凌紅衛(wèi)

(安徽佳能輪胎有限公司，安徽 合肥 230601)

試析輪胎行業(yè)EPS系統(tǒng)常見故障及處理

Analysis of usual malfunctions and treatments of EPS system in tire industry

凌紅衛(wèi)

(安徽佳能輪胎有限公司，安徽 合肥 230601)

介紹了日本NHVS電子線輻照裝置（EPS）的系統(tǒng)構(gòu)成、工作原理、故障種類、常見故障分析、故障原因、解決方案，以及介紹鈦膜、離子泵等消耗組件定期更換時的實施要點。

；EPS；鈦膜（窗箔）；離子泵；QC泵；機(jī)械泵；真空度；真空閥門；燈絲；束流；加速管；加速腔；加速電壓；電源罐；RF線圈；振蕩器；SF6氣體；丙酮

1 EPS系統(tǒng)概述

EPS是英文Electron beam Processing System的縮寫，“Processing”通常是[處理]或者[過程]的意思，使用電子束處理工程是指[照射]，全稱就命名為電子束輻照裝置（EPS）。

電子束輻照裝置（EPS）是把產(chǎn)生的電子束（EB）照射于物質(zhì)，給予物質(zhì)能源，引起物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的裝置。

EPS技術(shù)是指采用高能量的X射線激活輪胎行業(yè)中纖維簾布橡膠分子，引發(fā)產(chǎn)生橡膠自由基，橡膠自由基再相互結(jié)合，使橡膠分子產(chǎn)生C—C交聯(lián)，最終形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這樣能很好地解決輪胎行業(yè)成型工藝中胎體簾布層與層間出現(xiàn)的簾線偏移或稀疏變形，或胎體內(nèi)襯的氣密層出現(xiàn)膠料移動、厚度不均等不良現(xiàn)象，從而改善了輪胎的化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性，增強(qiáng)輪胎的產(chǎn)品過程特性，提升輪胎品質(zhì)、降低生產(chǎn)成本。

當(dāng)前安徽佳通輪胎有限公司有2臺日本進(jìn)口的EPS電子束輻照裝置，分別安裝在日本IHI64×64四輥壓延機(jī)和德國TROESTER內(nèi)襯生產(chǎn)線上，構(gòu)成在線EPS系統(tǒng)。EPS系統(tǒng)屬高電壓、高絕緣、高真空度的精密設(shè)備，耗資千萬（RMB），備件十分昂貴，需定期更換鈦膜、離子泵、電子槍、加速管等消耗組件及維護(hù)和保養(yǎng)。

2 EPS系統(tǒng)主要構(gòu)成

2.1 直流高壓電源部分

包括：①壓力容器；②森克爾型直流升壓回路；③燈絲用配套；④直流高電壓測定裝置；⑤RF升壓器；⑥振蕩器；⑦柵極控制盤。

2.2 加速裝置

包括：①加速管；②分壓電阻；③燈絲座。

2.3 掃描管及真空排氣裝置

包括：①掃描管；②掃描部；③真空排氣裝置。

2.4 控制裝置

①控制板；②操作盤。

2.5 附帶設(shè)備

①SF6氣體；②窗冷卻風(fēng)機(jī)；③臭氧排氣風(fēng)機(jī)；④X射線監(jiān)視器；⑤電子束擋板；⑥電子束快門；⑦安全箱。

工作原理圖如圖1。

圖1 EPS工作原理圖

3 EPS系統(tǒng)工作原理

電子在真空中的靜電場中，被正極電荷吸引，產(chǎn)生移動，電子在不斷的移動過程中，電子產(chǎn)生了加速，不斷加速，其能量也不斷地增加。所以，加速就給予能量。

在真空容器（容器內(nèi)因為真空泵，被維持超真空狀態(tài)）內(nèi)放置薄的金屬膜，被加速的電子透過金屬膜飛散到空氣中。這個電子物質(zhì)化，引起化學(xué)反應(yīng)。

