שתי הערות על הסבירות של דרישות הלקוח ליצרני מכונות איזון

מבוא

במהלך השנה וחצי האחרונות, החברה שלנו קיבלה יותר מ-30 פניות בנוגע לרכישת סוגים שונים של מכונות איזון. ניתוח המפרטים הטכניים המצורפים לבקשות אלה מגלה כי ברובן נכללים מספר מאפיינים המשפיעים באופן משמעותי על לוחות הזמנים ועל עלויות הייצור של המכונות, וכן מצמצמים את רשימת הספקים הפוטנציאליים. בין אלה, בולטות שתי דרישות:

• הדרישה להבטיח חוסר איזון שיורי סגולי מסוים חוסר איזון שיורי, אשר לא יעלה על 0.1 גרם*מ"מ/ק"ג (מיקרומטר).
• החובה לרשום את מכונת האיזון במרשם מכשירי המדידה.

בואו נבחן את הסבירות והיתכנות של יישום דרישות אלה מנקודת מבטו של צרכן אמיתי.

1. ניתוח דרישות הדיוק של המכונה

נבדוק את תקפות דרישות הדיוק של הלקוח באמצעות מפרט טכני של מכונת איזון המיועדת לאיזון רוטורים של מנועים חשמליים, יחידות טורבו ומדחסים במשקל שבין 10 ל-1,500 ק"ג. המפרט קובע סבילות לחוסר איזון שיורי סגולי, אשר לפי דרישת הלקוח לא תעלה על 0.1 גרם*מ"מ/ק"ג.

כדי לאמת דרישה זו, אנו מפנים לטבלה 1 ב- ISO 1940-1 "תנודות מכניות – דרישות איכות האיזון לרוטורים." על סמך ההמלצות בטבלה זו, אנו מניחים כי דיוק האיזון של ה- רוטורים של הרוטורים של מנועים חשמליים, יחידות טורבו ומדחסים, שהמכונה שהוזמנה אמורה להבטיח, חייב לעמוד בדרגת האיכות G2.5 דרגהבהנחה שתדר הסיבוב הצפוי של הרוטור המאוזן הוא, למשל, 200 הרץ (מה שמכסה, עם מרווח גדול, את תדרי הסיבוב של רוב המכונות הידועות), נוכל לחשב בקלות את חוסר האיזון הסגולי השיורי המותר לאיזון סטטי (במישור אחד) באמצעות הנוסחה 5 מהתקן: eper = 2500 / (6.28 * 200) = 1.99 g*mm/kg.

בהתחשב בהמלצות של אותו תקן ISO 1940-1 (שהוחלף כיום על-ידי ISO 21940-11), כמפורט בסעיף 7, הערך המותר שנקבע עבור רוטור א-סימטרי בעל שני תומכים במהלך איזון דינמי צריך להיות לפחות 0.3 * eper, אשר במקרה שלנו יעמוד על 0.6 g*mm/kg, ולא 0.1 g*mm/kg כפי שנדרש במפרט הטכני הראשוני. חלוקה זו של הערך המותר סבילות איזון ניתן לבדוק את המרווח בין שני מישורי התיקון באמצעות מחשבון חוסר איזון שיורי (ISO 21940-11).

במילים אחרות, כפי שעולה מניתוחנו, הדרישות לגבי דיוק מכונת האיזון במפרט הטכני הזה (ובמסמכים דומים רבים אחרים) הן ללא ספק מוגזמות. היישום המעשי של דרישות מוגזמות אלה מחייב את היצרן להתמודד עם אתגרים תכנוניים וטכנולוגיים משמעותיים, האופייניים בדרך כלל לייצור מכונות בעלות דיוק גבוה במיוחד, דבר המשפיע ללא ספק על עלות המכונות ועל משך ייצורן. יתר על כן, דרישות אלה אינן תמיד ברות ביצוע מבחינה טכנית.

