Lỗi mất kiểm soát căng kéo tổ hợp bộ cấp thẳng cuộn 3 trong 1

Nghiên cứu điển hình về lỗi mất kiểm soát lực căng tổng hợp của máy ép tóc Uncoiler 3 trong 1: Phân tích nguyên nhân gốc rễ, sơ đồ sửa chữa và thông số kỹ thuật bảo trì phòng ngừa

Trường hợp này dựa trên một tế bào sản xuất dập được trang bị máy ép đột dập chính xác servo 200T và bộ cấp liệu máy duỗi thẳng ba trong một dòng HCK. Thiết bị được sử dụng để dập liên tục vỏ thép không gỉ của pin năng lượng mới, nguyên liệu là dải thép không gỉ SUS304 có độ dày 0,6 mm và chiều rộng 180 mm. Toàn bộ dây chuyền sản xuất áp dụng chế độ sản xuất liên tục hai ca và thiết bị đã được đưa vào sử dụng được 18 tháng, với số lần đột quỵ trung bình hàng tháng đạt 1,8 triệu lần. Bộ cấp liệu ba trong một tích hợp cuộn giãn nở thủy lực, cơ cấu cân bằng nhiều cuộn, bộ phát hiện lực căng và con lăn cấp liệu phụ. Cuộn vật liệu được trang bị phanh ma sát bằng khí nén và điều khiển độ căng vòng kín được thực hiện thông qua cảm biến căng thẳng + PLC + điều chỉnh mô-men xoắn phanh. Tốc độ làm việc định mức là 80 nhịp mỗi phút và phạm vi độ căng ổn định mục tiêu được đặt là 12 ~ 20 N cho dải thông số kỹ thuật này.

Hiện tượng lỗi lần đầu xuất hiện ở khâu sản xuất ca đêm. Người vận hành nhận thấy có sóng cạnh nhẹ trên mép dải thép không gỉ. Khi đó, khách hàng nghi ngờ nguyên liệu cuộn thô có độ phẳng kém nên đã thay cuộn mới và tiếp tục sản xuất. Tuy nhiên, lỗi sóng biên vẫn tồn tại sau khi thay thế cuộn dây. Ba ngày sau, dải này bắt đầu xuất hiện những đường cong không đều và vênh cục bộ, đồng thời xuất hiện những vết xước nhỏ trên bề mặt vật liệu. Vào ngày thứ ba xảy ra lỗi, hai vụ tai nạn đứt dải liên tiếp đã xảy ra. Sau mỗi lần bị hỏng, dây chuyền sản xuất cần dừng lại, nối lại dải và điều chỉnh đường dẫn nguyên liệu, mỗi lần tiêu tốn hơn 40 phút. Trong khi đó, lực căng không ổn định gây ra biến dạng kéo dài của vật liệu cục bộ và kích thước của vỏ pin được dán tem vượt quá dung sai, dẫn đến tỷ lệ loại bỏ tăng mạnh. Để tránh nguy cơ vỡ vật liệu và va chạm chết nhiều hơn, đội ngũ sản xuất đã giảm tốc độ làm việc từ 80 spm xuống còn 45 spm, năng suất sản xuất giảm đáng kể. Khách hàng đã liên hệ với bộ phận hậu mãi của chúng tôi và đăng ký dịch vụ xử lý sự cố tại chỗ.

Bước đầu tiên là loại bỏ các yếu tố chất lượng nguyên liệu thô. Chúng tôi đã lấy mẫu nhiều phần từ cuộn dây hiện tại và cuộn dây dự phòng, đồng thời tiến hành kiểm tra độ phẳng trên bệ kiểm tra. Kết quả thử nghiệm cho thấy bản thân cuộn thô không có sóng cạnh rõ ràng và bất thường ứng suất bên trong. Do đó, khiếm khuyết về độ phẳng của dải được tạo ra trong quá trình vận chuyển và san lấp mặt bằng vật liệu của bộ cấp liệu ba trong một, chứ không phải là khiếm khuyết cố hữu của cuộn thô. Sau đó ghi nhận đặc điểm lỗi: sóng biên dải không ổn định, lúc xuất hiện ở mép trái, lúc xuất hiện ở mép phải; hiện tượng vênh xảy ra ngẫu nhiên và xác suất tăng lên khi tốc độ đường dây tăng lên; vết xước được phân bố dọc theo hướng cấp liệu trên bề mặt dải.

