Два зауваження щодо обґрунтованості вимог замовників до виробників балансувальних верстатів

Вступ

За останні півтора року наша компанія отримала понад 30 запитів щодо придбання різних видів балансувальні машини. Аналіз технічних специфікацій, доданих до цих запитів, показує, що більшість із них містять низку характеристик, які суттєво впливають на терміни виробництва та вартість обладнання, а також звужують коло потенційних постачальників. Серед них особливо виділяються дві вимоги:

• Вимога щодо забезпечення певного залишковий дисбаланс, яке не повинно перевищувати 0,1 г*мм/кг (мкм).
• Вимога про внесення балансувального верстата до Реєстру засобів вимірювальної техніки.

Проаналізуймо доцільність і можливість виконання цих вимог з точки зору реального споживача.

1. Аналіз вимог до точності верстата

Ми перевіримо обґрунтованість вимог замовника до точності, використовуючи Технічну специфікацію на балансувальний верстат, призначений для балансування роторів електродвигунів, турбоагрегатів і компресорів вагою від 10 до 1500 кг. Специфікація встановлює допуск на питомий залишковий дисбаланс, який, на думку замовника, не повинен перевищувати 0,1 г*мм/кг.

Щоб перевірити дотримання цієї вимоги, звернімося до таблиці 1 ISO 1940-1 «Механічні вібрації — Вимоги до якості балансування роторів». Виходячи з рекомендацій, наведених у цій таблиці, ми припускаємо, що точність балансування ротори електродвигунів, турбоагрегатів та компресорів, які має забезпечувати замовлене обладнання, повинні відповідати вимогам якості G2.5 клас. Якщо припустити, що очікувана робоча частота обертання збалансованого ротора становить, наприклад, 200 Гц (що з великим запасом покриває частоти обертання більшості відомих машин), ми можемо легко обчислити допустимий залишковий питомий дисбаланс для статичного (одноплощинного) балансування за формулою 5 зі стандарту: eper = 2500 / (6,28 * 200) = 1,99 г*мм/кг.

Беручи до уваги рекомендації того ж стандарту ISO 1940-1 (який нині замінено ISO 21940-11), передбачене в розділі 7, допустиме значення для двоопорного асиметричного ротора під час динамічного балансування має становити щонайменше 0,3 * eper, що в нашому випадку дорівнюватиме 0,6 г*мм/кг, а не 0,1 г*мм/кг, як передбачалося в початковій технічній специфікації. Такий розподіл допустимого допуск балансування між двома площинами корекції можна перевірити за допомогою нашого Калькулятор залишкового дисбалансу (ISO 21940-11).

Іншими словами, як показує проведений нами аналіз, вимоги до точності балансувального верстата в цьому Технічному завданні (і багатьох інших подібних документах) є явно завищеними. Практична реалізація цих завищених вимог залучає виробника до вирішення серйозних конструкторських і технологічних завдань, що зазвичай виникають при виробництві верстатів винятково високої точності, що, безсумнівно, впливає на вартість і терміни виготовлення верстатів. Крім того, ці вимоги не завжди є технічно здійсненними.

Також важливо зазначити, що ефективна експлуатація таких високоточних верстатів може вимагати від потенційного замовника виконання низки додаткових умов, таких як потреба в термостабільних і чистих приміщеннях, віброізолювальних фундаментах тощо, а витрати на їх створення можуть навіть перевищувати витрати, пов'язані з придбанням верстата. У відповідь на можливе заперечення представника замовника (автора вищезгаданого Технічного завдання) про те, що виконання цієї вимоги дає змогу досягти на верстаті значно меншого залишкового дисбалансу, який фактично відповідає класу G0.4, їм можна рекомендувати ознайомитися з рекомендаціями GOST 22061-76 “Machines and technological equipment. System of balancing quality grades. Basic provisions” (національного стандарту, сучасним міжнародним аналогом якого є ISO 21940-11, раніше ISO 1940-1), що діяв до впровадження ISO 1940-1.

