數控不落輪鏇床測量系統報警故障分析處理

張偉華，劉云貴

（1.成都工貿職業技術學院，四川成都 610011；2.成都地鐵運營有限公司，四川成都 610011）

0 引言

U2000-400M 型數控不落輪鏇床是由德國Hegenscheidt-MFD 公司生產的高性能機床。該設備主要用于地鐵列車在整列編組、輪對不解體的情況下，對車輪輪緣和踏面進行修復加工。該設備自動化程度高，具備自動測量、加工等功能。

1 故障現象

2022 年1 月22 日上午，某線不落輪鏇床操作人員在進行輪對鏇修作業過程中，執行粗加工后測量程序時，設備出現報警號為21614 的報警停機（圖1）。

圖1 報警情況

2 原因分析

出現該故障后，現場操作人員將設備復位后繼續投入使用，并密切關注車刀在輪對上的切削情況，防止出現扎刀等異常情況，使用不久后再次報該故障。

鑒于其他線同型號不落輪鏇床曾經發生過類似偶發故障，判斷是Z1 軸運行不暢所致。而該設備Z1 軸運行時聲音也存在異常，懷疑在測量頭靠近輪對內側時有可能Z1 軸偶發運行不穩，發生過沖現象，導致測量頭橫向位移超限，出現保護報警，對Z1 軸滾珠絲杠螺母副進行強制潤滑。再次進行輪對鏇修作業，使用不久進入加工后測量程序時，又出現該故障報警停機。為避免影響正常的輪對鏇修作業，耽誤電客車的交付時間，將設備復位后，再次投入使用，并在測量時將左側刀架倍率調低至40%左右，使用不久，再次發生該故障報警停機。

2.1 查閱報警說明

根據報警號調出報警說明，報警說明信息如圖2 所示，分析產生報警的可能原因。由于該報警不是一直存在，首先排除PLC程序（軟限位）原因引起的報警，可能是限位開關被誤觸發或限位開關故障引起的報警。

圖2 報警信息說明

2.2 測量系統及其超限保護原理分析

不落輪鏇床測量系統是該類型設備的核心部件，測量系統的穩定性和測量精度直接影響輪對的鏇修精度。測量系統不穩定或發生故障可能影響輪對鏇修質量，甚至造成設備及人身安全事故。首先對測量系統的原理進行簡要分析，左側刀架及測量裝置如圖3 所示，為拆除蓋板后的左側刀架。左側測量裝置集成在左側刀架內，當進行測量時，測量頭從翻蓋處伸出，左側刀架帶動測量裝置按照測量程序進行運動，完成輪對直徑、內距、軸向竄動和徑向跳動等的測量。

圖3 左側刀架及測量裝置

測量頭上有兩個測量輪，左側測量裝置測量輪對內側面，如圖4 所示，為便于區分，其中一個測量輪為定位測量輪，主要用于輪對軸向定位、內距、竄動的測量；另一個測量輪為磨耗測量輪，主要用于踏面直徑、徑向跳動、踏面磨耗的測量。當進行左側輪對定位、內側距和軸向竄動的測量時，左側刀架帶動測量裝置快速向左橫向移動，靠近并接觸輪對內側面，在定位測量輪接觸輪對的內側面時發生偶發的故障報警。

圖4 左側測量裝置測量輪對內側面

由于測量裝置的重要性，為防止鐵屑或灰塵進入損壞測量系統或影響測量精度，測量裝置由兩層蓋板保護。去掉蓋板后的左側測量裝置如圖5 所示，為取下蓋板后的左側測量裝置（測量頭未伸出）。在測量輪對內側面時，測量裝置由刀架在Z1 軸滾珠絲杠副的帶動下快速橫向移動，因此測量裝置在Z 向（該機床坐標定義橫向為Z 向）有一段緩沖距離，并安裝有光柵尺，用于計量測量輪被擠壓到輪對內側面后產生的Z 向位移，即WM1 軸。為了防止測量輪在接觸輪對內側面時或測量過程中超行程損傷光柵尺及其他硬件，在測量裝置Z 向移動位置末端加裝了接近開關作為限位保護，當接近開關被觸發時，設備立即發生報警停機。

