Tässä kappaleessa arvioidaan kootusti testattujen laitteiden testitasapainotuksia ja kommentoidaan näiden perusteella tasapainotuslaitteiden käyttöä ja soveltuvuutta käyttötarkoitukseen18.
Eri laitteilla tehtyjen testien tulosten vertailua vaikeuttaa tasapainotusolosuhteiden ja -asetusten muutokset. Tasapainotuskoneella saatiin roottori tasapainotettua tasapaino luokkaan G 1 ominaisepätasapainon ollessa alle 20 gmm/kg. Vaikka roottori oli kiistämättä hyvin tasapainossa, esiintyi (Vibrobalancerilla tehdyssä) kenttätasapainotuksessa tarvetta reilulle koijausmassojen lisäykselle. Olipa roottori tasapainotettu (mittaukset Vibrobalancerilla) tai ei (mittaukset Smart Balancerilla), saatiin kenttätasapainotusten avulla vähennettyä koneiston värähtelyä 80-90 % alkuperäisestä. Tasapainotuskoneella voidaan roottori tasapainottaa aina tasapainotuskoneen sallimalle tarkkuudelle, mutta kenttätasapainotuksella päästään alempaan toiminnanaikaiseen värähtelytasoon. Testeihin käytettävissä ollut aika ei riittänyt tarkastelemaan, kuinka pieneen värähtelytasoon kenttätasapainotuslaitteilla olisi ollut mahdollista parhaimmillaan päästä. Testit kuitenkin osoittivat, että jo kahdella korjausmassojen lisäyksellä saavutettiin todella merkittävä värähtelytason alentuminen.
Usein parhaan mahdollisen tuloksen saavuttamiseksi kenttätasapainotuksessa kannattaa määrittää käytettävät vaikutuskertoimet uudestaan lähempänä tasapainotilaa mikäli alkuepätasapaino on ollut huomattavan suuri. Tämä tarkoittaisi uuden tasapainotusprosessin aloittamista edellisen prosessin lopputilanteesta ja koemassojen asentamista.
Kenttätasapainotuksen tulosten kuvaaminen jäännösepätasapainomassoilla on kyseenalaista, sillä laitteiden ilmoittamat kotjausmassat eivät ole totuudenmukaisia.
Näiden massojen laskentaan sisältyy aina oletus, että korjausmassojen avulla synkroninen 1. kertaluvun värähtely on täysin poistettavissa, mikä ei ole totta.
Tarkasteltiinpa kenttätasapainotuksen tulosta tärinän vähentymisellä tai jäännösepätasapainomassoilla voidaan todeta tulosten olevan vähintään tyydyttäviä.
Smart Balancerilla tasapainotettaessa alhaisella (190 rpm) nopeudella alkutilanne
18 Tasapainotettava roottori on esitetty kappaleessa 4 ja etukäteisvaatimukset laitteelle kappaleessa 6.1
vastasi koijausmassojen perusteella laskettuna tasapaino luokkaa G 10,6.
Ensimmäisten koijausmassojen asentamisen jälkeen värähtelyamplitudi oli laskenut 82 % ja tasapaino luokka oli G 2,6. Toisten koijausmassojen lisäämisellä saavutettiin vielä 85 % värähtelyn pieneneminen. Alkutilanteeseen nähden värähtely pieneni kahdella korjausmassojen lisäyksellä 97 % ja saavutettu tasapainoluokka oli G 1,9.
Smart Balancerin mittausten tuloksia tarkasteltaessa tulee huomata, että tasapaino luokat on laskettu huomattavasti suunniteltua toimintanopeutta alhaisemmalla pyörimisnopeudella. Samalla epätasapainomassan arvolla tasapaino luokkien lukuarvot kaksinkertaistuvat pyörimisnopeuden kaksinkertaistuessa. Jäännösmassa-arvojen sijaan tulisi tarkastella mitattua värähtelytasoa, mutta selkeiden ohjearvojen määrittäminen näin vähäisten testien perusteella on ennenaikaista.
Vibrobalancerilla oikealla pyörimisnopeudella (400 rpm) tehdyssä tasapainotuksessa saavutettiin yhdellä korjausmassojen asentamisella värähtelyamplitudin pieneneminen liki 80 %. Tasapainoluokka oli alkutilanteessa G 8,4 ja parani luokkaan G 3,2.
Huomionarvoista on, että roottori oli jo alkutilanteessa tasapainotettu. Muutoksen suuruus osoittaa, kuinka tasapainotuskoneessa huolellisesti tasapainotettu roottori voi aiheuttaa huomattavaa synkronista 1. kertaluvun värähtelyä paikalleen asennettuna.
