Dve poznámky k primeranosti požiadaviek zákazníkov na výrobcov vyvažovacích strojov

Úvod

Za posledný rok a pol dostala naša spoločnosť viac ako 30 dopytov týkajúcich sa nákupu rôznych typov vyvažovacie stroje. Z analýzy technických špecifikácií priložených k týmto žiadostiam vyplýva, že väčšina z nich obsahuje rad charakteristík, ktoré majú významný vplyv na výrobné lehoty a náklady na stroje a zároveň výrazne zužujú okruh potenciálnych dodávateľov. Z nich vynikajú najmä dve požiadavky:

• Požiadavka zabezpečiť konkrétne zvyšková nevyváženosť, ktorá by nemala prekročiť hodnotu 0,1 g*mm/kg (µm).
• Požiadavka na zaradenie vyvažovačky do registra meradiel.

Analyzujme opodstatnenosť a uskutočniteľnosť implementácie týchto požiadaviek z pohľadu skutočného spotrebiteľa.

1. Analýza požiadaviek na presnosť stroja

Overíme platnosť požiadaviek zákazníka na presnosť pomocou technickej špecifikácie vyvažovačky určenej na vyvažovanie rotorov elektromotorov, turbodúchadiel a kompresorov s hmotnosťou od 10 do 1500 kg. Špecifikácia stanovuje toleranciu špecifickej zostatkovej nevyváženosti, ktorá by podľa zákazníka nemala presiahnuť 0,1 g*mm/kg.

Na overenie tejto požiadavky sa odvolávame na tabuľku 1 v ISO 1940-1 „Mechanické vibrácie – Požiadavky na kvalitu vyvažovania rotorov.“ Na základe odporúčaní uvedených v tejto tabuľke predpokladáme, že presnosť vyvažovania rotory elektromotorov, turbín a kompresorov, ktorú má objednaný stroj zabezpečiť, musia spĺňať požiadavky kvality G2.5 stupeň. Za predpokladu, že očakávaná prevádzková otáčková frekvencia vyváženého rotora je napríklad 200 Hz (čo s veľkou rezervou pokrýva otáčky väčšiny známych strojov), môžeme ľahko vypočítať prípustnú zostatkovú špecifickú nevyváženosť pre statické (jednoplošné) vyvažovanie pomocou vzorca 5 z normy: eper = 2500 / (6,28 * 200) = 1,99 g*mm/kg.

S prihliadnutím na odporúčania tej istej normy ISO 1940-1 (dnes nahradenej normou ISO 21940-11), uvedené v bode 7, by mala byť prípustná hodnota stanovená pre asymetrický rotor s dvoma ložiskami pri dynamickom vyvažovaní aspoň 0,3 * eper, čo by v našom prípade znamenalo 0,6 g*mm/kg, a nie 0,1 g*mm/kg, ako sa vyžadovalo v pôvodnej technickej špecifikácii. Toto rozdelenie prípustnej vyvažovacia tolerancia Rozstup medzi týmito dvoma korekčnými rovinami je možné skontrolovať pomocou nášho Kalkulačka zostatkovej nevyváženosti (ISO 21940-11).

Inými slovami, ako ukazuje naša analýza, požiadavky na presnosť vyvažovacieho stroja v tejto technickej špecifikácii (a mnohých ďalších podobných dokumentoch) sú zjavne prehnané. Praktická realizácia týchto nadmerných požiadaviek zahŕňa výrobcu v riešení závažných konštrukčných a technologických úloh, ktoré zvyčajne vznikajú pri výrobe strojov s mimoriadne vysokou presnosťou, čo nepochybne ovplyvňuje náklady a čas výroby strojov. Okrem toho tieto požiadavky nie sú vždy technicky realizovateľné.

Dôležité je tiež poznamenať, že účinná prevádzka takýchto vysoko presných strojov môže od potenciálneho zákazníka vyžadovať splnenie viacerých dodatočných podmienok, ako je potreba teplotne stabilných a čistých priestorov, základov izolujúcich vibrácie atď., pričom náklady na ich vytvorenie môžu dokonca prevýšiť náklady spojené s obstaraním stroja. Na možnú námietku zástupcu zákazníka (autora vyššie uvedenej technickej špecifikácie), že splnenie tejto požiadavky umožňuje dosiahnuť na stroji výrazne nižšiu zvyškovú nevyváženosť, skutočne zodpovedajúcu triede G0.4, možno odporučiť oboznámiť sa s odporúčaniami normy GOST 22061-76 “Stroje a technologické zariadenia. Systém tried kvality vyváženia. Základné ustanovenia” (národná norma, ktorej moderným medzinárodným ekvivalentom je ISO 21940-11, predtým ISO 1940-1), ktorá platila pred zavedením ISO 1940-1.

