Bežné poruchy servopohonov a servomotorov: príčiny, diagnostika a preventívne stratégie

O autorovi

Napísal John Yang, predávajúci manažér spoločnosti Apter Power

John Yang, predávajúci manažér spoločnosti Evolo Automation, sa venuje priemyselnej automatizácii a zaviazal sa poskytovať klientom komplexnú podporu počas celého trvania spolupráce. Hlboko si uvedomuje kľúčovú úlohu stabilných systémov priemyselnej regulácie v provozných procesoch, preto sa sústreďuje na dôkladné pochopenie skutočných potrieb klientov – či už ide o modernizáciu existujúcich regulačných zariadení, riešenie problémov s kompatibilitou systémov alebo prispôsobenie automatizačných riešení špecifickým priemyselným scenárom.

V moderných automatizovaných továrňach — od CNC obrábacích stredísk a polovodičového vybavenia až po balicí linky a robotiku — servo pohon a servomotor tvoria základnú jednotku riadenia pohybu. Na rozdiel od bežných indukčných motory , servo systémy fungujú v uzavretej slučke, ktorá neustále porovnáva príkazové signály so signálmi spätnej väzby. Tento návrh zabezpečuje vysokú presnosť polohovania, rýchlu odozvu a opakovateľnosť, avšak zároveň znamená, že malé poruchy sa môžu rýchlo zosilniť a viesť k vypnutiu stroja.

Nedávne údaje o údržbe z niekoľkých ázijských výrobných závodov ukazujú, že viac ako 45 % neočakávaných výpadkov výroby v presných strojoch súvisí so systémami riadenia pohybu a v rámci tejto kategórie majú poruchy servopohonov a servomotorov najväčší podiel. Preto je pochopenie typických vzorov porúch nevyhnutné pre technikov údržby a manažérov automatizácie.

Predštartovná kontrola: Najviac ignorovaná, no najúčinnejšia prevencia

Pred zapnutím napájania servomotor , je potrebné vykonať niekoľko kontrol. Mnoho porúch v prevádzke sa v skutočnosti začína už pred tým, ako sa motor vôbec rozbehne.

Inžinieri by mali overiť:

Izolačný odpor (u nízkoproudých motorov by mal presahovať 0,5 MΩ)

Správne napätie napájacej siete a sled fáz pri zapojení

Správne uzemnenie

Stav poistiek a ochranných zariadení

Zarovnanie a celistvosť mechanického prenosu

Čisté a bezpečné inštalačné prostredie (žiadne horľavé materiály v blízkosti)

Údaje z údržbových záznamov ukazujú výrazný vzor:

približne 30 % alarmov riadení servomotorov nastanú v priebehu prvých 72 hodín po inštalácii a väčšina z nich je spôsobená chybami vo vedení, zlým uzemnením alebo nesprávnymi úrovňami napätia. Inými slovami, ide tu nie o poruchy komponentov, ale o chyby pri uvádzaní do prevádzky.

Prehrievanie ložísk: Najčastejšia mechanická porucha

Prehrievanie ložísk je jedným z najskorších varovných signálov v sERVO MOTOR .

Vnútorné mechanické príčiny

Príliš tesný dosadací režim medzi kruhmi ložiska

Nesúhlas medzi hriadeľom a koncovým krytom

Nesprávna voľba typu ložiska

Znečistenie alebo nedostatočné mazanie

Prechádzajúci cez ložisko prúd po hriadeľoch

Vonkajšie príčiny používania

Zlá inštalačná zarovnanosť medzi hriadeľom motora a hriadeľom zaťaženia

Preťažené remene alebo kladky

Vypršaná alebo ztvrdnutá mazacia hmota

Údaje monitorovania teploty ukazujú, že ak teplota ložiska prekročí normálny prevádzkový rozsah o 15–20 °C, životnosť ložiska môže klesnúť takmer o 50 %. V rýchlobezných CNC vretenách to často vedie k poplachom vibrácií a nakoniec k vypnutiu pohonnej jednotky kvôli preťaženiu prúdu.

Nesymetria trojfázového prúdu

Zdravý servomotor by mal odoberať vyvážený prúd cez všetky tri fázy. Ak sa objaví nesymetria, pohonná jednotka zvyčajne hlási poplach preťaženia alebo prekročenia prúdu.

Typické príčiny zahŕňajú:

Nesymetrické napätie napájania

Zlé spájkovanie alebo uvoľnené vnútorné spojenia

Krátkodobé obvody pri vinutí (medzi závitmi alebo medzi fázou a uzemnením)

Nesprávne zapojenie

Už nerovnováha napätia 2–3 % môže spôsobiť nerovnováhu prúdu cez 15 %, čo výrazne zvyšuje ohrev jednej fázy vinutia a zrýchľuje poruchu izolácie.

Ako Servomotor skutočne riadi rýchlosť

Servosystém je klasický uzavretý regulačný systém so spätnou väzbou.

Motor poháňa sústavu ozubených kolies alebo mechanickú záťaž. Polohový snímač – zvyčajne enkóder – premení otáčanie hriadeľa na elektrický signál spätnej väzby. Pohonná jednotka neustále porovnáva:

Príkazový pulzný signál (cieľová poloha/rýchlosť)

proti

Signál spätnej väzby (skutočná poloha/rýchlosť)

Ak existuje odchýlka, regulátor generuje korekčné pulzy, ktoré spôsobia otáčanie vpred alebo dozadu, kým sa chyba nepriblíži k nule. Preto servomotory dosahujú presné polohovanie a stálu reguláciu rýchlosti – a preto tiež problémy so snímačmi okamžite vyvolávajú poplach systému.

Poruchy enkódera a spätnej väzby

Jedným z najčastejších elektronických problémov je nestabilná spätná väzba.

