高速搬運機械手的維護保養策略探討

余國威

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

瑞士GUDEL單臂搬運機械手由Y/U/B/A共4軸組成，其中Y軸(圖1所示D軸)實現機械手整體的前后運行，U軸（圖1所示C軸）實現單臂的伸縮運動，B軸實現單臂的翻轉運動，A軸實現板料抓取在水平方向上的調整運動。在其工作過程中，通過Y/U/B/A這4軸的協調配合，在兩臺壓力機之間進行往復運動，實現板料的運輸功能。

圖1 GUDEL單臂機械手運行示意圖

瑞士GUDEL機械手設計運行節拍達到12次/min，相對于日本FAUNC的6軸搬運機器人在實際運行中最高只能達到7.5次/min而言，其在生產效率上有著顯著的優勢。然而，GUDEL機械手的高速運行是基于其高精度的機械裝配為前提的。根據在現場運行的經驗積累，一旦主傳動和行走部件出現因潤滑、保養、震動等原因造成的配合間隙變大的情況，其故障率就會變高，嚴重影響它的運行效率。

上汽通用五菱汽車股份有限公司河西基地沖壓車間I線共有6臺GUDEL機械手，2012年投入使用。自投入使用以來，長期在每周6天，每天24 h，以9-10次/min的節拍運行的高負荷情況下工作。這樣的情況下，使機械手成為沖壓車間產能輸出的關鍵所在，I線也多次刷新沖壓車間單班次產量記錄。然而，在高節拍運行的同時，也一直伴隨著較高的故障率，嚴重影響生產效率，造成公司時間、人力的資源浪費。經過分析總結，設備維修團隊判斷較高的故障率是由于震動大、潤滑不良、節拍過快及維護保養時間少這4個因素造成的。本論文將結合以上4個因素對GUDEL單軸機械手的維護保養策略進行探討。

1 影響GUDEL單臂機械手故障率的因素

1.1 機械手懸掛大梁震動大

I線壓力機是濟南二機床的LS4-2250T/5和JF39-1000C/9閉式單動機械壓力機，它（們）的四個立柱通過隔震墊與地面連接，在沖壓板料的過程中會產生較大的震動。I線機械手的懸掛大梁與壓力機的立柱通過螺栓連接在一起，壓力機在工作過程中產生的震動通過立柱傳遞到機械手的懸掛大梁上，進而造成機械手的整體震動。我們曾在機械手的保養過程中多次發現懸掛大梁的連接螺栓被剪斷的情況（如圖2）。長期在一種較大震動的環境中運行，造成機械手各部件的配合間隙變大，引起主傳遞軸和聯軸器的磨損，最終造成F8023等故障報警的頻繁出現，產生較高的故障停線率。

圖2 被剪斷的螺栓

面對螺栓被剪斷的問題，由于受現場實際情況所限，設備維修團隊采取了兩個措施：

（1）參考《新編五金手冊》中螺栓強度標準（如表1）[1]，將機械手原有所有強度為8.8級的大梁連接螺栓更換為12.9級的。

表1 螺栓強度標準參數表

（2）在PM（預防性維修）[2]標準中規定，維修人員必須每月對機械手所有大梁連接螺栓做檢查，發現斷裂及時處理。

以上兩點措施只能作為解決問題的臨時措施，并不能徹底解決震動大的問題。從理論上分析，如果想將該問題消除，需將機械手懸掛大梁與壓力機立柱分離開來，將機械手安裝在單獨的立柱上，從根源上將機械手的外部震動消除掉。

1.2 潤滑不良

GUDEL機械手的傳動和行走機構構成為：伺服電機+聯軸器+減速箱+齒輪齒條+軸承滾輪。這其中減速箱和軸承滾輪的潤滑最為關鍵，一旦出現潤滑不良甚至缺油的情況，就會導致減速箱和軸承滾輪的磨損損壞。減速箱在出現磨損時，會導致機械手在運行過程中出現異響，在磨損逐漸嚴重后，就會導致減速箱齒輪的崩齒甚至齒被全部磨平（如圖3），引起機械手頻繁沖撞硬限位和F8023報警，最終造成機械手無法運行。軸承滾輪出現磨損時，也會導致機械手在運行過程中出現異響，伴隨著滾輪表面和導軌磨出鐵屑（如圖4），最終造成機械手運行軌跡的變異。

