曲軸滾壓機(jī)常見故障分析及應(yīng)對措施研究

范宗臣，王　超

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東青島266555）

曲軸滾壓機(jī)常見故障分析及應(yīng)對措施研究

范宗臣，王超

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東青島266555）

球墨鑄鐵曲軸在加工生產(chǎn)過程中，會經(jīng)過滾壓溝槽增加曲軸的疲勞強(qiáng)度，曲軸滾壓矯直機(jī)床的故障率會嚴(yán)重影響曲軸加工質(zhì)量和產(chǎn)量的輸出。針對該機(jī)床的常見故障，做出分析判斷，及時(shí)排除設(shè)備故障，做好預(yù)防，使得設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，保證產(chǎn)量輸出。

滾壓矯直機(jī)床；故障率；產(chǎn)量輸出

發(fā)動機(jī)核心由三大件（缸體、缸蓋、曲軸）組成，曲軸裝上連桿后，可承接活塞的直線往復(fù)運(yùn)動，轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。曲軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中承受交變載荷的沖擊作用，使得曲軸需要足夠的強(qiáng)度和剛度。滾壓矯直技術(shù)的發(fā)展使得球墨鑄鐵曲軸通過設(shè)備加工后，通過曲軸殘余壓應(yīng)力來以抵消交變載荷的影響，使曲軸壽命增強(qiáng)到280%［1］.本文圍繞發(fā)動機(jī)工廠圖1滾壓機(jī)床使用過程中發(fā)生的故障案例，結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)及應(yīng)用，提出改進(jìn)方案，旨在提高Hegenscheidt滾壓機(jī)的可靠性運(yùn)行。

圖1　 Hegenscheidt滾壓機(jī)床示意圖

1　滾壓機(jī)工作原理

以德國Hegenscheidt的滾壓較直機(jī)為例。在滾壓過程中，由伺服傳動系統(tǒng)控制曲軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)角度，同時(shí)由液壓伺服控制系統(tǒng)控制液壓過程中的壓力負(fù)載，使每個(gè)主軸徑和連桿頸依次完成整個(gè)滾壓過程。對彎曲曲軸的矯直處理首先要檢測曲軸的彎曲變形數(shù)據(jù)即彎曲度的大小和相位方向，然后用MARPOSS模擬量傳感器檢測各個(gè)軸徑的差值，繼而由系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫對差值數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并給出矯直方案，即給出在某幾個(gè)主軸徑或者連桿徑上的再施壓方案，從而利用此施壓方案重新按壓產(chǎn)生新的變形來消除曲軸的彎曲。該滾壓矯直機(jī)床能一次完成對所有圓角的滾壓，且可以做到主軸徑和連桿徑圓角的壓力不同，同一連桿徑圓角在不同方向的壓力也可以不同。圖2是滾壓機(jī)滾壓區(qū)域。

圖2　曲軸滾壓區(qū)域

2　常見的故障分析及處理措施

2.1 RealTime Computer報(bào)警故障（簡稱RTC報(bào)警）

機(jī)床RTC報(bào)警一般從這幾個(gè)方面處理：

（1）機(jī)床啟動未準(zhǔn)備好

機(jī)床關(guān)機(jī)啟動時(shí)，PMS軟件還沒有完全啟動成功，操作人員就開始操作機(jī)床，導(dǎo)致軟件卡死。需要重新啟動機(jī)床，等待PMS面板完全啟動成功后，再按機(jī)床開機(jī)鍵操作機(jī)床。

（2）角度編碼器問題

部分制造廠滾壓機(jī)前無清洗機(jī)，導(dǎo)致前面工序加工完后，溝槽里面有大量鐵屑，滾壓過程中，鐵屑會落到圖3角度編碼器里造成編碼器表面臟從而產(chǎn)生誤報(bào)警，嚴(yán)重的會導(dǎo)致角度編碼器表面和感應(yīng)磁環(huán)表面磨損使得編碼器和磁環(huán)壞掉。這就需要在報(bào)警時(shí)清潔角度編碼器，并且給每個(gè)滾壓臂的角度編碼器上方增加防護(hù)來阻擋鐵屑，或者在滾壓機(jī)前方增加小型清洗機(jī)，在曲軸送來之前把溝槽清洗干凈。其次，角度編碼器位置發(fā)生偏差。機(jī)床正常加工過程中，角度編碼器和感應(yīng)磁環(huán)的距離是0.4 mm，機(jī)床加工時(shí)，滾壓臂會多次打開關(guān)閉，產(chǎn)生振動，使得磁環(huán)與編碼器的距離超出標(biāo)準(zhǔn)值，從而引發(fā)報(bào)警。這就需要重新按照標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整角度編碼器位置。

