基于FMEA的折彎?rùn)C(jī)器人動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性分析

王東升 賈志新 畢溫海 潘心偉

(①北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，北京100083；②揚(yáng)州恒佳自動(dòng)化設(shè)備有限公司，江蘇揚(yáng)州225129)

如今，隨著鈑金行業(yè)快速發(fā)展[1]，折彎?rùn)C(jī)器人這 種行業(yè)專用機(jī)器人已成為自動(dòng)化生產(chǎn)線重要組成部分。折彎?rùn)C(jī)器人動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)是折彎?rùn)C(jī)器人的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，其可靠性水平的高低直接影響折彎?rùn)C(jī)器人的加工效率與質(zhì)量，提高動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性對(duì)于減少折彎?rùn)C(jī)器人故障，減少生產(chǎn)線停機(jī)，提高生產(chǎn)效率具有重要意義。

故障模式及影響分析(failure modes and effect analysis，F(xiàn)MEA)是一種前瞻性的可靠性分析和安全評(píng)估方法。該方法通過(guò)分析系統(tǒng)中每一個(gè)潛在的故障模式，確定其對(duì)系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響，從而識(shí)別系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)和關(guān)鍵項(xiàng)目[2]，管控風(fēng)險(xiǎn)[3-4]，為制定改進(jìn)措施提供依據(jù)。FMEA已經(jīng)在越來(lái)越多的領(lǐng)域被應(yīng)用。如建筑安裝工程[5-6]、船舶與海洋工程[7]、醫(yī)療衛(wèi)生[8]、軟件工程及信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、機(jī)械工程[9]等。國(guó)內(nèi)學(xué)者應(yīng)用FMEA方法做了大量研究，如喬巍巍、賈亞洲等[10]對(duì)數(shù)控系統(tǒng)軟件故障做了故障模式影響及危害分析；楊靜對(duì)重型數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)做了故障模式、影響及危害性分析[11]。李星軍運(yùn)用FMEA分析方法對(duì)數(shù)控磨床以子系統(tǒng)為約定層次做了可靠性分析與評(píng)價(jià)，以提高數(shù)控磨床可靠性[12]。熊君星、趙金平等[13]運(yùn)用FMEA方法對(duì)設(shè)備故障管理做了研究，分析設(shè)備故障模式與影響，對(duì)設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)效果對(duì)比，得出設(shè)備FMEA報(bào)告。

1 動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性框圖建立

基本可靠性框圖是描述產(chǎn)品整體可靠性與其組成部分的可靠性之間的關(guān)系，不僅反映系統(tǒng)間的功能關(guān)系，而且表示故障影響的邏輯關(guān)系。因此產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)框圖應(yīng)該包括所有的構(gòu)成單元，包括產(chǎn)品所有用于儲(chǔ)備工作模式的單元，因?yàn)闃?gòu)成產(chǎn)品的任何單元發(fā)生故障后均需要維修以及后勤保障。

經(jīng)過(guò)對(duì)折彎?rùn)C(jī)器人的動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行研究分析，建立動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性框圖與編碼體系，如圖1-6所示，為FMEA分析與后期統(tǒng)計(jì)分析做了鋪墊。

2 動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)FMEA分析

2.1 故障判據(jù)制定

依據(jù)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)《GJB/Z1391-2006故障模式、影響及危害性分析指南》制定如下折彎?rùn)C(jī)器人故障判據(jù)依據(jù):

(1)折彎?rùn)C(jī)器人在規(guī)定的條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，不能完成規(guī)定的功能。

(2)折彎?rùn)C(jī)器人在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，某些性能指標(biāo)或規(guī)定參數(shù)不能保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。

(3)折彎?rùn)C(jī)器人在規(guī)定的條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，引起對(duì)人員、環(huán)境、能源、和物質(zhì)等方面的影響超出了允許范圍。

2.2 動(dòng)力系統(tǒng)故障模式、部位、原因分析

本文針對(duì)揚(yáng)州恒佳自動(dòng)化設(shè)備有限公司2016年全年、2017年全年銷售的HR50系列折彎?rùn)C(jī)器人動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生的故障，依據(jù)故障判據(jù)依據(jù)，經(jīng)過(guò)篩選得到54條故障數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。針對(duì)其他類型機(jī)電一體化產(chǎn)品制定的可靠性代碼以及中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布的QC/T34-92《汽車的故障模式及分類》，制定折彎?rùn)C(jī)器人故障模式、故障原因代碼。