У розділі 3 цього стандарту, підготовленого найкращими фахівцями в галузі балансування з Радянського Союзу, обґрунтовано зазначено наступне:

1. Ротори виробів, віднесених до 1-го класу якості балансування (клас G0.4 згідно з ISO 1940-1), слід балансувати у власних підшипниках, у власному корпусі, за всіх робочих умов, використовуючи власний привід.
2. Ротори виробів, що відносяться до 2-го класу якості балансування (клас G1.0), повинні бути збалансовані у власних підшипниках або у власному корпусі, за допомогою спеціального приводу, якщо власний привід відсутній.
3. Ротори виробів, що відносяться до 3-11 класів якості балансування (від G2.5 до G4000), дозволяється балансувати як деталі або складальні одиниці.

Суть цих рекомендацій полягає в тому, що прагнення досягти класів якості балансування G0.4 і G1.0 на балансувальному верстаті часто є технічно і економічно безглуздим. Після установки роторів у верстат досягнута точність втрачається, і для її відновлення потрібна додаткова перебалансування роторного вузла (у власних підшипниках і з власним приводом), що виконується за допомогою переносного вібраційного балансувального обладнання.

Як наочний приклад цієї тези можна розглянути балансування шліфувального круга, призначеного для роботи на високоточному круглошліфувальному верстаті (клас точності “C”). Згідно з вимогами згаданої вище таблиці 1 ISO 1940-1, якість балансування шліфувального круга має щонайменше відповідати класу G0.4. Враховуючи, що очікувана частота обертання шліфувального круга під час роботи становитиме 6000 rpm (100 Hz), за добре відомою формулою 7 ISO 1940-1 визначаємо допустимий залишковий питомий дисбаланс eper, який становитиме 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.

Вищевикладене дозволяє стверджувати, що в переважній більшості випадків вимоги до точності балансування середніх і важких верстатів можуть бути обмежені рівнем залишкового питомого дисбалансу 0,5 г*мм/кг або навіть 1,0 г*мм/кг. Реалізація цієї рекомендації на практиці дозволяє виробнику значно знизити трудомісткість і вартість виготовлення верстата, а замовнику (за умови реалізації раціонального технологічного процесу) - досягти необхідної точності балансування. Основним винятком з цього правила можуть бути невеликі спеціалізовані балансувальні верстати, що використовуються, наприклад, для балансування роторів гіроскопів, автомобільних турбокомпресорів тощо. Конструктивні особливості цих верстатів дозволяють досягти рівня залишкового питомого дисбалансу 0,1 г*мм/кг і нижче, що є технічно виправданим і економічно доцільним.

2. Щодо необхідності внесення балансувальних верстатів до реєстру засобів вимірювальної техніки

В останні роки в нашій країні було зроблено дивовижне відкриття, яке могло б збити з пантелику "спочилих з миром" фахівців з ЕНІМС**, які розробили класифікатор металорізальних верстатів. З чиєїсь "легкої руки" на ринку верстатів з'явився абсолютно новий тип обладнання - "Вібровимірювальні балансувальні верстати", які повинні мати Сертифікат Держстандарту РФ і відповідне маркування.*)

І все б нічого, але раптом виявилося, що "просунуті" замовники почали включати в свої Технічні умови обов'язкову вимогу про внесення балансувальних верстатів до Реєстру засобів вимірювальної техніки. Спробуємо розібратися, наскільки юридично і технічно обґрунтована ця вимога, а також її економічна доцільність.

Для початку корисно зрозуміти, як ця вимога співвідноситься з рекомендаціями існуючих нормативних документів. Почнемо з ISO 8-82 "Металорізальні верстати. Загальні вимоги до випробувань на точність". Цей стандарт встановлює основні поняття і принципи класифікації верстатів за точністю, загальні вимоги до випробувань на точність, а також загальні вимоги до методів перевірки точності. Важливо зазначити, що у посиланнях на процедури оцінювання якісних характеристик верстатів у цьому стандарті використовується лише термін "повірка" і немає жодної згадки про необхідність внесення верстатів до Реєстру засобів вимірювальної техніки і, відповідно, про необхідність їх "калібрування".

