装配流水线设备故障的预防与维护

李首峰

摘要：主要介绍了装配流水生产线主要结构部分，包括装配流水线线体，链条传动结构，装配线头升降传送结构等，存在的主要设备故障形态，和针对其故障模式所应采取预防性维护措施手段及改善方法。

关键词：装配流水生产线;链条传动;倍速链;导轨型材;温度监控

引  言

装配流水生产线（简称装配线）是目前制造业生产工厂中最基础的、最常用的生产设备。其通用性较强，在机械、电子等各行各业中广泛使用。虽然其机构相对简单，但装配线的运行好坏与否，也直接关系到整个生产计划的安排和产出，也会导致大量的人力物力浪费，提高生产成本。

自动化设备不断发展进步，生产装配线结构形式多种多样，但最基础的、主要的组成结构有以下几个部分：1、装配流水线线体，目前主要为型材结构组成。2、链条传动结构，主要包括电机、减速器、传送链条（有皮带传动、滚筒传动、倍速链传动等多种形式，本文主要讲倍速链传动结构形式）。3、装配线头升降传送结构（也有循环结构）。4、控制电气系统及各种传感器。5、气缸、阻挡器等附属设施结构。其中，装配线机械传动部分是设备运行的主要负载部位，倍速链、导轨、电机、线头升降机构等，常年负载运行损耗，是设备最常损坏和易耗的部位，管理好这些部位，将对装配线的顺畅运行保障生产带来良好效益（第4、5部分结构属于常规通用性结构，不在此描述）。装配线的主要主要运行结构如下图1所示：

1   装配流水线线体

装配流水线线体是整个装配线的基础结构，目前基本采用的都是铝型材结构，主要包括支撑部分和运行导轨部分。

1.1装配流水线线体的结构特点及问题

线体支撑基础部分主要根据装配线的负载选择，一般负载情况下选择40、45、50系列型材居多，只要设计负载强度够，一般不易损坏。关键在于支撑倍速链运行的导轨型材，其结构形式主要如图2所示：

传统式装配线型材整体结构全部为铝型材，倍速链在支撑轨的支撑下，滚动运输工装板前进，进而实现传输运送功能。在此种结构形式下，支撑轨承受整个倍速链、工装板、产品的重量，受摩擦力最大，经年累月运行，是最容易磨损的部位，其厚度尺寸會随着时间的累计逐步降低，最终塌陷无法支撑倍速链运行。其次是防护板，防护板的作用有两个，一是避免小零件调入导轨链条造成卡死，一是防护人员安全避免手指等身体部位卷入流水线，造成安全事故。但往往小零件经常会随着链条的运转间隙，掉入导轨里面，最终导致链条翻起损坏整个型材结构甚至卡死链条减速器电机。

1.2装配流水线线体故障的预防和维护

针对型材导轨的故障，需要从以下几个方面进行预防和维护。

第一，建立定期检查机制，制作点检基准书，由设备机修人员每月定期对支撑轨的厚度进行测量检查，初始厚度一般为5mm，小于2mm就必须更换导轨。由操作者每日对链条和工装传送是否平稳进行检查，检查防护板有无变形情况，检查到异常情况则必须由机修技术人员进一步检查运行状态并确定是否需要检修。

第二，对导轨结构进行改善，鉴于传统式型材结构多年使用以来出现的问题，型材厂家对型材结构已经有了多项的改进改善，以提高型材导轨的耐用性和可靠性，减少故障几率。其中型材支撑轨改进为两种形式，一种是采取耐磨尼龙扣条覆盖在铝支撑轨上，后期采取定期更换或者检查更换的模式，来保证装配线的稳定运行。此结构对对比原机构有很大的进步，避免了支撑轨磨损以后必须全部更换的方式，减少了维护费用和维护时间，但存在耐磨尼龙扣条易脱落的故障，需要定期对其检查。一种是采取嵌入式钢条的模式（如图二右图结构形式），钢条不易磨损，运行比较可靠，相对来说，倍速链条的磨损加大了，此时需要对倍速链加大检修频次来保证设备运行的可靠。防护板目前也已多采取塑料扣条的结构形式单独安装，可以在起到防护作用的同时，便于维护更换和减少故障。

2   链条传动结构

链条传动结构部分，是整个装配流水线的动力运行部分。其结构并不复杂，一般为普通电机通过减速器，带动齿轮、传动轴来驱动倍速链运转，倍速链拖动工装板前进运动形成工件的搬移，倍速链的松紧程度由张紧结构来调节。