Typické príznaky:

Chvenie osi

Náhle kolísanie rýchlosti

Alarmy straty polohy

Nestabilný signál tachometra

Hlavné príčiny zahŕňajú:

Prasknutý disk enkodera

Uvoľnené svorky

Elektrické rušenie

Zlá stínovacia schopnosť

Analýza poľa naznačuje, že problémy s enkóderom predstavujú takmer 25 % prípadov odstraňovania porúch servosystémov v CNC strojoch.

Kódovač rovnako kritická je aj fázová synchronizácia. Ak sa elektrický uhol enkódera nezhoduje s polohou magnetického pólu rotora, môže dôjsť k vibráciám motora, prehriatiu alebo jeho nedostatočnému štartu. Synchronizácia sa zvyčajne vykonáva pomocou injekcie nízkoprúdového jednosmerného prúdu a pozorovania signálu na osciloskope, alebo sa automaticky ukladá do EEPROM pamäte absolútnych enkóderov.

Iskrenie medzi kefou a komutátorom (pre servomotory s kefami)

Hoci mnoho moderných servomotorov je bezkefových, servomotory s kefami sa stále vyskytujú v starších zariadeniach. Pozorovanie podmienok iskrenia pomáha pri diagnostike problémov:

Malé občasné iskry: normálne

Žiadne iskry: normálne

Viacero malých iskier: potrebné vyčistenie komutátora

Veľké iskry: vyžaduje sa výmena kef alebo obrábanie komutátora

Vážne nerovnomerný povrch komutátora musí byť presne obrábaný; drobné poškodenia je možné opraviť postupným brousením jemným brúsnym papierom.

Nestabilita pohybu: kmitanie, plazenie a vibrácie

Kmitanie (oscilácia počas pohybu)

Vyskytuje sa, keď:

Spätnoväzobný signál je nestabilný

Hrebeňová vůľa v mechanickom prenose

Príliš vysoký zosilnenie servoregulátora

Plazenie (trhavý pohyb pri nízkej rýchlosti)

Zvyčajne spôsobené:

Nedostatočné mazanie

Veľká záťaž

Voľná spojka medzi motorom a guľovým skrutkou

Vysokorýchlostné vibrovanie

Často spôsobuje alarmy prebytku prúdu.

V väčšine prípadov nie je skutočným problémom mechanická porucha, ale nesprávne nastavenie parametrov rýchlostného regulačného okruhu.

Štúdie pri uvádzaní do prevádzky obrábacích strojov ukazujú, že nesprávne nastavenie servo parametrov spôsobuje približne 20 % sťažností týkajúcich sa výkonu, napriek dokonale funkčnému hardvéru.

Pokles krútiaceho momentu a prehrievanie

Keď sa servo motor zrýchľuje na vysokú rýchlosť, dostupný krútiaci moment klesá. Náhly pokles krútiaceho momentu však signalizuje problém:

Zlyhanie chladenia

Nadmerná mechanická zaťaženie

Prehriatie vinutí

Inšpekcie pomocou tepelného zobrazovania v výrobných linkách odhaľujú, že motory, ktoré pracujú nepretržite nad menovitým zaťažením, môžu za niekoľko mesiacov (namiesto rokov) začať trpieť degradáciou izolácie. Preto je pred inštaláciou nevyhnutné správne vypočítať zaťaženie.

Alarmy chýb polohy

Servopohony neustále monitorujú odchýlku polohy. Ak os prekročí povolený rozsah chýb, vyskytne sa alarm odchýlky polohy.

Bežné príčiny:

Nesprávne nastavené zosilňovacie parametre

Znečistený snímač polohy

Nahromadená mechanická chyba prenosu

Prípustná odchýlka nastavená príliš úzko

V vysokej presnosti obrábacích stredí sa tento alarm často vyskytuje počas rýchleho zrýchľovania alebo spomaľovania.

Servomotor Neprebieha otáčanie

Ak sa servomotor odmietne spustiť, problém je často na strane riadenia a nie mechanický.

Technici by mali skontrolovať:

Impulzný a smerový signál od CNC riadiaceho zariadenia;

Signál povolenia (zvyčajne +24 V);

Stav uvoľnenia brzdy;

Chyby pohonnej jednotky;

Poruchu spojky medzi motorom a guľovým skrutkou;

Štatistiky z tímov technického servisu ukazujú, že problémy so signálmi riadenia sa v prípadoch „žiadna rotácia“ vyskytujú častejšie ako skutočné poškodenie motora.

Servo systémy sú presné zariadenia, ktoré integrujú elektroniku, mechaniku a riadiace algoritmy. Ich poruchy sa zriedka vyskytujú náhodne. Namiesto toho sa vyskytujú podľa rozpoznateľných vzorov: chyby pri inštalácii, problémy so spätnou väzbou, mechanické nesúhlasenie a nesprávne ladenie parametrov.

Kľúčová poučka pre moderné továrne je jasná:

preventívne kontroly a správne uvádzanie do prevádzky znížia počet porúch oveľa účinnejšie ako výmena hardvéru.

Keď sa výroba posúva smerom k vysokorýchlostnej a vysokopresnej výrobe, údržba už nie je reaktívnym opravovacím procesom – je to inžinierstvo spoľahlivosti založené na dátach. Preto pochopenie bežných mechanizmov porúch servopohonov nie je len technickým požiadavkou, ale aj základným prvkom chytrej výroby.

Tento článok je zdrojom: https://bbs.gongkong.com/d/202412/926730/926730_1.shtml

Autorské práva patria pôžičajúcemu autorovi. V prípade akéhokoľvek porušenia autorských práv nás prosíme, aby ste nás okamžite kontaktovali, a my ho bezodkladne odstránime.