大型非標設備旋轉不同步故障分析與處理

張 杰，徐衛東，王東明

（天津航天長征火箭制造有限公司，天津 300462）

大型非標設備旋轉不同步故障分析與處理

張 杰，徐衛東，王東明

（天津航天長征火箭制造有限公司，天津 300462）

大型非標設備在旋轉過程中出現不同步故障，造成工件劃傷，調整相關參數，避免劃傷情況再次發生。

大型非標設備；同步旋轉；力矩控制

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.34

1 故障現象

某大型非標設備由床頭、床尾和壓緊機構組成，可實現床頭床尾的單動或同步聯動。用于筒段與筒段之間的旋轉焊接。曾出現過2處故障：

（1）在同步聯動焊接過程中，待焊接的2個筒段分別通過床頭上的連接螺栓和床尾最內側的內撐塊連接到床頭床尾上，2個筒段的中間接觸待焊部位用床尾上的最外側內撐塊撐緊。完成焊接后，先拆床尾上的下部內撐塊，然后床頭床尾同步旋轉180°，再拆卸另一半內撐塊。拆卸完成后，整個焊接過程結束。

某次焊接時，拆完床尾上的下部內撐塊，在床頭床尾同步旋轉180°將未拆完內撐塊旋轉到下部過程中，床頭電機突然停轉。這時床尾帶動內撐塊繼續旋轉，而工件固定在床頭上已停止旋轉，工件和床尾處于松散連接狀態。內撐塊的撐板銳棱相對工件旋轉，導致銳棱銑切工件焊漏。切掉的焊漏長40～50 mm，深1～2 mm，且焊漏旁邊區域也被擦傷。

（2）筒段與筒段在焊接前，需要先對正象限。床頭單動對正象限后，撐緊各內撐塊。這時2筒段之間接近剛性連接。對好象限后需對焊接狀態進行調整，這時需要床頭床尾同步旋轉，在同步旋轉幾周后，發現對好的筒段象限發生了偏移。同步旋轉過程中的偏移造成需再次對筒段象限進行調整，然后再次調整焊接狀態。且同步旋轉時，床頭側筒段相對內撐塊之間的相對滑動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 床頭突然停止旋轉原因分析

床頭床尾開始同步旋轉時，因床頭有離合器，在剛開始運動時，床頭先執行離合器閉合動作。而離合器完成閉合動作可能有一定延時，這造成在同步運動時，床尾位置一直超前床頭，床頭床尾不同步。在同步運動時，運動系統為調整同步，減少床頭床尾之間的位置偏差，床頭就會增加力矩追趕床尾，但床頭與床尾之間通過工件近似剛性連接，所以無法追上床尾。床頭端不斷增加力矩，當力矩加到電機允許的最高值時，床頭電機報警停止。但在系統安全設置中，床尾床頭同步運動并沒有設定報警互鎖，造成床頭雖然停機，但床尾繼續旋轉，從而造成損傷工件的故障。

2.2 2筒段出現位置偏移的原因

在安裝好工件并撐緊內撐塊后進入焊接連接狀態，因床頭筒段和床尾筒段同軸度的偏差原因，2筒段連接位置相對床頭床尾的旋轉半徑不同。在進行同步旋轉時，床尾、床頭在同步程序中執行的是角度位置同步控制，位置信息來自床頭、床尾的旋轉光柵尺。在實際旋轉過程中，床尾旋轉ΔX°，床頭也要旋轉ΔX°，但因床頭、床尾上所固定的2筒段旋轉半徑r1和r2不同，導致連接處的線速度分別為ΔX°×r1和ΔX°×r2，因而出現互相滑動的趨勢。但2筒段連接處通過內撐塊連接在一起，相對滑動需要克服和內撐塊的摩擦力，該摩擦力變為床頭床尾2端角位置同步的阻力，相對滯后的一端通過提高電機力矩以達到角位置控制同步，所以會出現床尾、床頭力矩交替升高的趨勢（圖2）。

圖2 床頭床尾焊接狀態運行力矩截圖

3 處理措施

（1）在床頭床尾2旋轉軸之間加入報警互鎖，當其中任一個軸出現報警時，另一個軸同時停機，同時床頭離合器斷開，脫離動力，變為可自由旋轉狀態。加軸的命令為：Axis_A1(B1)error= yes。

（2）在床頭電機上加入力矩輸出限制功能，限制值為20 N·m，當床頭側力矩達到20 N·m時，力矩不再繼續上升。經試驗，20 N·m力矩剛好能克服床頭側摩擦力。

4 試運行試驗

4.1 床頭床尾2筒段完全處于脫開狀態

（1）試驗狀態描述：床頭床尾2筒段完全處于脫開狀態，兩者之間在聯動狀態下進行旋轉。

（2）試驗過程描述：以實際焊接方向進行旋轉，速度為0.5°/s，監控電機力矩狀態有無變化。

試驗結果：床頭、床尾力矩值均未達到最高限幅。

4.2 床頭床尾2筒段依靠軸向力稍微接觸

（1）試驗狀態描述。床尾側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，所有內撐塊全部脫開，和床尾之間的力矩傳遞完全依靠2端面的摩擦力來完成。在2筒段之間劃線定位2筒段位置。

（2）試驗過程描述。以實際焊接方向進行旋轉，從0.1°～0.5°/s變化，監控力矩狀態變化情況。

（3）試驗結果。床頭力矩達到力矩限幅最大值，床尾力矩成波浪狀變化。在旋轉過程中發生了2次滑移，停止后發現叉形環和定位塊上面的劃線相差2 mm。

4.3 床頭床尾依靠較大的軸向力頂緊

（1）試驗狀態描述。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，所有內撐塊全部脫開，兩者之間的力矩傳遞完全依靠兩端面進行，但兩者之間的軸向力更大；在2筒段之間劃線定位。

（2）試驗過程描述。依靠正向速度旋轉，從0.1°～0.5°/s變化，監控力矩狀態變化。

（3）試驗結果。達到床頭力矩最大值21.5 N·m；床尾力矩值在整個運動過程中較低（＜10 N·m）。劃線未出現位移。

4.4 床頭床尾依靠較大的軸向力頂緊，且內撐塊撐緊

（1）試驗狀態描述。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，同時撐緊了一半的內撐塊(和出故障時的狀態一致)。2筒段之間劃線定位。

（2）試驗過程描述。以實際焊接方向進行旋轉，旋轉速度從0.1°～0.5°/s變化，監控力矩狀態變化。

（3）試驗結果。床頭力矩達到最大值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°。在旋轉過程中未發現滑移。

4.5 試驗結論

經試驗，故障處理措施滿足工件生產需求，床頭在該力矩限制下，床頭床位2筒段間未發生相互滑動，正常拆卸也不會產生內撐塊和工件相互滑動。避免了工件劃傷的發生。

5 結語

在大型非標焊接設備2軸同步聯動旋轉過程中，因工件裝配原因，同軸度帶來的2個被焊接工件在同一區域線速度不一致的情況和數控系統的角位置同步控制存在著矛盾等，需根據實際狀況采用降低一側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設備同軸度不好的情況。

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〔編輯 王永洲〕