EPS系統(tǒng)中，電子是通過直流高電壓來進(jìn)行加速的。這個時候,電子得到了直流高電壓部分的能量。電子的能量越高，穿透越深。

4 EPS系統(tǒng)故障種類

日本NHVS EPS系統(tǒng)較常見的故障，主要有真空度報警、加速電壓報警、束流束量報警、振蕩器高壓直流電源報警、掃描管電源報警、束像報警、柵極控制盤報警、電子燈絲電源報警、柱形電流報警、PLC控制模塊組件異常、外圍開關(guān)信號及線路異常、簾布導(dǎo)向輥筒及輥筒軸承異常、冷卻水冷卻風(fēng)機(jī)異常等等。

圖2中，EPS系統(tǒng)最為容易出現(xiàn)的報警主要為EPS真空度報警，其次為加速電壓報警。當(dāng)電子加速腔內(nèi)的真空度低于4.2×10-4Pa時，系統(tǒng)自動停機(jī)，加速電壓停止，電子源不再發(fā)射電子，以保護(hù)裝置故障擴(kuò)大化。

5 EPS系統(tǒng)最常見故障

最常見的故障有兩類，主要是真空度故障、加速電壓故障。

圖2 EPS各種故障比例圖

5.1 真空度報警

一般情況下，其主要報警原因有：鈦膜（窗箔）損壞、離子泵異常、離子泵控制儀異常、離子泵線纜異常，離子泵泄露、鈦膜壓板泄露、掃描腔體（即加速腔）泄露、加速管損壞泄露、QC泵腔體泄露、真空閥門泄露等等，參見圖3。

圖3 真空度報警中各故障占比圖示

真空度故障主要表現(xiàn)在離子泵報警和真空腔體泄漏，離子泵報警主要檢查控制儀、高壓線路、離子泵接頭等；腔體泄漏涉及真空腔體多處法蘭連接密封點，很難實現(xiàn)快修，查漏過程需要丙酮檢漏、甚至氦氣檢漏，費時費工。

5.2 加速電壓報警

一般情況下，其主要報警原因有：真空管異常、真空管冷卻水異常、RF升壓器異常、PLC模塊模擬量信號異常、靜態(tài)繼電器故障、SCR功率調(diào)壓器異常、CU01控制單元異常、電源罐升壓器異常，電源罐絕緣損壞、SF6氣體流失等等，參見圖4。

加速電壓原因很多，涉及有真空管、RF罐和電源罐升壓回路等，真空管升壓回路、冷卻水管故障、外部線路及其相關(guān)信號檢測點檢修方便，但RF罐、電源罐內(nèi)部的升壓回路和冷卻管路均被罐體封閉，受內(nèi)部SF6絕緣、開罐維修時間等因素限制，平時無法點檢。目前我公司EPS加速電壓故障維修處理能力。

圖4 加速電壓報警中各故障占比圖示

5.3 掃描電源故障

一般情況下，掃描管電源故障主要原因有：電源保險壞、電子元器件損壞、掃描線圈斷路、掃描線圈絕緣損壞、控制單元模擬量信號異常、掃描管控制器故障等。

6 EPS系統(tǒng)常見故障分析

6.1 真空度故障最主要原因

腔體或腔體各連接件法蘭泄露、離子泵異常、離子泵控制儀異常。離子泵使用壽命一般按自然年2年計算，到期不更換，其維持真空度水平會下降；另外鈦膜（窗箔）使用壽命一般按使用率2 000 h計算，到期不更換，其維持真空度水平也會下降，甚至自然破損，這時很可能受到大氣的沖擊，擊毀加速管。

6.2 加速電壓故障最主要的原因

高壓柜系統(tǒng)AC 400V供電電壓波動、真空管高壓接線柱異常、真空管冷卻異常、高壓柜柜門門碰開關(guān)異常、真空管高壓線對地或絕緣異常、高壓振蕩直流電源柜靜態(tài)繼電器異常、RF罐、電源罐升壓器異常及電源罐、RF罐高壓絕緣異常等一系列因素，都會導(dǎo)致加速電壓故障。其中加速管是電子加速的核心元件，其加工制作工藝復(fù)雜，為玻璃制品，購貨周期漫長，費用極其昂貴（人民幣約40萬元/件）。

