數(shù)控不落輪鏇床測量系統(tǒng)報(bào)警故障分析處理

張偉華，劉云貴

（1.成都工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都 610011；2.成都地鐵運(yùn)營有限公司，四川成都 610011）

0 引言

U2000-400M 型數(shù)控不落輪鏇床是由德國Hegenscheidt-MFD 公司生產(chǎn)的高性能機(jī)床。該設(shè)備主要用于地鐵列車在整列編組、輪對(duì)不解體的情況下，對(duì)車輪輪緣和踏面進(jìn)行修復(fù)加工。該設(shè)備自動(dòng)化程度高，具備自動(dòng)測量、加工等功能。

1 故障現(xiàn)象

2022 年1 月22 日上午，某線不落輪鏇床操作人員在進(jìn)行輪對(duì)鏇修作業(yè)過程中，執(zhí)行粗加工后測量程序時(shí)，設(shè)備出現(xiàn)報(bào)警號(hào)為21614 的報(bào)警停機(jī)（圖1）。

圖1 報(bào)警情況

2 原因分析

出現(xiàn)該故障后，現(xiàn)場操作人員將設(shè)備復(fù)位后繼續(xù)投入使用，并密切關(guān)注車刀在輪對(duì)上的切削情況，防止出現(xiàn)扎刀等異常情況，使用不久后再次報(bào)該故障。

鑒于其他線同型號(hào)不落輪鏇床曾經(jīng)發(fā)生過類似偶發(fā)故障，判斷是Z1 軸運(yùn)行不暢所致。而該設(shè)備Z1 軸運(yùn)行時(shí)聲音也存在異常，懷疑在測量頭靠近輪對(duì)內(nèi)側(cè)時(shí)有可能Z1 軸偶發(fā)運(yùn)行不穩(wěn)，發(fā)生過沖現(xiàn)象，導(dǎo)致測量頭橫向位移超限，出現(xiàn)保護(hù)報(bào)警，對(duì)Z1 軸滾珠絲杠螺母副進(jìn)行強(qiáng)制潤滑。再次進(jìn)行輪對(duì)鏇修作業(yè)，使用不久進(jìn)入加工后測量程序時(shí)，又出現(xiàn)該故障報(bào)警停機(jī)。為避免影響正常的輪對(duì)鏇修作業(yè)，耽誤電客車的交付時(shí)間，將設(shè)備復(fù)位后，再次投入使用，并在測量時(shí)將左側(cè)刀架倍率調(diào)低至40%左右，使用不久，再次發(fā)生該故障報(bào)警停機(jī)。

2.1 查閱報(bào)警說明

根據(jù)報(bào)警號(hào)調(diào)出報(bào)警說明，報(bào)警說明信息如圖2 所示，分析產(chǎn)生報(bào)警的可能原因。由于該報(bào)警不是一直存在，首先排除PLC程序（軟限位）原因引起的報(bào)警，可能是限位開關(guān)被誤觸發(fā)或限位開關(guān)故障引起的報(bào)警。

圖2 報(bào)警信息說明

2.2 測量系統(tǒng)及其超限保護(hù)原理分析

不落輪鏇床測量系統(tǒng)是該類型設(shè)備的核心部件，測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測量精度直接影響輪對(duì)的鏇修精度。測量系統(tǒng)不穩(wěn)定或發(fā)生故障可能影響輪對(duì)鏇修質(zhì)量，甚至造成設(shè)備及人身安全事故。首先對(duì)測量系統(tǒng)的原理進(jìn)行簡要分析，左側(cè)刀架及測量裝置如圖3 所示，為拆除蓋板后的左側(cè)刀架。左側(cè)測量裝置集成在左側(cè)刀架內(nèi)，當(dāng)進(jìn)行測量時(shí)，測量頭從翻蓋處伸出，左側(cè)刀架帶動(dòng)測量裝置按照測量程序進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，完成輪對(duì)直徑、內(nèi)距、軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)等的測量。

