Dvi pastabos dėl balansavimo mašinų gamintojams keliamų klientų reikalavimų pagrįstumo

Įvadas

Per pastaruosius pusantrų metų mūsų įmonė gavo daugiau nei 30 užklausų dėl įvairių tipų balansavimo staklės. Išnagrinėjus prie šių užklausų pridėtas technines specifikacijas paaiškėja, kad daugumoje jų yra numatyta nemažai reikalavimų, kurie daro didelę įtaką mašinų gamybos terminams ir sąnaudoms, be to, smarkiai sumažina galimų tiekėjų skaičių. Tarp jų ypač išsiskiria du reikalavimai:

• Reikalavimas užtikrinti, kad likutinis disbalansas, kuris neturėtų viršyti 0,1 g*mm/kg (µm).
• Reikalavimas įtraukti balansavimo stakles į Matavimo priemonių registrą.

Išanalizuokime šių reikalavimų įgyvendinimo pagrįstumą ir įmanomumą iš realaus vartotojo perspektyvos.

1. Mašinai keliamų tikslumo reikalavimų analizė

Patikrinsime kliento tikslumo reikalavimų pagrįstumą naudodamiesi balansavimo staklių, skirtų balansuoti elektros variklių, turbokompresorių ir kompresorių rotorius, sveriančius nuo 10 iki 1500 kg, technine specifikacija. Specifikacijoje nustatyta savitojo likutinio disbalanso leistinoji nuokrypa, kuri, pasak užsakovo, neturėtų viršyti 0,1 g*mm/kg.

Norėdami patikrinti, ar šis reikalavimas įvykdytas, remiamės 1 lentele ISO 1940-1 „Mechaniniai virpesiai – Rotorių balansavimo kokybės reikalavimai.“ Remdamiesi šioje lentelėje pateiktomis rekomendacijomis, darome prielaidą, kad balansavimo tikslumas rotoriai elektros variklių, turbokompresorių ir kompresorių, kuriuos turi užtikrinti užsakyta mašina, turi atitikti G2.5 kokybės reikalavimus klasė. Darant prielaidą, kad numatomas subalansuoto rotoriaus darbinis sukimosi dažnis yra, pavyzdžiui, 200 Hz (kas su didele atsarga apima daugumos žinomų mašinų sukimosi dažnius), galime lengvai apskaičiuoti leistiną liekamąjį savitąjį disbalansą statiniam (vienos plokštumos) balansavimui, naudodami standarto 5 formulę: eper = 2500 / (6,28 * 200) = 1,99 g*mm/kg.

Kardaninio veleno išmušimas, įlenkimai, trūkumai dėl suvirinimo svorių, purvo sankaupos ISO 21940-11), kaip nurodyta 7 skyriuje, dviejų atramų asimetrinio rotoriaus leistina vertė, nustatyta atliekant dinaminį balansavimą, turėtų būti ne mažesnė kaip 0,3 * eper, o tai mūsų atveju sudarytų 0,6 g*mm/kg, o ne 0,1 g*mm/kg, kaip buvo reikalaujama pradinėje techninėje specifikacijoje. Šis leistinos vertės balansavimo tolerancija atstumą tarp dviejų koregavimo plokštumų galima patikrinti naudojant mūsų Likutinio disbalanso skaičiuoklė (ISO 21940-11).

Kitaip tariant, kaip rodo mūsų atlikta analizė, šioje techninėje specifikacijoje (ir daugelyje kitų panašių dokumentų) nustatyti balansavimo staklių tikslumo reikalavimai yra aiškiai pertekliniai. Praktiškai įgyvendindamas šiuos perteklinius reikalavimus gamintojas sprendžia rimtus projektavimo ir technologinius uždavinius, paprastai kylančius gaminant itin didelio tikslumo mašinas, o tai neabejotinai turi įtakos mašinų kainai ir gamybos trukmei. Be to, šie reikalavimai ne visada yra techniškai įgyvendinami.

