Dvije napomene o razumnosti zahtjeva kupaca za proizvođače strojeva za balansiranje

Uvod

U proteklih godinu i pol, naša tvrtka je primila više od 30 upita vezano uz kupnju različitih vrsta strojevi za balansiranje. Analiza Tehničkih specifikacija priloženih uz te upite pokazuje da većina sadrži brojne karakteristike koje značajno utječu na vremenske okvire produkcije i troškove strojeva te minimiziraju popis mogućih dobavljača. Između ostalih, dva zahtjeva se ističu:

• Zahtjev za osiguranjem specifične preostala neravnoteža, koja ne smije biti veća od 0,1 g*mm/kg (µm).
• Zahtjev za uključivanje uređaja za uravnoteženje u Registar mjernih instrumenata.

Analizirajmo razumnost i izvedivost provedbe tih zahtjeva sa stajališta stvarnog korisnika.

1. Analiza zahtjeva za točnošću stroja

Valjanost kupčevih zahtjeva u pogledu točnosti provjerit ćemo pomoću tehničke specifikacije za stroj za balansiranje namijenjen balansiranju rotora elektromotora, turbinskih jedinica i kompresora mase od 10 do 1500 kg. Specifikacija propisuje toleranciju specifične preostale neuravnoteženosti koja, prema kupcu, ne bi smjela prelaziti 0.1 g*mm/kg.

Za provjeru ovog zahtjeva, pozivamo se na Tablicu 1 dokumenta ISO 1940-1 "Mehaničke vibracije – Zahtjevi za kvalitetu uravnoteživanja rotora." Na osnovu preporuka te tablice, pretpostavljamo da točnost uravnoteživanja rotori elektromotora, turbo jedinica i kompresora, koju naručeni stroj mora osigurati, mora biti u skladu s kvalitetom G2.5 razred. Ako pretpostavimo da je očekivana radna frekvencija vrtnje balansiranog rotora, na primjer, 200 Hz (što s velikom rezervom pokriva frekvencije vrtnje većine poznatih strojeva), lako možemo izračunati dopuštenu preostalu specifičnu neuravnoteženost za statičko (jednoravninsko) balansiranje pomoću formule 5 iz standarda: eper = 2500 / (6.28 * 200) = 1.99 g*mm/kg.

Uzimajući u obzir preporuke iste norme ISO 1940-1 (danas zamijenjene ISO 21940-11), prikazane u odjeljku 7, dozvoljeno postavljeni raspon za dvopodporni asimetrični rotor tijekom dinamičkog uravnoteživanja bi trebao biti najmanje 0,3 * eper, što bi u našem slučaju bilo 0,6 g*mm/kg, a ne 0,1 g*mm/kg kao što je traženo u početnoj Tehničkoj specifikaciji. Ova podjela dozvoljene tolerancija uravnoteženja između dvije ravnine za korekciju može se provjeriti s našim Kalkulator preostalog neuravnoteženja (ISO 21940-11).

Drugim riječima, kako naša analiza pokazuje, zahtjevi za točnost balancirne mašine u ovoj tehničkoj specifikaciji (i mnogim drugim sličnim dokumentima) očito su pretjerani. Praktična primjena tih pretjeranih zahtjeva nameće proizvođaču rješavanje ozbiljnih projektnih i tehnoloških zadataka, koji se obično javljaju pri proizvodnji strojeva iznimno visoke točnosti, što neosporno utječe na troškove i vrijeme proizvodnje strojeva. Štoviše, ti zahtjevi nisu uvijek tehnički izvedivi.

Također je važno napomenuti da učinkoviti rad takvih visokopreciznih strojeva može zahtijevati da potencijalni kupac ispuni nekoliko dodatnih uvjeta, kao što su potreba za termostabilnim i čistim prostorijama, vibracijski izoliranim temeljima itd., pri čemu troškovi njihove izrade mogu čak premašiti troškove povezane s nabavom stroja. Kao odgovor na mogući prigovor predstavnika kupca (autora gore navedene Tehničke specifikacije) da ispunjenje tog zahtjeva omogućuje postizanje znatno manje preostale neuravnoteženosti na stroju, koja zapravo odgovara razredu G0.4, može im se preporučiti da se upoznaju s preporukama GOST 22061-76 “Strojevi i tehnološka oprema. Sustav razreda kvalitete balansiranja. Osnovne odredbe” (nacionalna norma čiji je suvremeni međunarodni pandan ISO 21940-11, ranije ISO 1940-1), koja je bila na snazi prije uvođenja ISO 1940-1.

