Kaksi huomautusta tasapainotuskoneiden valmistajille asetettujen asiakasvaatimusten kohtuullisuudesta.

Johdanto

Viimeisen puolentoista vuoden aikana yrityksemme on saanut yli 30 tiedustelua, jotka koskevat erilaisten tasapainotuskoneet. Näiden tarjouspyyntöjen liitteenä olevien teknisten eritelmien tarkastelu paljastaa, että useimmissa niistä on useita ominaisuuksia, jotka vaikuttavat merkittävästi koneiden tuotantoaikatauluihin ja kustannuksiin sekä kaventavat potentiaalisten toimittajien joukkoa. Näistä kaksi vaatimusta erottuu erityisesti:

• Vaatimus varmistaa tietty jäännösepätasapaino, jonka arvo ei saa ylittää 0,1 g*mm/kg (µm).
• Vaatimus tasapainotuskoneen sisällyttämisestä mittauslaiterekisteriin.

Analysoidaanpa näiden vaatimusten toteuttamisen järkevyyttä ja toteutettavuutta todellisen kuluttajan näkökulmasta.

1. Koneen tarkkuusvaatimusten analysointi

Tarkistamme asiakkaan tarkkuusvaatimusten paikkansapitävyyden käyttäen teknistä eritelmää tasapainotuskoneelle, joka on suunniteltu tasapainottamaan sähkömoottoreiden, turboyksiköiden ja kompressoreiden roottoreita, joiden paino on 10-1 500 kg. Eritelmässä asetetaan tietyn jäännösepätasapainon toleranssi, joka asiakkaan mukaan ei saisi ylittää 0,1 g*mm/kg.

Tämän vaatimuksen tarkistamiseksi viittaamme taulukkoon 1 ISO 1940-1 ”Mekaaninen tärinä – Roottorien tasapainotusvaatimukset.” Tämän taulukon suositusten perusteella oletamme, että roottorit sähkömoottoreiden, turbiinien ja kompressorien, joiden toiminnan tilatun koneen on taattava, on täytettävä G2.5-laatuvaatimukset luokka. Jos tasapainotetun roottorin odotettu käyntitaajuus on esimerkiksi 200 Hz (mikä kattaa suurella marginaalilla useimpien tunnettujen koneiden pyörimisnopeudet), voimme helposti laskea staattisen (yksitasoisen) tasapainotuksen sallitun jäännösepätasapainon standardin kaavalla 5: eper = 2500 / (6,28 * 200) = 1,99 g*mm/kg.

Kun otetaan huomioon saman ISO 1940-1 -standardin suositukset (jonka nykyisin korvaa ISO 21940-11), kuten 7 §:ssä määrätään, kahden tuen epäsymmetriselle roottorille dynaamisen tasapainotuksen yhteydessä asetetun sallitun arvon tulisi olla vähintään 0,3 * eper, mikä tässä tapauksessa olisi 0,6 g*mm/kg eikä alkuperäisessä teknisessä erittelyssä vaadittua 0,1 g*mm/kg. Tämä sallitun arvon jakautuminen tasapainotustoleranssi kahden korjaustason välillä voidaan tarkistaa Jäännösepätasapainolaskuri (ISO 21940-11).

Toisin sanoen, kuten analyysimme osoittaa, tässä teknisessä eritelmässä (ja monissa muissa vastaavissa asiakirjoissa) esitetyt tasapainotuskoneen tarkkuutta koskevat vaatimukset ovat selvästi liiallisia. Näiden liian korkeiden vaatimusten käytännön toteuttaminen edellyttää valmistajalta vakavien suunnittelu- ja teknologisten tehtävien ratkaisemista, jotka tyypillisesti aiheutuvat poikkeuksellisen tarkkojen koneiden valmistuksesta, mikä epäilemättä vaikuttaa koneiden kustannuksiin ja tuotantoaikaan. Lisäksi nämä vaatimukset eivät aina ole teknisesti toteutettavissa.

