Faute de tension hors de contrôle de l'alimentateur composite

Étude de cas d'un défaut non contrôlé de tension composite d'alimentateur de lisseur de dérouleur 3 en 1 : analyse des causes profondes, schéma de réparation et spécifications de maintenance préventive

Ce boîtier est basé sur une cellule de production d'emboutissage équipée d'une poinçonneuse de précision servo 200T et d'un alimentateur redresseur dérouleur trois en un série HCK. L'équipement est utilisé pour l'estampage continu de la coque en acier inoxydable de la nouvelle batterie d'énergie, la matière première est une bande d'acier inoxydable SUS304 d'une épaisseur de 0,6 mm et d'une largeur de 180 mm. L'ensemble de la chaîne de production adopte un mode de production continue en deux équipes et l'équipement a été mis en service pendant 18 mois, avec une course mensuelle moyenne atteignant 1,8 million de courses. Le chargeur trois-en-un intègre un dévidoir à expansion hydraulique, un mécanisme de nivellement multi-rouleaux, une unité de détection de tension et un rouleau d'alimentation servo. La bobine de matériau est équipée d'un frein à friction pneumatique et le contrôle de tension en boucle fermée est réalisé via un capteur de tension + un automate + un réglage du couple de freinage. La vitesse de travail nominale est de 80 coups par minute et la plage de tension stable cible est définie entre 12 et 20 N pour cette bande de spécifications.

Le phénomène des défauts est apparu pour la première fois dans la production de nuit. L'opérateur a constaté une légère ondulation sur le bord de la bande d'acier inoxydable. À ce moment-là, le client soupçonnait que le matériau brut de la bobine avait une mauvaise planéité, il a donc remplacé une nouvelle bobine et poursuivi la production. Cependant, le défaut d’onde de bord existait toujours après le remplacement de la bobine. Trois jours plus tard, la bande a commencé à apparaître des courbures irrégulières et des flambages locaux, et de fines rayures sont apparues sur la surface du matériau. Au troisième jour d'apparition du défaut, deux accidents de rupture de bande se sont succédé. Après chaque casse, la ligne de production devait s'arrêter, réenfiler la bande et ajuster le cheminement du matériau, ce qui prenait à chaque fois plus de 40 minutes. Pendant ce temps, une tension instable a provoqué une déformation par étirement du matériau local et la taille de la coque de batterie estampée a dépassé la tolérance, entraînant une forte augmentation du taux de rejet. Afin d'éviter davantage de risques de casse de matériaux et de collision avec les matrices, l'équipe de production a réduit la vitesse de travail de 80 spm à 45 spm, et la capacité de production a considérablement diminué. Le client a contacté notre service après-vente et a demandé un service de dépannage sur site.

La première étape consiste à éliminer les facteurs de qualité des matières premières. Nous avons échantillonné plusieurs sections de la bobine actuelle et de la bobine de rechange en attente, et effectué une inspection de planéité sur la plate-forme d'inspection. Le résultat du test a montré que la bobine brute elle-même ne présentait aucune onde de bord évidente ni anomalie de contrainte interne. Par conséquent, le défaut de planéité de la bande a été généré lors du processus de transport et de nivellement du matériau du chargeur trois-en-un, plutôt que lors du défaut inhérent à la bobine brute. Puis nous avons enregistré les caractéristiques de la faille : l'onde de bord de la bande est instable, apparaît tantôt en bord gauche, tantôt en bord droit ; le flambage se produit de manière aléatoire et la probabilité augmente lorsque la vitesse de la ligne augmente ; des rayures sont réparties dans le sens d'alimentation sur la surface de la bande.

