周曉輝，胡會山，張 旭

Zhou Xiaohui, Hu Huishan, Zhang Xu

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心、河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

0 引 言

升降機(jī)在工件交接過程中以其控制簡單、方便而普遍應(yīng)用。目前，我公司焊裝車間在前機(jī)艙底板線吊上工位、后地板線吊上工位采用單柱鏈?zhǔn)缴禉C(jī)，升降電機(jī)采用三菱A700系列變頻器控制。故障發(fā)生在前機(jī)艙底板線吊上工位，升降機(jī)將工件吊裝完畢后，剛上升時升降電機(jī)變頻器頻繁發(fā)生過流保護(hù)，導(dǎo)致線體不能正常運(yùn)行。

1 原因分析

升降機(jī)在運(yùn)行過程中發(fā)生滑輪組抖動現(xiàn)象，在吊裝工件上升過程中變頻器報過電流故障以及升降機(jī)電機(jī)發(fā)熱、發(fā)燙，導(dǎo)致設(shè)備不能正常運(yùn)行。發(fā)生故障后通過對現(xiàn)場問題分析，總結(jié)出以下 3個方面。

1）升降機(jī)負(fù)載過大，導(dǎo)致瞬間電流過高

此故障問題不但影響生產(chǎn)，電流過高對現(xiàn)場電氣系統(tǒng)、設(shè)備元件也產(chǎn)生了潛在危險。前機(jī)艙底板線自行小車升降機(jī)采用的是 SEW 減速電機(jī)，電氣控制使用變頻器調(diào)速，并通過現(xiàn)場PLC將變頻器報警信息連入系統(tǒng)程序進(jìn)行聯(lián)鎖控制?，F(xiàn)場升降機(jī)在空車下降過程中運(yùn)行比較平穩(wěn)，但是在吊上工件向上加速運(yùn)行時發(fā)生變頻器報警?，F(xiàn)場工件重量與升降機(jī)電機(jī)負(fù)載如表1、表2所示。

表1 工件重量

表2 鏈?zhǔn)缴禉C(jī)屬性

由于現(xiàn)場使用的是單柱鏈?zhǔn)缴禉C(jī)，升降中需要帶動自行小車以及相關(guān)固定框架、軌道、滑觸線等配件結(jié)構(gòu)，且立柱、滑輪組等升降機(jī)配件機(jī)械結(jié)構(gòu)比較粗糙，安裝平整度精度低；同時升降機(jī)上部框架較重，形成“頭重腳輕”現(xiàn)象（圖1），造成升降機(jī)主體向前傾，升降機(jī)滑輪組在運(yùn)行中受力不均勻（圖2），升降過程中摩擦系數(shù)增大，使升降機(jī)整體負(fù)荷增大。當(dāng)變頻器帶動電機(jī)運(yùn)行中瞬間受到高電流沖擊，導(dǎo)致超過變頻器運(yùn)行允許電流，造成變頻器報警。

2）過程分析

在發(fā)生故障時變頻器報“0L”故障，經(jīng)過查詢是由于過電流造成，如圖3。監(jiān)控升降機(jī)運(yùn)行過程中各個階段的電流測量值如表3。

表3 電流測量值

通過表 3可知升降機(jī)在吊裝工件后，上升過程中電流超過變頻器設(shè)定的最大電流值，造成過電流報警現(xiàn)象。經(jīng)分析，得出造成變頻器過電流報警的原因如表4。

表4 過電流原因

通過對故障起因的分析，對變頻器參數(shù)進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整。

（1）如果轉(zhuǎn)矩提升設(shè)定值過大，可能會引起熱狀態(tài)過電流切斷，發(fā)生變頻器“0L”過電流報警。調(diào)節(jié)方式為帶上負(fù)載后觀察電機(jī)動作，每次把轉(zhuǎn)矩設(shè)定值降低1%左右（圖4）進(jìn)行調(diào)整。

