Două observații privind caracterul rezonabil al cerințelor clienților pentru producătorii de mașini de echilibrare

Introducere

În ultimul an și jumătate, compania noastră a primit peste 30 de solicitări privind achiziționarea diverselor tipuri de mașini de echilibrat. O analiză a caietelor de sarcini anexate acestor cereri de ofertă relevă faptul că majoritatea includ o serie de caracteristici care influențează în mod semnificativ termenele de producție și costurile utilajelor și, de asemenea, restrâng lista potențialilor furnizori. Dintre acestea, se remarcă două cerințe:

• Obligația de a asigura un anumit dezechilibru rezidual, care nu trebuie să depășească 0,1 g*mm/kg (µm).
• Obligația de a include mașina de echilibrare în Registrul mijloacelor de măsurare.

Să analizăm caracterul rezonabil și fezabil al implementării acestor cerințe din perspectiva unui consumator real.

1. Analiza cerințelor de precizie pentru mașină

Vom verifica validitatea cerințelor de precizie ale clientului folosind o specificație tehnică pentru o mașină de echilibrare concepută pentru echilibrarea rotoarelor motoarelor electrice, turbosuflantelor și compresoarelor cu o greutate cuprinsă între 10 și 1500 kg. Specificația stabilește o toleranță pentru dezechilibrul rezidual specific care, conform clientului, nu trebuie să depășească 0,1 g*mm/kg.

Pentru a verifica această cerință, ne referim la Tabelul 1 din ISO 1940-1 „Vibrații mecanice – Cerințe privind calitatea echilibrării rotoarelor.” Pe baza recomandărilor din acest tabel, presupunem că precizia echilibrării rotoare a motoarelor electrice, a unităților turbo și a compresoarelor, pe care utilajul comandat trebuie să le asigure, trebuie să respecte gradul de calitate G2.5 grad. Presupunând că frecvența de rotație de funcționare preconizată a rotorului echilibrat este, de exemplu, 200 Hz (ceea ce acoperă cu o marjă mare frecvențele de rotație ale majorității mașinilor cunoscute), putem calcula cu ușurință dezechilibrul specific rezidual admisibil pentru echilibrarea statică (într-un singur plan) folosind formula 5 din standard: eper = 2500 / (6,28 * 200) = 1,99 g*mm/kg.

Ținând cont de recomandările aceluiași standard ISO 1940-1 (astăzi înlocuit de ISO 21940-11), prevăzută la secțiunea 7, valoarea admisibilă stabilită pentru un rotor asimetric cu două puncte de sprijin în timpul echilibrării dinamice ar trebui să fie de cel puțin 0,3 * eper, ceea ce în cazul nostru ar însemna 0,6 g*mm/kg, și nu 0,1 g*mm/kg, așa cum se prevedea în specificația tehnică inițială. Această împărțire a valorii admisibile toleranță de echilibrare dintre cele două planuri de corecție poate fi verificată cu ajutorul Calculator de dezechilibru rezidual (ISO 21940-11).

Cu alte cuvinte, după cum arată analiza noastră, cerințele privind precizia mașinii de echilibrare din această specificație tehnică (și din multe alte documente similare) sunt în mod clar excesive. Punerea în practică a acestor cerințe excesive îl implică pe producător în rezolvarea unor sarcini de proiectare și tehnologice serioase, care apar de obicei în producția de mașini de o precizie excepțional de ridicată, ceea ce afectează, fără îndoială, costul și timpul de producție al mașinilor. În plus, aceste cerințe nu sunt întotdeauna fezabile din punct de vedere tehnic.

De asemenea, este important de menționat că funcționarea eficientă a unor astfel de mașini de înaltă precizie poate impune potențialului client să îndeplinească mai multe condiții suplimentare, cum ar fi necesitatea unor încăperi cu temperatură constantă și curate, fundații de izolare la vibrații etc., ale căror costuri de creare pot depăși chiar și costurile asociate achiziționării mașinii. Ca răspuns la posibila obiecție a reprezentantului clientului (autorul specificației tehnice menționate anterior) că îndeplinirea acestei cerințe permite obținerea unui dezechilibru rezidual semnificativ mai mic pe mașină, corespunzând de fapt clasei G0.4, li se poate recomanda să se familiarizeze cu recomandările GOST 22061-76 „Mașini și echipamente tehnologice. Sistemul claselor de calitate a echilibrării. Prevederi de bază” (un standard național al cărui corespondent internațional modern este ISO 21940-11, anterior ISO 1940-1), care era în vigoare înainte de introducerea ISO 1940-1.