חשוב גם לציין שהפעלה יעילה של מכונות מדויקות מאוד כאלה עשויה לדרוש מהלקוח הפוטנציאלי לעמוד בכמה תנאים נוספים, כגון הצורך בחדרים נקיי-אבק ובעלי יציבות תרמית, יסודות מבודדי רעידות וכדומה, שעלות הקמתם עשויה אף לעלות על העלויות הכרוכות ברכישת המכונה. בתגובה להתנגדות אפשרית מצד נציג הלקוח’s representative (מחבר המפרט הטכני הנזכר) שלפיה עמידה בדרישה זו מאפשרת להשיג על המכונה חוסר איזון שיורי נמוך משמעותית, התואם למעשה לדרגת G0.4, ניתן להמליץ להם להכיר את ההמלצות של GOST 22061-76 “Machines and technological equipment. System of balancing quality grades. Basic provisions” (תקן לאומי שהמקבילה הבינלאומית המודרנית שלו היא ISO 21940-11, לשעבר ISO 1940-1), שהיה בתוקף לפני הנהגת ISO 1940-1.

בסעיף 3 לתקן זה, שנערך על ידי מיטב המומחים בתחום האיזון מברית המועצות, נקבע באופן סביר כדלקמן:

1. רוטורים של מוצרים המסווגים בדרגת איכות האיזון הראשונה (דרגה G0.4 לפי ISO 1940-1) צריכים להיות מאוזנים במסבים שלהם עצמם, בתוך הבית שלהם, בכל תנאי ההפעלה, באמצעות ההנעה שלהם עצמם.
2. יש לאזן את הרוטורים של מוצרים המסווגים בדרגת איכות איזון 2 (דרגה G1.0) בתוך המסבים שלהם או בתוך המארז שלהם, באמצעות הנעה מיוחדת אם אין להם הנעה עצמית.
3. מותר לאזן רוטורים של מוצרים המסווגים בדרגות איכות האיזון ה-3 עד ה-11 (דרגות G2.5 עד G4000) כרכיבים בודדים או כיחידות הרכבה.

תמציתן של המלצות אלה היא כי השאיפה להשיג דרגות איזון G0.4 ו-G1.0 במכונת האיזון היא לעתים קרובות חסרת משמעות מבחינה טכנית וכלכלית. לאחר התקנת הרוטורים במכונה, הדיוק שהושג הולך לאיבוד, וכדי לשחזר אותו נדרש איזון חוזר של מכלול הרוטור (במסבים שלו ועם מערכת ההנעה שלו), המתבצע באמצעות ציוד נייד לאיזון רטט.

כדוגמה ממחישה לטענה זו, אפשר לשקול איזון גלגל השחזה המיועד לשימוש במכונת השחזה גלילית מדויקת מאוד (דרגת דיוק “C”). לפי דרישות טבלה 1 של ISO 1940-1 שהוזכרה קודם, איכות האיזון של גלגל ההשחזה צריכה לעמוד לפחות בדרגת G0.4. בהינתן שתדירות הסיבוב הצפויה של גלגל ההשחזה במהלך העבודה תהיה 6000 rpm (100 Hz), נשתמש בנוסחה הידועה 7 של ISO 1940-1 כדי לקבוע את חוסר האיזון הסגולי השיורי המותר eper, שיהיה 0.64 g*mm/kg.

במילים אחרות, לאחר איזון במכונת איזון תוך הבטחת סבילות זו, היסט מרכז המסה של אבן ההשחזה ביחס לציר הטכנולוגי (ציר המנדרל של מכונת האיזון) לא צריך לעלות על 0.64 µm. מאחר שהסטייה הרדיאלית המותרת של ציר מכונת השחזה בדרגת “C” לפי התקן הלאומי GOST 11654-90 היא 2 µm, לאחר התקנת אבן ההשחזה עליו (ייחוס מחדש של האבן מהציר הטכנולוגי לציר העבודה), חוסר האיזון הסגולי השיורי עלול לגדול משמעותית ולחרוג מהסבילות המומלצת ב-ISO 1940-1 לפחות פי שלושה. במקרים כאלה ודומים, כפי שצוין קודם, נדרש איזון נוסף כדי לפצות על שגיאות הנוצרות בשלב ההרכבה.

