Ремонт серводвигателей Yaskawa: подшипники, датчик положения, обмотка, тормоз
Введение
Yaskawa — один из самых массовых брендов сервотехники в мире: их двигатели стоят на тысячах станков, роботов и упаковочных линий, работая в паре с приводами Sigma-5 и Sigma-7. Про сами приводы мы уже писали, теперь — про двигатели.
Разберём четыре узла, которые отказывают чаще всего, и как отличить неисправность двигателя от неисправности привода.
Как устроен такой двигатель
- Статор с обмотками, пропитанными лаком или залитыми компаундом.
- Ротор с постоянными магнитами на основе редкоземельных сплавов.
- Два подшипника, передний и задний, повышенного класса точности.
- Датчик положения — как правило, оптический модуль в собственном корпусе.
- Электромагнитный тормоз — опция для вертикальных осей.
Слабые места предсказуемы: подшипники, датчик положения, защита от влаги и смазочно-охлаждающей жидкости, изнашиваемый тормоз.
Отказ первый: подшипники
Симптомы: шум при работе — свист, гул, скрежет; ощутимый люфт вала; вибрация на высоких оборотах; авария привода по току при том, что нагрузка в норме.
Почему они изнашиваются быстрее, чем ожидается. Кроме очевидного — высоких оборотов, частых реверсов, радиальных нагрузок от ремней и температуры — есть причина, о которой почти не пишут: подшипниковые токи. Частотное управление создаёт синфазное напряжение, и при недостаточном уравнивании потенциалов, плохом заземлении двигателя или неправильно заделанном экране кабеля через подшипник начинает протекать ток. Он разрушает смазку и оставляет на дорожках качения характерные следы электроэрозии. Внешне это выглядит как преждевременный износ подшипника, и новый уходит так же — пока не устранена причина.
Поэтому если подшипники в одном и том же двигателе меняются подозрительно часто, проверьте заземление двигателя, заделку экрана силового кабеля и уравнивание потенциалов между шкафом и механизмом. Эта же физика подробно разобрана в нашем материале про токи утечки и заземление.
Как проверить на месте:
- На обесточенном приводе прокрутить вал рукой, послушать с разной скоростью вращения. На вертикальной оси сначала зафиксируйте механизм: при снятом возбуждении и отпущенном тормозе он пойдёт вниз.
- Покачать вал: любой ощутимый рукой люфт для серводвигателя уже ненормален, допуски здесь на порядок жёстче, чем у обычных электродвигателей.
- Определить на слух, какой из подшипников шумит, и снять температуру подшипниковых узлов пирометром после работы под нагрузкой.
Что делаем: разборка, выпрессовка изношенных подшипников, установка новых, замена смазки, сборка и проверка на стенде.
Важная деталь при подборе: в сервотехнике подшипники ставятся повышенного класса точности, с определённым радиальным зазором и определённым типом смазки. Аналог подбирается по всем этим параметрам, а не только по посадочным размерам: обычный подшипник того же типоразмера встанет, но проходит заметно меньше и добавит вибрации, которую датчик положения честно отработает.
Отказ второй: датчик положения
Симптомы: ошибки обратной связи; двигатель дёргается на малых оборотах; потеря позиции при реверсе; после замены кабеля ошибка возвращается.
Оптический датчик — это диск с растром и приёмо-излучающая пара. Он деградирует от попадания масла и пыли, от перегрева собственной электроники, от старения источника света и от вибрации.
Как проверить на месте: заменить кабель обратной связи на заведомо исправный, проверить разъёмы. Если не помогло — прежде чем обвинять сам датчик, проверьте его питание на разъёме привода и приёмную часть тракта на плате привода: очень часто виновата именно она. Порядок всегда один — кабель и разъёмы, питание датчика, приёмный тракт, и только потом датчик.
Оговорка при проверке заменой: у абсолютных датчиков хранится привязка к нулю станка, и перестановка датчика или двигателя с другой оси её уничтожает. После этого нулевую точку придётся выставлять заново.
Что делаем: разборка, диагностика датчика на стенде, чистка оптики, восстановление узла или замена в сборе.
И ключевое, что отличает ремонт серводвигателя от ремонта обычного: после любого вмешательства, при котором нарушалось взаимное положение датчика и вала, обязательна привязка датчика к положению полюсов ротора. Без неё двигатель будет дёргаться, греться и уходить в защиту по току при полностью исправных обмотках и подшипниках.