Chúng tôi nhấc cuộn dây lên và làm trống cuộn vật liệu, sau đó xoay cuộn bằng tay để kiểm tra độ trơn tru khi quay. Rõ ràng có cảm giác kẹt giấy trong quá trình quay và lực cản quay không đồng đều. Sau khi tháo rời, chúng tôi phát hiện ổ trục đỡ của trục quay bị mòn một phần và không đủ bôi trơn, dẫn đến lực cản quay không ổn định. Sau đó kiểm tra cụm phanh ma sát khí nén: má phanh bị mòn nghiêm trọng, độ dày đã gần đến giới hạn thay thế. Bề mặt ma sát có sự lắng đọng cacbon một phần và độ mòn không đồng đều. Khi phanh hoạt động, mômen phanh không thể phát ra ổn định. Trong chu trình cấp liệu, con lăn nạp kéo dải về phía trước, trục quay có thể trượt và nhả vật liệu quá mức, khiến vật liệu lỏng lẻo và độ căng thấp; khi phanh đột ngột bị giật, lực căng tăng lên ngay lập tức, kéo mạnh dải băng và dẫn đến nguy cơ gãy.

Chúng tôi đã kiểm tra cảm biến lực căng được lắp ở đầu ra của phần cân bằng. Môi trường xưởng dập lâu dài khiến bề mặt cảm biến tích tụ một lượng lớn bột kim loại và cặn dầu bôi trơn, bao phủ khu vực cảm biến. Phản hồi tín hiệu có độ trễ và biến dạng nghiêm trọng, giá trị độ căng của dải thực không thể được truyền tới PLC một cách chính xác. Logic điều khiển vòng kín không thành công và hệ thống không thể tự động điều chỉnh mômen phanh theo thời gian thực theo lực căng thực tế.

Đối với cơ chế cân bằng, chúng tôi đã đo khoảng cách giữa các con lăn cân bằng trên và dưới ở đầu bên trái và bên phải bằng thước đo cảm biến chính xác. Độ lệch khoảng cách trái-phải đạt 0,12 mm. Dải này chịu lực đùn không đối xứng trong quá trình san lấp mặt bằng, do đó một mặt của dải được san bằng quá mức trong khi mặt còn lại không được san bằng đủ, tạo thành khuyết tật sóng biên. Đồng thời, có các mảnh vụn kim loại bám vào bề mặt của các con lăn dẫn hướng vật liệu riêng lẻ, tạo ra các vết xước tuyến tính trên bề mặt dải trong quá trình vận chuyển.

Chúng tôi đăng nhập vào hệ thống điều khiển thiết bị để xem dữ liệu căng thẳng lịch sử. Giá trị lực căng dao động mạnh trong khoảng từ 8 N đến 42 N trong quá trình hoạt động. Ngưỡng giới hạn độ căng trên và dưới ban đầu do khách hàng đặt quá hẹp và mức tăng tương ứng của phản ứng phanh quá nhỏ. Khi lực căng thay đổi, tốc độ điều chỉnh mômen phanh chậm, điều này không thể hạn chế sự dao động lực căng trong chu trình nạp tốc độ cao. Chương trình ban đầu không kích hoạt chức năng giảm tốc độ tự động khi có lực căng bất thường, do đó thiết bị vẫn tiếp tục chạy ở tốc độ cài đặt ngay cả khi lực căng vượt quá phạm vi an toàn, làm tăng nguy cơ gãy vỡ vật liệu.