On myös tärkeää huomata, että näin korkean tarkkuuden koneiden tehokas käyttö voi edellyttää potentiaaliselta asiakkaalta useiden lisäehtojen täyttämistä, kuten lämpötilaltaan vakioituja ja puhtaita tiloja, värähtelyä eristäviä perustuksia jne., joiden toteuttamiskustannukset voivat jopa ylittää koneen hankintakustannukset. Vastauksena asiakkaan edustajan (edellä mainitun teknisen spesifikaation laatijan) mahdolliseen vastaväitteeseen, että tämän vaatimuksen täyttäminen mahdollistaa koneella huomattavasti pienemmän jäännösepätasapainon saavuttamisen, joka vastaa käytännössä G0.4-luokkaa, voidaan suositella tutustumista GOST 22061-76:n "Machines and technological equipment. System of balancing quality grades. Basic provisions" suosituksiin (kansallinen standardi, jonka nykyaikainen kansainvälinen vastine on ISO 21940-11, entinen ISO 1940-1), joka oli voimassa ennen ISO 1940-1:n käyttöönottoa.

Neuvostoliiton parhaiden tasapainotusasiantuntijoiden laatiman standardin 3 jaksossa todetaan perustellusti seuraavaa:

1. Ensimmäiseen tasapainoluokkaan kuuluvien tuotteiden roottorit (luokka G0.4 standardin ISO 1940-1 mukaan) on tasapainotettava omissa laakereissaan, omassa rungossaan, kaikissa käyttöolosuhteissa ja omaa käyttöään käyttäen.
2. Toiseen tasapainotuslaatuluokkaan (luokka G1.0) luokiteltujen tuotteiden roottorit olisi tasapainotettava omissa laakereissaan tai omassa kotelossaan, ja jos omaa käyttölaitetta ei ole käytettävissä, olisi käytettävä erityistä käyttölaitetta.
3. Tasapainotuslaatuluokkiin 3-11 (luokat G2,5-G4000) luokiteltujen tuotteiden roottorit voidaan tasapainottaa osina tai kokoonpanoyksikköinä.

Näiden suositusten ydin on se, että pyrkimys saavuttaa tasapainotuskoneella tasapainotuksen laatuluokat G0,4 ja G1,0 on usein teknisesti ja taloudellisesti hyödytön. Kun roottorit on asennettu koneeseen, saavutettu tarkkuus häviää, ja sen palauttamiseksi tarvitaan roottorikokoonpanon (sen omissa laakereissa ja omalla voimansiirrolla) ylimääräinen uudelleentasapainotus, joka suoritetaan kannettavalla tärinätasapainotuslaitteistolla.

Havainnollistavana esimerkkinä tästä väitteestä voidaan tarkastella hiomalaikan tasapainotusta, joka on tarkoitettu käytettäväksi erittäin tarkassa sylinterihiomakoneessa (tarkkuusluokka “C”). Edellä mainitun ISO 1940-1:n taulukon 1 vaatimusten mukaan hiomalaikan tasapainolaadun on oltava vähintään G0.4-luokkaa. Kun hiomalaikan odotettu pyörimisnopeus käytön aikana on 6000 rpm (100 Hz), määritämme ISO 1940-1:n tunnetulla kaavalla 7 sallitun jäännösspesifisen epätasapainon eper, joka on 0.64 g*mm/kg.

In other words, after balancing on the balancing machine, ensuring this tolerance, the displacement of the center of mass of the grinding wheel relative to the technological axis (balancing machine mandrel axis) should not exceed 0.64 µm. Since the allowable radial runout of the spindle of a class “C” grinding machine according to the national standard GOST 11654-90 is 2 µm, after mounting our grinding wheel on it (re-baselining the wheel from the technological axis to the working axis), the residual specific imbalance can significantly increase and exceed the tolerance recommended by ISO 1940-1 by at least three times. In such and other similar cases, as noted earlier, additional balancing is required to compensate for errors arising during the assembly stage.

