电子拉伸试验机电动驱动系统故障的诊断与维修

刘志军,陈 泳,刘 琪,蒋 进

(马钢股份有限公司检测中心 安徽马鞍山 243000)

随着电子技术和电动驱动技术的快速发展，电子拉伸试验机也得到快速的发展。电子拉伸试验机就是采用电动驱动取代液压驱动方式给拉伸试样加载拉伸试验力，实现材料的力学性能的检验。电子拉伸试验机具有控制精度高；调速范围宽，从0.001 mm/min-1000 mm/min可达100万倍；试验空间大，试样拉伸位移不受活塞位移限制，试样适用范围广等优点。目前，小载荷拉伸试验机已经几乎全部取代了电液伺服和液压试验机，载荷达200000 kN的电子拉伸试验机也得到广泛应用，是材料研究、新产品开发和工艺技术改进等必不可少的力学性能检验仪器。

1 电子拉伸试验机电动驱动系统的工作原理及结构组成

电动驱动控制系统为电子拉伸试验机提供了拉伸试验的驱动力，是重要的组成部分，主要由驱动控制器、电机、减速器及传输皮带、滚轴丝杠、横梁、光电编码器和计算机系统等组成。电动驱动系统控制原理图如图1所示，计算机根据拉伸试验程序及参数要求给出速度设定值，驱动控制器在该信号控制下驱动电机转动，电机通过减速器及传输皮带带动滚轴丝杆转动，滚轴丝杠带动横梁上升或下降，电机上的光电编码器测量横梁移动位移和速度并反馈给计算机控制系统，与设定值进行比较，差值通过驱动控制系统放大后，使电机加速，通过这个速度控制系统使电机转速达到设定值，电机在这个速度下驱动横梁移动，达到材料拉伸试验要求的速度。

2 典型故障的诊断与维修

2.1 ZWICK Z050电子拉伸试验机横梁不移动故障的诊断与排除

该故障现象是，给ZWICK Z050拉伸试验机通电，待程序运行后，给出横梁上下命令，横梁不动作，并伴有滋滋的声音。

图1 电动驱动系统控制原理框图

根据故障现象，系统能正常启动，而且按动遥控器上的横梁上下移动键，虽然横梁不移动，但是有滋滋的声音发出，这说明电机能正常受电，也说明电控柜的供电是正常的。首先，检查电机线圈电阻和绝缘电阻，未发现异常；然后，检查电机驱动模块ZDU，打开电控柜前后盖，拔下各个电缆线连接插头并做好标记，从电控柜中拔出ZDU模块，检查上面5个保险丝是否正常，检查发现2个T2.5/250 V和2个T12.5/250 V是正常的，而M1/250 V保险丝是断开的，该保险是光电编码器工作电路的供电保险丝。用万用表测量光电编码器电路负载，没有发现短路问题；最后，更换该保险丝，把ZDU模块及连线恢复后，通电试验，横梁能上下移动了。该故障是因为光电编码器电路的供电保险丝断开，电机驱动控制电路没有速度反馈信号，无法控制电机，所以电机不转动，横梁无法动作。

2.2 ZWICK Z150电子拉伸试验机横梁异常抖动故障的诊断与排除

该故障现象是，ZWICK Z150拉伸试验机有时在试验过程中，或者没有开始试验时，电机发出异常噪声，横梁异常抖动。

该试验机的驱动电机是交流电机，控制器是M62模块。该试验机平时能正常运行，但是随机出现电机异常响动和横梁异常抖动现象。首先，排除减速器和传动系统的问题，因为假如这些系统出现问题，不会自恢复，故障会持续出现，而且故障有时也出现在没有进行试验时，这说明控制信号有问题；其次，排除外部干扰信号的问题，用示波器监视零地及相地电压，波形及幅值都是正常的，用示波器监测稳压电源的输出端电压及波形，也都是正常的；最后，确认电机驱动控制器故障，用示波器监测电机输入端电压，在试验机正常工作时，波形是稳定的，但是，在故障出现时，波形及幅度都异常，而且驱动控制器M62上的信号I2t指示灯亮，由此诊断故障是M62控制存在问题，更换M62控制模块后，故障排除。该故障是M62控制模块内部元器件老化，其工作稳定性差，产生异常的电机控制信号。