Taip pat svarbu pažymėti, kad veiksmingam tokių didelio tikslumo mašinų darbui potencialiam klientui gali tekti įvykdyti keletą papildomų sąlygų, pavyzdžiui, įrengti termostabilias ir švarias patalpas, vibraciją izoliuojančius pamatus ir pan., kurių sukūrimo sąnaudos gali net viršyti pačios mašinos įsigijimo išlaidas. Atsakant į galimą kliento atstovo (minėtos techninės specifikacijos autoriaus) prieštaravimą, kad įvykdžius šį reikalavimą mašinoje galima pasiekti gerokai mažesnį likutinį disbalansą, iš tikrųjų atitinkantį G0.4 klasę, galima rekomenduoti susipažinti su GOST 22061-76 rekomendacijomis „Mašinos ir technologinė įranga. Balansavimo kokybės klasių sistema. Pagrindinės nuostatos“ (nacionalinis standartas, kurio šiuolaikinis tarptautinis atitikmuo yra ISO 21940-11, anksčiau ISO 1940-1), galiojusiu iki ISO 1940-1 įvedimo.

Šio standarto, kurį parengė geriausi Sovietų Sąjungos balansavimo srities specialistai, 3 skyriuje pagrįstai teigiama:

1. Gaminiai, priskirti 1-ajai balansavimo kokybės klasei (G0.4 klasė pagal ISO 1940-1), turi būti balansuojami savo guoliuose, savo korpuse, visomis darbo sąlygomis, naudojant savo pavarą.
2. 2-ai balansavimo kokybės klasei (G1.0 klasė) priskiriamų gaminių rotoriai turėtų būti balansuojami nuosavuose guoliuose arba nuosavame korpuse su specialia pavara, jei nuosavos pavaros nėra.
3. Produktų, priskiriamų 3-11 balansavimo kokybės klasėms (G2.5-G4000 klasės), rotorius leidžiama balansuoti kaip dalis arba surinkimo vienetus.

Šių rekomendacijų esmė yra ta, kad balansavimo staklėse siekti G0,4 ir G1,0 balansavimo kokybės klasių dažnai yra techniškai ir ekonomiškai beprasmiška. Sumontavus rotorius į mašiną, pasiektas tikslumas prarandamas, o norint jį atkurti, reikia papildomai perbalansuoti rotoriaus mazgą (savo guoliuose ir su savo pavara), atliekant tai nešiojama vibracine balansavimo įranga.

Kaip iliustracinį šios tezės pavyzdį galime apsvarstyti šlifavimo rato, skirto naudoti didelio tikslumo cilindriniame šlifavimo staklių įrenginyje (tikslumo klasė “C”), balansavimą. Pagal anksčiau minėtos ISO 1940-1 1 lentelės reikalavimus, šlifavimo rato balansavimo kokybė turi bent jau atitikti G0.4 klasę. Atsižvelgdami į tai, kad numatomas šlifavimo rato sukimosi dažnis darbo metu bus 6000 rpm (100 Hz), pagal gerai žinomą ISO 1940-1 7 formulę nustatome leistiną likutinį specifinį disbalansą eper, kuris bus 0.64 g*mm/kg.

Kitaip tariant, po balansavimo balansavimo staklėmis, užtikrinant šią toleranciją, šlifavimo rato masės centro poslinkis technologinės ašies (balansavimo staklių įtvaro ašies) atžvilgiu neturi viršyti 0.64 µm. Kadangi pagal nacionalinį standartą GOST 11654-90 “C” klasės šlifavimo staklių špindelio leidžiamas radialinis mušimas yra 2 µm, sumontavus ant jo mūsų šlifavimo ratą (perbazuojant ratą nuo technologinės ašies į darbinę ašį), liekamasis savitasis disbalansas gali gerokai padidėti ir mažiausiai tris kartus viršyti ISO 1940-1 rekomenduojamą toleranciją. Tokiais ir kitais panašiais atvejais, kaip minėta anksčiau, reikia papildomo balansavimo, kad būtų kompensuotos surinkimo etape atsirandančios paklaidos.