圖3　角度編碼器示意圖

（3）機(jī)械手放料位置不正

以直列式四缸球鐵曲軸為例，機(jī)械手給滾壓機(jī)上料時(shí)連桿徑P2和P3軸徑朝正上方，P1和P4軸徑朝正下方如圖4，如果放料時(shí)曲軸繞軸向旋轉(zhuǎn)或者軸向位置偏差，都會導(dǎo)致滾壓臂夾緊時(shí)報(bào)警。曲軸軸向位置偏差，可以通過示教機(jī)械手放料位置解決。曲軸繞軸向旋轉(zhuǎn)，可以在機(jī)械手P2位置處加一個(gè)倒U型矯正板，在機(jī)械手抓料時(shí)就把曲軸連桿徑位置給矯正。

圖4　滾壓機(jī)上料時(shí)曲軸位置

（4）MARPOSS測頭不穩(wěn)定

滾壓機(jī)工作過程中，有五個(gè)模擬量MARPOSS測頭，實(shí)時(shí)測量五個(gè)主軸徑的矯直程度，如果測量不穩(wěn)定會導(dǎo)致矯直次數(shù)頻繁，從而引發(fā)報(bào)警。因?yàn)槭菣C(jī)械式模擬量測頭，測頭內(nèi)部彈簧和橡膠防護(hù)會疲勞斷裂，或者會在某個(gè)位置卡住，導(dǎo)致測量不穩(wěn)定。也有可能曲軸位置放偏，打標(biāo)頭突然斷裂砸到測頭，導(dǎo)致測頭損壞。正常情況下每半年需要備足2個(gè)測頭用來替換，如果出現(xiàn)異常消耗，需要通過改造消除變異點(diǎn)以減少浪費(fèi)。

（5）頂尖和卡爪磨損

滾壓機(jī)有頭架和尾架兩個(gè)頂尖，兩個(gè)卡爪，正常要求是每年更換一次。如果頂尖磨損，會導(dǎo)致夾不緊或者夾歪，引發(fā)報(bào)警。頂尖如果是繞軸向均勻磨損，可以不更換，如果磨損不均勻，需要及時(shí)更換。

2.2滾壓溝槽不光滑

滾壓溝槽不光滑處理流程如圖5所示。

圖5　滾壓溝槽不光滑處理流程

2.3機(jī)床開機(jī)回不了原點(diǎn)

首先要檢查開機(jī)順序問題，PMS面板里面的軟件是否啟動成功，如果不成功，需要關(guān)機(jī)重新啟動。檢查控制柜板卡，通過報(bào)警信息查找某個(gè)控制板卡否正常。還可以檢查機(jī)床到工控機(jī)的信號線或壓力反饋線是否有破損，如有破損及時(shí)更換。

2.4刀具滾子破損報(bào)警

首先檢查滾壓刀是否有破損，如果有破損及時(shí)更換刀具。如果刀具沒問題，檢查滾壓臂刀具的位置，通過移動滾壓臂位置來調(diào)整刀具位置。如果刀具位置正常，檢查來料溝槽加工質(zhì)量問題，如果溝槽加工有問題需要維修前面工序的機(jī)床。以上都正常時(shí)，檢查刀具監(jiān)控報(bào)警范圍是否合理，如果不合理可以適當(dāng)調(diào)整報(bào)警范圍。

3　滾壓機(jī)日常維護(hù)

針對設(shè)備的日常維護(hù)主要以每班次要做的TPM（Total Productive Maintenance）和預(yù)防性維護(hù)（preventive maintenance）為主。根據(jù)設(shè)備供應(yīng)商給的維護(hù)說明書和維修經(jīng)驗(yàn)為準(zhǔn)，制定相應(yīng)周期的PM.

（1）給操作員工制定出每班次針對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的點(diǎn)檢（TPM點(diǎn)檢），如圖6.主要檢查：①聽液壓站電機(jī)和其他電機(jī)有無異響；②檢查氣閥和氣管有無漏氣現(xiàn)象；③液壓站壓力表是否在正常范圍內(nèi)；④通過操作面板可以看到滾壓力設(shè)定值是否為標(biāo)準(zhǔn)值；⑤濾紙走紙是否正常；⑥機(jī)床運(yùn)行過程中是否異響。通過TPM點(diǎn)檢，可以直觀的看出機(jī)床運(yùn)行是否處于正常狀態(tài)。

