降低殷瓦自動焊機的故障頻率

楊文林, 包套圖

（渤海船舶職業學院，遼寧葫蘆島 125000）

0 引言

LNG船液貨艙圍護系統建造使用設備有很多種類型，如殷瓦自動點焊機（MO1）、殷瓦自動縫焊機（MO2）、凸緣螺柱自動焊機（MO3）、端部列板自動焊機（MO4）、連接件基座自動焊機（MO5）、單折邊列板自動焊機（MO6）、錨固帶材自動焊機（MO7/8）。設備故障頻率，即設備在單位工作時間內發生的故障次數，是衡量設備使用運行狀態好壞的一個重要指標。這七種設備在前5條LNG船圍護系統設備故障頻率統計情況如圖1所示。

從圖1中可見，殷瓦自動縫焊機（MO2）在每一條LNG船建造使用的故障頻率，均超過了2次/工作日，要遠遠高于其他自動焊接設備；而且隨著使用時間的推移，使用設備的故障頻率呈現上升的趨勢，LNG#5船的MO2焊機故障頻率甚至高達2.76次/工作日。

圖2 殷瓦自動縫焊機（MO2）

過高的設備故障頻率，不但造成整個液貨艙圍護系統的生產工作進度的減緩，同時也降低了整個液貨艙殷瓦膜的焊接質量。MO2焊機，是LNG船液貨艙圍護系統建造所使用的一種進口設備，如圖2所示，主要用于主次層殷瓦膜的焊接工作，其焊接工作量接近全船總焊接工作量的90%，其焊縫總長度接近 100 kM。MO2焊機的每一次設備故障，不但直接影響著整個液貨艙圍護系統的生產工作進度，同時也間接影響著整個液貨艙殷瓦膜的焊接質量。

1 分析MO2焊機的主要故障因素

根據前5條LNG船MO2焊機所有的報修維修記錄，對每項故障內容進行分析歸納，分析MO2焊機的主要故障因素。從圖3中可見，MO2焊機的機頭驅動板燒損的故障次數多達749次，比例高達64%，是MO2焊機的主要故障因素。

MO2焊機機頭驅動板燒損這一主因故障，主要表現在驅動板上電氣元件的燒損嚴重，而造成燒損現象主要還是由于大電流或大熱量流經電路板，導致電氣元件過載而燒損。根據驅動板大電流或大熱量的來源，對機頭驅動板燒損進行原因分析，發現有三點原因：驅動板工作強度設計能力不足；安裝位置不合理；員工培訓不到位。通過試驗，排查，發現驅動板工作強度設計能力不足是MO2焊機機頭驅動板燒損的主要因素。

2 制定對策

根據驅動板工作強度設計能力不足的主要原因，提出了如下對策：移除設備機頭驅動板，使用先進技術來代替驅動板的作用。即使用目前市場主流先進縫焊機的驅動系統，即交流伺服驅動系統，來代替目前進口設備所使用的由機頭驅動板來直接控制的直流調速電動機驅動系統，以徹底移除機頭驅動板，停止使用，來根除驅動板對焊機的影響。

交流伺服驅動系統新興于21世紀，是目前市場流行的主流技術。使用PLC技術，當設備故障時僅通過伺服驅動器的報警代碼即可找到問題根源，維修效率大大提高，維修成本低。雖然使用新的驅動系統以代替舊的驅動系統，需要前期一定的投入，但是總體來說，經濟效益還是可觀的。

3 實施

3.1 分析原直流調速電動機驅動系統原理及線路布置圖

直流調速電動機驅動系統，主要由直流穩壓電源、驅動板、直流電動機等幾部分組成的，如圖4所示。直流穩壓電源位于焊機電源上，將單相380 V的交流電轉換成為48 V直流電，用于對驅動板的供電；驅動板位于焊機機頭上，不但有48 V直流電的供電輸入，還有遙控器傳送而來的開關信號，以及對直流電動機的信號指令輸出及反饋；直流電動機同樣位于焊機機頭上，接受驅動板傳送而來的速度指令，通過速度輸出來帶動焊機的機械傳動裝置。