Secțiunea 3 a acestui standard, elaborată de cei mai buni specialiști în domeniul echilibrării din Uniunea Sovietică, precizează în mod rezonabil următoarele:

1. Rotoarele produselor clasificate în clasa 1 de calitate a echilibrării (clasa G0.4 conform ISO 1940-1) trebuie echilibrate în propriii lor rulmenți, în propria lor carcasă, în toate condițiile de funcționare, folosind propria lor acționare.
2. Rotoarele produselor clasificate în cel de-al doilea grad de calitate a echilibrării (gradul G1.0) trebuie să fie echilibrate în rulmenții proprii sau în carcasa proprie, cu o transmisie specială, dacă nu există o transmisie proprie.
3. Rotoarele produselor clasificate în clasele de calitate de echilibrare de la a 3-a la a 11-a (clasele G2.5-G4000) pot fi echilibrate ca piese sau unități de asamblare.

Esența acestor recomandări este că încercarea de a obține grade de calitate a echilibrării G0.4 și G1.0 pe mașina de echilibrare este adesea lipsită de sens din punct de vedere tehnic și economic. După instalarea rotoarelor în mașină, precizia obținută se pierde și, pentru a o restabili, este necesară o reechilibrare suplimentară a ansamblului de rotoare (în rulmenții proprii și cu acționarea proprie), efectuată cu ajutorul unui echipament portabil de balansare vibraționistă.

Ca exemplu ilustrativ al acestei teze, putem lua în considerare echilibrarea unei pietre de rectificat destinate utilizării pe o mașină de rectificat cilindrică de înaltă precizie (clasa de precizie “C”). Conform cerințelor Tabelului 1 menționat anterior din ISO 1940-1, calitatea echilibrării pietrei de rectificat trebuie să atingă cel puțin clasa G0.4. Având în vedere că frecvența de rotație așteptată a pietrei de rectificat în timpul funcționării va fi de 6000 rpm (100 Hz), folosind binecunoscuta formulă 7 din ISO 1940-1, determinăm dezechilibrul specific rezidual admisibil eper, care va fi 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.

Cele de mai sus ne permit să afirmăm că, în marea majoritate a cazurilor, cerința de precizie pentru mașinile de echilibrare medii și grele poate fi limitată la un nivel de dezechilibru rezidual specific de 0,5 g*mm/kg sau chiar 1,0 g*mm/kg. Punerea în practică a acestei recomandări permite producătorului să reducă semnificativ complexitatea și costul de fabricație a mașinii, în timp ce clientul (cu condiția să fie implementat un proces tehnologic rațional) poate obține precizia de echilibrare necesară. Principala excepție de la această regulă poate fi reprezentată de mașinile de echilibrare specializate de mici dimensiuni utilizate, de exemplu, pentru echilibrarea rotorilor de giroscoape, a turbocompresoarelor pentru automobile etc. Caracteristicile de proiectare ale acestor mașini permit atingerea unui nivel de dezechilibru specific rezidual de 0,1 g*mm/kg sau mai mic, ceea ce este justificat din punct de vedere tehnic și fezabil din punct de vedere economic.

2. Cu privire la necesitatea de a include mașinile de echilibrare în registrul instrumentelor de măsură

În ultimii ani, în țara noastră a fost făcută o descoperire uimitoare care i-ar putea încurca pe specialiștii "plecați în pace" de la ENIMS**, care au dezvoltat clasificatorul de mașini de tăiat metale. Cu "mâna ușoară" a cuiva, pe piața mașinilor a apărut un tip complet nou de echipament - "Mașini de echilibrare cu măsurarea vibrațiilor", care trebuie să aibă un Certificat de la Standardul de Stat din Rusia și marcajul corespunzător*).

Și totul ar fi fost bine, dar dintr-o dată s-a dovedit că clienții "avansați" au început să includă în specificațiile lor tehnice o cerință obligatorie pentru includerea mașinilor de echilibrare în Registrul instrumentelor de măsurare. Să încercăm să înțelegem cât de justificată din punct de vedere juridic și tehnic este această cerință, precum și fezabilitatea sa economică.

Pentru început, este util să înțelegem cum se raportează această cerință la recomandările din documentele de reglementare existente. Să începem cu ISO 8-82 "Mașini de tăiat metale. Cerințe generale pentru testarea preciziei". Acest standard stabilește conceptele și principiile de bază ale clasificării mașinilor în funcție de precizie, cerințele generale pentru testarea preciziei și cerințele generale pentru metodele de verificare a preciziei. Este important de remarcat faptul că referirile la procedurile de evaluare a caracteristicilor calitative ale mașinilor din acest standard utilizează doar termenul "verificare" și nu se menționează necesitatea de a include mașinile în Registrul instrumentelor de măsurare și, în consecință, necesitatea "calibrării" acestora.

