To bemerkninger om rimeligheten av kundekrav til produsenter av balanseringsmaskiner

Innledning

I løpet av det siste halvannet året har selskapet vårt mottatt mer enn 30 henvendelser angående kjøp av ulike typer balanseringsmaskiner. En gjennomgang av de tekniske spesifikasjonene som er vedlagt disse anbudene, viser at de fleste inneholder en rekke krav som har betydelig innvirkning på produksjonstidene og kostnadene for maskinene, og som samtidig begrenser antallet potensielle leverandører. Blant disse skiller to krav seg ut:

• Kravet om å sikre en bestemt gjenværende ubalanse, som ikke bør overstige 0,1 g*mm/kg (µm).
• Kravet om å inkludere balanseringsmaskinen i registeret over måleinstrumenter.

La oss analysere rimeligheten og gjennomførbarheten av å implementere disse kravene fra en reell forbrukers perspektiv.

1. Analyse av nøyaktighetskrav for maskinen

Vi vil verifisere gyldigheten av kundens nøyaktighetskrav ved hjelp av en teknisk spesifikasjon for en balanseringsmaskin som er utformet for å balansere rotorer i elektriske motorer, turboenheter og kompressorer som veier mellom 10 og 1500 kg. Spesifikasjonen angir en toleranse for spesifikk restubalanse som ifølge kunden ikke skal overstige 0,1 g*mm/kg.

For å bekrefte dette kravet viser vi til tabell 1 i ISO 1940-1 «Mekaniske vibrasjoner – Krav til balanseringskvalitet for rotorer.» Basert på anbefalingene i denne tabellen legger vi til grunn at balanseringsnøyaktigheten til rotorer for elektriske motorer, turboenheter og kompressorer, som den bestilte maskinen skal sikre, må oppfylle kvalitetskravet G2.5 grade. Hvis vi antar at den forventede driftsrotasjonsfrekvensen til den balanserte rotoren er, for eksempel, 200 Hz (noe som med god margin dekker rotasjonsfrekvensene til de fleste kjente maskiner), kan vi enkelt beregne den tillatte spesifikke restubalansen for statisk (enplan) balansering ved hjelp av formel 5 fra standarden: eper = 2500 / (6,28 * 200) = 1,99 g*mm/kg.

Når man tar hensyn til anbefalingene i den samme ISO 1940-1-standarden (i dag erstattet av ISO 21940-11), som angitt i punkt 7, bør den tillatte verdien for en asymmetrisk rotor med to støttepunkter ved dynamisk balansering være minst 0,3 * eper, noe som i vårt tilfelle vil være 0,6 g*mm/kg, og ikke 0,1 g*mm/kg som angitt i den opprinnelige tekniske spesifikasjonen. Denne fordelingen av den tillatte balanseringstoleranse fordelingen mellom de to korreksjonsplanene kan kontrolleres med vår Kalkulator for restubalanse (ISO 21940-11).

Med andre ord, som vår analyse viser, er kravene til nøyaktigheten til balanseringsmaskinen i denne tekniske spesifikasjonen (og mange andre lignende dokumenter) klart overdrevne. Den praktiske implementeringen av disse overdrevne kravene innebærer at produsenten må løse alvorlige konstruksjonsmessige og teknologiske oppgaver, som typisk oppstår ved produksjon av maskiner med eksepsjonelt høy nøyaktighet, noe som utvilsomt påvirker kostnadene og produksjonstiden for maskinene. Dessuten er disse kravene ikke alltid teknisk gjennomførbare.

Det er også viktig å merke seg at effektiv drift av slike høypresisjonsmaskiner kan kreve at den potensielle kunden oppfyller flere tilleggsvilkår, som behovet for termokonstante og rene rom, vibrasjonsisolerende fundamenter osv., hvis etableringskostnader til og med kan overstige kostnadene ved å anskaffe maskinen. Som svar på den mulige innvendingen fra kundens representant (forfatteren av den ovennevnte tekniske spesifikasjonen) om at oppfyllelse av dette kravet gjør det mulig å oppnå en betydelig lavere restubalanse på maskinen, som faktisk tilsvarer grad G0.4, kan det anbefales at de setter seg inn i anbefalingene i GOST 22061-76 “Machines and technological equipment. System of balancing quality grades. Basic provisions” (en nasjonal standard hvis moderne internasjonale motpart er ISO 21940-11, tidligere ISO 1940-1), som var gjeldende før innføringen av ISO 1940-1.