Mikäli roottoria pyöritettäisiin valmiissa koneistossa jollakin ulkoisella käytöllä, pystyttäisiin mittaussignaalista poistamaan koneiston käytön aiheuttamat sähköiset häiriöt. Tämä varmasti parantaisi entisestään kenttätasapainotuksen tarkkuutta ja luotettavuutta.
Kuvan 48 spektristä laskettuna tasapainotetun koneiston 1. kertaluvun synkronisen värähtelyn osuus kokonaisvärähtelystä on 10 %, kun Wowk /47/ esittää vastaavaksi luvuksi 50 %:n maksimiohjearvoa spektrin ulottuessa aina kymmenkertaiselle pyörimisnopeudelle koneiston laakeroiden pitkäikäisyyden varmistamiseksi.
Nopeus
Tasapainotuskonetta käytettäessä kokonaisakaan tulee ottaa huomioon myös roottorin asennukseen ja poistoon tarvittava aika. Kenttätasapainotuslaitteistoilla vastaavasti aikaa menee lähinnä antureiden virittämiseen tasapainotettavaan koneistoon, mutta muuta asennusaikaa ei tarvita. Testeissä roottorin kiihdyttäminen tasapainotusnopeuteen kävi hitaimmin tasapainotuskoneella. Roottorin suuresta
koosta johtuen sen pyörittäminen suunnitellulla toimintanopeudella ei ole taijotulla tasapainotuskoneella mahdollista. Toisaalta tasapainotuskone pystyy mittaamaan epätasapainon tarkasti alhaisemmallakin nopeudella. Samalla alhainen pyörimisnopeus tarkoittaa parempaa turvallisuutta työntekijöiden kannalta. Mittausten kestossa eri laitteilla ei ollut merkittäviä eroja. Koepyöritysten puuttumisen johdosta tarvittava koijausmassa pystytään tasapainotuskoneella määrittämään muutamassa minuutissa asennustyön jälkeen. Myös massojen lisääminen on vaivatonta ja nopeaa, sillä roottorille on vapaa pääsy ja oikean kulman hakeminen on helppoa kenttätasapainotuslaitteisiin verrattuna. Voidaan olettaa, että tasapainotuskonetta käytettäessä suurin osa roottoreista saataisiin tasapainotettua yhdellä korjausmassan lisäyksellä. Testimittausten vähyyden vuoksi tätä ei kuitenkaan tilastollisesti voida osoittaa.
Kenttätasapainotuslaitteilla tarvitaan useammin useampia korjausmassojen lisäyksiä.
Kenttätasapainotuslaitteilla päästään lähes yhtä lyhyeen kokonaiskestoon kuin tasapainotuskoneella, mikäli kenttätasapainotuslaitteiden vaatimat koepyöritykset voidaan jättää tekemättä. Tämä tarkoittaisi sitä, että laitteen muistissa olisi aiemmin saman mallin roottorille määritettynä koepyörityksistä lasketut vaikutuskertoimet ja nämä pätisivät riittävän hyvin myös tasapainotettavalle roottorille. Tätä mahdollisuutta pystytään arvioimaan, mikäli saadaan useita saman mallin roottoreita tasapainotettavaksi ja voidaan vertailla eri kertoimilla tehtäviä tasapainotuksia.
Helppokäyttöisyys
Tasapainotuskoneen käyttö on helppoa. Koneen käyttäminen onnistuu muutaman minuutin perehdyttämisen jälkeen, mutta tasapainotusprosessin kannalta hyödyllinen tasapainotusteorian ymmärtäminen vaatii jo syvällisemmän tutustumisen aiheeseen.
Oikein toimiva tasapainotuskone on siinä määrin automatisoitu, että käyttäjällä jää herkästi vain ylimalkainen kuva laitteen toimintaperiaatteesta. Toisaalta käytön kannalta turhien yksityiskohtien esittäminen käyttäjälle saattaisi luoda turhaa hämmentävän, vaikeaselkoisen ja luotaantyöntävän mielikuvan laitteen toiminnasta.
Tasapainotuskoneen värinäyttö oli selkeä ja helppolukuinen myös kirkkaammassa valossa. Peruskäytössä tarvitaan vain osaa lukuisista painikkeista.
Kiinteään tasapainotuskoneeseen verrattuna kenttätasapainotuslaitteiden käyttö vaatii käyttäjältään selkeästi enemmän tietämystä tasapainotusprosessista. Itse laitteiden käyttö onnistuu jo lyhyen esittelyn jälkeen. Testi- ja korjausmassojen toistuva
kiinnittäminen oikeisiin paikkoihin vaatii huolellisuutta huomattavasti enemmän kun tasapainotuskoneella.
Kannettavien laitteiden pienen koon takia niiden käyttöliittymän merkitys korostuu.