Kiểm tra hiệu chuẩn tĩnh được thực hiện sau khi hoàn thành việc kiểm tra trên. Bộ cấp liệu chạy mà không có vật liệu cuộn, mô phỏng chuyển động cấp liệu và chỉ số cảm biến độ căng tăng vọt không đều, phù hợp với các đặc điểm lỗi quan sát được trong quá trình sản xuất thực tế. Thử nghiệm khẳng định đây là lỗi tổng hợp hình thành do hao mòn cơ học, ô nhiễm cảm biến và các thông số điều khiển không hợp lý.

Sau khi kiểm tra và thử nghiệm một cách có hệ thống, chúng tôi đã phân loại ra bốn nguyên nhân sâu xa gây ra lỗi mất kiểm soát lực căng này:

1. Nguyên nhân cơ học: Hoạt động với chu kỳ cao trong thời gian dài gây ra sự mài mòn của má phanh ma sát khí nén và khả năng bôi trơn kém của ổ trục đỡ trục quay. Điện trở quay của cuộn không ổn định và công suất mô-men phanh không liên tục, đó là nguyên nhân cốt lõi dẫn đến dao động lực căng.
2. Nguyên nhân phát hiện và tín hiệu: Cảm biến lực căng bị bám cặn dầu và bụi kim loại, chức năng cảm biến bị suy giảm, tín hiệu phản hồi bị trễ và méo. Kiểm soát độ căng vòng kín làm mất nguồn phản hồi chính xác và hệ thống không thể thực hiện điều chỉnh động theo thời gian thực.
3. Nguyên nhân điều chỉnh quy trình: Độ song song của các con lăn cân bằng vượt quá mức cho phép, khoảng cách trái-phải không nhất quán. Dải này nhận được lực san bằng không đồng đều, gây ra các khuyết tật về sóng và vênh ở mép. Các vật lạ trên con lăn dẫn hướng gây ra vết xước bề mặt của dải.
4. Nguyên nhân vận hành hệ thống: Các thông số kiểm soát độ căng không được cập nhật theo độ tuổi của linh kiện. Mức tăng phản ứng phanh không hợp lý và chức năng bảo vệ lực căng bất thường không được kích hoạt. Thiết bị thiếu cơ chế cảnh báo sớm tự động và giới hạn tốc độ khi lực căng bị lệch, khiến những lỗi nhỏ phát triển thành tai nạn gãy vỡ vật liệu.

Công tác sửa chữa và tối ưu hóa được thực hiện từng bước theo nguyên nhân gốc rễ:

1. Tháo rời cụm phanh tang trống, loại bỏ các miếng ma sát cũ bị mòn, làm sạch cặn cacbon trên đĩa ma sát, lắp các má phanh phù hợp hoàn toàn mới, điều chỉnh khe hở phanh, kiểm tra công suất mô-men phanh nhiều lần để đảm bảo mô-men xoắn trơn tru và ổn định. Thay thế ổ đỡ trục quay bị mòn, bơm mỡ bôi trơn ở nhiệt độ cao, làm cho trục quay quay trơn tru với lực cản đồng đều.
2. Tháo dỡ hoàn toàn cảm biến căng thẳng, làm sạch bụi kim loại và dầu trên bề mặt cảm biến bằng chất tẩy rửa đặc biệt, thực hiện hiệu chuẩn điểm 0 và kiểm tra tuyến tính của cảm biến, xác nhận rằng độ trễ phản hồi tín hiệu nhỏ hơn 20 ms. Làm sạch từng con lăn dẫn hướng vật liệu, loại bỏ các mảnh vụn kim loại, thay thế ống bọc cao su chống trầy xước bị hư hỏng.
3. Điều chỉnh độ song song của các con lăn cân bằng trên và dưới, tinh chỉnh khe hở ở đầu bên trái và bên phải bằng thước đo cảm biến cho đến khi độ lệch khe hở được kiểm soát dưới 0,02 mm. Tiến hành thử nghiệm san lấp mặt bằng trên dải phế liệu để xác minh hiệu quả cải thiện độ phẳng.
4. Tối ưu lại các thông số điều khiển lực căng vòng kín trên HMI. Đặt lại giới hạn độ căng trên và dưới, điều chỉnh mức tăng PI của phản ứng mô-men phanh, tăng tốc độ phản ứng động của phanh. Kích hoạt cảnh báo căng thẳng bất thường và chức năng bảo vệ giảm tốc độ tự động. Khi độ căng vượt quá khoảng an toàn đặt trước, HMI sẽ bật báo động và bộ nạp tự động giảm tốc độ để tránh đứt dải.
5. Hoàn thiện việc lắp ráp thiết bị và thực hiện thử nghiệm nhiều giai đoạn: thử nghiệm không tải, thử nghiệm ren vật liệu tốc độ thấp, dập thử tốc độ trung bình và cuối cùng là xác minh liên tục ở tốc độ tối đa. Bài kiểm tra tốc độ tối đa kéo dài 150 phút, hoàn thành 12.000 hành trình liên tục và ghi lại dữ liệu độ căng sau mỗi 200 hành trình để phân tích xu hướng.

表格

Câu hỏi 1: Tại sao má phanh bị mòn là yếu tố cơ học phổ biến nhất dẫn đến mất ổn định lực căng của bộ cấp liệu ba trong một?A1: Má phanh ma sát là bộ phận bị mòn lõi của cuộn tháo cuộn. Trong mỗi chu kỳ cấp liệu, phanh cần gài và nhả liên tục để kiểm soát tốc độ nhả của vật liệu cuộn. Trong quá trình sản xuất hai ca liên tục, miếng ma sát bị mòn dần. Khi độ dày giảm, áp suất tiếp xúc và hệ số ma sát thay đổi nên mô men phanh không thể giữ ổn định. Khi mô-men xoắn dao động, lực kéo của dải sẽ thay đổi tương ứng, dẫn đến lực căng mất kiểm soát. Đó là một hư hỏng dần dần điển hình, xấu đi dần dần theo thời gian vận hành và rất dễ bị bỏ qua khi kiểm tra hàng ngày.

Câu hỏi 2: Làm thế nào để phân biệt lỗi dao động lực căng là do lỗi cảm biến hay do mòn cơ khí phanh?A2: Kiểm tra cách ly là phương pháp hiệu quả nhất. Cố định dải tĩnh, áp dụng lực căng tiêu chuẩn đã biết theo cách thủ công, quan sát sự thay đổi số đọc của cảm biến lực căng. Nếu số đọc của cảm biến không thể theo dõi sự thay đổi của lực căng thực tế hoặc số đọc bị nhảy ngẫu nhiên thì nguồn lỗi là do cảm biến lực căng và mạch tín hiệu. Nếu kết quả đọc của cảm biến có thể phản ánh độ căng thủ công một cách bình thường, nhưng độ căng dao động rõ ràng trong quá trình quay trục quay thì vấn đề nằm ở chỗ mòn má phanh, kẹt ổ trục và các bộ phận cơ khí khác của trục quay. Phương pháp này có thể tránh được việc thay thế mù quáng các cảm biến đắt tiền.

Câu 3: Tại sao chúng ta cần hiệu chỉnh lại cảm biến lực căng sau khi vệ sinh hoặc thay thế?A3: Cảm biến độ căng dựa vào máy đo biến dạng để chuyển lực kéo vật liệu thành tín hiệu điện. Sau khi vệ sinh hoặc tháo rời, điểm 0 của cảm biến có thể bị lệch. Nếu không hiệu chuẩn bằng 0, số đọc phản hồi sẽ có độ lệch cố định. PLC sẽ điều chỉnh mô men phanh theo giá trị lực căng sai nên điều khiển vòng kín không thể hoạt động bình thường. Hiệu chuẩn điểm 0 và kiểm tra độ tuyến tính là các quy trình thiết yếu sau khi bảo trì cảm biến, không thể bỏ qua.

