楊文林, 包套圖

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧葫蘆島 125000）

0 引言

LNG船液貨艙圍護(hù)系統(tǒng)建造使用設(shè)備有很多種類型，如殷瓦自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)（MO1）、殷瓦自動(dòng)縫焊機(jī)（MO2）、凸緣螺柱自動(dòng)焊機(jī)（MO3）、端部列板自動(dòng)焊機(jī)（MO4）、連接件基座自動(dòng)焊機(jī)（MO5）、單折邊列板自動(dòng)焊機(jī)（MO6）、錨固帶材自動(dòng)焊機(jī)（MO7/8）。設(shè)備故障頻率，即設(shè)備在單位工作時(shí)間內(nèi)發(fā)生的故障次數(shù)，是衡量設(shè)備使用運(yùn)行狀態(tài)好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。這七種設(shè)備在前5條LNG船圍護(hù)系統(tǒng)設(shè)備故障頻率統(tǒng)計(jì)情況如圖1所示。

從圖1中可見，殷瓦自動(dòng)縫焊機(jī)（MO2）在每一條LNG船建造使用的故障頻率，均超過了2次/工作日，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他自動(dòng)焊接設(shè)備；而且隨著使用時(shí)間的推移，使用設(shè)備的故障頻率呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，LNG#5船的MO2焊機(jī)故障頻率甚至高達(dá)2.76次/工作日。

圖2 殷瓦自動(dòng)縫焊機(jī)（MO2）

過高的設(shè)備故障頻率，不但造成整個(gè)液貨艙圍護(hù)系統(tǒng)的生產(chǎn)工作進(jìn)度的減緩，同時(shí)也降低了整個(gè)液貨艙殷瓦膜的焊接質(zhì)量。MO2焊機(jī)，是LNG船液貨艙圍護(hù)系統(tǒng)建造所使用的一種進(jìn)口設(shè)備，如圖2所示，主要用于主次層殷瓦膜的焊接工作，其焊接工作量接近全船總焊接工作量的90%，其焊縫總長度接近 100 kM。MO2焊機(jī)的每一次設(shè)備故障，不但直接影響著整個(gè)液貨艙圍護(hù)系統(tǒng)的生產(chǎn)工作進(jìn)度，同時(shí)也間接影響著整個(gè)液貨艙殷瓦膜的焊接質(zhì)量。

1 分析MO2焊機(jī)的主要故障因素

根據(jù)前5條LNG船MO2焊機(jī)所有的報(bào)修維修記錄，對(duì)每項(xiàng)故障內(nèi)容進(jìn)行分析歸納，分析MO2焊機(jī)的主要故障因素。從圖3中可見，MO2焊機(jī)的機(jī)頭驅(qū)動(dòng)板燒損的故障次數(shù)多達(dá)749次，比例高達(dá)64%，是MO2焊機(jī)的主要故障因素。

MO2焊機(jī)機(jī)頭驅(qū)動(dòng)板燒損這一主因故障，主要表現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)板上電氣元件的燒損嚴(yán)重，而造成燒損現(xiàn)象主要還是由于大電流或大熱量流經(jīng)電路板，導(dǎo)致電氣元件過載而燒損。根據(jù)驅(qū)動(dòng)板大電流或大熱量的來源，對(duì)機(jī)頭驅(qū)動(dòng)板燒損進(jìn)行原因分析，發(fā)現(xiàn)有三點(diǎn)原因：驅(qū)動(dòng)板工作強(qiáng)度設(shè)計(jì)能力不足；安裝位置不合理；員工培訓(xùn)不到位。通過試驗(yàn)，排查，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)板工作強(qiáng)度設(shè)計(jì)能力不足是MO2焊機(jī)機(jī)頭驅(qū)動(dòng)板燒損的主要因素。

2 制定對(duì)策

根據(jù)驅(qū)動(dòng)板工作強(qiáng)度設(shè)計(jì)能力不足的主要原因，提出了如下對(duì)策：移除設(shè)備機(jī)頭驅(qū)動(dòng)板，使用先進(jìn)技術(shù)來代替驅(qū)動(dòng)板的作用。即使用目前市場主流先進(jìn)縫焊機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，即交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，來代替目前進(jìn)口設(shè)備所使用的由機(jī)頭驅(qū)動(dòng)板來直接控制的直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以徹底移除機(jī)頭驅(qū)動(dòng)板，停止使用，來根除驅(qū)動(dòng)板對(duì)焊機(jī)的影響。

交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)新興于21世紀(jì)，是目前市場流行的主流技術(shù)。使用PLC技術(shù)，當(dāng)設(shè)備故障時(shí)僅通過伺服驅(qū)動(dòng)器的報(bào)警代碼即可找到問題根源，維修效率大大提高，維修成本低。雖然使用新的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以代替舊的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，需要前期一定的投入，但是總體來說，經(jīng)濟(jì)效益還是可觀的。

