车辆安装和调试方法与设备

任务4　不落轮镟床的安装与调试

【活动场景】

在不落轮镟床设备的安装、调试或使用现场教学，对设备调试、维修中常见数控系统、机械系统、电气系统故障进行分析，总结故障原因。

【任务要求】

掌握不落轮镟床设备安装与常见故障排除方法。

【知识准备】

1.设备安装位置选址

不落轮镟床设计位置的选择应充分考虑以下几个因素，并结合土建工程的实际，以满足配属机车轮对镟削工艺的技术要求：

（1）设置位置一般应满足整列6节编组列车在库内镟削全部轮对需要。

（2）选址处的基础坑应充分利用既有库建筑基础结构的尺寸及其应力影响的范围。

（3）不落轮镟床在布置上较为紧凑，单独设置配电间及工具备品间，以电缆地沟形式将缆线引入设备配电箱内，并单独存放与设备配套的各种工具、备品备件。

2.基础坑结构的设计

不落轮镟车床的基础采用低于地面的坑式结构，在设计中，设定检修库内线路轨顶面标高为±0.00（m），设备本身安装后大部分处于轨面以下并通过12处地脚螺栓固定于基础之上。基础设计等级采用丙级，钢筋混凝土强度等级采用C25，混凝土保护层厚度按40mm设计。主要建筑结构做法中基础坑板底采用3∶7灰土整片换填，换填深度1.0m，其下用素土换填，换填深度不小于2.0m并宽出基础外缘1.0m，同时换填土层要求置于稳定的原状土层中，其压实系数不小于0.97，换填后地基承载力不小于180kPa。基础底部采用C15混凝土垫层，厚度100mm。另外，应根据设备订购厂家提供的基础图纸，核对后再准确留设预埋件及螺栓等配件。上述建筑做法基本符合本工程的实际情况。

3.设备配电的要求

不落轮镟床通常采用具有保护接地的380V/50Hz三相交流电源供电，总容量约75kVA。主要用电组成包括2套主电机、4套交流伺服电机、1套液压泵电机及1套机床照明系统。供配电设计中对扩建机车检修库内各项用电设备进行统一的规划与布局，库内配电时进行统一布线，由合适的外部电源入库后分别引入各设备或其配电箱（柜）内。

不落轮镟车床的电源引入放置其配电箱的辅助分间内，配电箱与联接车床本体之间的电力电缆、控制电缆均铺设于基础坑与配电箱之间设计的电缆地沟内（截面为400mm×400mm）。此外，扩建车库内设置必需的照明设施，与机床本身自带的照明系统协同为机床的工作与维护提供了良好的照明条件。

4.设备常见故障

由外部硬件损坏引起的故障属于数控机床常见故障，一般多为检测开关、液压系统、气动系统、电气执行元件、机械装置等出现问题而引起。数控系统故障中常见的故障部位及现象如下：

①位置环：位控环报警、位控单元故障、测量元件故障等。

②伺服驱动系统：电压波动、冲击造成系统损坏；速度环开环造成无控制指令而电机高速运转；保险烧断（一般是机械负载过大或卡死，如不落轮镟床断屑、输送系统，常因铁屑堵塞卡死而产生保护动作）等。

③电源部分：电源波动、质量差，高频脉冲干扰，突然拉闸断电等原因都可造成电源故障监控或损坏。

④可编程序控制器逻辑接口：数控系统的逻辑控制，如刀具管理、液压启动等，主要由PLC来实现，要完成这些控制就必须采集各控制点的状态信息，如断路器、伺服阀、指示灯等各种信号源和执行元件，所以发生故障的可能性就比较多。