Snapshotin suuri kosketusnäyttö ja isot painikkeet vaikuttivat loogisilta joskin tunnottomilta ja raskailta. Smart Balancerin oli yksinkertaisin ja vähine painikkeineen kiitettävän helppokäyttöinen. Vibrobalancerin käyttöliittymä oh pienen näytön ympärille leviteltyine painikkeineen vanhanaikainen, vaikutti sekavalta eikä ollut aivan samalla tasolla muiden käyttöliittymien kanssa. Liikuteltavuudessa Snapshot oli ylivoimainen. Laitteen olkahihnan ansiosta käyttäjällä jää tarvittaessa kädet vapaaksi laitteen kulkiessa mukana. Smart Balancer sopii kokonsa puolesta yhdellä kädellä kannateltavaksi, mutta sitoo jatkuvasti käyttäjän toisen käden tähän tarkoitukseen.
Vibrobalancer on toki siirrettävissä oleva laitteisto, mutta vaatii käytännössä pöytätason tasapainotusprosessin ajaksi.
Kenttätasapainotuslaitteiden LCD-näytöt ovat tasoltaan tasapainotuskoneen näyttöä heikompia. Heikon resoluution ja pienen koon takia näytöt vaikuttavat herkästi epäselviltä. Snapshotin näytössä oli runsaasti informaatiota, joka teki verrattain suuresta näytöstä epäselvän. Smart Balancerin v ektorikuv aaj at vaikuttivat hyödyttömiltä huonon resoluution takia. Vibrobalancerin pienestä näytöstä saisi selkeämmän käyttämällä monikäyttöisempiä funktiopainikkeita ja samalla voisi osan painikkeista poistaa.
Tasapainotusprosessin nopeuden ja helppouden kannalta huomioitavaa on, että käytettäessä aiemmin määritettyjä vaikutuskertoimia tulisi anturit sijoittaa joka kerta täsmälleen samaan paikkaan koneistoa. Helpoin tapa varmistaa täsmällinen antureiden sijoituspaikka, mikäli tällainen vakiokertoimien käyttö tulee joskus menetelmällä saavutetun tasapainotustarkkuuden ja tuotantomäärien puolesta ajankohtaiseksi, olisi koneistaa valettuun koneiston kylkeen pieni tasopinta.
Turvallisuus
Ammattitaidolla asennettu kiinteä tasapainotuskone on kaikkine turvalaitteineen turvallinen käyttää. Käytännössä työntekijät herkästi pyrkivät kiertämään turvalaitteita ja laiminlyövät niiden käytön normaalia työntekoa hidastavina. Suurin riskitekijä niin kiinteällä kuin kannettavillakin tasapainotuslaitteilla on huonosti kiinnitettyjen massojen tai roottorin päälle unohtuneiden työkalujen sinkoutuminen roottoria
pyöritettäessä. Kenttätasapainotuslaitteilla riski on väliaikaisesti kiinnitettävien testimassojen käytön takia suurempi. Lisäksi tasapainotusnopeus on mahdollista nostaa kenttätasapainotuslaitteita käytettäessä korkeammaksi, joten tämä osaltaan kasvattaa mahdollisesti irtoavan kappaleen vaarallisuutta. Työskentelemällä huolellisesti, pitämällä työympäristö siistinä ja käyttämällä vain kunnossa olevia työkaluja ei tasapainotusprosessi luo merkittävää riskitekijää tuotantoprosessiin.
Kokemuksen merkitys
Nykyisessä tasapainotusratkaisussa jäännösepätasapainon määritys jää täysin tasapainotuksen tekijän arvioinnin varaan. Varmasti työntekijän arviointikyky kehittyy, mitä enemmän kappaleita hän tasapainottaa, mutta ilman mitään jäännösepätasapainon ajoittaista tarkastusta yksittäisen työntekijän hyväksi arvioima jäännösepätasapaino saattaa olla jopa kohtuuttoman pieni tai huonommassa tapauksessa todellista tavoitetta suurempi. Niin kiinteällä kuin kannettavilla tasapainotuslaitteilla voidaan mittaukset tallentamalla luoda tietokanta, jossa on kunkin koneiston mitatut värähtelyt ja korjatut epätasapainot.
Tasapainotusprosessin sujuvuus on kiinteällä tasapainotuskoneella vähiten riippuvainen työntekijän kokemuksesta. Optimaalisesti sujuva kenttätasapainotus vaatii tekijältä kokemusta prosessista ja sen mukanaan tuomaa ”näppituntumaa” sekä värähtelymittausten tulkintaa. Esimerkiksi kenttätasapainotuksen tehokkuus riippuu testimassojen keskinäisestä vaihekulmaerosta sekä näiden sijoittumisesta suhteessa epätasapainoon. Paras tarkkuus saavutetaan mikäli testimassat sijaitsevat 90° vaihe- erossa epätasapainoon nähden. Kokenut tasapainotuksen tekijä pystyy arvioimaan jo ensimmäisen värähtelymittauksen pohjalta mihin kohtaan testimassat kannattaa asentaa.
