電子拉伸試驗機電動驅(qū)動系統(tǒng)故障的診斷與維修

劉志軍,陳 泳,劉 琪,蔣 進

(馬鋼股份有限公司檢測中心 安徽馬鞍山 243000)

隨著電子技術(shù)和電動驅(qū)動技術(shù)的快速發(fā)展，電子拉伸試驗機也得到快速的發(fā)展。電子拉伸試驗機就是采用電動驅(qū)動取代液壓驅(qū)動方式給拉伸試樣加載拉伸試驗力，實現(xiàn)材料的力學性能的檢驗。電子拉伸試驗機具有控制精度高；調(diào)速范圍寬，從0.001 mm/min-1000 mm/min可達100萬倍；試驗空間大，試樣拉伸位移不受活塞位移限制，試樣適用范圍廣等優(yōu)點。目前，小載荷拉伸試驗機已經(jīng)幾乎全部取代了電液伺服和液壓試驗機，載荷達200000 kN的電子拉伸試驗機也得到廣泛應用，是材料研究、新產(chǎn)品開發(fā)和工藝技術(shù)改進等必不可少的力學性能檢驗儀器。

1 電子拉伸試驗機電動驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu)組成

電動驅(qū)動控制系統(tǒng)為電子拉伸試驗機提供了拉伸試驗的驅(qū)動力，是重要的組成部分，主要由驅(qū)動控制器、電機、減速器及傳輸皮帶、滾軸絲杠、橫梁、光電編碼器和計算機系統(tǒng)等組成。電動驅(qū)動系統(tǒng)控制原理圖如圖1所示，計算機根據(jù)拉伸試驗程序及參數(shù)要求給出速度設(shè)定值，驅(qū)動控制器在該信號控制下驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，電機通過減速器及傳輸皮帶帶動滾軸絲桿轉(zhuǎn)動，滾軸絲杠帶動橫梁上升或下降，電機上的光電編碼器測量橫梁移動位移和速度并反饋給計算機控制系統(tǒng)，與設(shè)定值進行比較，差值通過驅(qū)動控制系統(tǒng)放大后，使電機加速，通過這個速度控制系統(tǒng)使電機轉(zhuǎn)速達到設(shè)定值，電機在這個速度下驅(qū)動橫梁移動，達到材料拉伸試驗要求的速度。

2 典型故障的診斷與維修

2.1 ZWICK Z050電子拉伸試驗機橫梁不移動故障的診斷與排除

該故障現(xiàn)象是，給ZWICK Z050拉伸試驗機通電，待程序運行后，給出橫梁上下命令，橫梁不動作，并伴有滋滋的聲音。

圖1 電動驅(qū)動系統(tǒng)控制原理框圖

根據(jù)故障現(xiàn)象，系統(tǒng)能正常啟動，而且按動遙控器上的橫梁上下移動鍵，雖然橫梁不移動，但是有滋滋的聲音發(fā)出，這說明電機能正常受電，也說明電控柜的供電是正常的。首先，檢查電機線圈電阻和絕緣電阻，未發(fā)現(xiàn)異常；然后，檢查電機驅(qū)動模塊ZDU，打開電控柜前后蓋，拔下各個電纜線連接插頭并做好標記，從電控柜中拔出ZDU模塊，檢查上面5個保險絲是否正常，檢查發(fā)現(xiàn)2個T2.5/250 V和2個T12.5/250 V是正常的，而M1/250 V保險絲是斷開的，該保險是光電編碼器工作電路的供電保險絲。用萬用表測量光電編碼器電路負載，沒有發(fā)現(xiàn)短路問題；最后，更換該保險絲，把ZDU模塊及連線恢復后，通電試驗，橫梁能上下移動了。該故障是因為光電編碼器電路的供電保險絲斷開，電機驅(qū)動控制電路沒有速度反饋信號，無法控制電機，所以電機不轉(zhuǎn)動，橫梁無法動作。

2.2 ZWICK Z150電子拉伸試驗機橫梁異常抖動故障的診斷與排除

該故障現(xiàn)象是，ZWICK Z150拉伸試驗機有時在試驗過程中，或者沒有開始試驗時，電機發(fā)出異常噪聲，橫梁異常抖動。

該試驗機的驅(qū)動電機是交流電機，控制器是M62模塊。該試驗機平時能正常運行，但是隨機出現(xiàn)電機異常響動和橫梁異常抖動現(xiàn)象。首先，排除減速器和傳動系統(tǒng)的問題，因為假如這些系統(tǒng)出現(xiàn)問題，不會自恢復，故障會持續(xù)出現(xiàn)，而且故障有時也出現(xiàn)在沒有進行試驗時，這說明控制信號有問題；其次，排除外部干擾信號的問題，用示波器監(jiān)視零地及相地電壓，波形及幅值都是正常的，用示波器監(jiān)測穩(wěn)壓電源的輸出端電壓及波形，也都是正常的；最后，確認電機驅(qū)動控制器故障，用示波器監(jiān)測電機輸入端電壓，在試驗機正常工作時，波形是穩(wěn)定的，但是，在故障出現(xiàn)時，波形及幅度都異常，而且驅(qū)動控制器M62上的信號I2t指示燈亮，由此診斷故障是M62控制存在問題，更換M62控制模塊后，故障排除。該故障是M62控制模塊內(nèi)部元器件老化，其工作穩(wěn)定性差，產(chǎn)生異常的電機控制信號。

