دو نکته در مورد معقول بودن الزامات مشتری برای سازندگان ماشین‌های بالانس

مقدمه

در طی یک و نیم سال گذشته، شرکت ما بیش از 30 تحقیق در مورد خرید انواع مختلفی از ماشین‌های متعادل‌کنندهدریافت کرده است. تجزیه و تحلیل مشخصات فنی پیوست‌شده به این تحقیقات نشان می‌دهد که اکثر آنها تعدادی از خصوصیات را شامل می‌شوند که به‌طور قابل‌توجهی بر مدت زمان تولید و هزینه ماشین‌ها تأثیر می‌گذارند و همچنین فهرست تامین‌کنندگان بالقوه را کاهش می‌دهند. در میان اینها، دو الزام برجسته هستند:

• الزام برای اطمینان از یک عدم تعادل باقیمانده، که نباید از 0.1 g*mm/kg (µm) تجاوز کند.
• الزام به درج دستگاه بالانس در فهرست وسایل اندازه‌گیری.

بیایید معقول بودن و امکان‌سنجی اجرای این الزامات را از دیدگاه یک مصرف‌کننده واقعی تحلیل کنیم.

۱. تحلیل الزامات دقت برای ماشین

ما اعتبار الزامات دقت مشتری را با استفاده از یک مشخصات فنی برای دستگاه بالانس، که برای بالانس روتورهای موتورهای الکتریکی، واحدهای توربو و کمپرسورها با وزن بین 10 تا 1500 kg طراحی شده است، بررسی خواهیم کرد. این مشخصات، تلرانسی برای عدم تعادل ویژه باقیمانده تعیین می‌کند که طبق نظر مشتری نباید از 0.1 g*mm/kg تجاوز کند.

برای تأیید این الزام، به جدول 1 ایزو ۱۹۴۰-۱ "ارتعاش مکانیکی – الزامات کیفیت تعادل برای روتورها" مراجعه می‌کنیم. بر اساس توصیه‌های این جدول، فرض می‌کنیم که دقت تعادل روتورها موتورهای الکتریکی، واحدهای توربو و کمپرسورها، که ماشین سفارش‌شده باید تأمین کند، باید با کیفیت G2.5 مطابقت داشته باشد grade. با فرض اینکه فرکانس چرخشی پیش‌بینی‌شده روتر بالانس‌شده، به عنوان مثال، 200 هرتز است (که با حاشیه زیادی فرکانس‌های چرخشی بیشتر ماشین‌های شناخته‌شده را پوشش می‌دهد)، می‌توانیم به راحتی نابالانسی خاص مجاز برای بالانس استاتیک (یک‌صفحه‌ای) را با استفاده از فرمول 5 از استاندارد محاسبه کنیم: eper = 2500 / (6.28 * 200) = 1.99 g*mm/kg.

با در نظر گرفتن توصیه‌های همان استاندارد ISO 1940-1 (که امروزه جای خود را به ISO 21940-11)، مطابق با بخش 7، مجموعه مقادیر مجاز برای روتور نامتقارن دو تکیه‌گاه در طی تعادل‌یابی پویا باید حداقل 0.3 * eper باشد، که در مورد ما برابر با 0.6 g*mm/kg خواهد بود، نه 0.1 g*mm/kg همان‌طور که در مشخصات فنی اولیه مورد نیاز بود. این تقسیم از مقادیر مجاز تحمل متعادل کننده بین دو صفحه تصحیح را می‌توان با استفاده از ما بررسی کرد محاسبه‌ی عدم توازن باقیمانده (ISO 21940-11).

به عبارت دیگر، همان‌طور که تحلیل ما نشان می‌دهد، الزامات دقت دستگاه تراز در این مشخصات فنی (و بسیاری از اسناد مشابه) به‌وضوح بیش از حد هستند. اجرای عملی این الزامات بیش از حد، سازنده را ملزم به حل مسائل جدی طراحی و فناوری می‌کند که معمولاً در تولید ماشین‌هایی با دقت فوق‌العاده بالا مطرح می‌شوند و بدون شک بر هزینه و زمان تولید آن‌ها تأثیر می‌گذارد. علاوه بر این، این الزامات همیشه از نظر فنی قابل اجرا نیستند.