6.3 掃描電源故障最主要的原因

掃描電源AC 220 V供電電壓波動、掃描線圈斷路、絕緣損壞、信號線路異常、控制器異常。掃描單元控制器非常精密，購貨周期漫長，其費用也極其昂貴（人民幣約25萬元/件）。

7 EPS系統(tǒng)常見故障解決方案

7.1 真空度報警

（1） 查看離子泵控制器有無報警，離子泵控制器電壓選擇為4 kV或6 kV，若4 kV有報警，可以選擇6 kV。

（2） 查看高壓電纜線是否破損，有破損或損壞，重新更換。

（3） 查看離子泵接頭是否接觸牢固，外圍絕緣皮是否破損，有松動，需重新焊接。

（4） 在主操作安裝真空度報警指示燈，便與查看真空度報警。

（5） 定期檢查離子泵高壓電纜及電纜接線端子。

（6） 電子加速腔各法蘭接頭或密封件處檢漏，需要“丙酮”。

（7） 更換離子泵、QC鈦絲、鈦膜、真空閥等，EPS廠家實施。

7.2 加速電壓報警

（1）檢查穩(wěn)壓電源是否異常，用萬用表測量控制盤輸出通道1電壓是否波動，無波動，更換模擬量輸入模塊。

（2）查看真空管表面是否有打火痕跡，有打火痕跡，更換真空管。

（3）清洗過濾網(wǎng)，查看高壓柜柜門是否關(guān)閉正常。

（4）查看柵極控制盤是否有報警？有報警，更換柵極控制盤連接到RF罐檢測線。

（5）用膠木板隔離固定高壓電纜線，防止電纜線觸碰到金屬。

（6） 檢查高壓振蕩直流電源柜靜態(tài)繼電器。

（7）開罐檢查：RF罐、電源罐升壓回路，EPS廠家施。

7.3 掃描電源報警

（1）用萬用表產(chǎn)查看進(jìn)線電源是否為220 V，熔芯是否良好，輸出電壓是否正常。

（2）若有報警，先手動復(fù)位，若無法復(fù)位，打開掃描管控制單元，查看電子元器件。

（3）用萬用表檢查掃描線圈是否斷路。

（4）用500 V兆歐表檢測線圈絕緣性。

（5）用萬用表測量掃描管控制單元模擬量輸入通道及檢測通道電壓是否正常。

（6）更換掃描管控制儀單元（必須進(jìn)行束像測試），EPS廠家實施。

故障對策措施：

（1） 積累經(jīng)驗，編寫EPS檢修流程SOP，提高維修技能。

（2）確保對EPS的做日常維護(hù)，做好EPS設(shè)備日點檢表，按設(shè)備保養(yǎng)計劃跟蹤設(shè)備完好情況，備件充足。

（3）作業(yè)員在生產(chǎn)期間，多關(guān)注控制屏畫面真空度、束流等顯示參數(shù)，異常時及時停機(jī)，及時報修。

8 EPS消耗組件定期更換時的實施要點

以下主要論述更換鈦膜（窗箔）的詳細(xì)步驟。

8.1 熟悉更換流程

（1） 準(zhǔn)備窗箔等零部件、器材。

（2）中斷掃描管內(nèi)真空，利用N2等惰性氣體及控制真空閥門的開度緩慢“吸”入真空腔，直至平衡大氣壓水平。

（3）拆解輻照窗的周邊部件、拆解窗箔、拆解QC泵。

（4） 清掃輻照窗、清掃QC泵部件，更換鈦絲。

（5） 清洗窗箔壓板。

（6） 先安裝QC泵，再安裝輻射窗箔、鋁線，安裝窗箔壓板。

（7） 抽真空（機(jī)械泵、QC泵）。

（8） 抽真空（啟動離子泵）。

（9） 輻照窗周邊部件復(fù)原。

（10）撤去零部件、器材。

（11）開始加速電壓、束流束像調(diào)整。

8.2 準(zhǔn)備好更換需要的器材