⑤其他：因环境条件如干扰、温度、湿度超过允许范围，操作不当，参数设定不当，也可能造成停机或故障。

5.故障诊断处理

外部故障诊断，一是熟练掌握工作原理和动作顺序，二是要熟练运用PLC梯图，利用NC系统的状态显示功能或用机外编程器监测PLC的运行状态确定故障点。

数控系统的故障诊断则包括：

①初步判别：分析资料或采取接口信号法，判别可能发生故障的部位并逐个部位检查。

②报警处理：第一是系统报警的处理。数控系统发生故障时，一般在显示屏或操作面板上会给出故障信号和相应的信息。操作手册中有对应的报警号、报警内容和处理方法。第二是机床报警和操作信息的处理。应用PLC程序，厂家将一些能反映机床接口电气控制方面的故障或操作信息通过显示器给出，并可通过特定键，看到更详尽的报警说明。这类报警可根据厂家故障排除手册处理，或查询相应的信号状态，按逻辑关系找出故障点进行处理。

③无报警或无法报警的故障处理：当系统的PLC无法运行，系统停机或工作不正常时，则需进一步用感官来了解设备状态，最重要的是向操作人员问询故障发生的前因后果，如：故障是在正常工作中出现还是刚开机就出现；出现的次数，第一次还是已发生多次；其他人员是否对机床进行了修理和调整；请修时的故障现象与现场的情况是否有差别等。这时需根据故障发生前后的系统状态信息，运用已掌握的理论基础进行分析，作出正确判断。

总之，不落轮镟床设备的使用对于城市轨道交通检修作业中有效提高劳动生产率、提升车辆检修与运用效率、降低生产人员作业强度、节约维护成本均具有重要意义，而现有国内部分已配备该设备的机务段在实际生产中均收到了较好的使用效果。所以，应积极大力推广这一新技术装备在城市轨道交通检修作业中的运用，从而更好地服务于地铁运营事业。

【任务实施】

不落轮镟床集数控机床技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术等技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。作为一台数控设备，它同样是一种过程控制设备，任何部分的故障与失效，都可能会使机床停机。因此，使用好数控机床是一个很重要的问题，而维护与及时修复故障更是不容忽视。下面就以该设备的一些常见故障为例，来探讨不落轮镟床的故障与维修方面的知识。

（1）镟修轮对误差超出的允许范围

故障现象：将待镟修轮对的镟修目标值设为832.06mm，而镟修后左右轮径分别为829.29，834.01mm，加工后的轮对直径相差近5mm，已远远超过设备允许的误差范围。

诊断处理：经现场排查发现，故障是突然发生的，屏幕无任何报警和提示信息；机床在手动操作方式下运行正常；加工刀具（四个）无磨损情况发生。由于无任何报警提示，电气控制部分硬故障的可能性排除。诊断处理的具体内容如下。

①卸载正镟修的电客车，重启系统并装夹标准轮测量，校验测量装置，测量结果均与参考值一致。(www.xing528.com)

②装夹报废单条轴轮对，进行镟修试验加工。加工后左轮与目标值相比偏大，而右轮偏小。用外径千分尺测量加工后的轮对，结果与机床自动测量结果一致。这进一步排除了测量装置发生故障的可能。

③重复以下过程，直到加工目标值与实际测量值接近（误差在0.05mm以内）：一次镟修加工后，比照设定目标值与实际测量值，确定相对误差数据，进入刀具补偿界面，调整刀头修正值。

④使用同一转向架下轮对进行轮对加工，以小切削量（每次设定1mm）加工，以校核加工直径与轮对廓形，逐步调整刀具零点误差补偿数值，以保证结果误差在允许范围内。

⑤使用正常切削量镟修，结果正常。

故障分析：造成镟床中误差故障但又无报警的情况可能有以下3点：

a．机床中出现的误差情况不在设计时预测的范围内，不落轮镟床使用的是半闭环系统，因此不能检测机床刀头和加工对象的实时相对位置。

b．刀具磨损或新装刀具后未使用标准轮校核。

c．机械磨损或联结松动等。

（2）工作循环无法正常执行

故障现象：在镟修作业过程中，测量装置保护罩打开后，测量探头及摩擦驱动轮不举升，屏幕出现乱码信息，并提示“等待测量探头举升”。改用手动方式将测量装置复位，重新操作上述故障重复出现。

