kaasaegne rahvusvaheline vaste on ISO 21940-11, varem ISO 1940-1), mis kehtis enne ISO 1940-1 kasutuselevõttu.

Selle standardi 3. jaos, mille on koostanud Nõukogude Liidu parimad tasakaalustamise valdkonna spetsialistid, on põhjendatult öeldud järgmist:

1. 1. tasakaalukvaliteedi klassi kuuluvate toodete rootoreid (klass G0.4 vastavalt ISO 1940-1-le) tuleb tasakaalustada nende enda laagrites, nende enda korpuses, kõigis töötingimustes ja omaenda ajamiga.
2. Teise tasakaalustamise kvaliteediklassi (klass G1.0) alla kuuluvate toodete rootorid tuleb tasakaalustada oma laagrites või oma korpuses, spetsiaalse ajamiga, kui oma ajam puudub.
3. 3.-11. kvaliteediklassi (klassid G2,5-G4000) kuuluvate toodete rootoreid on lubatud tasakaalustada osade või koosteüksustena.

Nende soovituste põhiolemus on, et püüdlus saavutada tasakaalustusmasinal kvaliteediklassid G0,4 ja G1,0 on sageli tehniliselt ja majanduslikult mõttetu. Pärast rootorite paigaldamist masinasse läheb saavutatud täpsus kaduma ja selle taastamiseks on vaja rootorite koostu (oma laagrites ja oma ajamiga) täiendavalt tasakaalustada, kasutades selleks teisaldatavaid vibratsioonibalansseerimisseadmeid.

Selle teesina illustreeriva näitena võime vaadelda suure täpsusega silindrilisel lihvimismasinal (täpsusklass “C”) kasutamiseks mõeldud lihvketta tasakaalustamist. Vastavalt eespool nimetatud ISO 1940-1 tabeli 1 nõuetele peab lihvketta tasakaalukvaliteet vastama vähemalt klassile G0.4. Arvestades, et lihvketta eeldatav pöörlemissagedus töö ajal on 6000 rpm (100 Hz), määrame ISO 1940-1 tuntud valemi 7 abil lubatud jääkspetsiifilise tasakaalustamatuse eper, mis on 0.64 g*mm/kg.

Teisisõnu ei tohiks pärast tasakaalustamist tasakaalustuspingil, kui see tolerants on tagatud, lihvketta massikeskme nihe tehnoloogilise telje suhtes (tasakaalustuspingi torni telg) ületada 0.64 µm. Kuna klassi “C” lihvimismasina spindli lubatud radiaalne viskumine riikliku standardi GOST 11654-90 järgi on 2 µm, võib pärast meie lihvketta paigaldamist sellele (ketta ümberbaaseerimist tehnoloogiliselt teljelt tööteljele) jääkeritasakaalustamatus oluliselt suureneda ja ületada ISO 1940-1 soovitatud tolerantsi vähemalt kolm korda. Sellistel ja muudel sarnastel juhtudel, nagu eespool märgitud, on koostamisetapis tekkivate vigade kompenseerimiseks vajalik täiendav tasakaalustamine.

Eespool öeldu võimaldab meil väita, et enamikul juhtudest võib keskmise ja raske kaaluga tasakaalustusmasinate täpsusnõue piirduda 0,5 g*mm/kg või isegi 1,0 g*mm/kg jääva spetsiifilise tasakaalustamatuse tasemega. Selle soovituse rakendamine praktikas võimaldab tootjal oluliselt vähendada masina valmistamise keerukust ja kulusid, samas kui klient (eeldusel, et rakendatakse ratsionaalset tehnoloogilist protsessi) saab saavutada nõutava tasakaalustustäpsuse. Peamine erand sellest reeglist võivad olla väikesed spetsiaalsed tasakaalustusmasinad, mida kasutatakse näiteks güroskoopide rootorite, autoturbolaadurite jne tasakaalustamiseks. Nende masinate konstruktsiooniomadused võimaldavad saavutada jääkspetsiifilise tasakaalustamatuse taseme 0,1 g*mm/kg või vähem, mis on tehniliselt põhjendatud ja majanduslikult teostatav.

2. Vajadus lisada tasakaalustusmasinad mõõtevahendite registrisse

Viimastel aastatel on meie riigis tehtud hämmastav avastus, mis võib segadusse ajada ENIMSi** "rahus lahkunud" spetsialistid, kes töötasid välja metallilõikamismasinate klassifikaatori. Kellegi "kerge käega" on masinate turule ilmunud täiesti uut tüüpi seadmed - "vibratsiooni mõõtmise tasakaalustusmasinad", millel peab olema Vene riikliku standardi sertifikaat ja vastav märgistus.*)

Ja kõik oleks hästi, kuid äkki selgus, et "arenenud" kliendid hakkasid oma tehnilistesse spetsifikatsioonidesse lisama kohustuslikku nõuet tasakaalustusmasinate kandmiseks mõõtevahendite registrisse. Püüame mõista, kui õiguslikult ja tehniliselt põhjendatud on see nõue, samuti selle majanduslikku teostatavust.