Odjeljak 3 ovog standarda, pripremljen od najboljih stručnjaka za balansiranje iz Sovjetskog Saveza, razumno navodi sljedeće:

1. Rotore proizvoda svrstanih u 1. razred kvalitete balansiranja (razred G0.4 prema ISO 1940-1) treba balansirati u vlastitim ležajevima unutar vlastitog kućišta, u svim radnim uvjetima, koristeći vlastiti pogon.
2. Rotori proizvoda klasificiranih u drugu kvalitetnu klasu balansiranja (klasa G1.0) trebaju biti balansirani u vlastitim ležajevima ili unutar vlastitog kućišta, s posebnim pogonom ako vlastiti pogon nije dostupan.
3. Rotori proizvoda klasificiranih u 3. do 11. razredu kvalitete uravnoteženja (razredi G2.5 do G4000) mogu se uravnotežiti kao dijelovi ili kao sklopovi.

Suština ovih preporuka je da je nastojanje postići uravnotežene kvalitete ocjena G0.4 i G1.0 na stroju za balansiranje često tehnički i ekonomski besmisleno. Nakon ugradnje rotora u stroj, postignuta preciznost se gubi, a za njezino vraćanje potrebno je dodatno rebalansiranje sklopljenog rotora (u vlastitim ležajevima i s vlastitim pogonom), koje se provodi pomoću prijenosne opreme za vibracijsko balansiranje.

Kao ilustrativan primjer ove teze možemo razmotriti balansiranje brusne ploče namijenjene uporabi na visokopreciznoj cilindričnoj brusilici (razred točnosti “C”). Prema zahtjevima prethodno spomenute tablice 1 norme ISO 1940-1, kvaliteta balansiranja brusne ploče trebala bi barem zadovoljiti razred G0.4. S obzirom na to da će očekivana frekvencija vrtnje brusne ploče tijekom rada biti 6000 rpm (100 Hz), koristeći dobro poznatu formulu 7 iz ISO 1940-1, određujemo dopuštenu preostalu specifičnu neuravnoteženost eper, koja će iznositi 0.64 g*mm/kg.

Drugim riječima, nakon balansiranja na stroju za balansiranje, uz osiguranje ove tolerancije, pomak težišta brusne ploče u odnosu na tehnološku os (os trna stroja za balansiranje) ne smije premašiti 0.64 µm. Budući da je dopušteno radijalno bacanje vretena brusilice klase “C” prema nacionalnom standardu GOST 11654-90 jednako 2 µm, nakon montaže naše brusne ploče na njega (ponovno baziranje ploče s tehnološke osi na radnu os), preostala specifična neuravnoteženost može se znatno povećati i premašiti toleranciju koju preporučuje ISO 1940-1 najmanje tri puta. U takvim i sličnim slučajevima, kao što je ranije navedeno, potrebno je dodatno balansiranje radi kompenzacije pogrešaka nastalih u fazi montaže.

Navedeno nam omogućuje da tvrdimo da se u velikoj većini slučajeva zahtjev za preciznošću za srednje i teške balansirne strojeve može ograničiti na razinu preostalog specifičnog neuravnoteženja od 0,5 g*mm/kg ili čak 1,0 g*mm/kg. Provođenje ove preporuke u praksi omogućuje proizvođaču da značajno smanji složenost i troškove proizvodnje stroja, dok kupac (pod uvjetom da se provede racionalan tehnološki proces) može postići potrebnu preciznost balansiranja. Glavna iznimka od ovog pravila mogu biti male specijalizirane balansirne strojeve koje se koriste, na primjer, za balansiranje rotora žiroskopa, automobilskih turbopunjača itd. Konstrukcijske značajke ovih strojeva omogućuju postizanje razine preostalog specifičnog neuravnoteženja od 0,1 g*mm/kg ili niže, što je tehnički opravdano i ekonomski izvedivo.

2. O potrebi uključivanja strojeva za uravnoteženje u registar mjernih instrumenata

In recent years, an astonishing discovery has been made in our country that could confound the “departed in peace” specialists from ENIMS**, who developed the classifier of metal-cutting machines. With someone’s “light hand,” a completely new type of equipment has appeared on the machine market – “Vibration Measurement Balancing Machines,” which must have a Certificate from the Russian State Standard and the corresponding marking.*)

And all would be well, but it suddenly turned out that “advanced” customers began to include in their Technical Specifications a mandatory requirement for the inclusion of balancing machines in the Register of Measuring Instruments. Let us try to understand how legally and technically justified this requirement is, as well as its economic feasibility.

