降低殷瓦自动焊机的故障频率

杨文林, 包套图

（渤海船舶职业学院，辽宁葫芦岛 125000）

0 引言

LNG船液货舱围护系统建造使用设备有很多种类型，如殷瓦自动点焊机（MO1）、殷瓦自动缝焊机（MO2）、凸缘螺柱自动焊机（MO3）、端部列板自动焊机（MO4）、连接件基座自动焊机（MO5）、单折边列板自动焊机（MO6）、锚固带材自动焊机（MO7/8）。设备故障频率，即设备在单位工作时间内发生的故障次数，是衡量设备使用运行状态好坏的一个重要指标。这七种设备在前5条LNG船围护系统设备故障频率统计情况如图1所示。

从图1中可见，殷瓦自动缝焊机（MO2）在每一条LNG船建造使用的故障频率，均超过了2次/工作日，要远远高于其他自动焊接设备；而且随着使用时间的推移，使用设备的故障频率呈现上升的趋势，LNG#5船的MO2焊机故障频率甚至高达2.76次/工作日。

图2 殷瓦自动缝焊机（MO2）

过高的设备故障频率，不但造成整个液货舱围护系统的生产工作进度的减缓，同时也降低了整个液货舱殷瓦膜的焊接质量。MO2焊机，是LNG船液货舱围护系统建造所使用的一种进口设备，如图2所示，主要用于主次层殷瓦膜的焊接工作，其焊接工作量接近全船总焊接工作量的90%，其焊缝总长度接近 100 kM。MO2焊机的每一次设备故障，不但直接影响着整个液货舱围护系统的生产工作进度，同时也间接影响着整个液货舱殷瓦膜的焊接质量。

1 分析MO2焊机的主要故障因素

根据前5条LNG船MO2焊机所有的报修维修记录，对每项故障内容进行分析归纳，分析MO2焊机的主要故障因素。从图3中可见，MO2焊机的机头驱动板烧损的故障次数多达749次，比例高达64%，是MO2焊机的主要故障因素。

MO2焊机机头驱动板烧损这一主因故障，主要表现在驱动板上电气元件的烧损严重，而造成烧损现象主要还是由于大电流或大热量流经电路板，导致电气元件过载而烧损。根据驱动板大电流或大热量的来源，对机头驱动板烧损进行原因分析，发现有三点原因：驱动板工作强度设计能力不足；安装位置不合理；员工培训不到位。通过试验，排查，发现驱动板工作强度设计能力不足是MO2焊机机头驱动板烧损的主要因素。

2 制定对策

根据驱动板工作强度设计能力不足的主要原因，提出了如下对策：移除设备机头驱动板，使用先进技术来代替驱动板的作用。即使用目前市场主流先进缝焊机的驱动系统，即交流伺服驱动系统，来代替目前进口设备所使用的由机头驱动板来直接控制的直流调速电动机驱动系统，以彻底移除机头驱动板，停止使用，来根除驱动板对焊机的影响。

交流伺服驱动系统新兴于21世纪，是目前市场流行的主流技术。使用PLC技术，当设备故障时仅通过伺服驱动器的报警代码即可找到问题根源，维修效率大大提高，维修成本低。虽然使用新的驱动系统以代替旧的驱动系统，需要前期一定的投入，但是总体来说，经济效益还是可观的。

3 实施

3.1 分析原直流调速电动机驱动系统原理及线路布置图

直流调速电动机驱动系统，主要由直流稳压电源、驱动板、直流电动机等几部分组成的，如图4所示。直流稳压电源位于焊机电源上，将单相380 V的交流电转换成为48 V直流电，用于对驱动板的供电；驱动板位于焊机机头上，不但有48 V直流电的供电输入，还有遥控器传送而来的开关信号，以及对直流电动机的信号指令输出及反馈；直流电动机同样位于焊机机头上，接受驱动板传送而来的速度指令，通过速度输出来带动焊机的机械传动装置。

3.2 拆除驱动板等直流驱动系统装置

首先，拆除原有驱动系统元器件的线路连接，从输入端至输出端共计5根线：单相380 V交流电变压器输入线（2×2.5 mm2）；48 V直流电变压器输出线（2×2.5 mm2）；遥控器开关信号线（2×0.75 mm2）；速度指令输出线（3×0.75 mm2）；速度检测反馈线（4×0.35 mm2），然后，将直流稳压电源、驱动板、直流电动机等原驱动系统的元器件从设备上拆除

3.3 分析交流伺服驱动系统原理

交流伺服驱动系统，是由伺服放大器、伺服电动机等组成。[5]交流伺服驱动系统的工作原理是，伺服放大器通过收取遥控开关信号，将内部设定好的程序输出至伺服电动机上，伺服电动机上的伺服编码器根据伺服放大器的指令，来控制伺服电动机的速度输出，并以此来带动机头行走。

3.4 交流伺服系统装置及部件的选取及采购

目前市场上比较主流的交流伺服驱动系统配置有两种：伺服放大器（MR-J2S-40A 和MR-J3-40A两种配置）和伺服电动机（HC-KFS43和HF-KP43两种配置）。

由于 MO2焊机使用交流伺服驱动系统，主要目的是使用伺服放大器的“速度控制模式”这一功能，其余的功能均很少涉及，因此，在考虑成本节约以及安装便捷等因素后，决定选择使用 HC-KFS43配置的J2S型伺服系统。

图4 原MO2焊机驱动系统电气原理图

3.5 改造后设备前期实船效果检验

设备改造工作结束后，我们对前期最先改好的4台MO2自动焊机，进行了实船焊接，并每5分钟测量记录伺服放大器的工作温度。实验显示，每一次的测量温度均没有超过安全温度50℃，达到了预期的目标。同时，对这些设备的故障次数做了详细的统计， 图5是两个阶段的数据总结。

从上图5可以看出，实船焊接试验中，12个工作日中只出现了 8次设备故障，故障频率为0.67台/工作日，小于1台/工作日。

4 结论

LNG船液货舱围护系统进口MO2焊机改造后，其改造成本及使用运行维护成本，比起原设备也有很大的改观。虽然在改造成本上，新的交流伺服驱动系统的成本费用约为2万元，但在使用运行维护方面，改造设备的维护成本极为低廉，比起原设备的维护成本要节约将近3万元，对改造成本及维护成本进行总计，平均每台设备可以节约1万元左右。

目前在 LNG#6船建造过程中，我们已经对现有的 7台 MO2焊机进行了驱动改造，则所节约的总费用已达到了 7万元。而对于后续 LNG船，由于没有了改造的成本，每条船预计可节约的总体成本可达21万元，经济效益十分可观。

[1] 王德云，郑铭，孙淑娟，杜秀华. LNG船液货系统的安全仪表系统设计方法研究[J].上海：微型电脑应用，2010,（2）：12-14.

[2] 李富昌，耿海平. LNG船标准体系研究[J]. 北京：国防技术基础，2006,（6）：4-7.

[3] 张力重，林红旗. 交流伺服电机驱动机械式压力机的发展[J]. 广西：装备制造技术，2007,（3）：49-51.

[4] 钱立根，洪军. BE包装机直流电动机驱动系统[J].北京：电气时代，2005,（5）：116-117.

[5] 李保，王长华，倪森祥.基于伺服电机转矩模式的动态力矩测试系统[J]. 浙江：机电工程，2009,（8）：79-81.