2.1链条传动结构的结构特点和故障

常规装配线链条传动结构如下图3所示，倍速链条有多种形式，下图所示为钢链条倍速链，耐磨性好于尼龙轮材质结构：

链条传动结构部分确实造成设备故障停机最多的部分，原因主要有二，一是设备主要负载由此机构来运转，负载较大且磨损比较严重;二是各种外来因素如零件落入等造成异常损坏。其常规故障有：1、链条磨损拉长超过张紧结构调节范围，最终导致堆积卡死。2、链条及导轨磨损后，阻力变大，导致减速机及电机负载大发热，电机电流大，最终烧毁电机或者减速器磨损烧毁。因为电机一般都会有过载保护电路，一般情况下如果负载过大或者卡死情况下，电机都会断电保护，如果强制运行，电机会直接过流烧毁。3、还有链条链轮本身在过载或者质量问题情况下的滚轮变形、卡死、断裂等问题。

2.2链条传动结构的故障预防和维护

针对链条传动结构的故障，我们重点从以下两个个方面着手进行预防和维护。

第一、检查和监控倍速链条的松紧度，有两种方法，一是定期测量一定节距的链条尺寸数据，通过拉长量来定期更换或者维护链条，一般变形量在超过3%情况下必须更换（这个数据根据不同的链条类型有所不同，要根据实际情况来定数据）。二是在倍速链张紧机构位置设定传感器机构，可以在链条拉力过大或者链条过松的情况下，传感器感应位置数据输送到PLC实现故障报警。

第二、通过定期点检或者埋置传感器的方式，监测电机和减速器温度数据，或者监测电机电流数据，在负载加大的情况下，电机会逐步过热直至保护，通过数据监测，可以更直观的反应负载和电机运行状态，提前预知设备劣化，进而有计划的进行检修，避免故障停机。下图4为普通装配线的一个温度监测数据，可以作为参考。此图是在流水线做了检修以后，电机和减速器温度的对比图，可以看出设备链条导轨磨损以后设备负载对电机和减速器的影响是非常大的。

装配线1-4月份在检修前，出现一起电机断电保护故障，通过对装配线的检修修理，能够保证生产正常运行，但是通过温度检测点检时发现，电机和减速器的温度一直偏高，检测三相电流也略微大于正常值。进入高温天气以后，电机和减速器温度更是直线上升到60度以上，存在严重的隐患。最终打开设备检查，导轨和链条都显著磨损。通过检修更换导轨、链条、减速器、电机以后，设备运行顺畅，负载显著减低。温度下降到30度以下。效果非常明显。

3   装配线头升降传送结构

装配生产线的物流一般是循环的，工装板需要回流，有环形流水线，有上下回流线，本文讲上下回流线结构，此类型结构在工序不长的情况下，较为节约场地空间。

3.1装配线头升降传送结构的特点

线头传送装置由于动作比较频繁振动也比较大，也是经常磨损造成故障的部位。线头升降传送结构形式比较多种多样，但两种基本功能是必须有的，一是上下升降机构，一是线头工装板水平传送机构。

上下升降机构一般有两种结构方式，一种是气缸加导轨升降方式，可以采取无杆气缸和有杆气缸都行，取决于空间结构和重量需求。一种是电机减速器链条传动结构，相对来说力量更大一些，但更占位置空间一些。从目前的使用的情况来看，气缸升降结构因其结构固定，除气缸杆反复运动以外，故障率比较低，但其负载能力一般不能太高。链条传动升降结构由电机带动齿轮链条升降，一般速度较慢，负载能力比气缸高，但运动磨损部位较多，常年反复运转，设备故障率偏高于气缸结构。整体上来讲，升降结构结构比较简单，故障率不高，日常只需要加强点检巡视，做好计划性检修，不会对生产造成大的影响。

线头工装板水平传送机构的作用是将流水线上的工装板（也可能包括产品一起）进行上下层回流，属于磨损较多故障较为频繁的部位。基本结构形式主要如下图5所示：

图5   线头工装板水平传送机构

线头工装板水平传送装置的结构方式多种多样，但基本的传送皮带（或链条结构）和电机及其减速结构是一致的，外加此结构上的的启停位置传感器和电机控制线路等都是故障易发部位。在此机构中，传送皮带或者链条是最容易磨损的，主要负荷和摩擦在此部件上，再加上工装板的运行不规则、偏斜受力不均等，是最先损坏的部件。。