همچنین توجه به این نکته مهم است که بهره‌برداری مؤثر از چنین ماشین‌های فوق‌دقیقی ممکن است مستلزم آن باشد که مشتری بالقوه چند شرط اضافی را برآورده کند، مانند نیاز به اتاق‌های با دمای ثابت و تمیز، فونداسیون‌های ایزوله‌کننده ارتعاش و غیره، که هزینه ایجاد آن‌ها حتی ممکن است از هزینه‌های مربوط به خرید خود ماشین بیشتر شود. در پاسخ به ایراد احتمالی نماینده مشتری (نویسنده مشخصات فنی یادشده) مبنی بر اینکه برآورده کردن این الزام امکان دستیابی به نامیزانی باقیمانده به‌مراتب کمتر روی ماشین را فراهم می‌کند که در عمل متناظر با درجه G0.4 است، می‌توان به او توصیه کرد با توصیه‌های GOST 22061-76 “Machines and technological equipment. System of balancing quality grades. Basic provisions” (یک استاندارد ملی که همتای بین‌المللی مدرن آن ISO 21940-11 است که پیش‌تر ISO 1940-1 بود) آشنا شود؛ استانداردی که پیش از معرفی ISO 1940-1 لازم‌الاجرا بود.

بخش سوم این استاندارد که توسط بهترین متخصصان متعادل‌سازی از اتحاد جماهیر شوروی تهیه شده است، به‌طور معقول موارد زیر را بیان می‌کند:

1. روتورهای محصولاتی که تحت درجه 1 کیفیت بالانس (درجه G0.4 طبق ISO 1940-1) طبقه‌بندی می‌شوند باید در یاتاقان‌های خود دستگاه، داخل محفظه خود و در تمام شرایط کاری با استفاده از محرک خودشان بالانس شوند.
2. روتورهای محصولاتی که در گروه کیفیت تعادل درجه دوم (درجه G1.0) طبقه‌بندی شده‌اند، باید در یاتاقان‌های خود یا درون محفظهٔ خود متعادل شوند و در صورت عدم وجود محرک اختصاصی، با یک محرک ویژه متعادل گردند.
3. روتورهای محصولاتی که در گروه‌های تعادل ۳ تا ۱۱ (درجه G2.5 تا G4000) طبقه‌بندی شده‌اند، مجازند به‌صورت قطعات یا واحدهای مونتاژشده متعادل شوند.

جوهره‌ی این توصیه‌ها این است که تلاش برای دستیابی به درجه‌های کیفیت تعادل G0.4 و G1.0 روی دستگاه بالانس‌کننده اغلب از نظر فنی و اقتصادی بی‌معنی است. پس از نصب روتورها در دستگاه، دقت حاصله از بین می‌رود و برای بازیابی آن، نیاز به بالانس مجدد مجموعه روتور (در یاتاقان‌های خود و با محرک اختصاصی) است که با استفاده از تجهیزات قابل حمل بالانس ارتعاشی انجام می‌شود.

به‌عنوان نمونه‌ای گویا برای این گزاره، می‌توان بالانس یک سنگ سنباده را در نظر گرفت که برای استفاده روی یک ماشین سنگ‌زنی استوانه‌ای دقیق (کلاس دقت “C”) در نظر گرفته شده است. طبق الزامات جدول 1 از ISO 1940-1 که پیش‌تر ذکر شد، کیفیت بالانس سنگ سنباده باید دست‌کم با درجه G0.4 مطابقت داشته باشد. با توجه به اینکه فرکانس دورانی مورد انتظار سنگ سنباده در حین کار 6000 rpm (100 Hz) خواهد بود، با استفاده از فرمول شناخته‌شده 7 در ISO 1940-1، نامیزانی ویژه مجاز باقیمانده eper را تعیین می‌کنیم که برابر 0.64 g*mm/kg خواهد بود.

به عبارت دیگر، پس از بالانس در ماشین بالانس‌کننده و تضمین این تحمل، جابجایی مرکز جرم دیسک سیری خوردگی نسبت به محور فناوری (محور میله ماشین بالانس‌کننده) نباید بیش از 0.64 µm باشد. چون لنگی محور شعاعی مجاز محور سیری خوردگی کلاس “C” بر اساس استاندارد ملی GOST 11654-90 2 µm است، پس از نصب دیسک سیری خوردگی ما روی آن (بازپایه‌گذاری دیسک از محور فناوری به محور کاری)، نابالانسی خاص مجاز می‌تواند به طور قابل توجهی افزایش یابد و تحمل توصیه‌شده توسط ISO 1940-1 را حداقل سه برابر بیشتر کند. در چنین مواردی و سایر موارد مشابه، همان‌طور که قبلاً ذکر شد، بالانس اضافی برای جبران خطاهای ناشی از مرحله مونتاژ مورد نیاز است.