圖3 左側(cè)刀架及測量裝置

測量頭上有兩個(gè)測量輪，左側(cè)測量裝置測量輪對(duì)內(nèi)側(cè)面，如圖4 所示，為便于區(qū)分，其中一個(gè)測量輪為定位測量輪，主要用于輪對(duì)軸向定位、內(nèi)距、竄動(dòng)的測量；另一個(gè)測量輪為磨耗測量輪，主要用于踏面直徑、徑向跳動(dòng)、踏面磨耗的測量。當(dāng)進(jìn)行左側(cè)輪對(duì)定位、內(nèi)側(cè)距和軸向竄動(dòng)的測量時(shí)，左側(cè)刀架帶動(dòng)測量裝置快速向左橫向移動(dòng)，靠近并接觸輪對(duì)內(nèi)側(cè)面，在定位測量輪接觸輪對(duì)的內(nèi)側(cè)面時(shí)發(fā)生偶發(fā)的故障報(bào)警。

圖4 左側(cè)測量裝置測量輪對(duì)內(nèi)側(cè)面

由于測量裝置的重要性，為防止鐵屑或灰塵進(jìn)入損壞測量系統(tǒng)或影響測量精度，測量裝置由兩層蓋板保護(hù)。去掉蓋板后的左側(cè)測量裝置如圖5 所示，為取下蓋板后的左側(cè)測量裝置（測量頭未伸出）。在測量輪對(duì)內(nèi)側(cè)面時(shí)，測量裝置由刀架在Z1 軸滾珠絲杠副的帶動(dòng)下快速橫向移動(dòng)，因此測量裝置在Z 向（該機(jī)床坐標(biāo)定義橫向?yàn)閆 向）有一段緩沖距離，并安裝有光柵尺，用于計(jì)量測量輪被擠壓到輪對(duì)內(nèi)側(cè)面后產(chǎn)生的Z 向位移，即WM1 軸。為了防止測量輪在接觸輪對(duì)內(nèi)側(cè)面時(shí)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(dòng)位置末端加裝了接近開關(guān)作為限位保護(hù)，當(dāng)接近開關(guān)被觸發(fā)時(shí)，設(shè)備立即發(fā)生報(bào)警停機(jī)。

圖5 去掉蓋板后的左側(cè)測量裝置

2.3 接近開關(guān)觸發(fā)裝置結(jié)構(gòu)分析

由于不落輪鏇床測量系統(tǒng)在原工廠已經(jīng)安裝調(diào)試到位，測量系統(tǒng)外部有多層蓋板及防護(hù)罩，蓋板螺釘細(xì)小且均為專用螺釘，拆卸過程中易掉落，按照廠家提供的設(shè)備維保資料，無相關(guān)的維保內(nèi)容，因此日常檢修作業(yè)時(shí)一般未去掉蓋板進(jìn)行檢查確認(rèn)。

而測量裝置整體集成在刀架內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，去掉蓋板后只能看見接近開關(guān)部分（圖5），無法分析接近開關(guān)是如何被觸發(fā)發(fā)生保護(hù)報(bào)警的。因此需要對(duì)其觸發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析，查閱測量裝置裝配圖，測量系統(tǒng)橫向保護(hù)觸發(fā)裝置剖視圖如圖6 所示。在測量輪對(duì)內(nèi)側(cè)面時(shí)，測量裝置以一定的速度橫向靠近并擠壓輪對(duì)內(nèi)側(cè)面，由于存在反作用力，且輪對(duì)靜止不動(dòng)，定位測量輪會(huì)向相反方向移動(dòng)，擠壓彈簧并帶動(dòng)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(lián)接）橫向移動(dòng)，若螺釘頭部達(dá)到接近開關(guān)上面，則觸發(fā)接近開關(guān)，測量裝置發(fā)生保護(hù)報(bào)警。

圖6 測量系統(tǒng)橫向保護(hù)觸發(fā)裝置剖視圖

2.4 報(bào)警原因分析

2.4.1 接近開關(guān)松動(dòng)

以往其他采用接近開關(guān)保護(hù)的設(shè)備運(yùn)動(dòng)部件，一般在發(fā)生接近開關(guān)松動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)類似報(bào)警，因此可能是接近開關(guān)松動(dòng)引起的報(bào)警。

2.4.2 觸發(fā)螺釘松動(dòng)