Câu hỏi 4: Những yếu tố nhiễu điện từ hoặc môi trường nào sẽ ảnh hưởng đến tín hiệu cảm biến độ căng trong xưởng dập?A4: Các nguồn gây nhiễu chính bao gồm tín hiệu điện từ của bộ điều khiển servo máy ép đột, cáp nguồn dòng điện cao song song với cáp tín hiệu cảm biến, tác động rung do quá trình dập đột tạo ra. Ngoài ra, sương dầu, bột kim loại và môi trường nhiệt độ cao trong xưởng sẽ làm nhiễm bẩn bề mặt cảm biến và đẩy nhanh quá trình lão hóa của cáp tín hiệu. Cáp cảm biến nên sử dụng dây xoắn đôi có vỏ bọc, tách dây ra khỏi cáp nguồn và thường xuyên vệ sinh bề mặt cảm biến.

Câu hỏi 5: Chu trình bảo trì nào phù hợp cho máy cấp liệu ba trong một trong quá trình sản xuất dập tốc độ cao hai ca?A5: Hàng ngày: kiểm tra trực quan bề mặt dải và xu hướng căng thẳng theo thời gian thực trên HMI; kiểm tra xem cuộn có tiếng ồn bất thường trong quá trình vận hành hay không. Hàng tháng: kiểm tra độ dày của má phanh, kiểm tra độ linh hoạt của trục quay, vệ sinh con lăn dẫn hướng vật liệu. Hàng quý: vệ sinh bề mặt cảm biến căng thẳng, kiểm tra cáp tín hiệu và đầu nối, kiểm tra chức năng cảnh báo lực căng. Nửa năm một lần: đo độ phẳng và độ song song của con lăn bằng phẳng, dự phòng các thông số độ căng HMI, kiểm tra tình trạng bôi trơn của ổ trục quay. Hàng năm: kiểm tra toàn bộ quá trình tháo rời cụm phanh, hiệu chỉnh toàn bộ hệ thống vòng kín căng thẳng và kiểm tra xác minh toàn tốc độ trong thời gian dài.

Câu hỏi 6: Thiệt hại kinh tế có thể xảy ra nếu lỗi mất kiểm soát do căng thẳng này không được xử lý kịp thời?Trả lời 6: Nếu lỗi tiếp tục trầm trọng hơn, việc đứt dải thường xuyên sẽ gây lãng phí một lượng lớn nguyên liệu thô và thời gian ngừng sản xuất kéo dài. Tệ hơn nữa, vật liệu rời quá mức có thể dồn vào khoang khuôn và gây ra va chạm khuôn. Chi phí sửa chữa khuôn vỏ pin này cao và việc giao hàng chậm trễ sẽ mang lại rủi ro bị phạt cho đơn đặt hàng của khách hàng. Ngay cả trước khi khuôn bị hư hỏng, tỷ lệ loại bỏ 7,2% và giảm công suất 44% đã gây ra tổn thất lớn về sản lượng và chi phí nguyên liệu thô trong mỗi ca sản xuất. Sửa chữa composite kịp thời đã khôi phục toàn bộ năng lực sản xuất trong một ngày dịch vụ, bảo vệ tài sản khuôn và đảm bảo giao hàng.

