Два замечания о разумности требований заказчика к производителям балансировочных станков

Введение

За последние полтора года наша компания получила более 30 запросов о покупке различных видов балансировочные станки. Анализ технических спецификаций, приложенных к данным запросам, показывает, что большинство из них содержит ряд характеристик, которые существенно влияют на сроки изготовления и стоимость оборудования, а также сужают круг потенциальных поставщиков. Среди них особое внимание привлекают два требования:

• Требование обеспечить конкретный остаточный дисбаланс, которое не должно превышать 0,1 г*мм/кг (мкм).
• Требование о включении балансировочного станка в Реестр средств измерений.

Давайте проанализируем целесообразность и выполнимость реализации этих требований с точки зрения реального потребителя.

1. Анализ требований к точности станка

Проверим обоснованность требований заказчика к точности, используя Техническое задание на балансировочный станок, предназначенный для балансировки роторов электродвигателей, турбоагрегатов и компрессоров массой от 10 до 1500 кг. Спецификация устанавливает допуск на удельный остаточный дисбаланс, который, по мнению заказчика, не должен превышать 0,1 г*мм/кг.

Для проверки этого требования обратимся к таблице 1 ISO 1940-1 «Механические колебания — Требования к качеству балансировки роторов». Исходя из рекомендаций, приведенных в этой таблице, мы исходим из того, что точность балансировки роторы электродвигателей, турбоагрегатов и компрессоров, работу которых должна обеспечивать заказываемая машина, должны соответствовать уровню качества G2.5 grade. Если предположить, что расчетная рабочая частота вращения сбалансированного ротора составляет, например, 200 Гц (что с большим запасом покрывает частоты вращения большинства известных машин), мы можем легко рассчитать допустимый остаточный удельный дисбаланс для статической (одноплоскостной) балансировки, используя формулу 5 из стандарта: eper = 2500 / (6,28 * 200) = 1,99 г*мм/кг.

С учетом рекомендаций того же стандарта ISO 1940-1 (сегодня замененного ISO 21940-11), указанное в разделе 7, допустимое значение для асимметричного ротора с двумя опорами при динамической балансировке должно составлять не менее 0,3 * eper, что в нашем случае будет равно 0,6 г*мм/кг, а не 0,1 г*мм/кг, как того требует первоначальная Техническая спецификация. Такое распределение допустимого допуском на балансировку ), указанное в разделе 7, допустимое значение для асимметричного ротора с двумя опорами при динамической балансировке должно составлять не менее 0,3 * eper, что в нашем случае будет равно 0,6 г*мм/кг, а не 0,1 г*мм/кг, как того требует первоначальная Техническая спецификация. Такое распределение допустимого Калькулятор остаточного дисбаланса (ISO 21940-11).

Иными словами, как показывает наш анализ, требования к точности балансировочного станка в данном Техническом задании (и многих других аналогичных документах) явно завышены. Практическая реализация этих завышенных требований вовлекает производителя в решение серьезных конструкторских и технологических задач, обычно возникающих при производстве станков исключительно высокой точности, что, несомненно, сказывается на стоимости и сроках изготовления станков. Кроме того, эти требования не всегда технически выполнимы.

Также важно отметить, что эффективная эксплуатация таких высокоточных станков может потребовать от потенциального заказчика выполнения ряда дополнительных условий, таких как наличие термоконстантных и чистых помещений, виброизолирующих фундаментов и т. п., причем затраты на их создание могут даже превысить расходы на приобретение самого станка. В ответ на возможное возражение представителя заказчика’s (автора вышеупомянутого Technical Specification) о том, что выполнение этого требования позволяет получить на станке значительно меньший остаточный дисбаланс, фактически соответствующий классу G0.4, им можно рекомендовать ознакомиться с рекомендациями ГОСТ 22061-76 “Machines and technological equipment. System of balancing quality grades. Basic provisions” (национальный стандарт, современным международным аналогом которого является ISO 21940-11, formerly ISO 1940-1), действовавшего до введения ISO 1940-1.