Nous avons soulevé la bobine et vidé la bobine de matériau, puis avons fait tourner manuellement la bobine pour vérifier la douceur de la rotation. Une sensation évidente de coincement a été constatée pendant la rotation et la résistance à la rotation n’était pas uniforme. Après démontage, nous avons constaté que le roulement de support du moulinet présentait une usure partielle et une lubrification insuffisante, entraînant une résistance à la rotation instable. Inspectez ensuite l'ensemble du frein pneumatique à friction : le patin de friction était très usé, l'épaisseur était proche de la limite de remplacement. La surface de friction présentait un dépôt partiel de carbone et une usure inégale. Lorsque le frein fonctionne, le couple de freinage ne peut pas être produit de manière stable. Lors du cycle d'alimentation, le rouleau d'alimentation tire la bande vers l'avant, la bobine peut glisser et libérer le matériau de manière excessive, provoquant un relâchement du matériau et une faible tension ; lorsque le frein s'accroche brusquement, la tension monte instantanément, tirant brusquement la bande et entraînant un risque de fracture.

Nous avons vérifié le capteur de tension installé à la sortie de la section de nivellement. L'environnement de l'atelier d'emboutissage à long terme a amené la surface de détection à accumuler une grande quantité de poudre métallique et de boues d'huile lubrifiante, qui recouvraient la zone de détection. Le retour du signal présentait un retard et une distorsion importants, la valeur réelle de la tension de la bande ne pouvait pas être transmise avec précision au PLC. La logique de contrôle en boucle fermée est tombée en panne et le système n'a pas pu ajuster automatiquement le couple de freinage en temps réel en fonction de la tension réelle.

Pour le mécanisme de nivellement, nous avons mesuré l'écart entre les rouleaux de nivellement supérieur et inférieur aux extrémités gauche et droite avec une jauge d'épaisseur de précision. L'écart entre l'écart gauche et droite atteint 0,12 mm. La bande supportait une force d'extrusion asymétrique lors du processus de nivellement, de sorte qu'un côté de la bande était trop nivelé tandis que l'autre côté n'était pas suffisamment nivelé, formant un défaut d'onde de bord. Dans le même temps, des débris métalliques adhéraient à la surface des rouleaux de guidage des matériaux individuels, ce qui produisait des rayures linéaires sur la surface de la bande pendant le transport.

Nous nous sommes connectés au système de contrôle de l'équipement pour afficher les données historiques de tension. La valeur de tension a fluctué violemment entre 8 N et 42 N pendant le fonctionnement. Les seuils de tension supérieurs et inférieurs d'origine définis par le client étaient trop étroits et le gain proportionnel de la réponse des freins était trop faible. Lorsque la tension changeait, la vitesse de réglage du couple de freinage était lente, ce qui ne pouvait pas limiter les fluctuations de tension lors du cycle d'alimentation à grande vitesse. Le programme original ne permettait pas la fonction de réduction automatique de la vitesse en cas d'anomalie de tension, de sorte que l'équipement continuait de fonctionner à la vitesse définie même si la tension dépassait la plage de sécurité, augmentant ainsi le risque de casse du matériau.

Un test d'étalonnage statique a été effectué après avoir terminé l'inspection ci-dessus. L'alimentateur fonctionnait sans matériau de bobine, simulait un mouvement d'alimentation et la lecture du capteur de tension sautait de manière irrégulière, ce qui était cohérent avec les caractéristiques de défaut observées dans la production réelle. Le test a confirmé qu'il s'agissait d'un défaut composite formé par l'usure mécanique, la pollution des capteurs et des paramètres de contrôle déraisonnables.

Après une inspection et des tests systématiques, nous avons identifié quatre niveaux de causes profondes pour ce défaut de tension incontrôlable :