To begin with, it is useful to understand how this requirement relates to the recommendations of existing regulatory documents. Let’s start with ISO 8-82 “Metal-Cutting Machines. General Requirements for Accuracy Testing.” This standard establishes the basic concepts and principles of machine classification by accuracy, general requirements for accuracy testing, and general requirements for accuracy verification methods. It is important to note that the references to procedures for evaluating the qualitative characteristics of machines in this standard use only the term “verification” and there is no mention of the need to include machines in the Register of Measuring Instruments and, accordingly, the need for their “calibration.”

Sljedeći dokument na koji treba obratiti pozornost je ISO 21940-21 (ranije ISO 2953) “Mechanical vibration – Rotor balancing – Part 21: Description and evaluation of balancing machines.” Ova norma, koja postavlja specifične zahtjeve za tehničke karakteristike strojeva za balansiranje i njihove metode “provjere”, također ne sadrži zahtjeve koji predviđaju nužnost umjeravanja strojeva i njihova uključivanja u Registar mjernih instrumenata. U tom smislu treba napomenuti da zahtjevi povezani s umjeravanjem izostaju i u normama za druge vrste alatnih strojeva, kao što su ISO norme za brusilice i CNC strojeve, koje također mogu uključivati različite mjerne sustave.

Štoviše, slični zahtjevi se ne nalaze u tehničkoj dokumentaciji svih poznatih modela stranih uređaja za balansiranje, što je, po našem mišljenju, također važan presedan. Na temelju gore iznesenih argumenata mogu se izvući sljedeći zaključci:

1. Existing regulatory and technical documents developed for machine tools and, in particular, for balancing machines, do not include requirements for their inclusion in the Register of Measuring Instruments and, accordingly, the need for their calibration. As a result, the inclusion of such requirements in Technical Specifications during competitive procurement procedures “de facto” significantly increases the production costs of machines and the expenses for their subsequent operation and, as it seems to us, “de jure” violates the rights of bona fide machine manufacturers who follow the letter and spirit of existing regulatory documents.
2. Rutinska ispitivanja mjernog sustava mogu i trebaju se provoditi kao dio stroja za balansiranje u skladu sa zahtjevima i preporukama norme ISO 21940-21 (ranije ISO 2953), koje predviđaju uporabu referentnog rotora, skupa ispitnih utega i umjerenih vaga tijekom provjera. Ta ispitivanja nužno moraju uključivati sljedeće vrste provjera:
   • Provjera minimalno ostvarivog rezidualnog neuravnoteženja (Umar);
   • Provjera koeficijenta smanjenja neuravnoteženosti (URR);
   • Provjera rada kondicionalnog balansnog kola (postupkom rotacije rotora za 180°).

Važno je napomenuti da se ovi pregledi provode bez rastavljanja mjernog sustava s stroja i ne zahtijevaju upotrebu kalibracijskog vibrafona, što uklanja potrebu za angažmanom stručnjaka iz vanjskih organizacija i značajno smanjuje intenzitet rada i troškove posla. Osim gore navedenih glavnih provjera, po potrebi se mogu provjeriti i drugi važni parametri mjernog sustava izravno na stroju (koristeći prethodno spomenuti referentni rotor, set probnih utega i kalibrirane vage), uključujući:

• Ponovljivost očitanja amplitude i faze vibracijskog signala od mjerenja do mjerenja;
• Linearnost očitanja mjernog sustava u odnosu na amplitudu vibracijskog signala;
• Rezolucijska sposobnost mjernog sustava (najmanja razina neuravnoteženosti koju mjerni sustav neprekidno bilježi), itd.

Zaključak

Autor se nada da će i kupci i proizvođači strojeva za uravnoteženje razumjeti argumente i preporuke iznesene u ovom radu, čiji je glavni cilj minimizirati troškove proizvodnje za obje strane uz osiguranje odgovarajuće kvalitete postupaka uravnoteženja.

*Napomena: Ako se ovaj trend nastavi razvijati, nije isključeno da ćemo uskoro saznati o stvaranju brusilica za mjerenje vibracija, preša za mjerenje vibracija, pa čak i valjaonica za mjerenje vibracija. Uostalom, one dijele s uređajima za uravnoteženje mogućnost upotrebe specijalizirane opreme za mjerenje vibracija.

ENIMS stands for “Experimental Research Institute of Metal-Cutting Machine Tools” (Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков). This was a research institute in the Soviet Union dedicated to the development and improvement of various types of metal-cutting machines and equipment. The institute played a significant role in the advancement of the machine-building industry and the standardization of metalworking equipment by developing regulatory documents and standards, such as classifiers for machine tools and methods for their accuracy testing.

V.D. Feldman, Chief Specialist of LLC “Kinematics,” 2024