器材如表1所示。

8.3 更換鈦膜標(biāo)準(zhǔn)SOP

（1）切斷控制盤離子泵電源

檢查：是否貼上禁止啟動離子泵的標(biāo)志。

（2）拆下輻射窗冷卻風(fēng)配管

檢查：鈦膜窗壓板的螺栓是否不夠緊，是否保護(hù)鈦膜。

（3）拿掉掃描管的粗抽用排氣口的夾具，打開保護(hù)蓋。把塑膠布蓋在粗抽用排氣口上，插N2鋼瓶的軟管到其間隙。

（4）把 N2氣瓶的減壓器設(shè)定為 0.05 MPa g (0.5 kgf/cm2g), 送出N2氣體直至溢出罐口）檢查：N2是否有溢出。

（5）二人分擔(dān)操作工作

①一人監(jiān)視鈦膜的變化，把變化情況告訴另一人。②另一人確認(rèn)N2氣體一直有溢出罐口，同時緩慢扭松超真空閥。（由于會吸入外部空氣，絕不可調(diào)為負(fù)壓）③鈦膜放松后，按照超真空閥、N2鋼化閥的順序關(guān)閉閥門。注意：2人互報情況，掌握窗箔的狀態(tài)。N2氣體開始封入，窗箔不會立刻顯示變化。（需要十分鐘以上）注意：窗箔會突然向外側(cè)膨脹。④保留二側(cè)各二處窗箔安裝螺栓，拆下其他螺栓。⑤2人固定好壓窗板，拆下剩下的4個螺栓。

表1 更換鈦膜所需器材

（6）取下壓窗板，運到操作臺。

（7）拿開鋁密封時，注意不要遺漏二端各4個3×10 mm的彈簧及柱塞，如果很難弄開柱塞，可以把M2.6的小螺栓裝在柱塞上，然后用夾子夾出來。檢查：是否保管好彈簧及柱塞各4個。

（8）對掃描管底拿開窗箔的部分用丙酮除掉污物，貼上厚紙用于保護(hù)（紙板30 cm×150 cm）(檢查是否有保護(hù)掃描管的底部)。

（9）清潔壓窗板。

（10）窗箔會碰到的部分，使用金屬研磨劑進(jìn)行清潔。（對特別難除掉的污垢，可用砂紙#600加上金屬研磨劑，特別注意不要壓傷壓窗板）。

（11）用絲錐通一下螺栓安裝孔（M8）。

（12）使用丙酮來清潔。檢查: 壓窗板的清潔是否OK。

8.4 安裝窗箔

（1） 準(zhǔn)備窗箔密封用的鋁線。

（2） 拿掉防塵紙，以安裝彈簧和定位銷。

（3） 2名操作人員按照以下要用安裝鋁線。

（4） 1人把鋁線掛到掃描器一側(cè)的2個定位銷上，用大拇指輕輕固定以免掉下。

（5） 第2個人把鋁線掛到另一側(cè)的定位銷上，用拇指固定。

（6） 第3個人拉開鋁線，利用圓珠筆的筆帽等掛到余下的定位銷上。注意：由于鋁線容易拉伸，注意先從一側(cè)開始安裝。

（7） 在壓窗板上用透明膠（寬5 mm×25 mm）貼好窗箔。

（8） （把窗箔的彎曲處在下側(cè)進(jìn)行安裝，防止翹起）

（9） 把裝好窗箔的壓窗板移動到裝置的下面，在法蘭兩端附近裝上定位銷。（M8 4根），調(diào)整螺孔的位置緩慢上升后，二端各裝上2個螺栓。

（10）在安裝螺栓的部分涂上少量的二硫化鉻潤滑劑，放入13片墊片后安裝。檢查：安裝用螺栓和墊片需每二年更換一次

（11）扭緊安裝螺栓時，安裝以下要領(lǐng)進(jìn)行。

（12）2名操作人員按照號碼順序，使用扭矩扳手扭緊至9.8 N-M (100 kgf-cm)

（13）（1→最后的螺栓）

（14）然后扭緊至N-M(150 kgf-cm)(1→最后的螺栓)

（15）然后扭緊至（230 kgf-cm）(1→最后的螺栓)

