Как определить изношенный редуктор промышленного робота ABB до его выхода из строя?
Мы неоднократно наблюдали это на практике в течение многих лет. Робот ABB на производственной линии работал без сбоев, но однажды внезапно шов при сварке начал отклоняться, траектория движения сместилась, одно за другим возникли нарушения в работе — в итоге сработала аварийная остановка из-за критической ситуации, и вся линия остановилась мгновенно. Все оказались в полной неразберихе: пришлось заниматься поиском неисправностей в программе, проверять энкодер, оснастку, а в конце концов — разбирать узел, чтобы обнаружить, что редуктор давно вышел из строя, просто до этого никто не обратил внимания на эти незначительные сигналы.
Особенно это характерно для роботов, применяемых при сварке, манипуляции, погрузке/разгрузке и штамповке: при длительной работе под высокой нагрузкой и непрерывном вращении редуктор редко выходит из строя внезапно и без предупреждения. На самом деле он заранее, за достаточно продолжительное время, посылает вам «привет», однако во многих цехах привыкли считать такие проявления «нормой для старых машин» и просто игнорировать их. 
Впервые многие люди замечают проблему, когда робот «становится менее точным, чем раньше».
Это действительно самый распространённый первый признак. Интересно то, что полевые инженеры почти никогда не рассматривают редуктор в качестве первоочередной причины. Их последовательность диагностики обычно такова: сначала предполагают, что TCP не откалиброван — например, кто-то задел манипулятор; затем проверяют программу, чтобы убедиться в корректности заданных точек; далее осматривают энкодер на предмет потери импульсов; иногда даже подозревают дрейф параметров сервопривода или ослабление крепления технологической оснастки. Такой комплексный контроль считается вполне обычной практикой, и лишь в конце измерения с помощью измерительного прибора выявляется явное увеличение люфта по одной из осей. Особенно наглядно это проявляется у сварочных роботов: изначально шов формируется очень ровно, а теперь возникает нестабильность дуги, траектория дуги становится неравномерной; при повторном запуске одной и той же программы траектория каждый раз немного отличается. Иногда заказчики полагают, что проблема связана с системой технического зрения, однако на самом деле она вызвана износом внутренних зазоров редуктора, вследствие чего передача движения не соответствует положению манипулятора.
Износ редуктора промышленного робота ABB, «люфт» будет становиться всё более заметным
Каждый, кто занимается техническим обслуживанием, знаком с термином «люфт», означающим наличие зазора в соединении. Сторона двигателя, очевидно, вращается, однако механическая сторона должна дождаться небольшого холостого хода, прежде чем начнёт двигаться. Соединения нового робота очень плотные, однако со временем, при длительной эксплуатации, планетарные передачи и подшипники внутри редуктора изнашиваются: зазор между зубьями увеличивается, подшипники ослабляются, а точность зацепления снижается. В результате робот начинает демонстрировать погрешности повторяющейся позиционной точности, смещение траектории и небольшую неустойчивость (вибрацию) при ускорении и замедлении. Самая неприятная особенность этого состояния заключается в том, что на начальном этапе оно не кажется особенно серьёзным — многие пользователи даже продолжают эксплуатацию в течение нескольких месяцев. Однако как только износ одного из осей превысит критический порог, деградация происходит чрезвычайно быстро: первые две недели отклонения могут быть незначительными, а затем внезапно возникает аварийное сообщение о столкновении или перегрузке.
Соединения робота начинают «стучать», на самом деле это уже очень опасно!
При нормальной работе робот издаёт очень ровный звук — характерный жужжащий звук двигателя в сочетании с плавным механическим шумом. Однако, как только в редукторе возникают проблемы, звук сразу же меняется: к нему примешивается свистящий шум от трения металла или отчётливые щёлкающие звуки («щёлк-щёлк-щёлк-щёлк»); при ускорении и замедлении можно даже услышать низкий гул, а при прикосновении рукой к соединениям ощущается внутренний стук, будто что-то стучит внутри. Многие опытные операторы на линии скажут: «В последнее время этот робот как-то странно звучит». Как только вы услышите подобные замечания, не откладывайте проверку — в этот момент с высокой вероятностью уже произошло царапание зубьев шестерён, повреждение сепаратора подшипника или высыхание смазки, приведшее к прямому контакту металла с металлом. Продолжение работы в таком режиме приводит к тому, что незначительный износ быстро переходит в заедание шестерён, а как только зубья «закусит», весь редуктор, по сути, становится непригодным к дальнейшей эксплуатации.
Кстати, в мастерской мы наблюдали слишком много проблем с коробками передач; на самом деле, корень этих проблем — в смазке. Многие заводы ежедневно эксплуатируют роботов, а смазка и техническое обслуживание выполняются крайне небрежно, особенно на некоторых старых производственных линиях. Интервалы между заменами смазки давно утратили актуальность, никто не обращает внимания на старение маслосъёмных колец, а также на подтёки масла в соединениях — их просто вытирают и продолжают работу. Смазка, смешанная с водяным паром, пылью или металлической пылью, по-прежнему используется в штатном режиме. В результате длительной эксплуатации условия смазки ухудшаются, внутреннее трение резко возрастает, температура повышается, масляная плёнка на поверхности зубьев уже не удерживается, начинается аномальный износ. Редукторы ABB отличаются чрезвычайно высокой точностью: зазоры в зацеплении шестерён и в подшипниках очень малы, поэтому требования к смазке предельно строги. Как только смазка разжижается, высыхает или загрязняется, скорость износа возрастает экспоненциально. Некоторые коробки передач становятся настолько горячими на ощупь, что это часто служит сигналом полного отказа смазочной системы — масло давно перестало выполнять защитную функцию.
