Dua Kenyataan mengenai Kewajaran Keperluan Pelanggan untuk Pengimbang Mesin Pengimbang

Pendahuluan

Dalam tempoh satu setengah tahun yang lalu, syarikat kami telah menerima lebih daripada 30 pertanyaan mengenai pembelian pelbagai jenis mesin pengimbang. Analisis Spesifikasi Teknikal yang disertakan dengan pertanyaan ini mendedahkan bahawa kebanyakan daripadanya termasuk beberapa ciri yang memberi kesan signifikan terhadap jadual waktu pengeluaran dan kos mesin dan juga mengurangkan senarai pembekal yang berpotensi. Di antara ini, dua keperluan menonjol:

• Keperluan untuk memastikan baki ketidakseimbangan, yang tidak boleh melebihi 0.1 g*mm/kg (µm).
• Keperluan untuk memasukkan mesin penyeimbangan ke dalam Daftar Alat Ukuran.

Let’s analyze the reasonableness and feasibility of implementing these requirements from the perspective of a real consumer.

1. Analisis Keperluan Ketepatan untuk Mesin

We will verify the validity of the customer’s accuracy requirements using a Technical Specification for a balancing machine designed to balance rotors of electric motors, turbo units, and compressors weighing between 10 and 1500 kg. The specification sets a tolerance for specific residual imbalance that, according to the customer, should not exceed 0.1 g*mm/kg.

Untuk mengesahkan keperluan ini, kami merujuk kepada Jadual 1 dari ISO 1940-1 "Getaran mekanik – Keperluan kualiti keseimbangan untuk rotor." Berdasarkan cadangan jadual ini, kami mengandaikan bahawa ketepatan keseimbangan pemutar motor elektrik, unit turbo, dan pemampat, yang harus dipastikan oleh mesin yang dipesan, mesti memenuhi kualiti G2.5 gred. Dengan mengandaikan frekuensi putaran operasi yang dijangka bagi rotor yang seimbang ialah, sebagai contoh, 200 Hz (yang dengan margin yang besar meliputi frekuensi putaran kebanyakan mesin yang diketahui), kita dapat dengan mudah mengira ketakseimbangan spesifik sisa yang dibenarkan untuk keseimbangan statik (satah tunggal) menggunakan formula 5 daripada piawaian: eper = 2500 / (6.28 * 200) = 1.99 g*mm/kg.

Dengan mengambil kira cadangan standard ISO 1940-1 yang sama (kini digantikan oleh ISO 21940-11), yang diberikan dalam bahagian 7, nilai yang dibenarkan untuk rotor asimetrik sokongan dua semasa keseimbangan dinamik sekurang-kurangnya ialah 0.3 * eper, yang dalam kes kami akan menjadi 0.6 g*mm/kg, bukan 0.1 g*mm/kg seperti yang diperlukan dalam Spesifikasi Teknikal awal. Pembahagian yang dibenarkan ini toleransi mengimbangi antara dua satah pembetulan boleh disemak dengan Pengira Ketidakseimbangan Residu (ISO 21940-11).

Dengan kata lain, seperti yang ditunjukkan oleh analisis kami, keperluan ketepatan mesin penyeimbangan dalam Spesifikasi Teknikal ini (dan banyak dokumen serupa yang lain) jelas berlebihan. Pelaksanaan praktikal keperluan berlebihan ini melibatkan pengilang dalam menyelesaikan tugas reka bentuk dan teknologi yang serius, yang biasanya timbul dalam pengeluaran mesin dengan ketepatan yang amat tinggi, yang tidak dapat dinafikan memberi kesan kepada kos dan masa pengeluaran mesin tersebut. Selain itu, keperluan ini tidak selalu dapat dilaksanakan dari segi teknikal.

Penting juga untuk diperhatikan bahawa operasi berkesan mesin berketepatan tinggi seperti ini mungkin memerlukan bakal pelanggan memenuhi beberapa syarat tambahan, seperti keperluan bilik bersuhu malar dan bersih, asas pengasing getaran, dan sebagainya, yang kos pembinaannya mungkin melebihi kos yang berkaitan dengan memperoleh mesin tersebut. Sebagai jawapan kepada kemungkinan bantahan daripada wakil pelanggan (penulis Spesifikasi Teknikal yang disebutkan di atas) bahawa memenuhi keperluan ini membolehkan mencapai ketidakseimbangan baki yang jauh lebih rendah pada mesin, yang sebenarnya sepadan dengan gred G0.4, mereka boleh disyorkan untuk membiasakan diri dengan cadangan GOST 22061-76 “Machines and technological equipment. System of balancing quality grades. Basic provisions” (standard kebangsaan yang padanan antarabangsa modennya ialah ISO 21940-11, dahulunya ISO 1940-1), yang berkuat kuasa sebelum pengenalan ISO 1940-1.

