大型焊接滾輪架控制系統(tǒng)故障分析與改造

摘 要：隨著海洋石油工程鋼結(jié)構(gòu)趨向大型化，大型焊接滾輪架的應(yīng)用也越來越廣泛。由于傳統(tǒng)的焊接滾輪架控制系統(tǒng)比較單一，缺少智能保護(hù)功能，往往出現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)線癱瘓等一系列問題。從根本上分析原因，對(duì)內(nèi)部控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，完成以后，大型焊接滾輪架能夠持續(xù)高效地安全運(yùn)行，從而提高效率，降低成本。

關(guān)鍵詞：焊接滾輪架 保護(hù)系統(tǒng) 故障分析 改造

中圖分類號(hào)：TG441.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）010-089-02

1 引言

大型焊接滾輪架是利用主動(dòng)滾輪與焊件之間的摩擦力帶動(dòng)焊件旋轉(zhuǎn)的焊件變位設(shè)備，在海洋石油工程鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中非常廣泛，主要用于結(jié)構(gòu)鋼管的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，由于結(jié)構(gòu)鋼管重量較大、長(zhǎng)度較長(zhǎng)，所以焊接滾輪架經(jīng)常承受較大的壓力。由于連續(xù)生產(chǎn)線是由多組主動(dòng)焊接滾輪架和從動(dòng)焊接滾輪架構(gòu)成，這就需要各組焊接滾輪架運(yùn)轉(zhuǎn)速度同步。最近幾年由于運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)故障，導(dǎo)致了一批焊接滾輪架損壞，造成了成本的浪費(fèi)，影響了施工的進(jìn)度。

2 大型焊接滾輪架結(jié)構(gòu)和工作原理

大型焊接滾輪架主要由主動(dòng)架、從動(dòng)架、機(jī)械防竄裝置等組成，可根據(jù)工件直徑不同，利用滾輪組，調(diào)節(jié)滾輪中心距，以滿足工件需要。主動(dòng)滾輪架、從動(dòng)滾輪架都是獨(dú)立的，主、從動(dòng)滾輪架可根據(jù)工件重量和長(zhǎng)度任意組合，其組合比例可以使一主一從、一主兩從、一主三從等組合，使用靈活，對(duì)焊件的適應(yīng)性強(qiáng)。

主動(dòng)架主要由底座、滾輪、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。底座用型鋼焊接而成，具有良好的剛性和工作狀態(tài)中的穩(wěn)定性。主動(dòng)架上的兩只滾輪組采用鋼膠輪，承載力比較大，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。大型焊接滾輪架工作原理主要依靠于傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，主動(dòng)架上的兩只滾輪分別由兩臺(tái)蝸桿減速器驅(qū)動(dòng)形成回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，并通過控制系統(tǒng)來管理調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)中的速度和精度。

3 故障分析

大型焊接滾輪架運(yùn)轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)動(dòng)力主要來自主動(dòng)滾輪，從動(dòng)架只有兩組被動(dòng)輪組成，既沒有傳動(dòng)系統(tǒng)也無控制系統(tǒng)。由于現(xiàn)有的生產(chǎn)線各組主動(dòng)滾輪架之間沒有連鎖保護(hù)功能，如果其中一組主動(dòng)滾輪架出現(xiàn)故障，損壞的這組焊接滾輪架形成機(jī)械自鎖，而其他的焊接滾輪架還在繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，這就使得完好的主動(dòng)滾輪架產(chǎn)生更大的扭矩和阻力，導(dǎo)致正常的焊接滾輪架負(fù)荷驟增，直至焊接滾輪架電機(jī)因工作電流較大而損壞或者減速機(jī)損壞。

4 改造方案及特點(diǎn)

鑒于焊接滾輪架控制系統(tǒng)比較獨(dú)立，在一臺(tái)出現(xiàn)故障的時(shí)候會(huì)引發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致同一生產(chǎn)線上的設(shè)備出現(xiàn)故障，圍繞這一主要危害及其引發(fā)的原因，采取一系列措施對(duì)現(xiàn)有的大型焊接滾輪架控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，致力于提高設(shè)備的穩(wěn)定性、安全性以及可靠性，從而大幅度提高生產(chǎn)效率，降低施工成本。

結(jié)合現(xiàn)有的焊接滾輪架內(nèi)部控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)其中的不足，分別從變頻器、熱過載繼電器等幾個(gè)方面進(jìn)行改造，方案及各自的特點(diǎn)如下。