1. Cause profonde mécanique: Un fonctionnement à long terme et à cycle élevé a provoqué l'usure des plaquettes de frein à friction pneumatique et une mauvaise lubrification du roulement de support du moulinet. La résistance à la rotation du moulinet était instable et le couple de freinage était discontinu, ce qui était la principale raison de la fluctuation de tension.
2. Cause de détection et de signal: Le capteur de tension était recouvert de boues d'huile et de poussière métallique, la fonction de détection s'est dégradée, le retour du signal a été retardé et déformé. Le contrôle de tension en boucle fermée a perdu une source de retour précise et le système n'a pas pu réaliser un ajustement dynamique en temps réel.
3. Cause d'ajustement du processus: Le parallélisme des rouleaux de nivellement était hors tolérance, l'écart gauche-droite était incohérent. La bande a reçu une force de nivellement inégale, ce qui a induit des défauts d’onde de bord et de flambement. Des corps étrangers sur les rouleaux de guidage ont provoqué des rayures superficielles sur la bande.
4. Cause du fonctionnement du système: Les paramètres de contrôle de tension n'étaient pas mis à jour en fonction du vieillissement des composants. Le gain de réponse des freins était déraisonnable et la fonction de protection contre les anomalies de tension n'a pas été activée. L'équipement manquait de mécanisme d'alerte précoce automatique et de limitation de vitesse lorsque la tension s'écartait, ce qui faisait qu'un petit défaut se transformait en accident de rupture de matériau.

Les travaux de réparation et d'optimisation ont été mis en œuvre étape par étape en fonction de la cause première :

1. Démontez l'ensemble de frein du moulinet, retirez les anciennes plaquettes de friction usées, nettoyez les dépôts de carbone sur le disque de friction, installez des plaquettes de frein neuves assorties, ajustez le jeu des freins, testez le couple de freinage à plusieurs reprises pour garantir un couple fluide et stable. Remplacez le roulement de support de bobine usé, injectez de la graisse lubrifiante à haute température, faites tourner la bobine en douceur avec une résistance uniforme.
2. Démontez complètement le capteur de tension, nettoyez la poudre métallique et la contamination par l'huile sur la surface de détection avec un agent de nettoyage spécial, effectuez un étalonnage du point zéro et un test de linéarité du capteur, confirmez que le délai de retour du signal est inférieur à 20 ms. Nettoyez chaque rouleau de guidage du matériau, retirez les débris métalliques, remplacez le manchon en caoutchouc anti-rayures endommagé.
3. Ajustez le parallélisme des rouleaux de nivellement supérieur et inférieur, ajustez l'écart aux extrémités gauche et droite avec une jauge d'épaisseur jusqu'à ce que l'écart de l'écart soit contrôlé en dessous de 0,02 mm. Effectuez un test de nivellement sur la bande de ferraille pour vérifier l'effet d'amélioration de la planéité.
4. Ré-optimisez les paramètres de contrôle de tension en boucle fermée sur l'IHM. Réinitialisez les limites de tension supérieure et inférieure, ajustez le gain PI de la réponse du couple de freinage, accélérez la vitesse de réponse dynamique du frein. Activez l'alarme anormale de tension et la fonction de protection contre la réduction automatique de la vitesse. Une fois que la tension dépasse l'intervalle de sécurité prédéfini, l'IHM déclenche une alarme et le chargeur réduit automatiquement la vitesse pour éviter la rupture de la bande.
5. Terminez l'assemblage de l'équipement et effectuez des tests en plusieurs étapes : test à vide, test de filetage du matériau à basse vitesse, essai d'emboutissage à vitesse moyenne et enfin vérification continue à pleine vitesse. Le test à pleine vitesse dure 150 minutes, effectuant 12 000 courses en continu et enregistre les données de tension toutes les 200 courses pour l'analyse des tendances.

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Q1 : Pourquoi l'usure des plaquettes de frein est-elle le facteur mécanique le plus courant entraînant une instabilité de tension du chargeur trois-en-un ?A1 : La plaquette de frein à friction est la pièce d’usure centrale de la bobine du dérouleur. À chaque cycle d'alimentation, le frein doit s'engager et se relâcher à plusieurs reprises pour contrôler la vitesse de libération du matériau en bobine. Dans le cadre d'une production continue en deux équipes, le patin de friction s'use progressivement. Avec la diminution de l'épaisseur, la pression de contact et le coefficient de frottement changent, de sorte que le couple de freinage ne peut pas rester stable. Une fois que le couple fluctue, la force de traction de la bande change en conséquence, entraînant une tension hors de contrôle. Il s'agit d'une défaillance graduelle typique, qui se détériore lentement avec le temps de fonctionnement et est facile à ignorer lors de l'inspection quotidienne.