（16）最后按22.6 N-M (230 kgf-cm)逆向緊固（最后的螺栓→1）檢查 ：安裝螺栓是否按照22.6 N-M (230 kgf-cm)扭緊。

8.5 抽真空

（1） 關(guān)閉超真空閥。

（2） 按照抽真空配管參考圖進(jìn)行連接。

（3） 使用專用電纜連接QC電源及QC。

（4） 放QC冷卻水。（安裝冷卻水配管后）檢查：QC冷卻水是否流動。

（5）運行旋轉(zhuǎn)式泵，檢查配管內(nèi)是否有真空泄露。0.7 Pa（0.005 Torr）以下檢查：配管的真空是否泄露。

（6）觀察皮拉尼真空計的同時，稍微打開超高真空閥。

注意：保持2 700 Pa（20 Torr）以下。

旋轉(zhuǎn)式泵的氣體鎮(zhèn)定閥保持打開狀態(tài)。

真空度變好，維持2 700 Pa（20 Torr）以下，最終全開。

目測窗箔的伸展情況，確認(rèn)沒有褶皺。

檢查：是否保持2 700 Pa以下直至超真空閥全開。

（7）達(dá)到0.7 Pa（0.005 Torr）左右時，觀察皮拉尼真空計的同時，把丙酮噴撒到真空密封部分，檢查有無真空泄漏。（2人操作）

檢查：有無真空泄漏

（8）是否離子泵已經(jīng)排氣。

①打開QC的開關(guān)，把輸出電流設(shè)定為48 A。

②隨著燈絲的加熱，電流會減少，需要隨時進(jìn)行調(diào)整使之變?yōu)?8 A。

③把QC及粗抽泵并列運行，如果優(yōu)于0.7 Pa，則關(guān)閉超高真空閥，只使用QC抽真空。

④2～3 min后，用電壓RANGE打開離子泵，電壓下降或停滯時關(guān)閉電源，等待2～3 min進(jìn)行同樣動作（一次通電的時間不得超過3 min）。

⑤離子泵的電壓緩慢上升，確認(rèn)電流降低。

注意：如果真空度上升遲緩時，暫時關(guān)閉離子泵和QC泵后，再次打開超真空閥，進(jìn)行粗抽之后，重復(fù)1的操作。

⑥離子泵開始用4 kV模式，電流值下降后使用6 kV模式運行，使用專用扭矩扳手把超高真空閥較之前增加0.49 N-M(5 kgf-cm)，并記錄該扭矩值。

檢查:是否記錄超真空閥的最終扭矩值。

⑦ 關(guān)閉皮拉尼真空計，粗抽泵的電源，拿開配管、配線。

（8） 安裝窗冷卻風(fēng)配管。整理屏蔽室內(nèi)，取出N2鋼瓶。

8.6 電子束形狀檢查模式

在輻照窗箔面安裝規(guī)格的感光紙，感光紙沿著箔面安裝在寬幅方向及兩端部分。

（1）準(zhǔn)備寬度為105 mm的三張感光紙，用膠布固定在窗箔的中央及兩端。

（2） 在窗箔約10 cm的位置放置與地線絕緣的對電極（鋁板等）。

（3） 檢查配線，可以用萬用表與測量電阻相同的方式進(jìn)行。

（4）在正極（+）端子觸到對電極的情況下把負(fù)極（-）端子接到地線，如果電流計（μA）的指針晃動，則配線完成。

（5）在電子束分布檢查畫面，設(shè)定電子束圖像檢查的條件。

產(chǎn)生加速電壓：加速電壓到達(dá)設(shè)定值后，手動操作（按下運行畫面上的上升/下降開關(guān)）產(chǎn)生必要的電子束流。

（6）電子束流到達(dá)目標(biāo)值后，保持一定時間。

電子束形狀 40 μA×2分，電子束光點 50 μA×1分，關(guān)閉電子束流及加速電壓，

檢查感光紙的電子束像，確認(rèn)電子束圖像與檢查成績書一樣，沒有變化。

8.7 調(diào)整燈絲

（1）將所有配電柜的空開送上。

（2）切換到燈絲調(diào)整畫面，按一下報警復(fù)位按鈕，查看報警畫面，是否有報警？直到報警畫面無報警。

（4） 記錄燈絲調(diào)整畫面的實際值，真空度數(shù)值。

（4）設(shè)置數(shù)值為20，將操作開關(guān)按鈕切換到開位置，等一會，按一下開始按鈕。這是會看到燈絲實際值數(shù)值在變化，等燈絲實際值數(shù)值不變時，記錄燈絲實際值的數(shù)值，以及真空度，再查看控制柜內(nèi)變頻器的數(shù)值，都記錄下來。