3.2 拆除驅動板等直流驅動系統裝置

首先，拆除原有驅動系統元器件的線路連接，從輸入端至輸出端共計5根線：單相380 V交流電變壓器輸入線（2×2.5 mm2）；48 V直流電變壓器輸出線（2×2.5 mm2）；遙控器開關信號線（2×0.75 mm2）；速度指令輸出線（3×0.75 mm2）；速度檢測反饋線（4×0.35 mm2），然后，將直流穩壓電源、驅動板、直流電動機等原驅動系統的元器件從設備上拆除

3.3 分析交流伺服驅動系統原理

交流伺服驅動系統，是由伺服放大器、伺服電動機等組成。[5]交流伺服驅動系統的工作原理是，伺服放大器通過收取遙控開關信號，將內部設定好的程序輸出至伺服電動機上，伺服電動機上的伺服編碼器根據伺服放大器的指令，來控制伺服電動機的速度輸出，并以此來帶動機頭行走。

3.4 交流伺服系統裝置及部件的選取及采購

目前市場上比較主流的交流伺服驅動系統配置有兩種：伺服放大器（MR-J2S-40A 和MR-J3-40A兩種配置）和伺服電動機（HC-KFS43和HF-KP43兩種配置）。

由于 MO2焊機使用交流伺服驅動系統，主要目的是使用伺服放大器的“速度控制模式”這一功能，其余的功能均很少涉及，因此，在考慮成本節約以及安裝便捷等因素后，決定選擇使用 HC-KFS43配置的J2S型伺服系統。

圖4 原MO2焊機驅動系統電氣原理圖

3.5 改造后設備前期實船效果檢驗

設備改造工作結束后，我們對前期最先改好的4臺MO2自動焊機，進行了實船焊接，并每5分鐘測量記錄伺服放大器的工作溫度。實驗顯示，每一次的測量溫度均沒有超過安全溫度50℃，達到了預期的目標。同時，對這些設備的故障次數做了詳細的統計， 圖5是兩個階段的數據總結。

從上圖5可以看出，實船焊接試驗中，12個工作日中只出現了 8次設備故障，故障頻率為0.67臺/工作日，小于1臺/工作日。

4 結論

LNG船液貨艙圍護系統進口MO2焊機改造后，其改造成本及使用運行維護成本，比起原設備也有很大的改觀。雖然在改造成本上，新的交流伺服驅動系統的成本費用約為2萬元，但在使用運行維護方面，改造設備的維護成本極為低廉，比起原設備的維護成本要節約將近3萬元，對改造成本及維護成本進行總計，平均每臺設備可以節約1萬元左右。

目前在 LNG#6船建造過程中，我們已經對現有的 7臺 MO2焊機進行了驅動改造，則所節約的總費用已達到了 7萬元。而對于后續 LNG船，由于沒有了改造的成本，每條船預計可節約的總體成本可達21萬元，經濟效益十分可觀。

[1] 王德云，鄭銘，孫淑娟，杜秀華. LNG船液貨系統的安全儀表系統設計方法研究[J].上海：微型電腦應用，2010,（2）：12-14.

[2] 李富昌，耿海平. LNG船標準體系研究[J]. 北京：國防技術基礎，2006,（6）：4-7.

[3] 張力重，林紅旗. 交流伺服電機驅動機械式壓力機的發展[J]. 廣西：裝備制造技術，2007,（3）：49-51.

[4] 錢立根，洪軍. BE包裝機直流電動機驅動系統[J].北京：電氣時代，2005,（5）：116-117.

[5] 李保，王長華，倪森祥.基于伺服電機轉矩模式的動態力矩測試系統[J]. 浙江：機電工程，2009,（8）：79-81.