诊断处理：进入机床故障诊断界面，查询各位置传感器状态值，发现右测量装置翻盖打开后，其位置传感器状态值为0（正常应为1）。拆开右测量装置检查，发现对应右测量装置翻盖打开的位置传感器因松动未到位，紧固后正常。

故障分析：测量装置在镟修前的检测指导数控车床对车辆轮对的镟修，并保证车辆轮对的加工精度。镟修完成后的检测保证车辆轮对（特别是在同一转向架下）直径的一致性。

测量循环的条件：左右摩擦驱动滚轮支撑臂升起，压下保持装置压紧；带有自动转换的可动轨抽回；测量保护罩打开；各位置传感器状态正常等。因此当位置传感器状态不正常时，测量循环过程无法继续进行。

（3）装卡无法正常进行

故障现象：机床在装载时，左侧前摩擦驱动轮支撑举升不到位，造成装夹无法进行。

诊断处理：故障提示“液压系统过滤器堵塞”。联系这一点，且检查发现对应的液压显示值不足，初步估计为液压器件或管路故障。因此提出的具体处理措施为检查液压过滤网、相关液压阀，更换损坏的液压电磁阀，并调整相关一侧摩擦驱动轮液压电磁阀流量和压力，试验后正常。

故障分析：此类故障现象经常是由于冬季刚启机液压油较浓稠即黏度过高，但实际上故障发生时车间内温度仍然在5℃左右，且故障发生时并不是刚启机，设备的故障自诊断功能把压力不足的可能原因简单归于“液压系统过滤器堵塞”，这是该机床状态诊断设置的一项不足。

（4）轴箱支撑装置不举升

现象故障：在执行装载轮对程序时，出现左侧外轴箱支撑装置异响或不举升，但无故障报警信息显示，有时手动反复操作可升起。

诊断处理：检查中发现液压压力显示不足，经调整压力后可以使用，但异声仍很明显。外轴箱支撑升起时，缸体外有明显颤动拉花痕迹。因此可将缸体外擦拭干净，用油枪向其四周喷射液压油后，再反复升降，处理后噪声明显降低。

故障分析：外轴箱支撑升起时有异声，原因可能一是由于油液中混有空气或液压缸中空气未完全排尽，在高压作用下产生气穴现象而引发较大噪声；二是缸头油封过紧或活塞杆弯曲，在运动过程中也会因别劲而产生噪声。

因缸体外润滑故障现象减轻，不排除液压缸缸头油封过紧或活塞杆弯曲的可能，也不排除在厂方装配或维修过程中油封已受损，可在后期使用中持续注意该问题，遇有故障严重恶化现象及时拆解检查。

【小贴士】

现场维修结束，应认真填写维修记录，列出有关必备的备件的清单，建立设备档案，对于故障时间、现象、分析诊断方法、采用排故方法、遗留问题应详细记录，这样不仅使每次故障都有据可查，而且也可以积累维修经验。

【知识链接】

SINUMERIK 840D软件包括微软Windows CE操作系统，NC软件和HMI软件，PLC软件。SINUMERIK 840D数控系统是一个基于PC的数控系统。它保持前两代系统SINU-MERIK 880和840的3个CPU结构：人机通信CPU（MMCCPU）、数字控制CPU（NC-CPU）和可编程逻辑控制器CPU（PLC-CPU），3部分在功能上既相互分工，又互为支持。在物理结构上，NC-CPU和PLC-CPU合为一体，合成在NC（UNumerical Control Unit）中，但在逻辑功能上又相互独立。SINUMERIK 840D数控系统主要用于切削加工程序控制，其主要功能有：

①控制机床各部件灵活协调工作；

②监测群组模式下各通道的状态；

③坐标轴方向动态控制；

④可编写快速响应程序及各部件同步动作程序；

⑤刀具、螺纹间隙、象限补偿功能；

⑥测量功能及高级编程语言的编译功能。

PLC程序通过安装在PCU上的STEP7软件进行监控和操作，也可以使用专门的程序编程器进行编程，PLC程序主要用于控制不落轮镟床驱动轮，轴箱支撑，液压系统等部件动作的自动控制。

【效果评价】

评价表