Kõigepealt on kasulik mõista, kuidas see nõue on seotud olemasolevate regulatiivsete dokumentide soovitustega. Alustame ISO 8-82 "Metallilõikamismasinad. Üldised nõuded täpsuskatsetele". Selles standardis on sätestatud masinate klassifitseerimise põhimõtted ja põhimõtted täpsuse järgi, üldnõuded täpsuskatsetele ja üldnõuded täpsuse kontrollimise meetoditele. Oluline on märkida, et selles standardis sisalduvad viited masinate kvalitatiivsete omaduste hindamise menetlustele kasutavad ainult terminit "tõendamine" ja selles ei mainita vajadust lisada masinad mõõtevahendite registrisse ja vastavalt sellele vajadust nende "kalibreerimise" järele.

Järgmine dokument, millele tähelepanu pöörata, on ISO 21940-21 (varem ISO 2953) “Mechanical vibration – Rotor balancing – Part 21: Description and evaluation of balancing machines.” See standard, mis seab konkreetsed nõuded tasakaalustusmasinate tehnilistele omadustele ja nende “verifitseerimise” meetoditele, ei sisalda samuti nõudeid, mis näeksid ette masinate kalibreerimise vajaduse ja nende kandmise mõõtevahendite registrisse. Sellega seoses tuleb märkida, et kalibreerimisega seotud nõuded puuduvad ka muud tüüpi tööpinkide standardites, näiteks ISO standardites lihvimismasinate ja CNC-masinate jaoks, mis võivad samuti sisaldada erinevaid mõõtesüsteeme.

Lisaks sellele ei leidu sarnaseid nõudeid kõigi teadaolevate välismaiste tasakaalustusmasinate mudelite tehnilises dokumentatsioonis, mis on meie arvates samuti oluline pretsedent. Eespool esitatud argumentide põhjal võib teha järgmised järeldused:

1. Olemasolevad regulatiivsed ja tehnilised dokumendid, mis on välja töötatud tööpinkide ja eelkõige tasakaalustusmasinate kohta, ei sisalda nõudeid nende kandmiseks mõõtevahendite registrisse ja seega ka nende kalibreerimise vajadust. Selle tulemusel suurendab selliste nõuete lisamine tehnilistesse spetsifikatsioonidesse konkureerivate hankemenetluste käigus "de facto" oluliselt masinate tootmiskulusid ja nende hilisema käitamise kulusid ning, nagu meile tundub, "de jure" rikub heauskse masinatootja õigusi, kes järgib olemasolevate regulatiivsete dokumentide mõtet ja kirjasõnu.
2. Mõõtesüsteemi rutiinseid katseid saab ja tuleb teha tasakaalustusmasina osana vastavalt standardi ISO 21940-21 (varem ISO 2953) nõuetele ja soovitustele, mis näevad kontrollide käigus ette etalonrootori, proovikaalude komplekti ja kalibreeritud kaalude kasutamise. Need katsed peavad tingimata sisaldama järgmisi kontrolliliike:
   • Minimaalselt saavutatava jääkide tasakaalustamatuse kontrollimine (Umar);
   • Tasakaalustamatuse vähendamise koefitsiendi (URR) kontrollimine;
   • Tingimusliku tasakaalustusahela toimimise kontrollimine (rootori pööramise protseduuriga 180°).

Oluline on märkida, et need kontrollid viiakse läbi ilma mõõtesüsteemi masinast lahti võtmata ja ei nõua kalibreerimisvibratsioonistendi kasutamist, mis välistab vajaduse kaasata välisorganisatsioonide spetsialiste ning vähendab oluliselt töömahukust ja tööde maksumust. Lisaks eespool nimetatud peamistele kontrollidele saab vajaduse korral kontrollida ka teisi olulisi mõõtesüsteemi parameetreid otse masina peal (kasutades eespool nimetatud võrdlusrootorit, testkaalude komplekti ja kalibreeritud kaalusid), sh:

• Vibratsioonisignaali amplituudi ja faasi näitude korratavus mõõtmisest mõõtmiseni;
• Mõõtesüsteemi näitude lineaarsus vibratsioonisignaali amplituudi järgi;
• mõõtesüsteemi lahutusvõime (mõõtesüsteemi poolt pidevalt registreeritud minimaalne tasakaalustamatuse tase) jne.

Kokkuvõte

Autor loodab, et nii kliendid kui ka tasakaalustusmasinate tootjad mõistavad käesolevas töös esitatud argumente ja soovitusi, mille peamine eesmärk on vähendada tootmiskulusid mõlema poole jaoks, tagades samas tasakaalustusoperatsioonide nõuetekohase kvaliteedi.

*Märkus: Kui see suundumus jätkub, ei ole välistatud, et me saame peagi teada vibratsioonimõõtmise lihvimismasinate, vibratsioonimõõtmise presside ja isegi vibratsioonimõõtmise valtsimismasinate loomisest. Lõppude lõpuks on neil tasakaalustusmasinatega ühine võimalus kasutada spetsiaalseid vibratsiooni mõõtmise seadmeid.

ENIMS tähendab "Eksperimentaalne metallilõikepinkide uurimisinstituut" (Eksperментально-исследовательский институт металлорежущих станков). See oli Nõukogude Liidu uurimisinstituut, mis tegeles mitmesuguste metallilõikepinkide ja -seadmete väljatöötamise ja täiustamisega. Instituut mängis olulist rolli masinaehitustööstuse edendamisel ja metallitöötlemisseadmete standardiseerimisel, töötades välja normdokumente ja standardeid, näiteks tööpinkide klassifikaatorid ja nende täpsuse kontrollimise meetodid.

V.D. Feldman, OÜ "Kinemaatika" peaspetsialist, 2024