موارد فوق به ما این امکان را می‌دهد که اظهار کنیم در اکثریت قریب به اتفاق موارد، الزام دقت برای ماشین‌های بالانس متوسط و سنگین را می‌توان به سطح عدم توازن مشخص باقیمانده ۰.۵ گرم*میلی‌متر بر کیلوگرم یا حتی ۱.۰ گرم*میلی‌متر بر کیلوگرم محدود کرد. اجرای این توصیه در عمل به تولیدکننده اجازه می‌دهد تا پیچیدگی و هزینه ساخت ماشین را به طور قابل توجهی کاهش دهد، در حالی که مشتری (به شرط اجرای یک فرآیند فناوری منطقی) می‌تواند به دقت بالانس مورد نظر دست یابد. استثناء اصلی این قاعده ممکن است ماشین‌های بالانس کوچک و تخصصی باشند که برای مثال برای بالانس روتورهای ژیروسکوپ، توربوشارژرهای خودرو و غیره استفاده می‌شوند. ویژگی‌های طراحی این ماشین‌ها امکان دستیابی به سطح عدم تعادل ویژه باقیمانده 0.1 گرم*میلی‌متر بر کیلوگرم یا کمتر را فراهم می‌کند که از نظر فنی موجه و از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه است.

۲. درباره ضرورت درج دستگاه‌های بالانس در فهرست وسایل اندازه‌گیری

در سال‌های اخیر، اکتشافی شگفت‌انگیز در کشور ما صورت گرفته است که می‌تواند متخصصان «درگذشتگان با آرامش» از ENIMS** را که طبقه‌بندی‌کنندهٔ ماشین‌های برش فلز را توسعه داده‌اند، سردرگم کند. با «دست سبک» کسی، نوع کاملاً جدیدی از تجهیزات در بازار ماشین‌آلات ظاهر شده است – «ماشین‌های اندازه‌گیری و بالانس ارتعاش» که باید دارای گواهی استاندارد دولتی روسیه و علامت‌گذاری مربوطه باشند.*)

و همه‌چیز خوب پیش می‌رفت، اما ناگهان معلوم شد که مشتریان «پیشرفته» در مشخصات فنی خود الزام کردند که دستگاه‌های تراز در فهرست وسایل اندازه‌گیری ثبت شوند. بیایید ببینیم این الزام از نظر قانونی و فنی تا چه حد موجه است و همچنین از نظر اقتصادی تا چه حد امکان‌پذیر است.

برای شروع، مفید است که دریابیم این الزام چگونه با توصیه‌های اسناد مقرراتی موجود مرتبط است. بیایید با ISO 8-82 «ماشین‌های تراش‌کاری فلزات. الزامات عمومی برای آزمون دقت» شروع کنیم. این استاندارد مفاهیم و اصول پایه‌ای طبقه‌بندی ماشین‌آلات بر اساس دقت، الزامات عمومی برای آزمون دقت و الزامات عمومی برای روش‌های تأیید دقت را تعیین می‌کند. شایان ذکر است که ارجاعات به رویه‌های ارزیابی ویژگی‌های کیفی ماشین‌آلات در این استاندارد تنها از اصطلاح «تأیید» استفاده می‌کند و هیچ اشاره‌ای به لزوم ثبت ماشین‌آلات در دفترچه‌ی ابزارهای اندازه‌گیری و در نتیجه نیاز به «کالیبراسیون» آن‌ها نشده است.

سند بعدی که باید به آن توجه کرد ISO 21940-21 (formerly ISO 2953) “Mechanical vibration – Rotor balancing – Part 21: Description and evaluation of balancing machines.” است. این استاندارد که الزامات مشخصی را برای ویژگی‌های فنی ماشین‌های بالانس و روش‌های “verification” آن‌ها تعیین می‌کند، همچنین فاقد الزاماتی است که ضرورت کالیبره کردن ماشین‌ها و ثبت آن‌ها در فهرست ابزارهای اندازه‌گیری را پیش‌بینی کند. در این ارتباط باید توجه داشت که الزامات مربوط به کالیبراسیون در استانداردهای سایر انواع ماشین‌ابزارها نیز وجود ندارد، مانند استانداردهای ISO برای ماشین‌های سنگ‌زنی و ماشین‌های CNC که آن‌ها نیز ممکن است شامل سامانه‌های اندازه‌گیری مختلف باشند.