Q2 : Comment distinguer si le défaut de fluctuation de tension provient d'une défaillance du capteur ou de l'usure mécanique des freins ?A2 : Le test d’isolement est la méthode la plus efficace. Fixez la bande statique, appliquez manuellement une tension standard connue, observez le changement de lecture du capteur de tension. Si la lecture du capteur ne peut pas suivre le changement de tension réelle ou si la lecture saute de manière aléatoire, la source du défaut est le capteur de tension et le circuit de signal. Si la lecture du capteur peut refléter normalement la tension manuelle, mais que la tension fluctue évidemment pendant la rotation du moulinet, le problème réside dans l'usure des plaquettes de frein, le blocage des roulements et d'autres pièces mécaniques du moulinet. Cette méthode peut éviter le remplacement aveugle de capteurs coûteux.

Q3 : Pourquoi devons-nous recalibrer le capteur de tension après le nettoyage ou le remplacement ?A3 : Le capteur de tension s'appuie sur une jauge de contrainte pour convertir la force de traction du matériau en signal électrique. Après nettoyage ou démontage, le point zéro du capteur peut dériver. Sans calibrage du zéro, la lecture du retour aura un décalage fixe. Le PLC ajustera le couple de freinage en fonction d'une valeur de tension incorrecte, de sorte que le contrôle en boucle fermée ne peut pas fonctionner normalement. L'étalonnage du point zéro et le test de linéarité sont des procédures essentielles après la maintenance du capteur, qui ne peuvent être omises.

Q4 : Quels facteurs d'interférence électromagnétique ou environnementale affecteront le signal du capteur de tension dans l'atelier d'emboutissage ?A4 : Les principales sources d'interférence comprennent le signal électromagnétique du servomoteur de la poinçonneuse, le câble d'alimentation à courant élevé parallèle au câble de signal du capteur, l'impact des vibrations généré par l'estampage du poinçon. En outre, le brouillard d'huile, la poudre métallique et l'environnement à haute température dans l'atelier contamineront la surface de détection et accéléreront le vieillissement du câble de signal. Le câble du capteur doit adopter un fil à paire torsadée blindé, séparer le câblage du câble d'alimentation et nettoyer régulièrement la surface de détection.

Q5 : Quel cycle de maintenance convient au chargeur trois-en-un dans le cadre d'une production d'emboutissage à grande vitesse en deux équipes ?A5 : Quotidiennement : inspection visuelle de la surface de la bande et tendance de la tension en temps réel sur l'IHM ; vérifiez s'il y a un bruit anormal de la bobine pendant le fonctionnement. Mensuellement : inspecter l'épaisseur des plaquettes de frein, vérifier la souplesse de rotation des bobines, nettoyer les rouleaux de guidage du matériau. Tous les trimestres : nettoyer la surface du capteur de tension, vérifier le câble de signal et le connecteur, tester la fonction d'alarme de tension. Semestriellement : mesurez l'écartement et le parallélisme des rouleaux de nivellement, sauvegardez les paramètres de tension de l'IHM, inspectez l'état de lubrification du roulement du cylindre. Annuellement : inspection de démontage complet de l'ensemble de frein, étalonnage complet du système de tension en boucle fermée et test de vérification à pleine vitesse de longue durée.

Q6 : Quelle perte économique peut être causée si ce défaut de tension incontrôlable n'est pas traité à temps ?A6 : Si le défaut continue de se détériorer, des ruptures fréquentes de bandes entraîneront une grande quantité de déchets de matières premières et de longs arrêts de production. Pire encore, un excès de matière meuble peut s'accumuler dans la cavité de la matrice et provoquer une collision avec la matrice. Le coût de réparation de cette coque de batterie est élevé et le retard de livraison entraînera un risque de pénalité pour la commande du client. Même avant l'endommagement de la matrice, le taux de rejet de 7,2 % et la réduction de capacité de 44 % entraînaient déjà d'énormes pertes de production et de coût des matières premières à chaque changement de production. La réparation opportune des composites a rétabli la pleine capacité de production en une seule journée de service, protégeant ainsi les actifs de la matrice et garantissant la livraison des commandes.

