王東升 賈志新 畢溫海 潘心偉

(①北京科技大學(xué)機械工程學(xué)院，北京100083；②揚州恒佳自動化設(shè)備有限公司，江蘇揚州225129)

如今，隨著鈑金行業(yè)快速發(fā)展[1]，折彎機器人這 種行業(yè)專用機器人已成為自動化生產(chǎn)線重要組成部分。折彎機器人動力與傳動系統(tǒng)是折彎機器人的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，其可靠性水平的高低直接影響折彎機器人的加工效率與質(zhì)量，提高動力與傳動系統(tǒng)的可靠性對于減少折彎機器人故障，減少生產(chǎn)線停機，提高生產(chǎn)效率具有重要意義。

故障模式及影響分析(failure modes and effect analysis，F(xiàn)MEA)是一種前瞻性的可靠性分析和安全評估方法。該方法通過分析系統(tǒng)中每一個潛在的故障模式，確定其對系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響，從而識別系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)和關(guān)鍵項目[2]，管控風(fēng)險[3-4]，為制定改進(jìn)措施提供依據(jù)。FMEA已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域被應(yīng)用。如建筑安裝工程[5-6]、船舶與海洋工程[7]、醫(yī)療衛(wèi)生[8]、軟件工程及信息系統(tǒng)開發(fā)、機械工程[9]等。國內(nèi)學(xué)者應(yīng)用FMEA方法做了大量研究，如喬巍巍、賈亞洲等[10]對數(shù)控系統(tǒng)軟件故障做了故障模式影響及危害分析；楊靜對重型數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)做了故障模式、影響及危害性分析[11]。李星軍運用FMEA分析方法對數(shù)控磨床以子系統(tǒng)為約定層次做了可靠性分析與評價，以提高數(shù)控磨床可靠性[12]。熊君星、趙金平等[13]運用FMEA方法對設(shè)備故障管理做了研究，分析設(shè)備故障模式與影響，對設(shè)備故障風(fēng)險進(jìn)行評價，通過效果對比，得出設(shè)備FMEA報告。

1 動力與傳動系統(tǒng)可靠性框圖建立

基本可靠性框圖是描述產(chǎn)品整體可靠性與其組成部分的可靠性之間的關(guān)系，不僅反映系統(tǒng)間的功能關(guān)系，而且表示故障影響的邏輯關(guān)系。因此產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)框圖應(yīng)該包括所有的構(gòu)成單元，包括產(chǎn)品所有用于儲備工作模式的單元，因為構(gòu)成產(chǎn)品的任何單元發(fā)生故障后均需要維修以及后勤保障。

經(jīng)過對折彎機器人的動力與傳動系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)功能進(jìn)行研究分析，建立動力與傳動系統(tǒng)可靠性框圖與編碼體系，如圖1-6所示，為FMEA分析與后期統(tǒng)計分析做了鋪墊。

2 動力與傳動系統(tǒng)FMEA分析

2.1 故障判據(jù)制定

依據(jù)國家軍用標(biāo)準(zhǔn)《GJB/Z1391-2006故障模式、影響及危害性分析指南》制定如下折彎機器人故障判據(jù)依據(jù):

(1)折彎機器人在規(guī)定的條件下和規(guī)定時間內(nèi)，不能完成規(guī)定的功能。

(2)折彎機器人在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，某些性能指標(biāo)或規(guī)定參數(shù)不能保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。

(3)折彎機器人在規(guī)定的條件下和規(guī)定時間內(nèi)，引起對人員、環(huán)境、能源、和物質(zhì)等方面的影響超出了允許范圍。

2.2 動力系統(tǒng)故障模式、部位、原因分析

本文針對揚州恒佳自動化設(shè)備有限公司2016年全年、2017年全年銷售的HR50系列折彎機器人動力與傳動系統(tǒng)發(fā)生的故障，依據(jù)故障判據(jù)依據(jù)，經(jīng)過篩選得到54條故障數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。針對其他類型機電一體化產(chǎn)品制定的可靠性代碼以及中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布的QC/T34-92《汽車的故障模式及分類》，制定折彎機器人故障模式、故障原因代碼。

對折彎機器人動力與傳動系統(tǒng)做故障模式分析，故障模式表如表1所示，故障模式直方圖如圖1所示。

從表1和圖7可以看出折彎機器人動力與傳動系統(tǒng)各故障模式發(fā)生頻率，頻率高于0.05的主要是故障類型從高到低分別是:失調(diào)型中的運動部件運動失調(diào)、功能型中的發(fā)出異響、損壞型中的電動機損壞、零部件損壞，運動型中的不動作、功能型中的程序與實際運行位置不符、松動型中的零部件松動、滲漏中的漏油。

表1 折彎機器人動力與傳動系統(tǒng)做故障模式表

動力與傳動系統(tǒng)故障部位分析:故障部位直方圖如圖8所示。

從圖8中可以看出動力與傳動系統(tǒng)故障部位頻率高于0.05的從高到低依次為:Z軸電動機、A軸減速器、Y軸電動機、Y軸張緊、X軸PU開口帶。

動力與傳動系統(tǒng)故障原因分析:折彎機器人動力與傳動系統(tǒng)故障原因統(tǒng)計如表2、直方圖如圖9所示。

表2 動力與傳動系統(tǒng)故障原因表

從表2和圖9折彎機器人動力與傳動系統(tǒng)故障原因直方圖中可以看出:主要的故障原因為:電動機損壞、零部件損壞、安裝不當(dāng)。其中電動機損壞導(dǎo)致的故障最多。在外構(gòu)件中損壞型較高的為電動機，損壞次數(shù)為23次。其他零部件有損壞但極少。因此，建議更換電動機提供廠商、提高電動機質(zhì)量以提高折彎機器人可靠性。針對Z軸滑落現(xiàn)象，由于Z軸承載著Z軸、Y軸、A軸、C軸、工裝等結(jié)構(gòu)的重量，電機損壞 Z軸下滑易導(dǎo)致其他意外損害。因此建議安裝電磁制動裝置，當(dāng)出現(xiàn)故障時可以自動緊急制動。嚴(yán)格要求裝配程序，劃分責(zé)任，加強出廠檢查。鑒于帶張緊處出現(xiàn)松動為5次。對減速機密封定期做檢查，定期對設(shè)備潤滑維護(hù)。

3 結(jié)語

本文經(jīng)過對折彎機器人動力與傳動系統(tǒng)組成零部件分析，建立可靠性框圖，建立起了零件與組成動力與傳動系統(tǒng)的可靠性邏輯關(guān)系。依據(jù)FMEA理論，應(yīng)用FMEA分析方法，針對動力與傳動系統(tǒng)2年內(nèi)發(fā)生的54條實際故障數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，得出折彎機器人動力與傳動系統(tǒng)主要的故障模式為失調(diào)型中的運動部件運動失調(diào)、功能型中的發(fā)出異響、損壞型中的電機損壞、零部件損壞，運動型中的不動作、功能型中的程序與實際運行位置不符、松動型中的零部件松動、滲漏中的漏油。發(fā)生的主要故障部位為Z軸電動機、A軸減速機、Y軸電動機、Y軸張緊、X軸PU開口帶。主要的故障原因為:電動機損壞、零部件損壞、安裝不當(dāng)。

.知識窗.

自動澆注機(automatic pouring device)造型生產(chǎn)線上的輔機，是能使?jié)舶熳詣訉?zhǔn)鑄型的澆口，并自動控制澆注速度和澆注量的澆注設(shè)備。如傾轉(zhuǎn)式澆注機、氣壓式澆注機等。