Tai, kas išdėstyta pirmiau, leidžia teigti, kad daugeliu atvejų vidutinio ir sunkaus svorio balansavimo staklėms keliamas tikslumo reikalavimas gali būti apribotas iki 0,5 g*mm/kg ar net 1,0 g*mm/kg likutinio savitojo disbalanso lygio. Praktiškai įgyvendindamas šią rekomendaciją gamintojas gali gerokai sumažinti mašinos gamybos sudėtingumą ir sąnaudas, o užsakovas (jei įgyvendinamas racionalus technologinis procesas) gali pasiekti reikiamą balansavimo tikslumą. Pagrindinė šios taisyklės išimtis gali būti nedidelės specializuotos balansavimo mašinos, naudojamos, pavyzdžiui, giroskopų rotoriams balansuoti, automobilių turbokompresoriams balansuoti ir pan. Šių mašinų konstrukcinės savybės leidžia pasiekti 0,1 g*mm/kg ar mažesnį liekamojo savitojo disbalanso lygį, kuris yra techniškai pagrįstas ir ekonomiškai įmanomas.

2. Dėl būtinybės įtraukti balansavimo stakles į Matavimo priemonių registrą

Pastaraisiais metais mūsų šalyje buvo padarytas stulbinantis atradimas, kuris galėjo sugluminti "ramybėje išėjusius" ENIMS** specialistus, sukūrusius metalo pjovimo staklių klasifikatorių. Kažkieno "lengva ranka" mašinų rinkoje atsirado visiškai naujo tipo įranga - "Vibracijos matavimo balansavimo mašinos", kurios privalo turėti Rusijos valstybinio standarto sertifikatą ir atitinkamą ženklinimą*).

Viskas būtų buvę gerai, tačiau staiga paaiškėjo, kad "pažangūs" klientai į savo technines specifikacijas pradėjo įtraukti privalomą reikalavimą įtraukti balansavimo stakles į Matavimo priemonių registrą. Pabandykime suprasti, kiek teisiškai ir techniškai pagrįstas šis reikalavimas, taip pat jo ekonominį pagrįstumą.

Pirmiausia naudinga suprasti, kaip šis reikalavimas susijęs su galiojančių norminių dokumentų rekomendacijomis. Pradėkime nuo ISO 8-82 "Metalo pjovimo staklės. Bendrieji tikslumo bandymo reikalavimai". Šiame standarte nustatytos pagrindinės staklių klasifikavimo pagal tikslumą sąvokos ir principai, bendrieji tikslumo bandymo reikalavimai ir bendrieji tikslumo tikrinimo metodų reikalavimai. Svarbu pažymėti, kad šiame standarte nuorodose į staklių kokybinių charakteristikų vertinimo procedūras vartojamas tik terminas "patikra", o apie būtinybę įtraukti stakles į Matavimo priemonių registrą ir atitinkamai jų "kalibravimo" poreikį neužsimenama.

Kitas dokumentas, į kurį verta atkreipti dėmesį, yra ISO 21940-21 (anksčiau ISO 2953) “Mechanical vibration – Rotor balancing – Part 21: Description and evaluation of balancing machines.” Šiame standarte, nustatančiame konkrečius balansavimo staklių techninių charakteristikų ir jų “verifikavimo” metodų reikalavimus, taip pat nėra reikalavimų, numatančių būtinybę kalibruoti stakles ir įtraukti jas į matavimo priemonių registrą. Šiuo atžvilgiu pažymėtina, kad su kalibravimu susijusių reikalavimų nėra ir kituose staklių tipų standartuose, pavyzdžiui, ISO standartuose šlifavimo staklėms ir CNC staklėms, kurios taip pat gali turėti įvairias matavimo sistemas.