I avsnitt 3 i denne standarden, som er utarbeidet av de beste spesialistene på balansering fra Sovjetunionen, står det rimeligvis følgende:

1. Rotorer i produkter klassifisert under 1. balansekvalitetsgrad (grad G0.4 i henhold til ISO 1940-1) bør balanseres i egne lagre, i eget hus, under alle driftsforhold og med eget drivverk.
2. Rotorer av produkter klassifisert under den andre balanseringskvalitetsklassen (klasse G1.0) skal balanseres i egne lagre eller i eget hus, med en spesiell drivenhet hvis ingen egen drivenhet er tilgjengelig.
3. Rotorer av produkter klassifisert under 3. til 11. kvalitetsklasse for balansering (klasse G2.5 til G4000) kan balanseres som deler eller monteringsenheter.

Essensen av disse anbefalingene er at det ofte er teknisk og økonomisk meningsløst å strebe etter å oppnå balanseringskvalitetsklassene G0,4 og G1,0 på balanseringsmaskinen. Etter at rotorene er installert i maskinen, går den oppnådde nøyaktigheten tapt, og for å gjenopprette den er det nødvendig med ytterligere rebalansering av rotorenheten (i egne lagre og med eget drivverk), utført ved hjelp av bærbart vibrasjonsbalanseringsutstyr.

Som et illustrerende eksempel på denne tesen kan vi se på balansering av en slipeskive beregnet for bruk på en høypresisjonssylinderslipemaskin (nøyaktighetsklasse “C”). I henhold til kravene i den tidligere nevnte Tabell 1 i ISO 1940-1 skal balansekvaliteten til slipeskiven minst oppfylle grad G0.4. Gitt at den forventede rotasjonsfrekvensen til slipeskiven under drift vil være 6000 rpm (100 Hz), bruker vi den velkjente formel 7 i ISO 1940-1 til å bestemme den tillatte spesifikke restubalansen eper, som blir 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.

Det ovennevnte gjør at vi kan hevde at i de aller fleste tilfeller kan nøyaktighetskravet for mellomtunge og tunge balanseringsmaskiner begrenses til et gjenværende spesifikt ubalanseringsnivå på 0,5 g*mm/kg eller til og med 1,0 g*mm/kg. Ved å implementere denne anbefalingen i praksis kan produsenten redusere kompleksiteten og kostnadene ved produksjon av maskinen betydelig, samtidig som kunden (forutsatt at en rasjonell teknologisk prosess er implementert) kan oppnå den nødvendige balanseringsnøyaktigheten. Det viktigste unntaket fra denne regelen kan være små spesialiserte balanseringsmaskiner som for eksempel brukes til balansering av gyroskoprotorer, turboladere i biler osv. Disse maskinene er konstruert slik at det er mulig å oppnå en gjenværende spesifikk ubalanse på 0,1 g*mm/kg eller lavere, noe som er teknisk forsvarlig og økonomisk gjennomførbart.

2. Om behovet for å inkludere balansemaskiner i registeret over måleinstrumenter

De siste årene har det blitt gjort en forbløffende oppdagelse i vårt land som kunne forvirre de "avdøde i fred" spesialistene fra ENIMS**, som utviklet klassifiseringen av metallskjæremaskiner. Med noens "lette hånd" har en helt ny type utstyr dukket opp på maskinmarkedet - "Vibrasjonsmålingsbalanseringsmaskiner", som må ha et sertifikat fra den russiske statsstandarden og den tilsvarende merkingen.*)

Og alt ville være bra, men det viste seg plutselig at "avanserte" kunder begynte å inkludere i sine tekniske spesifikasjoner et obligatorisk krav om inkludering av balanseringsmaskiner i registeret over måleinstrumenter. La oss prøve å forstå hvor juridisk og teknisk begrunnet dette kravet er, så vel som dets økonomiske gjennomførbarhet.

Til å begynne med er det nyttig å forstå hvordan dette kravet forholder seg til anbefalingene i eksisterende forskriftsdokumenter. La oss starte med ISO 8-82 "Metallskjæremaskiner. Generelle krav til nøyaktighetstesting". Denne standarden fastsetter de grunnleggende konseptene og prinsippene for klassifisering av maskiner etter nøyaktighet, generelle krav til nøyaktighetstesting og generelle krav til metoder for verifisering av nøyaktighet. Det er viktig å merke seg at referansene til prosedyrer for evaluering av maskiners kvalitative egenskaper i denne standarden kun bruker begrepet "verifisering", og at det ikke nevnes noe om behovet for å inkludere maskiner i registeret over måleinstrumenter og følgelig behovet for "kalibrering" av dem.

