Yleisimmät vioittumiset servomoottoreissa ja servokäytöissä: syyt, vianmääritys ja ennaltaehkäisevät toimet

Kirjoittajasta

Kirjoittanut John Yang, Apter Powern myyntijohtaja

John Yang, Evolo Automationin myyntijohtaja, omistautuu teolliseen ohjausalaan ja sitoutuu tarjoamaan asiakkaille kattavaa tukea koko yhteistyön ajan. Hän ymmärtää syvästi teollisten ohjausjärjestelmien vakauden ratkaisevan merkityksen tuotantoprosesseissa, minkä vuoksi hän keskittyy kuuntelemaan asiakkaiden todellisia tarpeita – olipa kyseessä olemassa olevan ohjauslaitteiston päivittämisestä, järjestelmien yhteensopivuusongelmien ratkaisemisesta tai erityisiin teollisiin tilanteisiin suunnitellun automaatiaratkaisun räätälöinnistä.

Nykyisissä automatisoituissa tehtaissa — CNC-työstökeskuksista ja puolijohdevarusteista pakkauslinjoihin ja robotiikkaan — servo Drive ja servo-moottori muodostavat ytimen liikkeen säätöyksikkönä. Toisin kuin tavalliset induktio- moottoreita , servojärjestelmät toimivat suljetussa silmukassa, joka vertaa jatkuvasti komentosignaaleja takaisinkytkentäsignaaleihin. Tämä rakenne tarjoaa korkean sijoitustarkkuuden, nopean vastauksen ja toistettavuuden, mutta se tarkoittaa myös sitä, että pienet viat voivat nopeasti kasvaa koneen pysähtymiseksi.

Viimeaikaiset huoltotilastot useista aasialaisista valmistuslaitoksista osoittavat, että yli 45 % odottamattomasta tuotantokatkoksesta tarkkuuskoneissa liittyy liikkeen säätöjärjestelmiin, ja tässä luokassa servomoottorien ja servokäyttöjen viat muodostavat suurimman osan. Tyypillisten vikaantumismallien tunteminen on siksi olennaisen tärkeää huoltoteknikoille ja automaatiopäälliköille.

Ennen käynnistystä tehtävä tarkastus: eniten ohitettu, mutta tehokkain ehkäisytoimenpide

Ennen virran kytkemistä servo-moottori , useita tarkistuksia on tarpeen. Monet kenttävikat johtuvat itse asiassa siitä, että moottori ei edes käynnisty.

Insinöörien tulee varmistaa:

Eristysvastus (pienjännitemoottoreiden tulisi olla yli 0,5 MΩ)

Oikea syöttöjännite ja kytkentävaihejärjestys

Maadoitus

Sulakkeiden ja suojalaitteiden kunto

Mekaanisen voimansiirron akselointi ja eheys

Puhtaaseen ja turvalliseseen asennusympäristöön (ei palavaa materiaalia läheisyydessä)

Huoltotietoihin kerätty data osoittaa selkeän mallin:

noin 30 % servoajurien hälytyksistä tapahtuvat asennuksen jälkeen ensimmäisten 72 tunnin sisällä, ja useimmat johtuvat johdotusvirheistä, huonosta maadoituksesta tai virheellisistä jännitetasoista. Toisin sanoen kyse ei ole komponenttien vioista, vaan käyttöönottovirheistä.

Laakerien ylikuumeneminen: yleisin mekaaninen vika

Laakerien ylikuumeneminen on yksi varhaisimmista varoitusmerkeistä sähkömoottorit .

Sisäiset mekaaniset syyt

Liian tiukka istutus laakerirenkaiden välillä

Akselin ja päätykannen epäsuuntaisuus

Virheellinen laakertyyppin valinta

Saastunut tai riittämätön voitelu

Akselivirta kulkee laakerin läpi

Ulkopuoliset käyttösyyt

Huono asennustasaus moottorin ja kuorman akselin välillä

Liian jännitettyjä hihnoja tai pyöriviä osia

Vanhenemaa tai kovettunutta rasvaa

Lämpötilanseurantatiedot osoittavat, että kun laakerin lämpötila ylittää normaalin käyttöalueen 15–20 °C:n, laakerin käyttöikä voi vähentyä lähes 50 %. Korkean nopeuden CNC-päätyjen tapauksessa tämä johtaa usein värinävaroitukseen ja lopulta servomoottorin ylikuormitustilaan.

