X2012A龙门铣床窜车故障的分析及处理

一、前言 X2012A系列龙门铣床是为板带厂轧制钛及钛合金板材提供刨铣板坯料的关键设备，此系列的龙门铣床现在共有两台，一台位X2012A,另一台为X2012C。设备运行状况的好坏，不仅影响产量，还直接影响到板坯的表面质量，并且影响到我厂的最终的产品质量问题。但是由于两台铣床投产时间过久，近些年随着钛及钛合金板材的产量的增加，设备经常处于饱和运行状态，另外两台设备已近长时间未进行过大修，给设备的正常运转，以及满足生产要求的进度带来不可避免的隐患，经常出现这样或那样的问题。现在就以我们常见的故障“窜车”为例来说明。 二、窜车的危害 所谓的窜车，就是指龙门铣床正常工作时，工作台在匀速进给运行中突然加速，我们通常称为窜车。这种窜车会造成板坯料瞬间吃刀量加大，此时，由于铣削吃刀量的加大，刀箱电机及工作台传动电机负载瞬间加大，对于电机来说，将会出现堵转现象。大家都知道堵转对于电机来说是非常严重的，轻则，电机电流急速上升，过载保护其作用，电机跳车。一旦过载保护失灵，就有可能烧毁电机绕组，引起更严重的事故，这是其一。其二，由于工作台的窜车，刀盘的瞬间吃刀量加大，往往会出现打刀现象。这样既浪费了合金刀片，加大了生产成本，也同时加大了刀片修磨工的工作量。其三，由于工作台窜车的不稳定性，直接导致了板坯最终铣削完后的光洁度，也影响到下一道生产工序的生产及最终的成品率，甚至产品的质量问题。所以说窜车故障看是很简单的一个问题，其实它严重影响到设备的正常运行，以及原材料的损耗，产品的最终质量等很多方面。要解决此故障，首先我们得明白每一台铣床的控制原理。下面我们以X2012A为例，来加以分析。 三、窜车产生的原因 X2012A铣床是我厂经营使用的一台部控设备。投产至今已经三十多年的时间了，它为我们生产出高品质的合格板材做出了不可磨灭的贡献。要了解它的窜车原因，我们先了解一下它的控制原理。它的工作台进给拖动系统是一个比较典型的速度负反馈带有电流截止环节的单闭环直流调速系统。我们都知道，对于转速单闭环系统来说，主要的扰动量是负载，其次是电网扰动。两个扰动量都包在转速环内，两种扰动的影响都能受到系统的抑制。但是对于转速给定环节及转速检测环节本身扰动引起的转速偏差，控制系统是不能抑制的，因此造成窜车的主要原因还是给定和反馈环节的故障造成的。工作原理方框图如下： 从图一我们可以清楚地看到，移动工作台的窜车是因为拖动移动工作台的直流电动机的输出转速n未能平稳工作，而决定移动工作台的电动机平稳工作的因素从图一中，可以看出给定信号、测速机的反馈信号等都可以直接影响到转速n的变化。下面我们就详细分析一下决定X2012A龙门铣床移动工作台窜车的主要因素。首先，我们看一下带有电流截止负反馈的单闭环调速系统，如图二所示： 3.1给定信号的增大，导致转速的增大而出现窜车。 从图二中我们可以知道给定信号Ugn由电位器来给定，一般来说操作手在调节电位器时，不会出现人为的突升或突降，也就是说人为的给定信号是稳定的，但是当人为的信号给定以后，移动工作台在自动工作状态下，由于操作盒电位器中间和接地接头的连接处，会出现松动或虚接现象，而正是这种虚接或松动，就会出现Ugn的瞬间增大，这个不稳定的给定信号会导致调节器的输入信号Ugn-Ufn=ΔUi瞬间增大，因而会影响到放大器、脉冲的形成、 以及触发器，最终会使主电机Ud的电压不稳定，而导致窜车。虽然说这种松动和虚接不会经常出现，但是出现了窜车故障，此处是我们不能忽略的一个故障排除点。 3.2主电机与测速机之间的连接。 说到这个连接，大家可能不太会相信，因为在我们的潜意识里面，任何拖动系统都离不开连接，况且机械和电器本身就是靠连接来完成一切动作的。在我们这个X2012A铣床控制系统里它也不例外。在这 个系统的直流主电机与测速发电机之间，两个电机都是靠连接在电机输出端转盘，用销轴插在销孔中连接的方式来连接的。