Kết hợp với trường hợp bảo trì tại chỗ này, chúng tôi xây dựng thông số kỹ thuật bảo trì phòng ngừa được tiêu chuẩn hóa cho hệ thống kiểm soát độ căng của máy cấp liệu máy duỗi thẳng ba trong một HCK:

1. Bảo trì hàng ngày: Kiểm tra trực quan độ phẳng của dải và vết xước bề mặt; quan sát xu hướng giá trị lực căng trên HMI; lắng nghe tiếng ồn bất thường từ trục quay và phanh trong quá trình vận hành; ghi lại nhật ký biến động căng thẳng bất thường.
2. Bảo trì hàng tháng: Đo độ dày còn lại của má phanh ma sát khí nén, thay má phanh khi đạt giới hạn mòn; kiểm tra độ trơn quay của trục quay, bổ sung mỡ bôi trơn cho ổ trục; làm sạch bề mặt con lăn dẫn hướng, loại bỏ các mảnh vụn kim loại.
3. Bảo trì hàng quý: Tháo rời và làm sạch bề mặt cảm biến lực căng; kiểm tra trạng thái buộc chặt của cáp tín hiệu được che chắn và đầu nối; thử nghiệm mô phỏng kích hoạt cảnh báo căng thẳng bất thường và chức năng giảm tốc độ tự động.
4. Bảo trì nửa năm: Sử dụng thước đo cảm biến chính xác để phát hiện độ song song và khe hở của các con lăn cân bằng, điều chỉnh nếu độ lệch vượt quá tiêu chuẩn; sao lưu tất cả các tham số vòng kín căng thẳng trong PLC và HMI; kiểm tra tình trạng định tuyến và nối đất của cáp.
5. Bảo trì hàng năm: Kiểm tra tháo toàn bộ cụm phanh tang trống; hiệu chuẩn điểm 0 và kiểm tra tuyến tính của cảm biến căng thẳng; tối ưu hóa toàn diện các thông số PI độ căng; Kiểm tra xác minh liên tục tốc độ tối đa 12.000 hành trình.
6. Yêu cầu tồn kho phụ tùng: Giữ các má phanh ma sát dự phòng, cảm biến lực căng, ổ trục đỡ cuộn, vòng đệm và ống bọc cao su con lăn dẫn hướng trong kho của khách hàng, để giảm thời gian sửa chữa trung bình khi các bộ phận bị mòn.

Trường hợp bảo trì này cho thấy lỗi căng ngoài tầm kiểm soát của bộ cấp liệu máy duỗi thẳng ba trong một thường là lỗi tổng hợp bao gồm hao mòn cơ học, méo tín hiệu phát hiện và các thông số điều khiển không hợp lý, chứ không phải là hư hỏng của một bộ phận. Lỗi phát triển dần dần, bắt đầu từ sóng mép nhẹ, sau đó chuyển sang vênh và trầy xước, cuối cùng dẫn đến đứt dải và ngừng sản xuất. Nếu bỏ qua, nó có thể gây thêm tai nạn va chạm chết người và thiệt hại kinh tế nặng nề.

Bằng cách áp dụng phương pháp chẩn đoán cách ly theo lớp, các kỹ sư sau bán hàng của chúng tôi đã loại bỏ nhiễu nguyên liệu thô, kiểm tra phanh cuộn, cảm biến độ căng và cơ chế cân bằng lần lượt, tìm ra tất cả nguyên nhân cốt lõi và thực hiện sửa chữa tổng hợp bao gồm thay thế các bộ phận bị mòn, hiệu chỉnh cảm biến, điều chỉnh khe hở cơ học và tối ưu hóa thông số điều khiển. Sau khi bảo trì, độ căng của dải ổn định, độ phẳng của dải đáp ứng yêu cầu sản xuất, tỷ lệ loại bỏ trở về mức bình thường và dây chuyền sản xuất khôi phục lại tốc độ định mức tối đa. Thông số kỹ thuật bảo trì phòng ngừa được tóm tắt từ trường hợp này có thể áp dụng cho bộ cấp liệu ba trong một HCK trong sản xuất dập chu kỳ cao, giúp khách hàng phát hiện trước các lỗi căng thẳng tiềm ẩn, giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến ​​và bảo vệ khuôn dập đắt tiền cũng như tài sản nguyên liệu thô.