4.1 變頻器預(yù)警自停保護(hù)系統(tǒng)

當(dāng)其中有一組焊接滾輪架電機(jī)由于負(fù)載異常或者機(jī)械故障引起的電機(jī)過載發(fā)熱，或者由于電源線被破壞而導(dǎo)致電源缺相、短路等生產(chǎn)中可能遇到的各種故障，這時(shí)變頻器會(huì)給出故障報(bào)警信號(hào)（通過RA、RB、RC實(shí)現(xiàn)）。此時(shí)該信號(hào)會(huì)被改造后的繼電器（KA3、KA4）經(jīng)過三級(jí)控制使操作回路自動(dòng)切斷，而使整個(gè)生產(chǎn)線全部停轉(zhuǎn)，這時(shí)則需要維修人員檢查出故障原因并徹底排除后，該生產(chǎn)線方能再次啟動(dòng)。

由于同一條作業(yè)線上有3個(gè)控制箱進(jìn)行操控，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)基本一致，各自承擔(dān)生產(chǎn)線中某一段的控制任務(wù)，改造完成以后，在保護(hù)生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，3個(gè)控制箱中的任何一個(gè)都可以起到保護(hù)整條作業(yè)線的作用。

4.2 熱過載繼電器保護(hù)功能

熱過載繼電器是由流入熱元件的電流產(chǎn)生熱量，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當(dāng)形變達(dá)到一定距離時(shí)，就推動(dòng)連桿動(dòng)作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。利用此點(diǎn)，可以在改造中的裝置中增加熱過載繼電器。

由于變頻本身也會(huì)由于各種原因引發(fā)故障，改造后在變頻器下段增加了熱過載繼電器（FR1、FR2、FR3、FR4），該保護(hù)與變頻器處于同一回路中不互相沖突能在變頻器保護(hù)失效時(shí)起到二級(jí)保護(hù)的作用，避免了突發(fā)性的高電流造成焊接滾輪架內(nèi)部系統(tǒng)的破壞，從而增加了可靠性和安全性。

4.3 電源開啟確認(rèn)保護(hù)功能

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中，需要轉(zhuǎn)動(dòng)鋼管前，設(shè)備電源必須全部處于開啟狀態(tài)，假如其中一組焊接滾輪架電源出現(xiàn)故障，如果這時(shí)操作該設(shè)備，那么未被開啟電源的一組焊接滾輪架則不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而形成自鎖，同樣會(huì)導(dǎo)致其他正常焊接滾輪架的損壞。

針對(duì)這一嚴(yán)重的問題，在改造的時(shí)候增加了電源自鎖保護(hù)功能（通過KA3、KA4、KA5、KA6實(shí)現(xiàn)），即只有全部的電源開啟以后，所有的控制回路才能被接通，也只有這時(shí)，焊接滾輪架滾輪的正反轉(zhuǎn)才能被啟動(dòng)。

4.4 增加故障指示燈

為了更好地便于現(xiàn)場(chǎng)操作人員發(fā)現(xiàn)焊接滾輪架運(yùn)行中的故障，需要采用一種措施直觀明了地給予提醒。因此，在改造的時(shí)候，增加了故障指示燈1～3。當(dāng)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)的時(shí)候，一旦運(yùn)行中因故障突然中斷，則該故障焊接滾輪架報(bào)警燈就會(huì)點(diǎn)亮，操作人員可以快速發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理，這樣就會(huì)對(duì)故障點(diǎn)有明確的指示，也便于車間人員及時(shí)快速地發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。

5 改造效果

經(jīng)過對(duì)焊接滾輪架控制系統(tǒng)內(nèi)的部分元件進(jìn)行改造以后，焊接滾輪架的控制系統(tǒng)運(yùn)行良好，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性。由于焊接滾輪架運(yùn)轉(zhuǎn)的頻繁性，往往出現(xiàn)磨損和老化現(xiàn)象，為了更好地保證生產(chǎn)的連續(xù)性，需要定期更換備件并進(jìn)行巡檢排查，減少事故的發(fā)生。本方案的實(shí)施為焊接滾輪架控制系統(tǒng)的改進(jìn)提出了新觀點(diǎn)、新方法，也為以后的工作奠定了基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語

通過對(duì)焊接滾輪架控制系統(tǒng)運(yùn)行情況的跟蹤和分析，采取了以上的方案后，焊接滾輪架控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，減少了設(shè)備的故障率，提高了效率，降低了成本，為承擔(dān)大型海洋石油工程鋼結(jié)構(gòu)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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