3 實(shí)施

3.1 分析原直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理及線路布置圖

直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要由直流穩(wěn)壓電源、驅(qū)動(dòng)板、直流電動(dòng)機(jī)等幾部分組成的，如圖4所示。直流穩(wěn)壓電源位于焊機(jī)電源上，將單相380 V的交流電轉(zhuǎn)換成為48 V直流電，用于對(duì)驅(qū)動(dòng)板的供電；驅(qū)動(dòng)板位于焊機(jī)機(jī)頭上，不但有48 V直流電的供電輸入，還有遙控器傳送而來的開關(guān)信號(hào)，以及對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的信號(hào)指令輸出及反饋；直流電動(dòng)機(jī)同樣位于焊機(jī)機(jī)頭上，接受驅(qū)動(dòng)板傳送而來的速度指令，通過速度輸出來帶動(dòng)焊機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)裝置。

3.2 拆除驅(qū)動(dòng)板等直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)裝置

首先，拆除原有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)元器件的線路連接，從輸入端至輸出端共計(jì)5根線：單相380 V交流電變壓器輸入線（2×2.5 mm2）；48 V直流電變壓器輸出線（2×2.5 mm2）；遙控器開關(guān)信號(hào)線（2×0.75 mm2）；速度指令輸出線（3×0.75 mm2）；速度檢測(cè)反饋線（4×0.35 mm2），然后，將直流穩(wěn)壓電源、驅(qū)動(dòng)板、直流電動(dòng)機(jī)等原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的元器件從設(shè)備上拆除

3.3 分析交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理

交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，是由伺服放大器、伺服電動(dòng)機(jī)等組成。[5]交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理是，伺服放大器通過收取遙控開關(guān)信號(hào)，將內(nèi)部設(shè)定好的程序輸出至伺服電動(dòng)機(jī)上，伺服電動(dòng)機(jī)上的伺服編碼器根據(jù)伺服放大器的指令，來控制伺服電動(dòng)機(jī)的速度輸出，并以此來帶動(dòng)機(jī)頭行走。

3.4 交流伺服系統(tǒng)裝置及部件的選取及采購

目前市場上比較主流的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)配置有兩種：伺服放大器（MR-J2S-40A 和MR-J3-40A兩種配置）和伺服電動(dòng)機(jī)（HC-KFS43和HF-KP43兩種配置）。

由于 MO2焊機(jī)使用交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要目的是使用伺服放大器的“速度控制模式”這一功能，其余的功能均很少涉及，因此，在考慮成本節(jié)約以及安裝便捷等因素后，決定選擇使用 HC-KFS43配置的J2S型伺服系統(tǒng)。

圖4 原MO2焊機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電氣原理圖

3.5 改造后設(shè)備前期實(shí)船效果檢驗(yàn)

設(shè)備改造工作結(jié)束后，我們對(duì)前期最先改好的4臺(tái)MO2自動(dòng)焊機(jī)，進(jìn)行了實(shí)船焊接，并每5分鐘測(cè)量記錄伺服放大器的工作溫度。實(shí)驗(yàn)顯示，每一次的測(cè)量溫度均沒有超過安全溫度50℃，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。同時(shí)，對(duì)這些設(shè)備的故障次數(shù)做了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)， 圖5是兩個(gè)階段的數(shù)據(jù)總結(jié)。

從上圖5可以看出，實(shí)船焊接試驗(yàn)中，12個(gè)工作日中只出現(xiàn)了 8次設(shè)備故障，故障頻率為0.67臺(tái)/工作日，小于1臺(tái)/工作日。

4 結(jié)論

LNG船液貨艙圍護(hù)系統(tǒng)進(jìn)口MO2焊機(jī)改造后，其改造成本及使用運(yùn)行維護(hù)成本，比起原設(shè)備也有很大的改觀。雖然在改造成本上，新的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本費(fèi)用約為2萬元，但在使用運(yùn)行維護(hù)方面，改造設(shè)備的維護(hù)成本極為低廉，比起原設(shè)備的維護(hù)成本要節(jié)約將近3萬元，對(duì)改造成本及維護(hù)成本進(jìn)行總計(jì)，平均每臺(tái)設(shè)備可以節(jié)約1萬元左右。

目前在 LNG#6船建造過程中，我們已經(jīng)對(duì)現(xiàn)有的 7臺(tái) MO2焊機(jī)進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)改造，則所節(jié)約的總費(fèi)用已達(dá)到了 7萬元。而對(duì)于后續(xù) LNG船，由于沒有了改造的成本，每條船預(yù)計(jì)可節(jié)約的總體成本可達(dá)21萬元，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

[1] 王德云，鄭銘，孫淑娟，杜秀華. LNG船液貨系統(tǒng)的安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究[J].上海：微型電腦應(yīng)用，2010,（2）：12-14.

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[3] 張力重，林紅旗. 交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械式壓力機(jī)的發(fā)展[J]. 廣西：裝備制造技術(shù)，2007,（3）：49-51.

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[5] 李保，王長華，倪森祥.基于伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩模式的動(dòng)態(tài)力矩測(cè)試系統(tǒng)[J]. 浙江：機(jī)電工程，2009,（8）：79-81.