圖6　 TPM點(diǎn)檢圖解表

（2）針對專業(yè)維修員工制定周期性的預(yù)防性維修［2］。預(yù)防性維修主要頻次包括每周、每月、每季度、半年和一年等周期。

每周：①檢查頭架處安裝有中心頂尖感應(yīng)塊的那個(gè)螺桿是否有松動；②檢查安裝有到位感應(yīng)塊的螺桿是否有松動；③如果有松動的話，要將其緊固；④對機(jī)床內(nèi)部芯軸支架表面的工件傳感器進(jìn)行清潔，將其表面的油污擦干凈。

每月：①檢查安裝刀具及滾壓支撐單元處的定位銷，確保滾壓油能正常供應(yīng)給刀具；②檢查頭架處安裝有中心頂尖感應(yīng)塊的那個(gè)螺桿是否有松動；③目視檢查并清潔主軸夾具襯墊齒，若齒損壞＞50%，則需要更換襯墊；④檢查滾壓工具/操作面板/開關(guān)柜內(nèi)力傳感器/HPI或電路板YE9，用測力儀檢查滾壓力，如果有偏差，則校正；⑤了解滾壓和校直效果，確定是否需要進(jìn)行滾壓力的優(yōu)化；⑥檢查機(jī)床打標(biāo)裝置聯(lián)接單元的到位傳感器的緊固螺栓是否松動，若有松動，要及時(shí)擰緊；⑦檢查機(jī)床上料門處螺桿傳動裝置處鎖緊螺母是否松動，若有松動，要及時(shí)擰緊。

每季度：①清潔并檢查尾座中的V型塊是否磨損，當(dāng)磨損＞0.5 mm時(shí)更換；②清潔并檢查卡盤中的V型塊是否磨損，當(dāng)磨損＞0.5mm時(shí)更換；③檢查機(jī)床頭架及檢測工件類型處的接觸工件的V型塊，若發(fā)現(xiàn)其磨損＞0.5 mm時(shí)，需要更換新的上去。

每半年：①檢查頭架處的齒形皮帶是否損壞，若皮帶已經(jīng)磨損或皮帶已經(jīng)不能張緊時(shí)，要更換新的皮帶；②檢查液壓站的空氣過濾器，出油過濾器，回油過濾器的濾芯并清理，如果已損壞則更換；③檢查頭架和尾架的中心頂尖是否有損傷，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)那鍧崳虎軝z查機(jī)床液壓系統(tǒng)的管路狀態(tài)及液壓系統(tǒng)的密封性是否完好；⑤檢查機(jī)床液壓系統(tǒng)的軟管是否有損壞和氣孔；⑥檢查電控柜內(nèi)部是否干凈，若不干凈，要進(jìn)行清潔；⑦檢查電控柜內(nèi)部線纜是否完好無破損.如果破損的話，需要進(jìn)行更換；⑧檢查電控柜內(nèi)過流保護(hù)器是否完好；⑨檢查機(jī)床防護(hù)玻璃和PET塑料膜是否損壞，如損壞則更換。

每年：更換所有的液壓軟管。

通過定期的PM，可以對設(shè)備正常運(yùn)行進(jìn)行掌控，并提前預(yù)防了一些故障的發(fā)生，從而節(jié)約了正常生產(chǎn)停機(jī)時(shí)間。

4　結(jié)束語

本文對滾壓機(jī)工作原理進(jìn)行了闡述，對設(shè)備正常運(yùn)行期間經(jīng)常出現(xiàn)的故障進(jìn)行了深入分析和解決，并對滾壓機(jī)設(shè)備的維護(hù)做了全面的講解，對降低滾壓機(jī)故障率，提高滾壓機(jī)穩(wěn)定生產(chǎn)提供了可靠地理論依據(jù)。

［1］張樹禮，黃耀明.曲軸圓角滾壓機(jī)床的設(shè)計(jì)與研究［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2012，（7）:43-46.

［2］劉寶權(quán).設(shè)備管理與維修［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

Research on Common Fault Analysis and Countermeasures of CrankshaftRolling Machine

FAN Zong-chen，WANG Chao
（SAICGM Wuling Automobile Limited by Share Ltd Qingdao branch，Shandong Qingdao 266555，China）

In the production of ductile iron crankshaft，the crankshaftwill increase the fatigue strength after rolling groove，the deep rollingmachine failure rate will seriously affect the crankshaftmachining quality and productivity. For the common faults ofmachine，make a analysis and judgment，and promptly eliminate machine failure，take preventivemaintenance，to make the machine running stably，and ensure production output.

deep rollingmachine；failurerateproduction；output

企業(yè)管理

TH165.3

A

1672-545X（2016）06-0207-03

2016-03-17

范宗臣（1988-），男，山東青島人，本科，工程師，研究方向?yàn)樵O(shè)備管理。