האמור לעיל מאפשר לנו לקבוע כי ברוב המכריע של המקרים, דרישת הדיוק עבור מכונות איזון בינוניות וכבדות יכולה להסתכם ברמת חוסר איזון ספציפית שיורית של 0.5 g*mm/kg או אפילו 1.0 g*mm/kg. יישום המלצה זו בפועל מאפשר ליצרן להפחית באופן משמעותי את מורכבות ועלות ייצור המכונה, בעוד שהלקוח (בתנאי שיושם תהליך טכנולוגי הגיוני) יכול להשיג את דיוק האיזון הנדרש. החריג העיקרי לכלל זה עשוי להיות מכונות איזון קטנות ומיוחדות המשמשות, למשל, לאיזון רוטורים של ג'ירוסקופים, מגדשי טורבו לרכב וכו'. מאפייני התכנון של מכונות אלה מאפשרים השגת רמת חוסר איזון ספציפית שיורית של 0.1 g*mm/kg או פחות, דבר המוצדק מבחינה טכנית ובר-ביצוע מבחינה כלכלית.

2. על הצורך להוסיף מכונות איזון למרשם מכשירי המדידה

בשנים האחרונות התגלה בארצנו ממצא מפתיע שעשוי לבלבל את המומחים "שנפטרו בשלום" מ-ENIMS**, שפיתחו את סיווג מכונות חיתוך המתכת. בזכות "ידו הקלה" של מישהו, הופיע בשוק המכונות סוג חדש לחלוטין של ציוד – "מכונות איזון למדידת רטט", אשר חייבות להיות בעלות תעודת תקינה של התקן הממשלתי הרוסי וסימון מתאים.*)

והכל היה יכול להיות בסדר, אך לפתע התברר כי לקוחות "מתקדמים" החלו לכלול במפרטים הטכניים שלהם דרישה מחייבת לרישום מכונות האיזון במרשם מכשירי המדידה. ננסה להבין עד כמה דרישה זו מוצדקת מבחינה משפטית וטכנית, כמו גם את הכדאיות הכלכלית שלה.

ראשית, כדאי להבין כיצד דרישה זו קשורה להמלצות המופיעות במסמכי הרגולציה הקיימים. נתחיל בתקן ISO 8-82 "מכונות לחיתוך מתכת. דרישות כלליות לבדיקת דיוק". תקן זה קובע את המושגים והעקרונות הבסיסיים של סיווג מכונות לפי דיוק, דרישות כלליות לבדיקת דיוק ודרישות כלליות לשיטות אימות דיוק. חשוב לציין כי ההתייחסויות להליכים להערכת המאפיינים האיכותיים של מכונות בתקן זה משתמשות רק במונח "אימות" ואין כל אזכור לצורך לכלול מכונות במרשם מכשירי המדידה, ובהתאם לכך, לצורך ב"כיול" שלהן.

המסמך הבא שכדאי לשים לב אליו הוא ISO 21940-21 (לשעבר ISO 2953) “Mechanical vibration – Rotor balancing – Part 21: Description and evaluation of balancing machines.” תקן זה, הקובע דרישות ספציפיות למאפיינים הטכניים של מכונות איזון ולשיטות ה“אימות” שלהן, גם הוא אינו כולל דרישות המחייבות כיול של המכונות והכללתן במרשם מכשירי המדידה. בהקשר זה יש לציין כי דרישות הקשורות לכיול אינן מופיעות גם בתקנים לסוגים אחרים של מכונות-כלים, כגון תקני ISO למכונות השחזה ולמכונות CNC, שגם הן עשויות לכלול מערכות מדידה שונות.