Kolmivaiheinen virran epätasapaino

Terveellinen servo-moottori tulisi ottaa tasapuolisesti virtaa kaikilta kolmelta vaiheelta. Jos epätasapaino ilmenee, ohjain ilmoittaa yleensä ylikuormituksesta tai ylikiristämisestä.

Tyypillisiä syitä ovat:

Epätasapainoinen syöttöjännite

Huono juottaminen tai löysät sisäiset liitokset

Käämien oikosulut (kierrokselta kierrokselle tai vaiheelta maahan)

Virheellinen kytkentä

Jo 2–3 %:n jänniteepätasapaino voi aiheuttaa yli 15 %:n virranepätasapainon, mikä lisää huomattavasti lämmönmuodostumista yhdessä käämitysvaiheessa ja nopeuttaa eristysvaurion syntymistä.

Miten Servo-moottori säätää itse asiassa nopeutta

Servojärjestelmä on klassinen suljetun silmukan takaisinkytkentäohjausjärjestelmä.

Moottori käyttää vaihdeistoa tai mekaanista kuormaa. Asemasensori — yleensä enkooderi — muuntaa akselin pyörimisen sähköiseksi takaisinkytkentäsignaaliksi. Ajuri vertaa jatkuvasti:

Komentopulssisignaalia (tavoiteasema/nopeus)

vastassa.

Takaisinkytkentäsignaalia (todellinen asema/nopeus)

Jos poikkeamaa esiintyy, ohjain tuottaa korjauspulssit, jotka aiheuttavat eteen- tai taaksepäin kiertävän liikkeen, kunnes virhe lähestyy nollaa. Siksi servomoottorit saavuttavat tarkan sijainnin ja vakion nopeuden säädön — ja siksi myös sensoriongelmat aiheuttavat heti järjestelmävaroitukset.

Enkooderi ja takaisinkytkentävirheet

Yksi yleisimmistä elektronisista ongelmista on epävakaa takaisinkytkentä.

Tyypilliset oireet:

Akselin värinä

Äkkinäinen nopeuden vaihtelu

Sijainnin menetys -hälytykset

Epävakaa tachometrisignaali

Mahdolliset syyt ovat:

Rakentunut kooderilevy

Löysäntyneet liittimet

Sähköinen häference

Heikko suojattuus

Kenttätutkimusten perusteella kooderiongelmat aiheuttavat lähes 25 %:n verran servojärjestelmien vianmääritystapauksista CNC-koneissa.

Enkooderi vaiheen tasaus on myös ratkaisevan tärkeää. Kun enkooderin sähkökulma ei vastaa roottorin magneettipolven sijaintia, moottori saattaa värähdellä, ylikuumentua tai olla kykenemätön käynnistymään. Tasausta suoritetaan yleensä pienellä tasavirralla tehtävällä injektiolla ja signaalin havainnoinnilla oskilloskoopilla tai absoluuttisissa enkoodereissa automaattisesti tallennettuna enkooderin EEPROM-muistiin.

Kipinöinti harjan ja kommutaattorin välillä (harjallisia servomoottoreita varten)

Vaikka monet nykyaikaiset servot ovat harjattomia, harjallisia servomoottoreita käytetään edelleen vanhoissa laitteistoissa. Kipinöinnin havaitseminen auttaa vianmäärityksessä:

Pieniä, satunnaisia kipinöitä: normaalia

Ei kipinöitä: normaalia

Useita pieniä kipinöitä: kommutaattorin puhdistus tarvitaan

Suuria kipinöitä: harjan vaihto tai kommutaattorin koneistus vaaditaan

Merkitsevästi epätasainen kommutaattorin pinta on koneistettava tarkkuudella; pienempi vaurio voidaan korjata asteittaisella hionnalla hienolla abraasiivisella paperilla.