В разделе 3 этого стандарта, подготовленного лучшими специалистами в области балансировки из Советского Союза, обоснованно говорится следующее:

1. Роторы изделий, отнесенных к 1-му классу качества балансировки (класс G0.4 по ISO 1940-1), должны балансироваться в собственных подшипниках, в собственном корпусе, при всех рабочих режимах и с использованием собственного привода.
2. Роторы изделий, относящихся ко 2-му классу качества балансировки (класс G1.0), должны быть отбалансированы в собственных подшипниках или в собственном корпусе, при отсутствии собственного привода - с помощью специального привода.
3. Роторы изделий, относящихся к 3-11 классам качества балансировки (классы G2.5 - G4000), допускается балансировать как детали или сборочные единицы.

Суть этих рекомендаций заключается в том, что стремление достичь на балансировочном станке классов качества балансировки G0,4 и G1,0 зачастую технически и экономически бессмысленно. После установки роторов в станок достигнутая точность теряется, и для её восстановления требуется дополнительная перебалансировка ротора в сборе (в собственных подшипниках и с собственным приводом), выполняемая с помощью переносного виброизмерительного балансировочного оборудования.

В качестве наглядного примера этого тезиса можно рассмотреть балансировку шлифовального круга, предназначенного для работы на высокоточном круглошлифовальном станке (класс точности “C”). Согласно требованиям ранее упомянутой Table 1 стандарта ISO 1940-1, качество балансировки шлифовального круга должно как минимум соответствовать классу G0.4. Учитывая, что ожидаемая частота вращения шлифовального круга при работе составит 6000 rpm (100 Hz), по хорошо известной formula 7 стандарта ISO 1940-1 определим допустимый остаточный удельный дисбаланс eper, который составит 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.

Вышесказанное позволяет утверждать, что в подавляющем большинстве случаев требования к точности балансировочных станков средней и большой грузоподъемности могут быть ограничены уровнем остаточного удельного дисбаланса в 0,5 г*мм/кг или даже 1,0 г*мм/кг. Выполнение этой рекомендации на практике позволяет производителю значительно снизить сложность и стоимость изготовления станка, а заказчику (при условии реализации рационального технологического процесса) - добиться требуемой точности балансировки. Основным исключением из этого правила могут быть небольшие специализированные балансировочные станки, используемые, например, для балансировки роторов гироскопов, автомобильных турбокомпрессоров и т.д. Конструктивные особенности таких станков позволяют достичь уровня остаточного удельного дисбаланса 0,1 г*мм/кг и ниже, что технически оправдано и экономически целесообразно.

2. О необходимости включения балансировочных станков в реестр средств измерений

В последние годы в нашей стране было сделано удивительное открытие, способное поставить в тупик "ушедших в мир иной" специалистов из ЭНИМС**, разработавших классификатор металлорежущих станков. С чьей-то "легкой руки" на рынке станков появился совершенно новый вид оборудования - "балансировочные станки для измерения вибрации", которые должны иметь Сертификат Госстандарта РФ и соответствующую маркировку*).

И все бы хорошо, но вдруг выяснилось, что "продвинутые" заказчики стали включать в свои Технические условия обязательное требование о внесении балансировочных станков в Реестр средств измерений. Попробуем разобраться, насколько это требование обосновано юридически и технически, а также насколько оно экономически целесообразно.

Для начала полезно понять, как это требование соотносится с рекомендациями существующих нормативных документов. Начнем с ISO 8-82 "Металлорежущие станки. Общие требования к испытаниям на точность". Этот стандарт устанавливает основные понятия и принципы классификации станков по точности, общие требования к испытаниям на точность и общие требования к методам проверки точности. Важно отметить, что в ссылках на процедуры оценки качественных характеристик станков в этом стандарте используется только термин "поверка" и нет упоминания о необходимости включения станков в Реестр средств измерений и, соответственно, необходимости их "калибровки".