Edellä esitetyn perusteella voidaan väittää, että useimmissa tapauksissa keskiraskaiden ja raskaiden tasapainotuskoneiden tarkkuusvaatimus voidaan rajoittaa 0,5 g*mm/kg tai jopa 1,0 g*mm/kg:n jäännösominaisepätasapainoon. Tämän suosituksen toteuttaminen käytännössä antaa valmistajalle mahdollisuuden vähentää merkittävästi koneen valmistuksen monimutkaisuutta ja kustannuksia, kun taas asiakas (edellyttäen, että käytetään järkevää teknologista prosessia) voi saavuttaa vaaditun tasapainotustarkkuuden. Tärkein poikkeus tähän sääntöön voivat olla pienet erikoistuneet tasapainotuskoneet, joita käytetään esimerkiksi gyroskooppien roottoreiden, autojen turboahtimien jne. tasapainottamiseen. Näiden koneiden rakenteellisten ominaisuuksien ansiosta voidaan saavuttaa 0,1 g*mm/kg tai alhaisempi jäännösominaisepätasapainotaso, mikä on teknisesti perusteltua ja taloudellisesti mahdollista.

2. Tarpeesta sisällyttää tasapainotuskoneet mittauslaiterekisteriin

Viime vuosina maassamme on tehty hämmästyttävä löytö, joka saattaa hämmentää ENIMSin** "rauhassa poisnukkuneita" asiantuntijoita, jotka kehittivät metallinleikkauskoneiden luokittelulaitteen. Jonkun "kevyellä kädellä" on konemarkkinoille ilmestynyt aivan uudenlainen laitetyyppi - "tärinämittaus-tasapainotuskoneet", joilla on oltava Venäjän valtion standardin mukainen sertifikaatti ja vastaava merkintä.*)

Kaikki olisi hyvin, mutta yhtäkkiä kävi ilmi, että "kehittyneet" asiakkaat alkoivat sisällyttää teknisiin eritelmiinsä pakollisen vaatimuksen tasapainotuskoneiden sisällyttämisestä mittauslaiterekisteriin. Yritetään ymmärtää, miten oikeudellisesti ja teknisesti perusteltu tämä vaatimus on ja miten se on taloudellisesti toteutettavissa.

Aluksi on hyödyllistä ymmärtää, miten tämä vaatimus liittyy nykyisten sääntelyasiakirjojen suosituksiin. Aloitetaan standardista ISO 8-82 "Metal-Cutting Machines. Tarkkuuden testausta koskevat yleiset vaatimukset". Tässä standardissa vahvistetaan koneiden tarkkuusluokittelun peruskäsitteet ja -periaatteet, tarkkuuden testausta koskevat yleiset vaatimukset sekä tarkkuuden todentamismenetelmiä koskevat yleiset vaatimukset. On tärkeää huomata, että tässä standardissa olevissa viittauksissa koneiden laadullisten ominaisuuksien arviointimenetelmiin käytetään vain termiä "todentaminen" eikä mainita tarvetta sisällyttää koneita mittauslaiterekisteriin ja vastaavasti tarvetta niiden "kalibrointiin".

Seuraava huomionarvoinen asiakirja on ISO 21940-21 (entinen ISO 2953) “Mechanical vibration – Rotor balancing – Part 21: Description and evaluation of balancing machines.” Tästä standardista, joka asettaa erityisvaatimuksia tasapainotuskoneiden teknisille ominaisuuksille ja niiden “verifiointi”-menetelmille, puuttuvat myös vaatimukset koneiden kalibrointitarpeesta ja niiden sisällyttämisestä mittauslaiterekisteriin. Tässä yhteydessä on huomattava, että kalibrointiin liittyvät vaatimukset puuttuvat myös muun tyyppisten työstökoneiden standardeista, kuten hiontakoneita ja CNC-koneita koskevista ISO-standardeista, joihin voi myös sisältyä erilaisia mittausjärjestelmiä.