علاوه بر این، الزامات مشابهی در مستندات فنی تمام مدل‌های شناخته‌شده ماشین‌های توازن خارجی یافت نمی‌شود که به نظر ما نیز یک سابقه مهم است. بر اساس استدلال‌های ارائه‌شده در بالا، می‌توان به نتایج زیر دست یافت:

1. اسناد مقرراتی و فنی موجود که برای ابزارهای ماشین و به‌ویژه برای ماشین‌های بالانس تهیه شده‌اند، شامل الزاماتی برای ثبت آن‌ها در فهرست وسایل اندازه‌گیری و در نتیجه نیاز به کالیبراسیون آن‌ها نیستند. در نتیجه، درج چنین الزاماتی در مشخصات فنی در جریان فرآیندهای مناقصه رقابتی، «دی فاکتو» هزینه‌های تولید ماشین‌آلات و مخارج بهره‌برداری بعدی آنها را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد و به نظر ما، «دی یوره» حقوق تولیدکنندگان ماشین‌آلات حسن‌نیت‌داری را که از متن و روح اسناد مقرراتی موجود پیروی می‌کنند، نقض می‌کند.
2. آزمون‌های روتین سیستم اندازه‌گیری را می‌توان و باید به‌عنوان بخشی از ماشین بالانس مطابق با الزامات و توصیه‌های ISO 21940-21 (formerly ISO 2953) انجام داد که استفاده از یک روتور مرجع، مجموعه‌ای از وزنه‌های آزمون و ترازوهای کالیبره‌شده را در هنگام کنترل‌ها پیش‌بینی می‌کنند. این آزمون‌ها باید الزاماً شامل انواع زیر از بررسی‌ها باشند:
   • بررسی حداقل عدم تعادل باقیمانده قابل دستیابی (Umar);
   • بررسی ضریب کاهش عدم تعادل (URR)؛
   • بررسی عملکرد مدار بالانسینگ شرطی (با روش چرخش روتور به میزان ۱۸۰ درجه).

شایان ذکر است که این بررسی‌ها بدون باز کردن سیستم اندازه‌گیری از دستگاه انجام می‌شوند و نیازی به استفاده از پایه لرزش کالیبراسیون ندارند، که این امر نیاز به دخالت متخصصان سازمان‌های خارجی را از بین برده و شدت کار و هزینه کار را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. علاوه بر بررسی‌های اصلی ذکر شده در بالا، در صورت لزوم سایر پارامترهای مهم سیستم اندازه‌گیری را می‌توان مستقیماً روی دستگاه بررسی کرد (با استفاده از روتور مرجع مذکور، مجموعه‌ای از وزنه‌های آزمایشی و ترازوهای کالیبره)، از جمله:

• تکرارپذیری قرائت‌های سیگنال لرزش از نظر دامنه و فاز، از اندازه‌گیری به اندازه‌گیری؛
• خطی بودن قرائت‌های سیستم اندازه‌گیری بر حسب دامنه سیگنال ارتعاش؛
• توانایی تفکیک‌پذیری سیستم اندازه‌گیری (حداقل سطح عدم توازن که به‌طور پایدار توسط سیستم اندازه‌گیری ثبت می‌شود) و غیره.

نتیجه‌گیری

نویسنده امیدوار است که هم مشتریان و هم تولیدکنندگان دستگاه‌های بالانس، استدلال‌ها و توصیه‌های مطرح‌شده در این اثر را درک کنند؛ هدفی که این اثر دنبال می‌کند، به حداقل رساندن هزینه‌های تولید برای هر دو طرف، در حالی است که کیفیت مناسب عملیات بالانس نیز تضمین می‌شود.

*توجه: اگر این روند به توسعه ادامه دهد، بعید نیست که به‌زودی از ساخت دستگاه‌های سنگ‌زنی اندازه‌گیری ارتعاش، پرس‌های اندازه‌گیری ارتعاش و حتی کارخانه‌های نورد اندازه‌گیری ارتعاش مطلع شویم. به هر حال، آن‌ها مانند دستگاه‌های بالانسینگ می‌توانند از تجهیزات تخصصی اندازه‌گیری ارتعاش استفاده کنند.

ENIMS مخفف «مؤسسهٔ تحقیقاتی تجربی ابزارهای ماشین‌کاری فلزبر» (Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков) است. این یک مؤسسهٔ تحقیقاتی در اتحاد جماهیر شوروی بود که به توسعه و بهبود انواع مختلف ماشین‌ها و تجهیزات فلزبر اختصاص داشت. این مؤسسه با تدوین اسناد و استانداردهای نظارتی، مانند طبقه‌بندی‌کننده‌های ماشین‌آلات ابزار و روش‌های آزمون دقت آن‌ها، نقش مهمی در پیشرفت صنعت ماشین‌سازی و استانداردسازی تجهیزات فلزکاری ایفا کرد.

وی. دی. فلدمن، متخصص ارشد شرکت با مسئولیت محدود «کینماتیکس»، ۲۰۲۴