Два замечания о разумности требований заказчика к производителям балансировочных станков

Введение

За последние полтора года в нашу компанию поступило более 30 запросов на приобретение балансировочных станков различных типов. Анализ технических заданий, прилагаемых к этим запросам, показывает, что большинство из них включает ряд характеристик, которые существенно влияют на сроки изготовления и стоимость станков, а также сокращают список потенциальных поставщиков. Среди них выделяются два требования:

• Требование к обеспечению определенного остаточного дисбаланса, который не должен 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 мы обратились к таблице 1 стандарта ISO 1940-1-2007 "Механическая вибрация - Требования к качеству баланса роторов". Исходя из рекомендаций этой таблицы, мы предполагаем, что точность балансировки роторов электродвигателей, турбоагрегатов и компрессоров, которую должен обеспечить заказанный станок, должна соответствовать классу качества G2.5. Если предположить, что ожидаемая рабочая частота вращения балансируемого ротора составляет, например, 200 Гц (что с большим запасом покрывает частоты вращения большинства известных машин), то можно легко рассчитать допустимый остаточный удельный дисбаланс для статической (одноплоскостной) балансировки по формуле 5 из стандарта: eper = 2500 / (6,28 * 200) = 1,99 г*мм/кг.

Учитывая рекомендации того же стандарта ISO 1940-1-2007, приведенные в разделе 7, допустимое значение, установленное для двухопорного асимметричного ротора при динамической балансировке, должно быть не менее 0,3 * eper, что в нашем случае составит 0,6 г*мм/кг, а не 0,1 г*мм/кг, как требуется в исходном техническом задании.

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.

Важно также отметить, что для эффективной эксплуатации таких высокоточных станков потенциальному заказчику может потребоваться выполнение ряда дополнительных условий, таких как необходимость создания термоконстантных и чистых помещений, виброизолирующих фундаментов и т.д., стоимость создания которых может даже превысить затраты на приобретение станка. В ответ на возможное возражение представителя заказчика (автора вышеупомянутого Технического задания) о том, что выполнение данного требования позволяет добиться значительно меньшего остаточного дисбаланса станка, фактически соответствующего классу G0.4, можно порекомендовать им ознакомиться с рекомендациями стандарта ISO 22061-76 "Машины и технологическое оборудование. Система оценок качества балансировки. Основные положения", который действовал до введения ISO 1940-1-2007.

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

1. Роторы изделий, относящихся к 1-му классу качества балансировки (класс G0.4 по ISO 1940-1-2007), должны быть отбалансированы в собственных подшипниках в собственном корпусе при любых условиях эксплуатации 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 ее восстановления требуется дополнительная балансировка ротора в сборе (в собственных подшипниках и с собственным приводом), выполняемая с помощью переносного вибробалансировочного оборудования.

В качестве иллюстративного примера данного тезиса можно рассмотреть балансировку шлифовального круга, предназначенного для использования на высокоточном круглошлифовальном станке (класс точности "С"). Согласно требованиям ранее упомянутой таблицы 1 стандарта ISO 1940-1-2007, качество балансировки шлифовального круга должно соответствовать, по крайней мере, классу G0.4. Учитывая, что ожидаемая частота вращения шлифовального круга во время работы составит 6000 об/мин (100 Гц), по известной формуле 7 стандарта ISO 1940-1-2007 определяем допустимый остаточный удельный дисбаланс eper, который составит 0,64 г*мм/кг.

Иными словами, после балансировки на балансировочном станке, обеспечивающей этот допуск, смещение центра масс шлифовального круга относительно технологической оси (оси оправки балансировочного станка) не должно превышать 0,64 мкм. Поскольку допустимое радиальное биение шпинделя шлифовального станка класса "С" по ISO 11654-90 составляет 2 мкм, то после установки на него нашего шлифовального круга (перебазировки круга с технологической оси на рабочую) остаточный удельный дисбаланс может значительно увеличиться и превысить рекомендуемый ISO 1940-1-2007 допуск как минимум в три раза. В таких и других подобных случаях, как уже отмечалось, требуется дополнительная балансировка для компенсации ошибок, возникших на этапе сборки.

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 следует обратить внимание - ISO 20076-2007 (ISO 2953:1999) "Вибрация. Балансировочные станки. Технические условия и методы их проверки". В данном стандарте, устанавливающем конкретные требования к техническим характеристикам балансировочных станков и методам их "поверки", также отсутствуют требования, предусматривающие необходимость калибровки станков и внесения их в реестр средств измерений. В этой связи следует отметить, что требования, связанные с калибровкой, отсутствуют в стандартах на другие виды станков, например, в ISO на шлифовальные станки и станки с ЧПУ, которые также могут включать в себя 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. Текущие испытания измерительной системы могут и должны проводиться в составе балансировочного станка в соответствии с требованиями и рекомендациями ISO 20076-2007 (ISO 2953:1999), которые предусматривают использование при проверках эталонного ротора, набора пробных грузов и калиброванных весов. Эти проверки обязательно должны включать в себя 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