Det neste dokumentet det er verdt å merke seg, er ISO 21940-21 (tidligere ISO 2953) “Mechanical vibration – Rotor balancing – Part 21: Description and evaluation of balancing machines.” Denne standarden, som stiller spesifikke krav til de tekniske egenskapene til balanseringsmaskiner og deres metoder for “verifikasjon”, mangler også krav som fastsetter nødvendigheten av å kalibrere maskinene og inkludere dem i Register of Measuring Instruments. I denne forbindelse bør det bemerkes at krav knyttet til kalibrering også mangler i standarder for andre typer maskinverktøy, som ISO-standarder for slipemaskiner og CNC-maskiner, som også kan omfatte ulike målesystemer.

Dessuten finnes det ikke tilsvarende krav i den tekniske dokumentasjonen for alle kjente modeller av utenlandske balanseringsmaskiner, noe som etter vår mening også er et viktig prejudikat. Basert på argumentene som er presentert ovenfor, kan følgende konklusjoner trekkes:

1. Eksisterende regulatoriske og tekniske dokumenter utviklet for verktøymaskiner, og spesielt for balanseringsmaskiner, inkluderer ikke krav til inkludering i registeret over måleinstrumenter og følgelig behovet for kalibrering av dem. Som et resultat øker inkluderingen av slike krav i tekniske spesifikasjoner under konkurransedyktige anskaffelsesprosedyrer "de facto" betydelig produksjonskostnadene for maskiner og utgiftene for deres påfølgende drift, og, som det ser ut for oss, "de jure" krenker rettighetene til bona fide maskinprodusenter som følger bokstaven og ånden i eksisterende forskriftsdokumenter.
2. Rutinetester av målesystemet kan og bør utføres som en del av balanseringsmaskinen i samsvar med kravene og anbefalingene i ISO 21940-21 (tidligere ISO 2953), som forutsetter bruk av en referanserotor, et sett med testvekter og kalibrerte vekter under kontrollene. Disse testene må nødvendigvis omfatte følgende typer kontroller:
   • Kontroll av den minimalt oppnåelige restubalansen (Umar);
   • Kontroll av koeffisienten for reduksjon av ubalanse (URR);
   • Kontroll av funksjonen til den betingede balanseringskretsen (med rotasjonsprosedyre av rotoren med 180°).

Det er viktig å merke seg at disse kontrollene utføres uten å demontere målesystemet fra maskinen og ikke krever bruk av et kalibreringsvibrasjonsstativ, noe som eliminerer behovet for å involvere spesialister fra eksterne organisasjoner og reduserer arbeidsintensiteten og kostnadene ved arbeidet betydelig. I tillegg til de viktigste kontrollene som er nevnt ovenfor, kan andre viktige parametere i målesystemet om nødvendig kontrolleres direkte på maskinen (ved hjelp av den nevnte referanserotoren, et sett med testvekter og kalibrerte vekter), inkludert:

• Repeterbarhet av amplitude- og fasevibrasjonssignalavlesninger fra måling til måling;
• Linearitet i målesystemets avlesninger etter vibrasjonssignalets amplitude;
• Målesystemets oppløsningsevne (minste nivå av ubalanse som målesystemet registrerer jevnt og trutt), osv.

Konklusjon

Forfatteren håper at både kunder og produsenter av balanseringsmaskiner vil forstå argumentene og anbefalingene i dette arbeidet, hvis hovedmål er å minimere produksjonskostnadene for begge parter og samtidig sikre riktig kvalitet på balanseringsoperasjonene.

*Merk: Hvis denne trenden fortsetter å utvikle seg, er det ikke utelukket at vi snart vil høre om utviklingen av vibrasjonsmålende slipemaskiner, vibrasjonsmålende presser og til og med vibrasjonsmålende valsemøller. De har tross alt det til felles med balanseringsmaskiner at de kan bruke spesialisert utstyr for vibrasjonsmåling.

ENIMS står for "Experimental Research Institute of Metal-Cutting Machine Tools" (Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков). Dette var et forskningsinstitutt i Sovjetunionen som var dedikert til utvikling og forbedring av ulike typer maskiner og utstyr for metallskjæring. Instituttet spilte en viktig rolle i utviklingen av maskinindustrien og standardiseringen av metallbearbeidingsutstyr ved å utvikle forskriftsdokumenter og standarder, for eksempel klassifiseringsverktøy for verktøymaskiner og metoder for nøyaktighetstesting av disse.

V.D. Feldman, sjefspesialist i LLC "Kinematics", 2024