יתרה מכך, דרישות דומות אינן מופיעות בתיעוד הטכני של כל הדגמים הידועים של מכונות איזון זרות, דבר שלדעתנו מהווה גם תקדים חשוב. על סמך הטיעונים שהוצגו לעיל, ניתן להסיק את המסקנות הבאות:

1. המסמכים הרגולטוריים והטכניים הקיימים שפותחו עבור מכונות כלים, ובפרט עבור מכונות איזון, אינם כוללים דרישות לרישומן במרשם מכשירי המדידה, ולפיכך גם לא את הצורך בכיולן. כתוצאה מכך, הכללת דרישות כאלה במפרטים הטכניים במהלך הליכי רכש תחרותיים מגדילה "דה פקטו" באופן משמעותי את עלויות הייצור של המכונות ואת ההוצאות על תפעולן העתידי, ולדעתנו, "דה יורה" פוגעת בזכויותיהם של יצרני מכונות בתום לב, הפועלים בהתאם לרוח ולמכתב של המסמכים הרגולטוריים הקיימים.
2. ניתן וצריך לבצע בדיקות שגרתיות של מערכת המדידה כחלק ממכונת האיזון, בהתאם לדרישות ולהמלצות של ISO 21940-21 (לשעבר ISO 2953), הקובעות שימוש ברוטור ייחוס, סט משקולות בדיקה ומאזניים מכוילים במהלך הבדיקות. בדיקות אלה חייבות לכלול בהכרח את סוגי הבדיקות הבאים:
   • בדיקת חוסר האיזון השיורי המינימלי שניתן להשיג (Umar);
   • בדיקת מקדם הפחתת חוסר האיזון (URR);
   • בדיקת תפקוד מעגל האיזון המותנה (באמצעות סיבוב הרוטור ב-180°).

חשוב לציין כי בדיקות אלה מתבצעות מבלי לפרק את מערכת המדידה מהמכונה ואינן מצריכות שימוש במעמד רטט לכיול, דבר שמבטל את הצורך בהזמנת מומחים מארגונים חיצוניים ומפחית באופן משמעותי את עוצמת העבודה ואת עלויותיה. בנוסף לבדיקות העיקריות שהוזכרו לעיל, במידת הצורך ניתן לבדוק פרמטרים חשובים נוספים של מערכת המדידה ישירות על המכונה (בעזרת הרוטור הייחוס שהוזכר לעיל, סט משקולות בדיקה ומאזניים מכוילים), כולל:

• הדירות של קריאות אות הרטט מבחינת משרעת ופאזה ממדידה למדידה;
• ליניאריות קריאות מערכת המדידה לפי משרעת אות הרטט;
• יכולת ההפרדה של מערכת המדידה (רמת חוסר האיזון המינימלית הנרשמת באופן רציף על ידי מערכת המדידה) וכו'.

סיכום

המחבר מקווה כי הן הלקוחות והן יצרני מכונות האיזון יבינו את הטיעונים וההמלצות המוצגים בעבודה זו, שמטרתה העיקרית היא לצמצם את עלויות הייצור עבור שני הצדדים, תוך הקפדה על איכות נאותה של פעולות האיזון.

*הערה: אם מגמה זו תמשיך להתפתח, אין לשלול את האפשרות שבקרוב נשמע על פיתוח מכונות השחזה למדידת רעידות, מכבשים למדידת רעידות ואפילו מפעלי גלגול למדידת רעידות. אחרי הכול, הם חולקים עם מכונות האיזון את האפשרות להשתמש בציוד ייעודי למדידת רעידות.

ENIMS הוא ראשי התיבות של "המכון למחקר ניסיוני של מכונות לחיתוך מתכת" (Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков). זה היה מכון מחקר בברית המועצות שהוקדש לפיתוח ולשיפור של סוגים שונים של מכונות וציוד לחיתוך מתכת. המכון מילא תפקיד משמעותי בקידום תעשיית ייצור המכונות ובתקינה של ציוד לעיבוד מתכת, באמצעות פיתוח מסמכי תקנות ותקנים, כגון סיווגים למכונות כלים ושיטות לבדיקת דיוקן.

V.D. פלדמן, מומחה ראשי בחברת "קינמטיקס" בע"מ, 2024