3.2装配线头升降传送结构的故障预防和维护

线头工装板水平传送结构磨损时会造成受力而力矩增加，或者链条皮带等非正常堵转情况下，受力部位会主要集中于传动轴和连接键槽等部位，电机会受到过流保护，而传动轴的过力矩损坏是较为常见的。线头工装板水平传送装置要降低故障率，首先要从结构设计上保证此部位的强度，根据负载载荷和节拍需求来综合考虑，在保证可靠性故障率低的同时兼顾生产效率，设计结构不合理是造成此部位故障的最大因素;其次要做好日常点检和计划检修，此类故障都比较显现化，可以通过日常检查发现异常磨损情况，及时根据使用状态安排计划修理和更换，完全可以保证日常使用需求

电机控制线路、各部位接近开关等是故障比较易发的部位。结构特点决定了控制线路（包括传感器线路、电机线路等）随着上下动作频繁运动来回弯折，容易造成线路断路、接触不良、短路等故障问题，并且不易检查断点或者断路点，虽然问题不大，但浪费修理时间，对生产造成影响。解决的方法从两个方面着手，首先是更换适用于反复运动的柔性电缆线，一般寿命在耐弯折次数500万次以上，普通电缆反复弯折极易断路。其次，做好线路的固定，最好用采取拖链安装固定，无法采取拖链的做好线卡固定和保护。

各种工装到位接近开关也是容易损坏的部件，主要损坏原因就是撞击，因工装板的尺寸不可能做到严格一致，而且此部位结构由于上下升降和工装进出动作频繁且一般振动比较大，会导致开关固定螺钉松动进而造成开关位置等变动，于是造成异常撞击磕碰损坏传感器。解决传感器问题首先要做好固定紧固防松措施，保证安装牢固可靠;其次是做好定期点检检查，在固定螺钉的螺纹螺母上做好紧固标记，一旦松动可以明显的观察发现，可以提前予以修复解决;在就是做好备件储备，开关会因为各种情况损坏，在此结构上绝对属于易损部件，所以一定要做好备件库存管理，保证备件最低库存。

4   装配线的预防保全管理

从设备结构特点和故障形态进行针对行的改进可以有效的降低重大故障和频发故障的发生，同时也需要从设备管理上建立系统的有效的预防机制，来预防故障发生，重点要从下面一些方面着手。

首先，建立有效的点检维护管理机制，分为自主点检和专业点检两方面。自主点检指的是操作者每天对设备进行日常性的检查，对设备的外观安全防护、运转噪音、传动、螺钉紧固等常见部位进行检查，操作者最熟悉本工位设备的状态，一旦异常可以及时发现问题。专业点检有设备保全人员对设备的易发故障部位（一般为内部操作者不易检查的部位）進行专业检查，根据故障频度设定检查周期，可以发现设备隐藏故障。

其次，建立检修工作制度，根据点检检查发现的问题，建立计划性的检修。检修工作可以根据设备状态的紧急情况和重要程度，进行夜班检修，周末检修，节假日检修。夜班和周末检修一般针对紧急问题，安排更换件和保养等工作任务。节假日检修一般属于比较重大的检修，在日常检修中无法实施的例如更换导轨、设备改造等重大项目，检修周期长，检修比较彻底效果也是最优。另外，针对故障发生的形态，实施针对性改善，一般都纳入检修工作计划中去，可以有效的减少故障的复发，降低故障频次。

再而就是建立有效的备件储备机制，根据故障统计数据和厂家的易损件清单，针对性的建立易损备件库，同时要保证最低库存数，可以在故障发生时及时的处理故障，缩短故障修理时间。备件备品最好购买有品质保证的产品，并建立良好的库存环境，防尘、防潮、防锈措施要良好，保证备件的品质。

最好的机制是建立故障诊断和状态监测机制，前面已经对此有所论述。针对装配线常发的故障，例如链条和导轨问题，电机减速器过载问题，都可以建立状态监测机制。针对导轨，按一定周期持续测量支撑轨耐磨条厚度;针对倍速链条，可以设定传感器监测链条涨紧程度，甚至将传感器数据连接入监控电脑，实时监测设备状态;电机减速器温度和振动数据也可以通过传感器连接入监控电脑，实时报警。状态监控和故障诊断目前应用相对不多，但却是最科学的方法，也可以减少靠人员检查的错误几率，有效防止故障发生。

5   结束语

本文针对装配流水生产线的结构特点和常见故障形态以及其预防改进方法进行了简单剖析，可以有效的降低装配线设备故障率，减少设备停工。设备技术也在不断地进步，好的技术通过实践经验不断改善，逐步应到实际生产当中去，进而可以提高设备的生产效率，降低设备的故障。