V časti 3 tejto normy, ktorú pripravili najlepší odborníci v oblasti vyvažovania zo Sovietskeho zväzu, sa odôvodnene uvádza:

1. Rotory výrobkov zaradených do 1. triedy kvality vyváženia (trieda G0.4 podľa ISO 1940-1) sa majú vyvažovať vo vlastných ložiskách, vo vlastnom telese, za všetkých prevádzkových podmienok a pomocou vlastného pohonu.
2. Rotory výrobkov zaradených do 2. triedy kvality vyvažovania (trieda G1.0) by sa mali vyvažovať vo vlastných ložiskách alebo vo vlastnom puzdre so špeciálnym pohonom, ak nie je k dispozícii vlastný pohon.
3. Rotory výrobkov zaradených do 3. až 11. triedy kvality vyvažovania (triedy G2.5 až G4000) sa môžu vyvažovať ako časti alebo montážne jednotky.

Podstatou týchto odporúčaní je, že snaha dosiahnuť na vyvažovacom stroji stupne kvality G0,4 a G1,0 je často technicky a ekonomicky nezmyselná. Po inštalácii rotorov do stroja sa dosiahnutá presnosť stráca a na jej obnovenie je potrebné dodatočné vyvažovanie zostavy rotorov (vo vlastných ložiskách a s vlastným pohonom), ktoré sa vykonáva pomocou prenosného vibračného vyvažovacieho zariadenia.

Ako názorný príklad tohto tvrdenia možno uviesť vyvažovanie brúsneho kotúča určeného na použitie na vysoko presnej valcovej brúske (trieda presnosti “C”). Podľa požiadaviek už spomínanej tabuľky 1 normy ISO 1940-1 by kvalita vyváženia brúsneho kotúča mala zodpovedať aspoň triede G0.4. Vzhľadom na to, že očakávaná frekvencia otáčania brúsneho kotúča počas prevádzky bude 6000 rpm (100 Hz), pomocou známeho vzorca 7 z ISO 1940-1 určujeme prípustnú zvyškovú špecifickú nevyváženosť eper, ktorá bude 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.

Na základe vyššie uvedeného môžeme tvrdiť, že v prevažnej väčšine prípadov možno požiadavky na presnosť stredne ťažkých a ťažkých vyvažovacích strojov obmedziť na úroveň zostatkovej špecifickej nevyváženosti 0,5 g*mm/kg alebo dokonca 1,0 g*mm/kg. Realizácia tohto odporúčania v praxi umožňuje výrobcovi výrazne znížiť zložitosť a náklady na výrobu stroja, pričom zákazník (za predpokladu realizácie racionálneho technologického postupu) môže dosiahnuť požadovanú presnosť vyvažovania. Hlavnou výnimkou z tohto pravidla môžu byť malé špecializované vyvažovacie stroje používané napríklad na vyvažovanie rotorov gyroskopov, automobilových turbodúchadiel atď. Konštrukčné vlastnosti týchto strojov umožňujú dosiahnuť úroveň zostatkovej špecifickej nevyváženosti 0,1 g*mm/kg alebo nižšiu, čo je technicky odôvodnené a ekonomicky uskutočniteľné.

2. O potrebe zahrnúť vyvažovacie stroje do registra meradiel

V posledných rokoch sa v našej krajine podaril prekvapujúci objav, ktorý by mohol zmiasť "v pokoji zosnulých" odborníkov z ENIMS**, ktorí vyvinuli klasifikátor strojov na rezanie kovov. Niečou "ľahkou rukou" sa na trhu strojov objavil úplne nový typ zariadenia - "vyvažovacie stroje s meraním vibrácií", ktoré musia mať certifikát ruskej štátnej normy a príslušné označenie.*)

A všetko by bolo v poriadku, ale zrazu sa ukázalo, že "pokrokoví" zákazníci začali do svojich technických špecifikácií povinne zaraďovať požiadavky na zaradenie vyvažovacích strojov do registra meracích prístrojov. Pokúsme sa pochopiť, nakoľko je táto požiadavka právne a technicky opodstatnená, ako aj jej ekonomickú realizovateľnosť.

Na úvod je užitočné pochopiť, ako táto požiadavka súvisí s odporúčaniami existujúcich regulačných dokumentov. Začnime normou ISO 8-82 "Stroje na rezanie kovov. Všeobecné požiadavky na skúšky presnosti". Táto norma stanovuje základné pojmy a princípy klasifikácie strojov podľa presnosti, všeobecné požiadavky na skúšky presnosti a všeobecné požiadavky na metódy overovania presnosti. Je dôležité poznamenať, že odkazy na postupy hodnotenia kvalitatívnych charakteristík strojov v tejto norme používajú len termín "overovanie" a nie je tu žiadna zmienka o potrebe zaradenia strojov do Registra meracích prístrojov, a teda o potrebe ich "kalibrácie".