En combinaison avec ce dossier de maintenance sur site, nous formulons des spécifications de maintenance préventive standardisées pour le système de contrôle de tension du chargeur-redresseur dérouleur trois-en-un HCK :

1. Entretien quotidien: Contrôle visuel de la planéité de la bande et des rayures de la surface ; observer la tendance de la valeur de tension sur l'IHM ; écoutez les bruits anormaux provenant du moulinet et du frein pendant le fonctionnement ; enregistrer un journal des fluctuations de tension anormales.
2. Entretien mensuel: Mesurer l'épaisseur résiduelle des plaquettes de frein à friction pneumatique, remplacer les plaquettes une fois la limite d'usure atteinte ; vérifier la douceur de rotation du moulinet, compléter la graisse lubrifiante pour les roulements ; nettoyer la surface des rouleaux de guidage, éliminer les débris métalliques.
3. Entretien trimestriel: Démonter et nettoyer la surface de détection du capteur de tension ; vérifier l'état de fixation du câble de signal blindé et du connecteur ; Test de simulation de déclenchement de l'alarme anormale de tension et fonction de réduction automatique de la vitesse.
4. Entretien semestriel: Utilisez une jauge d'épaisseur de précision pour détecter le parallélisme et l'écart des rouleaux de nivellement, ajustez si l'écart dépasse la norme ; sauvegardez tous les paramètres de tension en boucle fermée dans le PLC et l'IHM ; inspecter le cheminement des câbles et l’état de la mise à la terre.
5. Entretien annuel: Inspection de démontage complet de l'ensemble de frein du cylindre ; étalonnage du point zéro et test de linéarité du capteur de tension ; optimisation complète des paramètres PI de tension ; Test de vérification continue à pleine vitesse de 12 000 courses.
6. Exigence d'inventaire de pièces de rechange: Conservez les plaquettes de frein à friction de rechange, le capteur de tension, le roulement de support de bobine, les bagues d'étanchéité et les manchons en caoutchouc du rouleau de guidage dans l'entrepôt du client, afin de réduire le temps moyen de réparation en cas de défaillance des pièces d'usure.

Ce cas de maintenance montre que le défaut de tension incontrôlable de l'alimentateur redresseur dérouleur trois en un est généralement un défaut composite contenant une usure mécanique, une distorsion du signal de détection et des paramètres de contrôle déraisonnables, plutôt que l'endommagement d'un seul composant. La faille se développe progressivement, commençant par une légère vague de bord, puis se transformant en flambages et éraflures, pour finalement conduire à la rupture des bandes et à l'arrêt de la production. Si elle est ignorée, elle peut en outre déclencher un accident de collision et de lourdes pertes économiques.

En adoptant une méthode de diagnostic d'isolation en couches, nos ingénieurs après-vente ont éliminé les interférences avec les matières premières, vérifié un par un le frein du cylindre, le capteur de tension et le mécanisme de nivellement, trouvé toutes les causes profondes et mis en œuvre une réparation composite comprenant le remplacement des pièces d'usure, l'étalonnage du capteur, le réglage de l'écart mécanique et l'optimisation des paramètres de contrôle. Après maintenance, la tension de la bande est stable, la planéité de la bande répond aux exigences de production, le taux de rejet revient à son niveau normal et la ligne de production rétablit sa vitesse nominale maximale. Les spécifications de maintenance préventive résumées dans ce cas s'appliquent au chargeur trois-en-un HCK dans la production d'emboutissage à cycle élevé, ce qui aide les clients à découvrir à l'avance les défauts de tension cachés, à réduire les temps d'arrêt imprévus et à protéger les matrices d'emboutissage coûteuses et les actifs en matières premières.