2.3 ZWICK Z600電子拉伸試驗機傳動系統(tǒng)異常噪音故障的診斷與排除

該故障現(xiàn)象是，ZWICK Z600試驗機在拉伸試驗時，傳動系統(tǒng)發(fā)出“嚓嚓嚓”的異常噪聲。

由電機傳動系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu)組成可知，造成該故障的原因通常主要有電機工作異常、傳動皮帶異常和減速器工作異常等造成，為此，首先檢查電機工作是否正常，用示波器監(jiān)測電機工作電源，發(fā)現(xiàn)波形正常，而且電機本身也沒有任何振動感，由此說明電機工作正常；其次，檢查減速器是否正常，用長螺絲刀抵住減速器，刀柄抵在耳朵上，監(jiān)聽減速器的運行，未發(fā)現(xiàn)異常；最后，檢查傳輸皮帶是否正常，用手壓一壓皮帶，感覺皮帶有點松，調(diào)整張力輪，使皮帶張緊一點，經(jīng)過橫梁反復上升下降及張力輪的反復調(diào)整，異常噪音消除。該故障是因為傳輸皮帶張緊度不夠，與減速器和兩個滾軸絲杠下的傳動齒輪間嚙合不好，發(fā)出異常聲音。

2.4 ZWICK Z1200Y電子拉伸試驗機Drive system disconnected故障診斷與排除

故障現(xiàn)象是，ZWICK Z1200Y電子拉伸試驗機程序啟動后，給出“Drive system disconnected ”，試驗機無法運行。

根據(jù)故障報警信息可知，驅(qū)動系統(tǒng)沒有連上。打開控制柜，發(fā)現(xiàn)電機伺服驅(qū)動控制器digifas 7133的顯示模塊沒有顯示，顯然故障就是因為他沒有工作造成的。用萬用表測量控制柜的三相輸入電壓都是正常的，而digifas 7133輸入端的三相電壓都沒有。進一步檢查發(fā)現(xiàn)繼電器K2的輸入端三相電壓正常，輸出端三相電壓都為零，這說明接觸器是開路狀態(tài)。關(guān)閉計算機及控制器，在重新上電時，再用萬用表檢測digifas 7133輸入端的三相電壓是正常的，但是顯示模塊依然是沒有顯示，延遲1分鐘后，繼電器K2自動斷開。通過檢測可知，剛開機及應用軟件啟動運行時候，K2繼電器閉合，給digifas 7133供電，但是由于digifas 7133故障，驅(qū)動系統(tǒng)沒有連接上，系統(tǒng)自動保護，K2繼電器斷開。把digifas 7133從控制柜中拆下后，檢查發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部的整流模塊和功率模塊損壞，更換后通電試驗，顯示模塊顯示正常。把digifas 7133裝回控制柜后，再聯(lián)機試驗，故障排除。該故障是因為digifas 7133驅(qū)動控制器內(nèi)部元器件損壞所致。

2.5 ZWICK Z600E電子拉伸試驗機有時出現(xiàn)“驅(qū)動系統(tǒng)沒有準備就緒”故障的診斷與排除

故障現(xiàn)象是，試驗機平時能正常應用，但是有時在拉伸試驗結(jié)束后或者待機狀態(tài)，屏幕上給出testXpert錯誤編號23403、testControl 錯誤編號3045和“驅(qū)動系統(tǒng)沒有準備就緒”故障提示，試驗機不能運用。

根據(jù)故障現(xiàn)象，檢查電機伺服驅(qū)動放大器servostar600的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)其代碼顯示為E40。伺服放大器輸入端三相電壓都為零。進一步檢查，控制繼電器K2是斷開的。根據(jù)代碼表知，E40表示伺服放大器處于可用狀態(tài)。關(guān)閉應用程序，重新啟動后，伺服放大器又能工作，橫梁也能上下移動，但是，反復幾下后，故障就再次出現(xiàn)。關(guān)閉控制電源后重新上電，在沒有按控制柜上的ON鍵時，控制繼電器沒有吸合，伺服放大器上代碼顯示也是E40。

綜合以上的測量和試驗結(jié)果，說明系統(tǒng)中有不穩(wěn)定因素導致系統(tǒng)有時候能正常工作，有時候又不能正常工作，導致系統(tǒng)自動保護，控制繼電器K2斷電，伺服放大器沒有三相輸入電源，處于待用狀態(tài)。

為此，首先，檢查供電系統(tǒng)是否正常，檢查接地線接觸良好，而且零地電壓0.8VAC，說明接地正常，檢查送入控制柜的電源電壓都是正常的；其次，檢查伺服放大器的接線端子是否正常，通過清掃接線端子上的灰塵、插拔連接端子和測量與電機接線端子的通路等，沒有發(fā)現(xiàn)異常；再其次，檢查電機負載及與外殼的絕緣電阻，未發(fā)現(xiàn)異常；最后，懷疑故障是伺服放大器自身工作不穩(wěn)定造成的。通過更換伺服放大器后，故障排除。該故障是因為伺服驅(qū)動放大器servostar600內(nèi)部器件工作性能不穩(wěn)定，致使系統(tǒng)自動保護。

3 結(jié)語

電動驅(qū)動控制系統(tǒng)為拉伸試驗提供驅(qū)動力，是電子拉伸試驗機的重要組成部分，通過ZWICK電子拉伸試驗機典型電動驅(qū)動系統(tǒng)故障的診斷與維修的介紹，為電子拉伸試驗機電動驅(qū)動系統(tǒng)故障的快速診斷和維修提供了參考。