Următorul document căruia trebuie să i se acorde atenție este ISO 21940-21 (anterior ISO 2953) “Vibrații mecanice – Echilibrarea rotoarelor – Partea 21: Descrierea și evaluarea mașinilor de echilibrat.” Acest standard, care stabilește cerințe specifice pentru caracteristicile tehnice ale mașinilor de echilibrat și metodele lor de “verificare”, de asemenea nu conține cerințe care să prevadă necesitatea calibrării mașinilor și includerii lor în Registrul Instrumentelor de Măsură. În acest sens, trebuie menționat că cerințe legate de calibrare lipsesc și din standardele pentru alte tipuri de mașini-unelte, cum ar fi standardele ISO pentru mașini de rectificat și mașini CNC, care pot include, de asemenea, diferite sisteme de măsurare.

În plus, cerințe similare nu se regăsesc în documentația tehnică pentru toate modelele cunoscute de mașini de echilibrat străine, ceea ce, în opinia noastră, reprezintă, de asemenea, un precedent important. Pe baza argumentelor prezentate mai sus, se pot trage următoarele concluzii:

1. Documentele tehnice și de reglementare existente elaborate pentru mașinile-unelte și, în special, pentru mașinile de echilibrat, nu includ cerințe privind includerea acestora în Registrul mijloacelor de măsurare și, în consecință, necesitatea calibrării lor. Prin urmare, includerea unor astfel de cerințe în specificațiile tehnice în timpul procedurilor de achiziții publice competitive crește "de facto" în mod semnificativ costurile de producție ale mașinilor și cheltuielile pentru exploatarea ulterioară a acestora și, după cum ni se pare, "de jure" încalcă drepturile producătorilor de mașini de bună credință care respectă litera și spiritul documentelor de reglementare existente.
2. Testele de rutină ale sistemului de măsurare pot și trebuie să fie efectuate ca parte a mașinii de echilibrat, în conformitate cu cerințele și recomandările ISO 21940-21 (anterior ISO 2953), care prevăd utilizarea unui rotor etalon, a unui set de greutăți de test și a unor cântare calibrate în timpul verificărilor. Aceste teste trebuie să includă în mod necesar următoarele tipuri de verificări:
   • Verificarea dezechilibrului rezidual minim realizabil (Umar);
   • Verificarea coeficientului de reducere a dezechilibrului (URR);
   • Verificarea funcționării circuitului de echilibrare condiționată (cu procedura de rotire a rotorului cu 180°).

Este important de remarcat faptul că aceste verificări se efectuează fără a demonta sistemul de măsurare de pe mașină și nu necesită utilizarea unui stand de calibrare a vibrațiilor, ceea ce elimină necesitatea de a implica specialiști din organizații externe și reduce semnificativ intensitatea muncii și costul lucrului. În plus față de principalele verificări menționate mai sus, dacă este necesar, alți parametri importanți ai sistemului de măsurare pot fi verificați direct pe mașină (utilizând rotorul de referință menționat anterior, un set de greutăți de testare și cântare calibrate), inclusiv:

• Repetabilitatea citirilor semnalului de vibrații de amplitudine și fază de la o măsurătoare la alta;
• Linearitatea citirilor sistemului de măsurare în funcție de amplitudinea semnalului de vibrație;
• Capacitatea de rezoluție a sistemului de măsurare (nivelul minim de dezechilibru înregistrat în mod constant de sistemul de măsurare) etc.

Concluzie

Autorul speră că atât clienții, cât și producătorii de mașini de echilibrare vor înțelege argumentele și recomandările prezentate în această lucrare, al cărei scop principal este acela de a minimiza costurile de producție pentru ambele părți, asigurând în același timp o calitate corespunzătoare a operațiunilor de echilibrare.

*Nota: În cazul în care această tendință continuă să se dezvolte, nu este exclus ca în curând să aflăm despre crearea de mașini de rectificat pentru măsurarea vibrațiilor, prese pentru măsurarea vibrațiilor și chiar laminoare pentru măsurarea vibrațiilor. La urma urmei, acestea au în comun cu mașinile de echilibrare posibilitatea de a utiliza echipamente specializate de măsurare a vibrațiilor.

ENIMS este acronimul pentru "Experimental Research Institute of Metal-Cutting Machine Tools" (Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков). Acesta a fost un institut de cercetare din Uniunea Sovietică dedicat dezvoltării și îmbunătățirii diferitelor tipuri de mașini și echipamente de tăiere a metalelor. Institutul a jucat un rol semnificativ în progresul industriei constructoare de mașini și în standardizarea echipamentelor de prelucrare a metalelor prin elaborarea de documente de reglementare și standarde, cum ar fi clasificatoarele pentru mașinile-unelte și metodele de testare a preciziei acestora.

V.D. Feldman, specialist șef al LLC "Kinematics", 2024