Наступний документ, на який варто звернути увагу, — це ISO 21940-21 (раніше ISO 2953) “Mechanical vibration – Rotor balancing – Part 21: Description and evaluation of balancing machines.” У цьому стандарті, який установлює конкретні вимоги до технічних характеристик балансувальних верстатів і методів їх “verification”, також відсутні вимоги, що передбачають необхідність калібрування верстатів та внесення їх до Реєстру засобів вимірювальної техніки. У зв’язку з цим слід зазначити, що вимоги щодо калібрування відсутні і в стандартах на інші типи верстатів, наприклад ISO для шліфувальних верстатів і верстатів з ЧПК, які також можуть містити різні вимірювальні системи.

Більше того, подібні вимоги не містяться в технічній документації до всіх відомих моделей закордонних балансувальних верстатів, що, на нашу думку, також є важливим прецедентом. Виходячи з наведених вище аргументів, можна зробити наступні висновки:

1. Існуючі нормативно-технічні документи, розроблені для верстатів і, зокрема, для балансувальних верстатів, не містять вимог щодо їх включення до Реєстру засобів вимірювальної техніки і, відповідно, необхідності їх калібрування. Як наслідок, включення таких вимог до Технічних умов під час проведення конкурентних процедур закупівель "де-факто" суттєво збільшує собівартість верстатів та витрати на їх подальшу експлуатацію і, як нам видається, "де-юре" порушує права добросовісних виробників верстатів, які дотримуються букви і духу існуючих нормативних документів.
2. Планові перевірки вимірювальної системи можна і слід проводити у складі балансувального верстата відповідно до вимог і рекомендацій ISO 21940-21 (раніше ISO 2953), які передбачають використання під час перевірок еталонного ротора, набору тестових вантажів і каліброваних ваг. Ці випробування обов’язково мають включати такі види перевірок:
   • Перевірка мінімально досяжного залишкового дисбалансу (Umar);
   • Перевірка коефіцієнта зменшення дисбалансу (URR);
   • Перевірка роботи схеми умовного балансування (з процедурою повороту ротора на 180°).

Важливо відзначити, що ці перевірки проводяться без демонтажу вимірювальної системи з машини і не вимагають використання калібрувального вібростенду, що виключає необхідність залучення фахівців сторонніх організацій і значно знижує трудомісткість і вартість робіт. Крім основних перевірок, згаданих вище, при необхідності безпосередньо на верстаті (з використанням вищезгаданого еталонного ротора, набору контрольних вантажів і каліброваних ваг) можуть бути перевірені інші важливі параметри вимірювальної системи, в тому числі:

• Повторюваність показників амплітуди і фази сигналу вібрації від вимірювання до вимірювання;
• Лінійність показань вимірювальної системи за амплітудою вібраційного сигналу;
• Роздільна здатність вимірювальної системи (мінімальний рівень дисбалансу, який стабільно реєструється вимірювальною системою) тощо.

Висновок

Автор сподівається, що як замовники, так і виробники балансувальних верстатів з розумінням поставляться до аргументів і рекомендацій, викладених в цій роботі, основною метою якої є мінімізація виробничих витрат для обох сторін при забезпеченні належної якості балансувальних операцій.

*Примітка: Якщо ця тенденція продовжить розвиватися, не виключено, що незабаром ми дізнаємося про створення вібровимірювальних шліфувальних верстатів, вібровимірювальних пресів і навіть вібровимірювальних прокатних станів. Адже вони поділяють з балансувальними верстатами можливість використання спеціалізованого вібровимірювального обладнання.

ЕНІМС розшифровується як "Експериментально-дослідний інститут металорізальних верстатів" (Експериментально-дослідний інститут металорізальних верстатів). Це був науково-дослідний інститут у Радянському Союзі, який займався розробкою та вдосконаленням різних типів металорізальних верстатів та обладнання. Інститут відіграв значну роль у розвитку машинобудівної галузі та стандартизації металообробного обладнання шляхом розробки нормативних документів і стандартів, таких як класифікатори для верстатів і методи перевірки їх точності.

В.Д. Фельдман, головний спеціаліст ТОВ “Кінематика,” 2024