Отказ третий: обмотка статора
Симптомы: двигатель не развивает момент; привод уходит в защиту по току; запах гари; несимметрия сопротивления обмоток по фазам.
Обмотки здесь пропитаны качественным лаком и нередко залиты компаундом, но при перегреве — работа на пределе, плохое охлаждение, частые перегрузки — лак темнеет, становится хрупким, появляются межвитковые замыкания.
Как проверить на месте:
- Сравнить сопротивление обмоток по фазам. Учтите разрешающую способность прибора: у двигателей этого класса сопротивление невелико, и обычный мультиметр даёт погрешность, сопоставимую с искомой разницей.
- Измерить сопротивление изоляции мегаомметром на 500 В — обязательно при кабеле, полностью отсоединённом от привода. Мегаомметр подаёт сотни вольт и уничтожит выходной каскад привода за одно измерение.
- Осмотреть обмотки, если конструкция это позволяет.
Что делаем: перемотку статора с пропиткой и сушкой, контроль параметров обмоток после сборки.
Здесь критична температура сушки: ротор на постоянных магнитах, и превышение допустимой для них температуры частично размагничивает его необратимо. Внешне двигатель после этого исправен, но не выдаёт паспортного момента и греется под нагрузкой. Поэтому режим сушки выбирается с учётом магнитов, а не по привычкам ремонта асинхронных машин. По той же причине перемотка серводвигателя требует точных данных по числу витков, сечению провода и схеме укладки: «намотаем по образцу» заканчивается потерей момента.
Отказ четвёртый: тормоз
Симптомы: вертикальная ось опускается при отключении питания; двигатель не удерживает нагрузку; посторонние звуки при срабатывании.
Тормоз в такой конструкции нормально замкнутый: он удерживает вал в обесточенном состоянии и отпускается при подаче питания. Изнашиваются фрикционные накладки, растёт зазор, деградирует катушка.
Здесь важнее обычного предупреждение о безопасности: любые проверки тормоза на вертикальной оси выполняются только после механической фиксации механизма. Отпустив тормоз на подвешенном грузе, вы получаете падение узла — это самая частая тяжёлая травма при работе с сервоприводами.
Как проверить: убедиться, что на катушку приходит питание нужного номинала; проверить, удерживает ли тормоз вал в обесточенном состоянии и отпускает ли при подаче питания; послушать срабатывание.
Что делаем: разборку тормозного узла, замену фрикционных элементов, регулировку зазора, замену катушки.
Чек-лист: виноват привод или двигатель
- Отсоедините двигатель от привода. На вертикальной оси предварительно зафиксируйте механизм.
- Прокрутите вал рукой: ровно, без шума, хруста и люфта.
- Проверьте кабель обратной связи и разъёмы — самая частая причина ошибок.
- Сравните сопротивление обмоток по фазам.
- Измерьте сопротивление изоляции мегаомметром на 500 В при отсоединённом от привода кабеле.
- Остались сомнения — привозите двигатель: на стенде он проверяется отдельно от привода, и это единственный способ ответить точно.
Случай из практики
Привезли серводвигатель с упаковочной линии. Симптом: ошибка обратной связи, появляющаяся по мере прогрева. Заказчик заменил кабель — не помогло, заменил датчик положения — не помогло.
Разобрали двигатель. Задний подшипник начал разрушаться, продукты износа попали в узел датчика, а сам датчик сместился относительно посадочного места. Отсюда и недостоверные данные, и зависимость от температуры.
Заменили оба подшипника, вычистили узел, установили датчик и выполнили привязку к положению ротора, проверили на стенде. Ошибка ушла.
Мораль: замена датчика в этой истории не могла помочь в принципе — новый датчик вставал в тот же разрушающийся узел. А прокрутить вал рукой стоило пять минут.
Вместо заключения
Серводвигатели этого класса — качественная техника, но и у неё есть ресурс: подшипники, датчик, обмотка, тормоз. И почти всегда отказ одного узла маскируется под неисправность другого — чаще всего под неисправность привода.
Если ваш двигатель ведёт себя странно — привозите. Диагностика бесплатна, и проверяем мы двигатель отдельно от привода.