Vastaavia vaatimuksia ei myöskään löydy kaikkien tunnettujen ulkomaisten tasapainotuskoneiden teknisten asiakirjojen sisältämistä malleista, mikä on mielestämme myös tärkeä ennakkotapaus. Edellä esitettyjen perustelujen pohjalta voidaan tehdä seuraavat päätelmät:

1. Työkoneita ja erityisesti tasapainotuskoneita varten laadituissa nykyisissä sääntely- ja teknisissä asiakirjoissa ei esitetä vaatimuksia niiden sisällyttämisestä mittauslaiterekisteriin eikä näin ollen myöskään niiden kalibrointitarpeesta. Tämän seurauksena tällaisten vaatimusten sisällyttäminen teknisiin eritelmiin kilpailullisissa hankintamenettelyissä "de facto" lisää merkittävästi koneiden tuotantokustannuksia ja niiden myöhemmästä käytöstä aiheutuvia kuluja ja, kuten meistä näyttää, "de jure" loukkaa sellaisten vilpittömässä mielessä toimivien koneiden valmistajien oikeuksia, jotka noudattavat voimassa olevien sääntelyasiakirjojen kirjainta ja henkeä.
2. Mittausjärjestelmän rutiinitestejä voidaan ja tulee tehdä osana tasapainotuskonetta standardin ISO 21940-21:n (entinen ISO 2953) vaatimusten ja suositusten mukaisesti; ne edellyttävät tarkastuksissa vertailuroottorin, koepainosarjan ja kalibroitujen vaakojen käyttöä. Näihin testeihin on välttämättä sisällyttävä seuraavat tarkastustyypit:
   • Pienimmän saavutettavissa olevan jäännösepätasapainon tarkistaminen (Umar);
   • Epätasapainon vähennyskertoimen (URR) tarkistaminen;
   • Ehdollisen tasapainotuspiirin toiminnan tarkistaminen (roottorin kiertäminen 180°).

On tärkeää huomata, että nämä tarkastukset tehdään purkamatta mittausjärjestelmää koneesta, eivätkä ne vaadi kalibrointitärinätelineen käyttöä, mikä poistaa tarpeen käyttää ulkopuolisten organisaatioiden asiantuntijoita ja vähentää merkittävästi työn työmäärää ja kustannuksia. Edellä mainittujen tärkeimpien tarkastusten lisäksi voidaan tarvittaessa tarkastaa suoraan koneessa (edellä mainitun vertailuroottorin, testipainojen ja kalibroitujen vaakojen avulla) myös muita tärkeitä mittausjärjestelmän parametreja, kuten seuraavat:

• Amplitudi- ja vaihevärähtelysignaalin lukemien toistettavuus mittauksesta toiseen;
• Mittausjärjestelmän lukemien lineaarisuus värähtelysignaalin amplitudin mukaan;
• mittausjärjestelmän erotuskyky (mittausjärjestelmän tasaisesti rekisteröimä epätasapainon vähimmäistaso) jne.

Päätelmä

Kirjoittaja toivoo, että sekä asiakkaat että tasapainotuskoneiden valmistajat ymmärtävät tässä teoksessa esitetyt perustelut ja suositukset, joiden päätavoitteena on minimoida molempien osapuolten tuotantokustannukset ja varmistaa samalla tasapainotustoiminnan asianmukainen laatu.

*Huom: Jos tämä suuntaus jatkuu, ei ole poissuljettua, että saamme pian kuulla tärinämittaushiomakoneiden, tärinämittauspuristimien ja jopa tärinämittausvalssaamoiden luomisesta. Loppujen lopuksi ne jakavat tasapainotuskoneiden kanssa mahdollisuuden käyttää erikoistuneita tärinänmittauslaitteita.

ENIMS on lyhenne sanoista "Experimental Research Institute of Metal-Cutting Machine Tools" (Kokeellinen metallinleikkauskoneiden tutkimuslaitos). Kyseessä oli Neuvostoliitossa toiminut tutkimuslaitos, jonka tehtävänä oli kehittää ja parantaa erilaisia metallinleikkauskoneita ja -laitteita. Instituutilla oli merkittävä rooli koneenrakennusteollisuuden edistämisessä ja metallintyöstölaitteiden standardoinnissa kehittämällä säädösasiakirjoja ja standardeja, kuten työstökoneiden luokittelujärjestelmiä ja menetelmiä niiden tarkkuuden testaamiseksi.

V.D. Feldman, LLC “Kinematics” -yhtiön johtava asiantuntija, 2024