Seksyen 3 piawaian ini, yang disediakan oleh pakar terbaik dalam bidang penyeimbangan dari Kesatuan Soviet, dengan munasabah menyatakan perkara berikut:

1. Rotor produk yang diklasifikasikan di bawah gred kualiti pengimbangan pertama (gred G0.4 menurut ISO 1940-1) hendaklah diimbangkan pada galasnya sendiri dalam perumahnya sendiri di bawah semua keadaan operasi menggunakan pemacunya sendiri.
2. Rotor produk yang diklasifikasikan di bawah gred kualiti imbangan kedua (gred G1.0) hendaklah diimbangi dalam galas mereka sendiri atau di dalam rumah mereka sendiri, dengan pemacu khas jika tiada pemacu sendiri tersedia.
3. Rotor produk yang diklasifikasikan di bawah gred kualiti imbangan ketiga hingga kesebelas (gred G2.5 hingga G4000) dibenarkan diimbangi sebagai bahagian atau unit pemasangan.

Intipati cadangan-cadangan ini ialah usaha untuk mencapai gred penyeimbangan G0.4 dan G1.0 pada mesin penyeimbang sering kali tidak bermakna dari segi teknikal dan ekonomi. Selepas memasang rotor ke dalam mesin, ketepatan yang dicapai hilang, dan untuk memulihkannya, penyeimbangan semula perhimpunan rotor (dalam galasnya sendiri dan dengan pemacu tersendiri) diperlukan, yang dijalankan menggunakan peralatan penyeimbangan getaran mudah alih.

Sebagai contoh ilustratif bagi tesis ini, kita boleh mempertimbangkan pengimbangan roda pengisar yang dimaksudkan untuk digunakan pada mesin pengisar silinder berketepatan tinggi (kelas ketepatan “C”). Menurut keperluan Jadual 1 ISO 1940-1 yang disebutkan sebelum ini, kualiti imbangan roda pengisar sekurang-kurangnya mesti memenuhi gred G0.4. Memandangkan frekuensi putaran jangkaan roda pengisar semasa operasi ialah 6000 rpm (100 Hz), dengan menggunakan formula 7 ISO 1940-1 yang terkenal, kita menentukan ketidakseimbangan spesifik baki yang dibenarkan eper, iaitu 0.64 g*mm/kg.

Dengan kata lain, selepas pengimbangan pada mesin pengimbangan, dengan memastikan toleransi ini, sesaran pusat jisim jubin pengisar (grinding wheel) berbanding paksi teknologi (paksi mandrel mesin pengimbangan) tidak boleh melebihi 0.64 µm. Oleh sebab jarak ketirusan jejari (radial runout) yang dibenarkan bagi spindel mesin pengisar kelas “C” menurut piawaian kebangsaan GOST 11654-90 ialah 2 µm, selepas jubin pengisar kami dipasang padanya (pembaselinaan semula jubin daripada paksi teknologi kepada paksi kerja), ketakseimbangan spesifik baki boleh meningkat dengan ketara dan melebihi toleransi yang disyorkan oleh ISO 1940-1 sekurang-kurangnya tiga kali ganda. Dalam kes ini dan kes serupa yang lain, seperti yang telah dinyatakan sebelum ini, pengimbangan tambahan diperlukan untuk mengimbangi ralat yang timbul semasa peringkat pemasangan.