Следующий документ, на который стоит обратить внимание, — ISO 21940-21 (formerly ISO 2953) “Mechanical vibration – Rotor balancing – Part 21: Description and evaluation of balancing machines.” Этот стандарт, устанавливающий конкретные требования к техническим характеристикам балансировочных станков и методам их “verification”, также не содержит требований, предусматривающих необходимость калибровки станков и включения их в Реестр средств измерений. В связи с этим следует отметить, что требования, связанные с калибровкой, отсутствуют и в стандартах на другие виды станочного оборудования, например в ISO для шлифовальных станков и станков с ЧПУ, которые также могут включать различные измерительные системы.

Более того, аналогичные требования не встречаются в технической документации на все известные модели зарубежных балансировочных станков, что, на наш взгляд, также является важным прецедентом. Исходя из приведенных выше аргументов, можно сделать следующие выводы:

1. Существующие нормативно-технические документы, разработанные для станков и, в частности, для балансировочных станков, не содержат требований о внесении их в Реестр средств измерений и, соответственно, необходимости их калибровки. В результате включение таких требований в Технические условия при проведении конкурентных закупочных процедур "де-факто" существенно увеличивает себестоимость станков и затраты на их последующую эксплуатацию и, как нам кажется, "де-юре" нарушает права добросовестных производителей станков, которые следуют букве и духу существующих нормативных документов.
2. Периодические испытания измерительной системы могут и должны проводиться в составе балансировочного станка в соответствии с требованиями и рекомендациями ISO 21940-21 (formerly ISO 2953), которые предусматривают использование эталонного ротора, набора пробных грузов и калиброванных весов при проверках. Эти испытания обязательно должны включать следующие виды проверок:
   • Проверка минимально достижимого остаточного дисбаланса (Umar);
   • Проверка коэффициента снижения дисбаланса (URR);
   • Проверка работы схемы условной балансировки (с процедурой поворота ротора на 180°).

Важно отметить, что данные проверки проводятся без демонтажа измерительной системы со станка и не требуют использования калибровочного вибростенда, что исключает необходимость привлечения специалистов сторонних организаций и значительно снижает трудоемкость и стоимость работ. Помимо основных проверок, указанных выше, при необходимости непосредственно на станке (с использованием вышеупомянутого эталонного ротора, набора пробных грузов и калиброванных весов) могут быть проверены и другие важные параметры измерительной системы, в том числе:

• Повторяемость показаний амплитуды и фазы вибрационного сигнала от измерения к измерению;
• Линейность показаний измерительной системы по амплитуде вибрационного сигнала;
• Разрешающая способность измерительной системы (минимальный уровень дисбаланса, устойчиво регистрируемый измерительной системой) и т.д.

Заключение

Автор надеется, что как заказчики, так и производители балансировочных станков с пониманием отнесутся к аргументам и рекомендациям, изложенным в данной работе, основной целью которой является минимизация производственных затрат для обеих сторон при обеспечении надлежащего качества балансировочных работ.

*Примечание: Если эта тенденция будет развиваться и дальше, не исключено, что вскоре мы узнаем о создании виброизмерительных шлифовальных станков, виброизмерительных прессов и даже виброизмерительных прокатных станов. Ведь их объединяет с балансировочными станками возможность использования специализированного виброизмерительного оборудования.

ЭНИМС расшифровывается как "Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков" (Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков). Это был научно-исследовательский институт в Советском Союзе, занимавшийся разработкой и совершенствованием различных видов металлорежущих станков и оборудования. Институт сыграл значительную роль в развитии машиностроительной отрасли и стандартизации металлообрабатывающего оборудования, разработав нормативные документы и стандарты, такие как классификаторы станков и методы их проверки на точность.

В.Д. Фельдман, главный специалист ООО "Кинематика", 2024 год