（2）如果在上升時加速時間設(shè)置過短，一定時間內(nèi)頻率急速變大，且轉(zhuǎn)矩增加，變頻器瞬時負(fù)荷增大，也可以造成變頻器報警現(xiàn)象（見圖5、圖6），可以通過增大升降機(jī)加速時間防止問題發(fā)生。

（3）由于在發(fā)生報警時電機(jī)發(fā)燙有振動現(xiàn)象，且升降機(jī)為單柱鏈?zhǔn)?，上升過程中重心不穩(wěn)造成整體框架搖晃，升降機(jī)配重滑輪組受力不均，電機(jī)負(fù)荷加大。

在檢查電機(jī)中發(fā)現(xiàn)：電機(jī)在制動時振動、發(fā)出噪聲，升降機(jī)上升不穩(wěn)定且升降過程中電機(jī)伴有發(fā)熱、發(fā)燙現(xiàn)象。分析其原因應(yīng)該為電機(jī)制動器故障。通過拆開電機(jī)并使用標(biāo)準(zhǔn)塞尺檢查制動器，發(fā)現(xiàn)制動器間隙較小（見圖 7），且長時間未清理造成壓力盤上有較多的雜質(zhì)，運(yùn)行時壓力盤與摩擦片未完全脫開，但電機(jī)可以運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣容易引起電機(jī)或制動器燒毀。長時間運(yùn)行摩擦生熱，過流繼電器、熱繼電器通常無法保護(hù)，造成電機(jī)溫度升高且表面發(fā)燙現(xiàn)象。

制動器的工作原理：SEW 制動器為直流勵磁盤式制動器。制動線圈分為兩部分，即加速線圈與保持線圈。當(dāng)電流從整流塊輸出之后進(jìn)入制動線圈，加速線圈在極短的時間內(nèi)形成很大的電磁力克服彈簧的勢能將壓力盤完全回吸（此時制動器打開）后經(jīng)極短的時間切換至保持線圈正常工作。

制動器的特點(diǎn)：由于是雙線圈工作，所以制動器吸合時間極短，對于制動摩擦片幾乎形成零磨損。與制動力矩相同的其他制動器相比所占空間體積小，結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，通常維持制動間隙周期較長，維護(hù)方便。

制動器的間隙調(diào)整參數(shù)范圍見表5。

表5 制動器間隙調(diào)整參數(shù)

經(jīng)過對制動器的間隙調(diào)整以及將其中的雜質(zhì)進(jìn)行清理后，升降機(jī)上升時電流下降到10～11A，在變頻器允許電流范圍之內(nèi)，基本上可以正常吊裝工件運(yùn)行。但是對現(xiàn)場情況論證后發(fā)現(xiàn)升降機(jī)本身結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，升降機(jī)運(yùn)行時，需要帶動整個升降框架以及自行小車、軌道等鋼結(jié)構(gòu)，同時下部沒有其他支撐結(jié)構(gòu)，造成“頭重腳輕”現(xiàn)象，加大了升降機(jī)電機(jī)運(yùn)行負(fù)荷，所以要從根本上解決電機(jī)負(fù)載大的問題，還需要將升降機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，穩(wěn)定重心，減小升降機(jī)額外負(fù)載。

3）問題確立

經(jīng)過對問題的反復(fù)排查、研究，最終將問題鎖定在以下兩方面：

（1）制動器間隙過小，壓力盤與摩擦片未完全脫開，摩擦發(fā)熱，造成電機(jī)負(fù)載增大；

（2）升降機(jī)結(jié)構(gòu)不合理，吊裝工件上升重心不穩(wěn)定，上部框架結(jié)構(gòu)造成額外負(fù)載增大，致使升降機(jī)變頻器過流報警。

2 改善思路

前機(jī)艙底板線吊上工位升降機(jī)為單柱鏈?zhǔn)?、整體框架結(jié)構(gòu)，且下部交接工位為可升降往復(fù)桿式滾床結(jié)構(gòu)（見圖 8）。要從結(jié)構(gòu)上修改需要考慮到以下4個方面問題。