本系统使主电机输出端连接的转盘上开孔，而在测速机的输出连接盘上带销轴的连接方式。此连接方式的优点是：安装与检修方便，每次只须拆下测速发电机，就能很直观地看到它们的连接情况，以及在运行中出现故障时方便检查。由于是销轴连接，每次在启动设备时，理论上应该是操作手在把别的动作都启动后，再把给定信号从零开始逐步加到所需要的速度，但是由于每次停车时都不是把速度从正常进给逐步降为零，而是直接按停止按钮。这样就导致每次主电机的启动不是平稳启动，而是一个冲击动作，由于主电机的冲击启动使得测速机也要在短时间内跟随主电机启动，这种瞬间的启动直接影响到销轴对销孔壁的瞬间冲击。长时间的运行，往往会对销孔壁和销轴磨损，这种磨损达到一定程度时，就会影响主电机与测速机的同步性，由于此系统是一个对主电机与测速机同步性要求相当严格的系统，不容出现任何的差错。因为我们从图二分析可以看出，调节器的输入信号ΔU=Ugn-Ufn-ΔUi，当测速机由于连接出现问题，瞬间Ufn从正常值急速下降，甚至为零时，ΔU就会急速上升，从而会影响到调节器，放大器，脉冲形成以及触发器，最终使Ud瞬间上升（Ufn↓→ΔUn↑→Uk↑→Ud↑→n↑）导致主电机转速瞬间上升，出现窜车现象，所以，一旦出现窜车故障就考虑会不会是因为主电机与测速机的连接出现问题，仔细观察现象，认真分析原因，才能及时找到解决故障的方法。 3.3测速机的整流子短路。 测速机是一个直流发电机，在直流发电机的运行中，电枢绕组元件由某一支路进入另一支路时，元件中的电流要改变方向。元件中电流方向的改变是由换向器和电刷组成的机械整流装置来完成的。其中换向器也就是我们常说的整流子是直流测速发电机能否平稳运行的必要条件，它的运行情况直接影响到反馈电压Ufn的稳定性。由于整流子的机械构造是由许多小铜条一档一档严格区分开的，它不同于交流式电机的滑环，所以当碳刷长期在整流子上摩擦以后，磨损掉的碳刷上的碳粉就会积攒到整流子的铜条缝隙中，当达到一定程度时，就会形成像交流电机中的滑环一样，使两个碳刷瞬间短接，这种瞬间的短接是测速机的电枢电压瞬间为零，因此Ufn为零。从图二中可知，当Ufn为零时这种电压负反馈为零，因此ΔUn就会从正常时的ΔUn=Ugn-Ufn-ΔUi，瞬间变为ΔUn=Ugn-ΔUi，从而出现窜车故障。 3.4测速机的碳刷接触不良。 在测速发电机正常运行中，碳刷应与整流子良好接触，才能发出正常平稳的负反馈电压。但是由于碳刷长期与整流子相互摩擦，由于磨损的原因，碳刷就会慢慢变短，当达到极限时，由于我们未能及时检查和更换，往往就会瞬间出现是接非接现象，而且当整流子长期被磨损或者在某处曾经由于不良换向，在电刷下产生火花，烧损过整流子表面而出现凹处时，发生此故障的可能性就会更大。 四、如何处理此故障。 在长期的电气运行我们发现当出现窜车故障时应该仔细观察，不应惊慌。 首先，从简单处着手，检查整流子和碳刷。因为从实际运行中，我们发现出现窜车故障时，由于整流子和碳刷的原因而造成此故障的占很大的比率。仔细检查整流子表面，清除整流子铜条间的积碳，另外，检查碳刷的磨损情况，严重的更换碳刷。 其次，检查给定型号是否稳定。将操作盒打开，检查电位器的几个接线头有无松动，虚接，同时还可以用普通的万用表测量电位器在滑动过程中阻值是否平稳。 最后，当前面都没有问题时，就要拆下测速发电机，检查测速机与主电机这间的连接是否良好，这要严格保证销轴和销孔不能出现松动，或者不同心现象，如果有此种情况必须处理，不容忽视。 五、总结 通过对X2012A龙门铣床窜车故障的分析，找到了解决此故障时从给定和反馈两方面着手的思路和方法，使得我们在以后的维护和检修中，能够快速，准确地排除故障，为生产服务。 参考文献： 《自动控制系统》 冶金出版社 李世卿 《电力电子技术》 东北大学出版社 葛延津 刘玮 作者通联：陕西宝鸡宝钛集团锻造厂 邮箱：zxijun＠yahoo.com.cn