Be to, panašių reikalavimų nėra visų žinomų užsienio balansavimo mašinų modelių techniniuose dokumentuose, o tai, mūsų nuomone, taip pat yra svarbus precedentas. Remiantis pirmiau pateiktais argumentais, galima daryti tokias išvadas:

1. Esamuose staklėms, ypač balansavimo staklėms, parengtuose norminiuose ir techniniuose dokumentuose nenumatyti reikalavimai dėl jų įtraukimo į Matavimo priemonių registrą ir atitinkamai jų kalibravimo poreikio. Dėl to tokių reikalavimų įtraukimas į technines specifikacijas per konkursines viešųjų pirkimų procedūras "de facto" gerokai padidina staklių gamybos ir vėlesnio jų eksploatavimo išlaidas ir, kaip mums atrodo, "de jure" pažeidžia sąžiningų staklių gamintojų, kurie laikosi galiojančių norminių dokumentų raidės ir dvasios, teises.
2. Matavimo sistemos rutininiai bandymai gali ir turi būti atliekami kaip balansavimo staklių dalis pagal ISO 21940-21 (anksčiau ISO 2953) reikalavimus ir rekomendacijas, kurios numato naudojimąsi etaloniniu rotoriumi, bandomųjų svarelių rinkiniu ir kalibruotomis svarstyklėmis patikros metu. Šie bandymai privalomai turi apimti šių tipų patikras:
   • Mažiausiai pasiekiamo likutinio disbalanso tikrinimas (Umar);
   • Tikrinamas disbalanso mažinimo koeficientas (URR);
   • Sąlyginio balansavimo grandinės veikimo patikrinimas (atliekant rotoriaus pasukimo 180° kampu procedūrą).

Svarbu pažymėti, kad šie patikrinimai atliekami neišmontuojant matavimo sistemos iš mašinos ir nereikia naudoti kalibravimo vibracijos stendo, todėl nebereikia pasitelkti išorės organizacijų specialistų ir gerokai sumažėja darbo imlumas bei darbo sąnaudos. Be pirmiau minėtų pagrindinių patikrų, prireikus tiesiogiai ant mašinos galima patikrinti ir kitus svarbius matavimo sistemos parametrus (naudojant minėtą etaloninį rotorių, bandomųjų svorių rinkinį ir kalibruotas svarstykles), pvz:

• Vibracijos signalo amplitudės ir fazės rodmenų pasikartojamumas atliekant įvairius matavimus;
• Matavimo sistemos rodmenų tiesiškumas pagal vibracijos signalo amplitudę;
• matavimo sistemos skiriamoji geba (mažiausias disbalanso lygis, kurį nuolat fiksuoja matavimo sistema) ir t. t.

Išvada

Autorius tikisi, kad tiek balansavimo mašinų užsakovai, tiek gamintojai supras šiame darbe išdėstytus argumentus ir rekomendacijas, kurių pagrindinis tikslas - sumažinti abiejų šalių gamybos sąnaudas ir kartu užtikrinti tinkamą balansavimo operacijų kokybę.

*Pastaba: Jei ši tendencija ir toliau vystysis, neatmetama galimybė, kad netrukus sužinosime apie vibracijos matavimo šlifavimo staklių, vibracijos matavimo presų ir net vibracijos matavimo valcavimo staklių kūrimą. Juk joms su balansavimo staklėmis yra bendra galimybė naudoti specializuotą vibracijos matavimo įrangą.

ENIMS reiškia "Eksperimentinis metalo pjovimo staklių tyrimų institutas" (Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков). Tai buvo Sovietų Sąjungos mokslinių tyrimų institutas, skirtas įvairių tipų metalo pjovimo staklėms ir įrangai kurti ir tobulinti. Institutas atliko svarbų vaidmenį tobulinant staklių pramonę ir standartizuojant metalo apdirbimo įrangą, rengdamas norminius dokumentus ir standartus, pavyzdžiui, staklių klasifikatorius ir jų tikslumo tikrinimo metodus.

V.D. Feldmanas, UAB "Kinematics" vyriausiasis specialistas, 2024 m.