1）需要將框架式結(jié)構(gòu)修改為托盤形式，將原來固定自行小車鋁軌及上層輔梁的鎖軌機(jī)構(gòu)完全鎖死，并將上層輔梁使用固定鋼板焊接牢靠，升降機(jī)框架與設(shè)計的托盤干涉結(jié)構(gòu)完全重新切割并固定。

2）下部的往復(fù)桿式滾床與托盤干涉，必須將干涉的托盤臂設(shè)計成閉合式結(jié)構(gòu)（圖 9）。控制順序為托盤下降到位后，與往復(fù)桿式滾床干涉的托盤臂打開，再將工件交接完畢，往復(fù)桿縮回原位之后托盤臂再閉合，閉合到位后上升托起工件，完成交接動作。

3）托盤臂支架與交接工位定位夾具支腿干涉，需要將干涉的部分避開，并在托盤臂上安裝帶緩沖作用的固定塊托住工件。由于工件在交接過程中振動、沖擊等問題造成托盤不能將工件精確地交接給上部自行小車。

4）托盤必須安裝工件檢測開關(guān)及托盤臂閉合裝置。開關(guān)支架安裝于托盤臂支架，在結(jié)構(gòu)上要能檢測到工件，不能造成與夾具支腿干涉，需要在現(xiàn)場進(jìn)行測試安裝。托盤臂閉合裝置由支架以及大拉力，長行程絲杠組成，并在絲杠上安裝電磁開關(guān)，檢測其伸縮狀態(tài)。

升降機(jī)結(jié)構(gòu)改造不能影響正常生產(chǎn)，需要詳細(xì)策劃、組織，提前將需要的設(shè)備、人員、材料、電氣控制等方面準(zhǔn)備好，且由于長期超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致一些元件磨損嚴(yán)重，需要更換以及做相應(yīng)的維護(hù)措施。

3 改善效果

通過調(diào)整制動器間隙及對升降機(jī)結(jié)構(gòu)的改造，并進(jìn)行長時間試運(yùn)行驗證后，升降機(jī)運(yùn)行情況平穩(wěn)、可靠，電機(jī)運(yùn)行無噪聲、無發(fā)熱現(xiàn)象產(chǎn)生，變頻器正常運(yùn)行，并在此期間沒有發(fā)生變頻器報警問題。更換配重滑輪組之后，升降機(jī)升降過程抖動現(xiàn)象比較輕微，可以實現(xiàn)工件的精確定位及準(zhǔn)確交接，達(dá)到了改善的預(yù)期目的。

升降機(jī)改造完成后電流測量值如表6所示。

表6 正常運(yùn)行電流值

如上所述，此次故障主要原因是，制動器出現(xiàn)問題沒有進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)措施，長時間帶病作業(yè)與過負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱，影響設(shè)備使用壽命。升降機(jī)設(shè)計不合理，重心偏移，機(jī)械磨損現(xiàn)象嚴(yán)重，且使升降機(jī)立柱發(fā)生傾斜現(xiàn)象，配重不能起到穩(wěn)定重心的作用。在設(shè)備使用過程中一定要及時了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，隨時對設(shè)備問題進(jìn)行處理，不能帶病作業(yè)。

4 小 結(jié)

在采用了變頻器的交流調(diào)速系統(tǒng)中，雖然在系統(tǒng)設(shè)計階段已經(jīng)充分考慮了電機(jī)容量、變頻器容量以及各種周邊設(shè)備的容量等因素，但是當(dāng)變頻器設(shè)置狀態(tài)不當(dāng)，拖動系統(tǒng)精度以及電源系統(tǒng)和對周邊噪聲處理不當(dāng)時，也會造成變頻器的誤動作和故障。通過文中實例可以看出外部機(jī)械系統(tǒng)對變頻拖動的影響，在設(shè)備的使用中要消除機(jī)械過負(fù)荷以及現(xiàn)場維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)?shù)那闆r，保證變頻器可靠運(yùn)行。