大型非標(biāo)設(shè)備旋轉(zhuǎn)不同步故障分析與處理

張 杰，徐衛(wèi)東，王東明

（天津航天長(zhǎng)征火箭制造有限公司，天津 300462）

大型非標(biāo)設(shè)備旋轉(zhuǎn)不同步故障分析與處理

張 杰，徐衛(wèi)東，王東明

（天津航天長(zhǎng)征火箭制造有限公司，天津 300462）

大型非標(biāo)設(shè)備在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)不同步故障，造成工件劃傷，調(diào)整相關(guān)參數(shù)，避免劃傷情況再次發(fā)生。

大型非標(biāo)設(shè)備；同步旋轉(zhuǎn)；力矩控制

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.34

1 故障現(xiàn)象

某大型非標(biāo)設(shè)備由床頭、床尾和壓緊機(jī)構(gòu)組成，可實(shí)現(xiàn)床頭床尾的單動(dòng)或同步聯(lián)動(dòng)。用于筒段與筒段之間的旋轉(zhuǎn)焊接。曾出現(xiàn)過(guò)2處故障：

（1）在同步聯(lián)動(dòng)焊接過(guò)程中，待焊接的2個(gè)筒段分別通過(guò)床頭上的連接螺栓和床尾最內(nèi)側(cè)的內(nèi)撐塊連接到床頭床尾上，2個(gè)筒段的中間接觸待焊部位用床尾上的最外側(cè)內(nèi)撐塊撐緊。完成焊接后，先拆床尾上的下部?jī)?nèi)撐塊，然后床頭床尾同步旋轉(zhuǎn)180°，再拆卸另一半內(nèi)撐塊。拆卸完成后，整個(gè)焊接過(guò)程結(jié)束。

某次焊接時(shí)，拆完床尾上的下部?jī)?nèi)撐塊，在床頭床尾同步旋轉(zhuǎn)180°將未拆完內(nèi)撐塊旋轉(zhuǎn)到下部過(guò)程中，床頭電機(jī)突然停轉(zhuǎn)。這時(shí)床尾帶動(dòng)內(nèi)撐塊繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，而工件固定在床頭上已停止旋轉(zhuǎn)，工件和床尾處于松散連接狀態(tài)。內(nèi)撐塊的撐板銳棱相對(duì)工件旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致銳棱銑切工件焊漏。切掉的焊漏長(zhǎng)40～50 mm，深1～2 mm，且焊漏旁邊區(qū)域也被擦傷。

（2）筒段與筒段在焊接前，需要先對(duì)正象限。床頭單動(dòng)對(duì)正象限后，撐緊各內(nèi)撐塊。這時(shí)2筒段之間接近剛性連接。對(duì)好象限后需對(duì)焊接狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，這時(shí)需要床頭床尾同步旋轉(zhuǎn)，在同步旋轉(zhuǎn)幾周后，發(fā)現(xiàn)對(duì)好的筒段象限發(fā)生了偏移。同步旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的偏移造成需再次對(duì)筒段象限進(jìn)行調(diào)整，然后再次調(diào)整焊接狀態(tài)。且同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，床頭側(cè)筒段相對(duì)內(nèi)撐塊之間的相對(duì)滑動(dòng)造成了工件的表面擦傷（圖1）。

圖1 工件劃傷情況

2 故障初步原因分析

2.1 床頭突然停止旋轉(zhuǎn)原因分析

床頭床尾開(kāi)始同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，因床頭有離合器，在剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，床頭先執(zhí)行離合器閉合動(dòng)作。而離合器完成閉合動(dòng)作可能有一定延時(shí)，這造成在同步運(yùn)動(dòng)時(shí)，床尾位置一直超前床頭，床頭床尾不同步。在同步運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)為調(diào)整同步，減少床頭床尾之間的位置偏差，床頭就會(huì)增加力矩追趕床尾，但床頭與床尾之間通過(guò)工件近似剛性連接，所以無(wú)法追上床尾。床頭端不斷增加力矩，當(dāng)力矩加到電機(jī)允許的最高值時(shí)，床頭電機(jī)報(bào)警停止。但在系統(tǒng)安全設(shè)置中，床尾床頭同步運(yùn)動(dòng)并沒(méi)有設(shè)定報(bào)警互鎖，造成床頭雖然停機(jī)，但床尾繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而造成損傷工件的故障。

2.2 2筒段出現(xiàn)位置偏移的原因

在安裝好工件并撐緊內(nèi)撐塊后進(jìn)入焊接連接狀態(tài)，因床頭筒段和床尾筒段同軸度的偏差原因，2筒段連接位置相對(duì)床頭床尾的旋轉(zhuǎn)半徑不同。在進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，床尾、床頭在同步程序中執(zhí)行的是角度位置同步控制，位置信息來(lái)自床頭、床尾的旋轉(zhuǎn)光柵尺。在實(shí)際旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，床尾旋轉(zhuǎn)ΔX°，床頭也要旋轉(zhuǎn)ΔX°，但因床頭、床尾上所固定的2筒段旋轉(zhuǎn)半徑r1和r2不同，導(dǎo)致連接處的線(xiàn)速度分別為ΔX°×r1和ΔX°×r2，因而出現(xiàn)互相滑動(dòng)的趨勢(shì)。但2筒段連接處通過(guò)內(nèi)撐塊連接在一起，相對(duì)滑動(dòng)需要克服和內(nèi)撐塊的摩擦力，該摩擦力變?yōu)榇差^床尾2端角位置同步的阻力，相對(duì)滯后的一端通過(guò)提高電機(jī)力矩以達(dá)到角位置控制同步，所以會(huì)出現(xiàn)床尾、床頭力矩交替升高的趨勢(shì)（圖2）。