Tarvittavat muutokset
Nykyinen staattinen tasapainotusprosessi säilyy ennallaan hitaammin pyörivien koneistojen valmistuksessa. Dynaamiseen tasapainotukseen siirtyminen korvaa HRPMX:llä tämän staattisen tasapainotuksen ja siirtää tasapainotuksen tehtäväksi myöhäisemmässä tuotantovaiheessa.
Kenttätasapainotuslaitteita käytettäessä päästään pienimmillä tuotantoprosessin muutoksilla. Koneistoa ei tasapainotuksen takia tarvitse erikseen siirtää mihinkään tai
tuotantoketjua muutenkaan muuttaa. Tasapainotus voidaan tehdä koneiston lopullisen kokoamisen jälkeen osana tuotantotestausta.
Kiinteän tasapainotuskoneen menestyksekäs käyttö vaatii tehtaan lattialta tukevan alustan, joka sitoo koneen tiukasti maahan (turvallisuuskysymys), absorboi epätasapainosta johtuvan liike-energian ja eristää tasapainotettavan kappaleen ulkoisista häiriölähteistä. Koneiston suunniteltuun tuotantoketjuun pitää tehdä lisäys roottorin siirtämiseksi tasapainotuskoneeseen ja siitä takaisin. Tasapainotuskoneen ympärille tulee lisäksi asentaa turva-aidat. Muutos vaatii lisätilaa tehtaan lattialta.
Omatekoinen laitteisto
Wowkin /47/ mukaan kenttätasapainotuksessa yhdellä korjausmassojen lisäyksellä saavutetaan normaalisti 50-80 % värähtelyn pieneneminen. Myös omatekoisella laitteella saavutettiin tämän suurusluokan parannukset värähtelyarvoissa. Lisäksi Wowk /47/ toteaa, että koemassamenetelmän tehokkuus, eli kuinka monta korjausmassojen lisäystä vaaditaan värähtelyn saattamiseen hyväksyttävälle tasolle, on voimakkaasti riippuvainen käytettyjen koemassojen vaihekulmista. Tämä tulikin omatekoisen laitteen testeissä selkeästi esille. Mikäli koemassoilla ei saada aikaiseksi selkeää muutosta alkutilaan verrattuna, jää koemassojen vaikutusta kuvaava muutosvektori pituudeltaan pieneksi ja virheiden merkitys muutosvektorin laskennassa tulee merkitseväksi. Tämä johtaa vääriin korjausmassoihin ja tätä myötä huonoon lopputulokseen. Testijärjestelmän rajoitukset estivät useampien korjausmassojen lisäämisen samassa mittausprosessissa, joten jo ensimmäisillä koijausmassoilla tuli saavuttaa värähtelytason paranemista.
Testit joka tapauksessa osoittivat omatekoisen laitteen toimivan, vaikka aivan samaan tehokkuuteen kaupallisten laitteiden kanssa ei päästy. Tasapamotuslaitteistoa on mahdollista jatkossa kehittää ottamalla käyttöön yhden koemassan menetelmä. Myös vaikutuskertoimien dynaaminen laskenta korjausmassojen perusteella parantaisi mahdollisesti tasapainotuksen tarkkuutta. Kuten neljän pyörityksen menetelmän tulokset osoittivat, voidaan myös yhden tason tasapainotuksella päästä hyvään lopputulokseen. Eri menetelmien käyttömahdollisuus lisäisi tasapainotuslaitteiston monipuolisuutta. Mittauslaitteiston tarkkuutta pystytään parantamaan hankkimalla mittakortti, jonka jännitealue on säädettävissä signaaliin sopivammaksi.
Suositus tasapainotuksen suorittamiseksi jatkossa
HRPMX-koneiston tuotantovolyymista riippuen tulisi tasapainotus hoitaa alkuun kenttätasapainotuslaitteella ostopalveluna kokeneen ja asiantuntevan laitteen käyttäjän tekemänä. HRPMX-koneiston tuotantolinjan henkilöstön tulisi samalla tutustua kenttätasapainotukseen. Kaikista tehdyistä tasapainotuksista tulee tehdä kattava tasapainotusraportti ja mikäli mahdollista, koneistojen käytön kautta tulisi selvittää mikä on sopiva sallittavissa oleva värähtelytaso koneistolle. Tuotantomäärien kasvaessa kenttätasapainotuslaitteen hankinta ja vakituisen henkilöstön sillä tekemä kenttätasapainotus tulee ajankohtaiseksi. Testatuista kaupallisista laitteista Schenckin Smart Balancer19 on käsiteltyyn tarpeeseen sopivin laitteisto.
19 Kaikkien kenttätasapainotuslaitteistojen esittelyt ovat kappaleessa 5.1.1.