Ďalším dokumentom, ktorému treba venovať pozornosť, je ISO 21940-21 (predtým ISO 2953) “Mechanické vibrácie – Vyvažovanie rotorov – Časť 21: Opis a hodnotenie vyvažovacích strojov.” Táto norma, ktorá stanovuje konkrétne požiadavky na technické charakteristiky vyvažovacích strojov a na metódy ich “overovania”, takisto neobsahuje požiadavky predpokladajúce potrebu kalibrácie týchto strojov a ich zaradenia do Registra meracích prístrojov. V tejto súvislosti treba poznamenať, že požiadavky týkajúce sa kalibrácie chýbajú aj v normách pre iné typy obrábacích strojov, ako sú ISO normy pre brúsky a CNC stroje, ktoré môžu taktiež obsahovať rôzne meracie systémy.

Okrem toho sa podobné požiadavky nenachádzajú v technickej dokumentácii všetkých známych modelov zahraničných vyvažovacích strojov, čo je podľa nášho názoru tiež dôležitý precedens. Na základe uvedených argumentov možno vyvodiť nasledujúce závery:

1. Existujúce regulačné a technické dokumenty vypracované pre obrábacie stroje, a najmä pre vyvažovacie stroje, neobsahujú požiadavky na ich zaradenie do registra meradiel, a teda ani potrebu ich kalibrácie. V dôsledku toho zahrnutie takýchto požiadaviek do technických špecifikácií počas súťažných postupov verejného obstarávania "de facto" výrazne zvyšuje výrobné náklady strojov a výdavky na ich následnú prevádzku a, ako sa nám zdá, "de iure" porušuje práva výrobcov strojov v dobrej viere, ktorí dodržiavajú literu a ducha existujúcich regulačných dokumentov.
2. Rutinné skúšky meracieho systému možno a treba vykonávať ako súčasť vyvažovacieho stroja v súlade s požiadavkami a odporúčaniami normy ISO 21940-21 (predtým ISO 2953), ktoré predpokladajú použitie referenčného rotora, súpravy skúšobných závaží a kalibrovaných váh počas kontrol. Tieto skúšky musia nevyhnutne zahŕňať tieto typy kontrol:
   • Kontrola minimálne dosiahnuteľnej zostatkovej nevyváženosti (Umar);
   • Kontrola koeficientu zníženia nevyváženosti (URR);
   • Kontrola činnosti obvodu podmieneného vyvažovania (s postupom otáčania rotora o 180°).

Je dôležité poznamenať, že tieto kontroly sa vykonávajú bez demontáže meracieho systému zo stroja a nevyžadujú použitie kalibračného vibračného stojana, čo eliminuje potrebu zapojenia odborníkov z externých organizácií a výrazne znižuje prácnosť a náklady na prácu. Okrem uvedených hlavných kontrol možno v prípade potreby priamo na stroji (s použitím uvedeného referenčného rotora, sady skúšobných závaží a kalibrovaných váh) skontrolovať aj ďalšie dôležité parametre meracieho systému vrátane

• Opakovateľnosť odčítania amplitúdy a fázy vibračného signálu od merania k meraniu;
• Linearita údajov meracieho systému podľa amplitúdy vibračného signálu;
• Rozlišovacia schopnosť meracieho systému (minimálna úroveň nerovnováhy, ktorú merací systém stabilne registruje) atď.

Záver

Autor dúfa, že zákazníci aj výrobcovia vyvažovacích strojov pochopia argumenty a odporúčania uvedené v tejto práci, ktorej hlavným cieľom je minimalizovať výrobné náklady pre obe strany a zároveň zabezpečiť správnu kvalitu vyvažovacích operácií.

*Poznámka: Ak bude tento trend pokračovať, nie je vylúčené, že sa čoskoro dozvieme o vytvorení brúsok na meranie vibrácií, lisov na meranie vibrácií a dokonca valcovní na meranie vibrácií. Koniec koncov, majú s vyvažovacími strojmi spoločné možné použitie špecializovaných zariadení na meranie vibrácií.

ENIMS je skratka pre "Experimentálny výskumný inštitút obrábacích strojov" (Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков). Išlo o výskumný ústav v Sovietskom zväze, ktorý sa venoval vývoju a zdokonaľovaniu rôznych typov strojov a zariadení na rezanie kovov. Inštitút zohral významnú úlohu pri rozvoji strojárskeho priemyslu a štandardizácii kovoobrábacích zariadení tým, že vypracoval regulačné dokumenty a normy, ako napríklad klasifikátory pre obrábacie stroje a metódy skúšania ich presnosti.

V.D. Feldman, hlavný odborník spoločnosti LLC "Kinematics", 2024