圖5 去掉蓋板后的左側測量裝置

2.3 接近開關觸發裝置結構分析

由于不落輪鏇床測量系統在原工廠已經安裝調試到位，測量系統外部有多層蓋板及防護罩，蓋板螺釘細小且均為專用螺釘，拆卸過程中易掉落，按照廠家提供的設備維保資料，無相關的維保內容，因此日常檢修作業時一般未去掉蓋板進行檢查確認。

而測量裝置整體集成在刀架內，結構緊湊，去掉蓋板后只能看見接近開關部分（圖5），無法分析接近開關是如何被觸發發生保護報警的。因此需要對其觸發裝置的結構及原理進行分析，查閱測量裝置裝配圖，測量系統橫向保護觸發裝置剖視圖如圖6 所示。在測量輪對內側面時，測量裝置以一定的速度橫向靠近并擠壓輪對內側面，由于存在反作用力，且輪對靜止不動，定位測量輪會向相反方向移動，擠壓彈簧并帶動螺釘（螺釘連接在測量裝置撥叉上，由鎖緊螺母鎖緊，撥叉與定位測量輪聯接）橫向移動，若螺釘頭部達到接近開關上面，則觸發接近開關，測量裝置發生保護報警。

圖6 測量系統橫向保護觸發裝置剖視圖

2.4 報警原因分析

2.4.1 接近開關松動

以往其他采用接近開關保護的設備運動部件，一般在發生接近開關松動時，會出現類似報警，因此可能是接近開關松動引起的報警。

2.4.2 觸發螺釘松動

根據接近開關觸發裝置結構分析，若測量系統接近開關的觸發螺釘發生松動，可能導致測量系統有效測量距離逐漸變短，測量輪對時，刀架帶動測量裝置軸向快速運行并碰到輪對內側面，測量頭與輪對內側壁碰觸并壓縮彈簧而快速移動，帶動觸發螺釘頭部觸發接近開關，從而產生保護報警停機。

3 排查故障

3.1 檢查接近開關

去掉測量裝置的蓋板后首先檢查接近開關，接近開關表面無擦痕，鎖緊螺母無松動現象，指示燈指示正常。

3.2 檢查觸發螺釘

由于觸發螺釘安裝在測量裝置的內部，不便檢查。通過檢查左右兩側測量裝置報警時的移動距離，來判斷左側測量裝置的觸發螺釘是否松動。將左側測量頭伸出，測量頭側面架百分表，控制屏調到各軸實時位置界面，一人用手向內側搬動測量頭，配合人員觀察記錄屏幕上WM1 軸（左側測量裝置Z 向軸）報警時移動的距離；照此方法觀察記錄屏幕上WM2 軸（右側測量裝置Z 向軸）報警時移動的距離。左右測量裝置報警前后移動數據對比如圖7 所示。

圖7 左右測量裝置報警移動距離對比

左側測量裝置初始位置-0.776 mm，報警位置2.82 mm，移動距離為3.596 mm，百分表讀數3.6 mm，說明光柵尺沒有問題；右側測量裝置初始位置-0.326 mm，報警位置6.307 mm，移動距離為6.633 mm，比左側距離長3.033 mm。由此，基本可以判斷，左側測量裝置觸發螺釘松動，導致其到接近開關的移動距離變短，當測量左側輪對內側面時，觸發螺釘頭部觸發接近開關引起報警保護。

4 處理故障及采取的措施

使用專用工具從測量裝置側面調節觸發螺釘的位置，同時用手向內側搬動測量裝置，觀察屏幕直到報警時移動距離接近6.6 mm 左右（與右側相當），將鎖緊螺母鎖緊，并畫上防松線。恢復設備，測量一對已加工的輪對，測量數據和前期對比，無異常，進行輪對鏇修，未出現類似報警，設備恢復正常。

由于不落輪鏇床為到段整體安裝，測量系統在原工廠已經安裝調試到位，鑒于測量系統的重要性，外部有多層蓋板及防護罩，而廠家提供的維保手冊未提及，驗收和日常檢修作業時未進行檢查確認。因此后續維保列入質疑修范疇，每年結合年檢作業拆除蓋板，檢查觸發螺釘鎖緊螺母防松線是否正常。