圖2 床頭床尾焊接狀態(tài)運(yùn)行力矩截圖

3 處理措施

（1）在床頭床尾2旋轉(zhuǎn)軸之間加入報(bào)警互鎖，當(dāng)其中任一個(gè)軸出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，另一個(gè)軸同時(shí)停機(jī)，同時(shí)床頭離合器斷開(kāi)，脫離動(dòng)力，變?yōu)榭勺杂尚D(zhuǎn)狀態(tài)。加軸的命令為：Axis_A1(B1)error= yes。

（2）在床頭電機(jī)上加入力矩輸出限制功能，限制值為20 N·m，當(dāng)床頭側(cè)力矩達(dá)到20 N·m時(shí)，力矩不再繼續(xù)上升。經(jīng)試驗(yàn)，20 N·m力矩剛好能克服床頭側(cè)摩擦力。

4 試運(yùn)行試驗(yàn)

4.1 床頭床尾2筒段完全處于脫開(kāi)狀態(tài)

（1）試驗(yàn)狀態(tài)描述：床頭床尾2筒段完全處于脫開(kāi)狀態(tài)，兩者之間在聯(lián)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

（2）試驗(yàn)過(guò)程描述：以實(shí)際焊接方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，速度為0.5°/s，監(jiān)控電機(jī)力矩狀態(tài)有無(wú)變化。

試驗(yàn)結(jié)果：床頭、床尾力矩值均未達(dá)到最高限幅。

4.2 床頭床尾2筒段依靠軸向力稍微接觸

（1）試驗(yàn)狀態(tài)描述。床尾側(cè)筒段依靠表面軸向定位塊和固定在床頭箱子上的筒段端面頂緊在一起，所有內(nèi)撐塊全部脫開(kāi)，和床尾之間的力矩傳遞完全依靠2端面的摩擦力來(lái)完成。在2筒段之間劃線(xiàn)定位2筒段位置。

（2）試驗(yàn)過(guò)程描述。以實(shí)際焊接方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從0.1°～0.5°/s變化，監(jiān)控力矩狀態(tài)變化情況。

（3）試驗(yàn)結(jié)果。床頭力矩達(dá)到力矩限幅最大值，床尾力矩成波浪狀變化。在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生了2次滑移，停止后發(fā)現(xiàn)叉形環(huán)和定位塊上面的劃線(xiàn)相差2 mm。

4.3 床頭床尾依靠較大的軸向力頂緊

（1）試驗(yàn)狀態(tài)描述。床尾筒段依靠表面軸向定位塊和固定在床頭上筒段頂緊在一起，所有內(nèi)撐塊全部脫開(kāi)，兩者之間的力矩傳遞完全依靠?jī)啥嗣孢M(jìn)行，但兩者之間的軸向力更大；在2筒段之間劃線(xiàn)定位。

（2）試驗(yàn)過(guò)程描述。依靠正向速度旋轉(zhuǎn)，從0.1°～0.5°/s變化，監(jiān)控力矩狀態(tài)變化。

（3）試驗(yàn)結(jié)果。達(dá)到床頭力矩最大值21.5 N·m；床尾力矩值在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中較低（＜10 N·m）。劃線(xiàn)未出現(xiàn)位移。

4.4 床頭床尾依靠較大的軸向力頂緊，且內(nèi)撐塊撐緊

（1）試驗(yàn)狀態(tài)描述。床尾筒段依靠表面軸向定位塊和固定在床頭上筒段頂緊在一起，同時(shí)撐緊了一半的內(nèi)撐塊(和出故障時(shí)的狀態(tài)一致)。2筒段之間劃線(xiàn)定位。

（2）試驗(yàn)過(guò)程描述。以實(shí)際焊接方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度從0.1°～0.5°/s變化，監(jiān)控力矩狀態(tài)變化。

（3）試驗(yàn)結(jié)果。床頭力矩達(dá)到最大值21.5 N·m，床尾力矩最大值為16 N·m。最后的最大編碼器角度偏差為0.008°。在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)滑移。

4.5 試驗(yàn)結(jié)論

經(jīng)試驗(yàn)，故障處理措施滿(mǎn)足工件生產(chǎn)需求，床頭在該力矩限制下，床頭床位2筒段間未發(fā)生相互滑動(dòng)，正常拆卸也不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)撐塊和工件相互滑動(dòng)。避免了工件劃傷的發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

在大型非標(biāo)焊接設(shè)備2軸同步聯(lián)動(dòng)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，因工件裝配原因，同軸度帶來(lái)的2個(gè)被焊接工件在同一區(qū)域線(xiàn)速度不一致的情況和數(shù)控系統(tǒng)的角位置同步控制存在著矛盾等，需根據(jù)實(shí)際狀況采用降低一側(cè)軸力矩輸出的方式加以解決。該方法也可用于其他大型非標(biāo)設(shè)備同軸度不好的情況。

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〔編輯 王永洲〕