Liikkeen epävakaus: heilahtelu, hitaasti etenevä liike ja värähtely

Heilahtelu (värähtely liikkeen aikana)

Tapahtuu, kun:

Palautesignaali on epävakaa

Mekaanisessa voimansiirrossa on varausliike

Servosäädön vahvistus on liian suuri

Kärsivällinen liike (tärinäinen liike alhaisella nopeudella)

Johtuu yleensä:

Huono voitelu

Raskas kuormitus

Moottorin ja palloruuvin välisen kytkimen löysä asento

Korkean nopeuden tärinä

Johtaa usein ylikulkuvaroitukseen.

Useimmissa tapauksissa todellinen ongelma ei ole mekaaninen — se johtuu virheellisestä nopeussilmukan säätöparametrien valinnasta.

Koneenohjattujen työkalukoneiden käyttöönottoon liittyvät tutkimukset osoittavat, että virheellinen servomoottorin säätöparametrien optimointi aiheuttaa noin 20 % suorituskykyä koskevista valituksista, vaikka laitteisto olisi täysin kunnossa.

Momentin lasku ja ylikuumeneminen

Kun servomoottori kiihtyy korkealle nopeudelle, saatavilla oleva momentti pienenee. Kuitenkin äkillinen momentin lasku viittaa ongelmaan:

Jäähdytyksen epäonnistuminen

Liiallinen mekaaninen kuorma

Ylikuumentuneet käämitykset

Tuotantolinjojen lämpökuvaukset paljastavat, että moottorit, jotka toimivat jatkuvasti nimelliskuorman yläpuolella, voivat kokea eristysmateriaalin heikkenemistä kuukausien sisällä sen sijaan, että se kestäisi vuosia. Siksi kuorman laskeminen tarkasti ennen asennusta on välttämätöntä.

Sijaintivirhehälytykset

Servoajurit seuraavat jatkuvasti akselin sijaintipoikkeamaa. Jos akseli ylittää sallitun virhealueen, ilmestyy sijaintipoikkeamahälytys.

Yleisimmät syyt:

Voimakkuusparametrit asetettu väärin

Saastunut asentoanturi

Kertynyt mekaaninen siirtovirhe

Toleranssi asetettu liian tiukaksi

Tässä hälytyksessä ilmenee usein korkean tarkkuuden koneistuskeskuksissa nopeassa kiihdytyksessä tai hidastuksessa.

Servo-moottori Ei pyöri

Kun servomoottori ei käynnisty, ongelma johtuu usein ohjauspuolelta eikä mekaanisesta puolesta.

Teknikoiden tulisi tarkistaa:

Pulssi- ja suuntasignaali CNC-ohjaimesta;

Käyttöönottosignaali (yleensä +24 V);

Jarrun vapautusehto;

Ajoviat;

Moottorin ja kuulalaakeroidun kierrejousen välisen kytkennän vikaantuminen;

Kenttäpalvelutiimien keräämät tilastot osoittavat, että ohjaussignaaliongelmat esiintyvät useammin kuin itse moottoriviat tapauksissa, joissa ei tapahdu pyörimistä.

Servojärjestelmät ovat tarkkuuslaitteita, jotka yhdistävät elektroniikan, mekaniikan ja ohjausalgoritmit. Niiden vioittuminen tapahtuu harvoin satunnaisesti. Sen sijaan viat noudattavat tunnistettavia kaavoja: asennusvirheet, takaisinkytkentäongelmat, mekaaninen epäsuuntautuminen ja virheellinen parametrien säätö.

Nykyisten tehdasten kannalta keskeinen opetus on selvä:

ennakoiva tarkastus ja oikea käyttöönotto vähentävät vikoja huomattavasti tehokkaammin kuin laitteiston vaihto.

Kun valmistus siirtyy kohti korkean nopeuden ja korkean tarkkuuden tuotantoa, huolto ei enää ole reaktiivista korjaamista vaan dataperusteista luotettavuusinsinööritöitä. Siksi servomoottorien yleisimpien vikamekanismien ymmärtäminen ei ole pelkästään tekninen vaatimus, vaan se on myös älykkään valmistuksen perustavanlaatuinen elementti.

Tämä artikkeli on peräisin osoitteesta: https://bbs.gongkong.com/d/202412/926730/926730_1.shtml

Tekijänoikeudet kuuluvat alkuperäiselle tekijälle. Ota meihin yhteyttä mahdollisen tekijänoikeusloukkauksen tapauksessa, ja poistamme sisällön välittömästi.