Perkara di atas membolehkan kami menyatakan bahawa dalam kebanyakan kes, keperluan ketepatan untuk mesin penyeimbangan sederhana dan berat boleh dihadkan kepada tahap ketidakseimbangan spesifik baki sebanyak 0.5 g*mm/kg atau bahkan 1.0 g*mm/kg. Melaksanakan cadangan ini dalam amalan membolehkan pengeluar mengurangkan dengan ketara kerumitan dan kos pembuatan mesin tersebut, manakala pelanggan (dengan syarat proses teknologi yang rasional dilaksanakan) dapat mencapai ketepatan penyeimbangan yang diperlukan. Pengecualian utama kepada peraturan ini mungkin mesin penyeimbangan khusus bersaiz kecil yang digunakan, contohnya, untuk menyeimbangkan rotor giroskop, penapung turbo automotif, dan lain-lain. Ciri reka bentuk mesin-mesin ini membolehkan mencapai tahap ketidakseimbangan spesifik baki sebanyak 0.1 g*mm/kg atau lebih rendah, yang dibenarkan dari segi teknikal dan berdaya maju dari segi ekonomi.

2. Mengenai keperluan untuk memasukkan mesin penyeimbangan dalam Daftar Alat Ukuran

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.”

Dokumen seterusnya yang perlu diberi perhatian ialah ISO 21940-21 (dahulunya ISO 2953) “Mechanical vibration – Rotor balancing – Part 21: Description and evaluation of balancing machines.” Standard ini, yang menetapkan keperluan khusus untuk ciri teknikal mesin pengimbang dan kaedah “pengesahan” mereka, juga tidak mempunyai keperluan yang memperuntukkan keperluan menentukur mesin dan memasukkannya ke dalam Register of Measuring Instruments. Dalam hal ini, perlu diperhatikan bahawa keperluan berkaitan penentukuran tidak terdapat dalam standard untuk jenis mesin alat lain, seperti ISO untuk mesin pengisar dan mesin CNC, yang juga mungkin merangkumi pelbagai sistem pengukuran.

Selain itu, keperluan serupa tidak terdapat dalam dokumentasi teknikal bagi semua model mesin penyeimbangan asing yang diketahui, yang, pada pendapat kami, juga merupakan preseden penting. Berdasarkan hujah yang dibentangkan di atas, kesimpulan berikut boleh dibuat:

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. Ujian rutin sistem pengukuran boleh dan sepatutnya dijalankan sebagai sebahagian daripada mesin pengimbang mengikut keperluan dan cadangan ISO 21940-21 (dahulunya ISO 2953), yang memperuntukkan penggunaan rotor rujukan, set berat ujian, dan penimbang yang ditentukur semasa pemeriksaan. Ujian ini mestilah merangkumi jenis pemeriksaan berikut:
   • Menyemak ketidakseimbangan residu minimum yang boleh dicapai (Umar);
   • Menyemak pekali pengurangan ketidakseimbangan (URR);
   • Menyemak operasi litar imbangan bersyarat (dengan prosedur putaran rotor sebanyak 180°).

Adalah penting untuk diperhatikan bahawa pemeriksaan ini dijalankan tanpa membongkar sistem pengukuran daripada mesin dan tidak memerlukan penggunaan pondok getaran penentukuran, yang menghapuskan keperluan untuk melibatkan pakar daripada organisasi luar dan mengurangkan dengan ketara intensiti buruh serta kos kerja. Selain pemeriksaan utama yang disebutkan di atas, jika perlu, parameter penting lain bagi sistem pengukuran boleh diperiksa terus pada mesin (menggunakan rotor rujukan yang disebut tadi, satu set berat ujian, dan timbangan yang dikalibrasi), termasuk:

• Ulangan bacaan isyarat getaran amplitud dan fasa daripada satu pengukuran ke pengukuran lain;
• Linieriti bacaan sistem pengukuran mengikut amplitud isyarat getaran;
• Keupayaan resolusi sistem pengukuran (paras minimum ketidakseimbangan yang berterusan dicatatkan oleh sistem pengukuran), dan sebagainya.

Kesimpulan

Penulis berharap agar kedua-dua pelanggan dan pengeluar mesin penyeimbangan memahami hujah dan cadangan yang dikemukakan dalam karya ini, yang bertujuan untuk meminimumkan kos pengeluaran bagi kedua-dua pihak sambil memastikan kualiti operasi penyeimbangan yang betul.

*Nota: Sekiranya trend ini terus berkembang, tidak mustahil bahawa kita akan segera mengetahui tentang penciptaan Mesin Penggerusan Pengukuran Getaran, Mesin Pemampatan Pengukuran Getaran, malah Kilang Penggelekan Pengukuran Getaran. Lagipun, mereka berkongsi dengan mesin penyeimbangan kemungkinan penggunaan peralatan pengukuran getaran khusus.

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