對(duì)折彎?rùn)C(jī)器人動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)做故障模式分析，故障模式表如表1所示，故障模式直方圖如圖1所示。

從表1和圖7可以看出折彎?rùn)C(jī)器人動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)各故障模式發(fā)生頻率，頻率高于0.05的主要是故障類型從高到低分別是:失調(diào)型中的運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)失調(diào)、功能型中的發(fā)出異響、損壞型中的電動(dòng)機(jī)損壞、零部件損壞，運(yùn)動(dòng)型中的不動(dòng)作、功能型中的程序與實(shí)際運(yùn)行位置不符、松動(dòng)型中的零部件松動(dòng)、滲漏中的漏油。

表1 折彎?rùn)C(jī)器人動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)做故障模式表

動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)故障部位分析:故障部位直方圖如圖8所示。

從圖8中可以看出動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)故障部位頻率高于0.05的從高到低依次為:Z軸電動(dòng)機(jī)、A軸減速器、Y軸電動(dòng)機(jī)、Y軸張緊、X軸PU開(kāi)口帶。

動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)故障原因分析:折彎?rùn)C(jī)器人動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)故障原因統(tǒng)計(jì)如表2、直方圖如圖9所示。

表2 動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)故障原因表

從表2和圖9折彎?rùn)C(jī)器人動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)故障原因直方圖中可以看出:主要的故障原因?yàn)?電動(dòng)機(jī)損壞、零部件損壞、安裝不當(dāng)。其中電動(dòng)機(jī)損壞導(dǎo)致的故障最多。在外構(gòu)件中損壞型較高的為電動(dòng)機(jī)，損壞次數(shù)為23次。其他零部件有損壞但極少。因此，建議更換電動(dòng)機(jī)提供廠商、提高電動(dòng)機(jī)質(zhì)量以提高折彎?rùn)C(jī)器人可靠性。針對(duì)Z軸滑落現(xiàn)象，由于Z軸承載著Z軸、Y軸、A軸、C軸、工裝等結(jié)構(gòu)的重量，電機(jī)損壞 Z軸下滑易導(dǎo)致其他意外損害。因此建議安裝電磁制動(dòng)裝置，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)可以自動(dòng)緊急制動(dòng)。嚴(yán)格要求裝配程序，劃分責(zé)任，加強(qiáng)出廠檢查。鑒于帶張緊處出現(xiàn)松動(dòng)為5次。對(duì)減速機(jī)密封定期做檢查，定期對(duì)設(shè)備潤(rùn)滑維護(hù)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文經(jīng)過(guò)對(duì)折彎?rùn)C(jī)器人動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)組成零部件分析，建立可靠性框圖，建立起了零件與組成動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性邏輯關(guān)系。依據(jù)FMEA理論，應(yīng)用FMEA分析方法，針對(duì)動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)2年內(nèi)發(fā)生的54條實(shí)際故障數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，得出折彎?rùn)C(jī)器人動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)主要的故障模式為失調(diào)型中的運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)失調(diào)、功能型中的發(fā)出異響、損壞型中的電機(jī)損壞、零部件損壞，運(yùn)動(dòng)型中的不動(dòng)作、功能型中的程序與實(shí)際運(yùn)行位置不符、松動(dòng)型中的零部件松動(dòng)、滲漏中的漏油。發(fā)生的主要故障部位為Z軸電動(dòng)機(jī)、A軸減速機(jī)、Y軸電動(dòng)機(jī)、Y軸張緊、X軸PU開(kāi)口帶。主要的故障原因?yàn)?電動(dòng)機(jī)損壞、零部件損壞、安裝不當(dāng)。

.知識(shí)窗.

自動(dòng)澆注機(jī)(automatic pouring device)造型生產(chǎn)線上的輔機(jī)，是能使?jié)舶熳詣?dòng)對(duì)準(zhǔn)鑄型的澆口，并自動(dòng)控制澆注速度和澆注量的澆注設(shè)備。如傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)、氣壓式澆注機(jī)等。