根據(jù)接近開關(guān)觸發(fā)裝置結(jié)構(gòu)分析，若測量系統(tǒng)接近開關(guān)的觸發(fā)螺釘發(fā)生松動(dòng)，可能導(dǎo)致測量系統(tǒng)有效測量距離逐漸變短，測量輪對(duì)時(shí)，刀架帶動(dòng)測量裝置軸向快速運(yùn)行并碰到輪對(duì)內(nèi)側(cè)面，測量頭與輪對(duì)內(nèi)側(cè)壁碰觸并壓縮彈簧而快速移動(dòng)，帶動(dòng)觸發(fā)螺釘頭部觸發(fā)接近開關(guān)，從而產(chǎn)生保護(hù)報(bào)警停機(jī)。

3 排查故障

3.1 檢查接近開關(guān)

去掉測量裝置的蓋板后首先檢查接近開關(guān)，接近開關(guān)表面無擦痕，鎖緊螺母無松動(dòng)現(xiàn)象，指示燈指示正常。

3.2 檢查觸發(fā)螺釘

由于觸發(fā)螺釘安裝在測量裝置的內(nèi)部，不便檢查。通過檢查左右兩側(cè)測量裝置報(bào)警時(shí)的移動(dòng)距離，來判斷左側(cè)測量裝置的觸發(fā)螺釘是否松動(dòng)。將左側(cè)測量頭伸出，測量頭側(cè)面架百分表，控制屏調(diào)到各軸實(shí)時(shí)位置界面，一人用手向內(nèi)側(cè)搬動(dòng)測量頭，配合人員觀察記錄屏幕上WM1 軸（左側(cè)測量裝置Z 向軸）報(bào)警時(shí)移動(dòng)的距離；照此方法觀察記錄屏幕上WM2 軸（右側(cè)測量裝置Z 向軸）報(bào)警時(shí)移動(dòng)的距離。左右測量裝置報(bào)警前后移動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比如圖7 所示。

圖7 左右測量裝置報(bào)警移動(dòng)距離對(duì)比

左側(cè)測量裝置初始位置-0.776 mm，報(bào)警位置2.82 mm，移動(dòng)距離為3.596 mm，百分表讀數(shù)3.6 mm，說明光柵尺沒有問題；右側(cè)測量裝置初始位置-0.326 mm，報(bào)警位置6.307 mm，移動(dòng)距離為6.633 mm，比左側(cè)距離長3.033 mm。由此，基本可以判斷，左側(cè)測量裝置觸發(fā)螺釘松動(dòng)，導(dǎo)致其到接近開關(guān)的移動(dòng)距離變短，當(dāng)測量左側(cè)輪對(duì)內(nèi)側(cè)面時(shí)，觸發(fā)螺釘頭部觸發(fā)接近開關(guān)引起報(bào)警保護(hù)。

4 處理故障及采取的措施

使用專用工具從測量裝置側(cè)面調(diào)節(jié)觸發(fā)螺釘?shù)奈恢茫瑫r(shí)用手向內(nèi)側(cè)搬動(dòng)測量裝置，觀察屏幕直到報(bào)警時(shí)移動(dòng)距離接近6.6 mm 左右（與右側(cè)相當(dāng)），將鎖緊螺母鎖緊，并畫上防松線。恢復(fù)設(shè)備，測量一對(duì)已加工的輪對(duì)，測量數(shù)據(jù)和前期對(duì)比，無異常，進(jìn)行輪對(duì)鏇修，未出現(xiàn)類似報(bào)警，設(shè)備恢復(fù)正常。

由于不落輪鏇床為到段整體安裝，測量系統(tǒng)在原工廠已經(jīng)安裝調(diào)試到位，鑒于測量系統(tǒng)的重要性，外部有多層蓋板及防護(hù)罩，而廠家提供的維保手冊(cè)未提及，驗(yàn)收和日常檢修作業(yè)時(shí)未進(jìn)行檢查確認(rèn)。因此后續(xù)維保列入質(zhì)疑修范疇，每年結(jié)合年檢作業(yè)拆除蓋板，檢查觸發(fā)螺釘鎖緊螺母防松線是否正常。