（5） 重復(fù)4的步驟，將數(shù)值設(shè)置為30、40、50 ，最大設(shè)置數(shù)值為55。

（6）當(dāng)測試結(jié)束后，按一下停止按鈕，同時將切換開關(guān)切換到OFF。

8.8 束像調(diào)整確認(rèn)

（1） 控制板連接到陰極。

（2） 用萬用表（歐姆檔）測量阻值，約為10 kΩ,同時在觸摸屏上可看到對陰極電流約為10.01 μA。

（3） 切換到電子束調(diào)整畫面，按一下觸摸屏報警復(fù)位按鈕，查看報警畫面，是否有報警？直到報警畫面無報警。

（4） 將操作開關(guān)按鈕切換到開位置，這是觸摸屏?xí)崾尽罢袷幤髡婵展芗訜嶂小?，一段時間后，觸摸屏?xí)霈F(xiàn)提示“加速電壓準(zhǔn)備完畢”。這是按一下“開始”按鈕。這是會看到加速電壓的數(shù)值在增加，一段時間后會增加到400 kV,同時觸摸屏提示“束流準(zhǔn)備完畢”。這時再按一下“開始”按鈕，觸摸屏提示“束流輸出中”，手動增加燈絲電源現(xiàn)在值的百分比數(shù)值，大約增加到24%左右時，會看到対陰極電流數(shù)值在增加。這時繼續(xù)手動增加燈絲電源現(xiàn)在值的百分比，當(dāng)對應(yīng)極電流達(dá)到28 μA時，停止增加，等待2 min30 s后，即可按電子束停止按鈕。

（5） 打開罐門時，先到PLC控制柜處手動按一下吹風(fēng)機(jī)，大約30 s左右，開吹風(fēng)機(jī)是為了排除罐內(nèi)的臭氧。

（6） 打開罐門，小心拆除貼在鈦膜上的感光紙。這時會看到感光紙上成的像。

8.9 束流調(diào)整確認(rèn)(400 kV-80 mA)

（1）切換到束流調(diào)整畫面，按一下觸摸屏報警復(fù)位按鈕，查看報警畫面，是否有報警，直到報警畫面無報警。

（2）將操作開關(guān)按鈕切換到開位置，這是觸摸屏?xí)崾尽罢袷幤髡婵展芗訜嶂小?，一段時間后，觸摸屏?xí)霈F(xiàn)提示“加速電壓準(zhǔn)備完畢”。這時按一下“開始”按鈕。這時會看到加速電壓的數(shù)值在增加，一段時間后會增加到400 kV,同時觸摸屏提示“束流準(zhǔn)備完畢”。這時再按一下“開始”按鈕，觸摸屏提示“束流輸出中”，設(shè)定束流的設(shè)定值為“5 mA”，手動增加束流現(xiàn)在值數(shù)值，會看到束流的現(xiàn)在值在增加,同時真空度在降低。

當(dāng)束流的數(shù)值達(dá)到5 mA時，將束流的設(shè)定值該為“10 mA”，以此往下為“15 mA，20 mA，25 mA”，一直到83 mA，這中間需要一直關(guān)注真空度的數(shù)值變化，真空度最低不能低于4.2×10-4Pa，當(dāng)束流的數(shù)值達(dá)到“83 mA”時，即可按電子束停止按鈕。

TQ330.493

1009-797X(2015)15-0038-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.15.010

凌紅衛(wèi)（1974-），男，畢業(yè)于安徽機(jī)電學(xué)院《工業(yè)自動化》專業(yè)、北方工業(yè)大學(xué)《計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)，主要從事企業(yè)設(shè)備電氣技術(shù)和部門管理工作，現(xiàn)任安徽佳通輪胎有限公司預(yù)備維修處處長，同時兼管安徽工廠TPM推進(jìn)總計劃、TPM工作總結(jié)匯報。

2014-09-05