圖3 減速箱齒輪齒被磨平

圖4 軸承滾輪磨出鐵屑

對于機械手潤滑不足的問題，經過觀察分析發現機械手在潤滑保養的設計上存在多處盲點，如機械手Y軸行走導輪組件和U軸減速箱均沒有自動潤滑系統，在不將導輪組件和減速箱整體拆卸的情況下也無法進行手動潤滑。在生產線高負荷運行的情況下，留給設備維修團隊進行整體拆卸潤滑的時間極少，這樣就導致機械手Y軸導向輪和U軸減速箱長期在潤滑不良的狀態下運行，最終造成磨損損壞，引起機械手故障。

面對機械手在潤滑設計上的缺陷，對機械手原有的自動潤滑系統進行了改進，增加了Y軸行走導輪組件的自動潤滑功能（如圖5），消除了Y軸導向輪潤滑不良的問題。但是U軸減速箱由于安裝在機械手的內部且在機械手運行過程中不斷的隨U軸進行轉動，無法增加自動潤滑功能。對于機械手減速箱存在的這個共性問題，我們針對每一臺機械手建立了專門的潤滑記錄表，將減速箱的換油記錄和周期記錄于表中并在PM（預防性維修）標準中規定，維修人員必須在固定的周期內對減速箱進行換油，以消除減速箱潤滑不良的問題。在以上兩個措施落實實施以后，有效地降低了機械手傳動和行走機構的磨損，大大地降低了該因素造成的停線問題。

圖5 Y軸行走導輪自動潤滑管路

1.3 節拍過快

GUDEL機械手設計運行節拍為12次/min，但是在實際生產中卻從來未達到過10次/min以上的運行速度。結合實際情況和理論分析，設備維修團隊認為在像上汽通用五菱汽車股份有限公司河西基地沖壓車間這樣每周6天、每天24小時的高工作負荷下，機械手的運行節拍應控制在設計節拍的75%，即9次/min以下。對于9次/min的節拍這個經驗值，設備維修團隊與沖壓車間一起進行了試驗驗證，收集了一個季度內機械手運行節拍在9次/min以上和以下運行的機械手故障率數據，發現機械手運行節拍在9次/min以上時的故障率為8.75%，運行節拍在9次/min以下時的故障率為1.52%.通過這兩個故障率數據對比，發現節拍在9次/min以上時的故障率是在9次/min以下時的5.76倍，這也有效地驗證了我們對機械手運行節拍限制的判斷。因此，對于機械手運行節拍的控制就顯得由為重要，為了達到生產效率最優化，必須在運行節拍和故障率之間找到一個平衡點。這個平衡點的獲取需要結合不同的生產任務需求和長期的數量收集分析獲得。

1.4 維護保養時間少

基于上汽通用五菱汽車股份有限公司河西基地沖壓車間I線每周6天、每天24小時的運行模式，留給設備維修團隊對機械手維護保養的時間是非常少的，每周只能利用周末停產時的8個小時對機械手進行維護保養。受人力資源問題限制，在這8個小時中，很難做到對6臺機械手的全面保養，就會導致一些小問題的積累，長期以往就導致了大故障的出現。

對于這個問題，設備維修團隊采取了兩個措施：

（1）在PM（預防性維修）[2]標準中規定，維修人員必須每月對機械手Y/U/B軸的間隙進行測量，一旦發現軸間隙超出了標準范圍，則立即停機對軸間隙進行調整、檢修，降低軸間隙降低到標準范圍；

（2）針對I線機械手制定專項PM（預防性維修）[2]計劃，將機械手的PM內容劃分為多個60分鐘左右的工作包，每天每班次開展60分鐘專項PM（預防性維修）[2]工作，如在這個過程中發現了故障隱患就可以及時地消除掉，避免了小問題的積累。

以上兩點措施的實施，有效地控制了機械手重大故障的出現，達到了降低設備停線率的效果。

2 結束語

本論文闡述了GUDEL單臂機械手在上汽通用五菱汽車股份有限公司河西基地每年百萬輛的產量情況下運用的維護保養的具體情況。這是在特定的設備管理體系和產量背景下作的關于GUDEL單臂機械手的維護保養策略的經驗分享與探討。

完善的設備維護保養體系和正確具有針對性的設備維護保養策略，遵循設備運行保養的客觀規律，保證設備能夠得到及時正確的維護保養，是保證設備長期穩定運行的根本所在。在設備的運用過程中，只有做好了維護保養，才能得到高效的設備輸出。

[1]陳 永，潘繼民.新編五金手冊[M].北京：機械工業出版社，2010.

[2]楊申仲.現代設備管理[M].北京：機械工業出版社，2010.