2.3 ZWICK Z600电子拉伸试验机传动系统异常噪音故障的诊断与排除

该故障现象是，ZWICK Z600试验机在拉伸试验时，传动系统发出“嚓嚓嚓”的异常噪声。

由电机传动系统的工作原理及结构组成可知，造成该故障的原因通常主要有电机工作异常、传动皮带异常和减速器工作异常等造成，为此，首先检查电机工作是否正常，用示波器监测电机工作电源，发现波形正常，而且电机本身也没有任何振动感，由此说明电机工作正常；其次，检查减速器是否正常，用长螺丝刀抵住减速器，刀柄抵在耳朵上，监听减速器的运行，未发现异常；最后，检查传输皮带是否正常，用手压一压皮带，感觉皮带有点松，调整张力轮，使皮带张紧一点，经过横梁反复上升下降及张力轮的反复调整，异常噪音消除。该故障是因为传输皮带张紧度不够，与减速器和两个滚轴丝杠下的传动齿轮间啮合不好，发出异常声音。

2.4 ZWICK Z1200Y电子拉伸试验机Drive system disconnected故障诊断与排除

故障现象是，ZWICK Z1200Y电子拉伸试验机程序启动后，给出“Drive system disconnected ”，试验机无法运行。

根据故障报警信息可知，驱动系统没有连上。打开控制柜，发现电机伺服驱动控制器digifas 7133的显示模块没有显示，显然故障就是因为他没有工作造成的。用万用表测量控制柜的三相输入电压都是正常的，而digifas 7133输入端的三相电压都没有。进一步检查发现继电器K2的输入端三相电压正常，输出端三相电压都为零，这说明接触器是开路状态。关闭计算机及控制器，在重新上电时，再用万用表检测digifas 7133输入端的三相电压是正常的，但是显示模块依然是没有显示，延迟1分钟后，继电器K2自动断开。通过检测可知，刚开机及应用软件启动运行时候，K2继电器闭合，给digifas 7133供电，但是由于digifas 7133故障，驱动系统没有连接上，系统自动保护，K2继电器断开。把digifas 7133从控制柜中拆下后，检查发现，内部的整流模块和功率模块损坏，更换后通电试验，显示模块显示正常。把digifas 7133装回控制柜后，再联机试验，故障排除。该故障是因为digifas 7133驱动控制器内部元器件损坏所致。

2.5 ZWICK Z600E电子拉伸试验机有时出现“驱动系统没有准备就绪”故障的诊断与排除

故障现象是，试验机平时能正常应用，但是有时在拉伸试验结束后或者待机状态，屏幕上给出testXpert错误编号23403、testControl 错误编号3045和“驱动系统没有准备就绪”故障提示，试验机不能运用。

根据故障现象，检查电机伺服驱动放大器servostar600的工作状态，发现其代码显示为E40。伺服放大器输入端三相电压都为零。进一步检查，控制继电器K2是断开的。根据代码表知，E40表示伺服放大器处于可用状态。关闭应用程序，重新启动后，伺服放大器又能工作，横梁也能上下移动，但是，反复几下后，故障就再次出现。关闭控制电源后重新上电，在没有按控制柜上的ON键时，控制继电器没有吸合，伺服放大器上代码显示也是E40。

综合以上的测量和试验结果，说明系统中有不稳定因素导致系统有时候能正常工作，有时候又不能正常工作，导致系统自动保护，控制继电器K2断电，伺服放大器没有三相输入电源，处于待用状态。

为此，首先，检查供电系统是否正常，检查接地线接触良好，而且零地电压0.8VAC，说明接地正常，检查送入控制柜的电源电压都是正常的；其次，检查伺服放大器的接线端子是否正常，通过清扫接线端子上的灰尘、插拔连接端子和测量与电机接线端子的通路等，没有发现异常；再其次，检查电机负载及与外壳的绝缘电阻，未发现异常；最后，怀疑故障是伺服放大器自身工作不稳定造成的。通过更换伺服放大器后，故障排除。该故障是因为伺服驱动放大器servostar600内部器件工作性能不稳定，致使系统自动保护。

3 结语

电动驱动控制系统为拉伸试验提供驱动力，是电子拉伸试验机的重要组成部分，通过ZWICK电子拉伸试验机典型电动驱动系统故障的诊断与维修的介绍，为电子拉伸试验机电动驱动系统故障的快速诊断和维修提供了参考。