Температурный индикатор — это довольно наглядная визуальная подсказка.
Можно попробовать ощупать температуру суставов по каждой оси после того, как робот проработал некоторое время. В нормальных условиях повышение температуры относительно стабильно, и один из суставов не станет внезапно значительно горячее остальных. Особенно для крупных нагруженных суставов, таких как J2 и J3, их продолжительный аномальный перегрев, скорее всего, указывает на чрезмерное внутреннее трение, недостаточную смазку, повреждение подшипников или работу в перегруженном режиме. Многие редукторы долгое время «тихо» работают в состоянии «высокой температуры», прежде чем окончательно заклинит. Поэтому всё больше заводов начинают регулярно сканировать тепловизором все суставы роботов на линии — этот метод действительно эффективен: многие проблемы можно выявить заранее по температурным аномалиям, не дожидаясь полного отказа робота.
Роботы ABB начинают вибрировать — зачастую проблема уже далеко не лёгкая!
Вы можете заметить, что вся рука слегка дрожит при ускорении, а затем несколько раз вздрагивает сразу после остановки; при движении на высоких скоростях траектория не является круглой и плавной, возникает ощущение мелкой зазубренности. Многие полагают, что коэффициент усиления сервопривода настроен неправильно, однако если вы уверены, что энкодер исправен, двигатель работает нормально, а параметры не изменялись, то, скорее всего, проблема заключается в недостаточной внутренней жёсткости редуктора. Это особенно характерно для сочленений с редукторами типа RV: вибрация появляется внезапно — от полного отсутствия к полному отсутствию — сразу после начала износа циклоидального элемента и подшипников, и по мере увеличения износа её становится всё труднее скрыть.
Есть ещё одна проблема, которую особенно легко упустить из виду — утечки масла.
Я видел слишком много заводов, где, как только обнаруживается круглое пятно масла, просачивающегося из соединения роботов ABB, первая реакция — взять тряпку и вытереть его со словами: «Всё в порядке, он всё ещё работает». На самом деле утечка масла, как правило, говорит о том, что уплотнения износились, масло вытекает наружу, а загрязнения снаружи могут проникнуть внутрь. Редукторы особенно боятся недостатка масла, особенно при непрерывном вращении круглосуточно, 24 часа в сутки: нарушение смазки запускает цепную реакцию, и скорость износа сразу резко возрастает. Многие редукторы можно было бы отремонтировать, однако из-за длительной утечки масла, которую не воспринимали всерьёз, они в конечном итоге полностью изнашиваются изнутри и подлежат замене целиком.
Вот здесь вы можете спросить: почему у многих промышленных роботов ABB, эксплуатируемых уже несколько лет, начинают возникать проблемы с редуктором? На самом деле, если подумать внимательно, это вполне нормально. Промышленные роботы по своей природе являются механизмами, работающими с высокой частотой: сварочные роботы целый день совершают маятниковые движения, манипуляционные роботы постоянно запускаются и останавливаются, испытывая ускорение и замедление, тяжёлые паллетизирующие роботы длительное время работают на предельной скорости и полной нагрузке, а роботы для загрузки и выгрузки станков выполняют за день тысячи циклов. Редуктор при этом постоянно подвергается ударным и переменным нагрузкам. Неважно, насколько высока надёжность продукции ABB — износ механических компонентов является физическим законом, от которого никто не может уйти. Особенно это касается роботов, которые круглый год работают на пределе номинальной нагрузки: в таком случае срок службы редуктора сокращается ещё более заметно.
Многие сталкиваются с вопросом: ремонтировать редуктор или заменять его?
Наш опыт показывает, что при незначительном увеличении люфта, периодическом стуке или начале подтекания масляных уплотнений в отдельных случаях возможно попытаться отремонтировать редуктор путём замены подшипников и масляных уплотнений, а также повторной регулировки предварительного натяга. Однако если точность была существенно утрачена, внутренние шестерни деформированы, вибрация настолько велика, что весь манипулятор начинает трястись, имели место длительная работа при высокой температуре или при разборке обнаружено, что внутри скопилось большое количество металлической стружки, то в большинстве случаев экономически целесообразнее сразу заменить редуктор на новый. Дело в том, что внезапный отказ робота из-за остановки линии по причине неисправности редуктора приводит к потерям, исчисляемым часами, а зачастую — даже минутами; по сравнению со стоимостью простоя производственной линии стоимость самого редуктора действительно ничтожна.
Просто потому что постепенно начинают понимать эту логику, всё больше и больше заводов отказываются ждать, пока оборудование выйдет из строя, а затем уже ремонтировать его, и вместо этого берут инициативу в свои руки, переходя к прогнозному техническому обслуживанию. Регулярно измеряют вибрацию, используют тепловизор для анализа распределения температуры, применяют измерительные приборы для контроля изменений люфта, отслеживают динамику точности траектории и анализируют появление новых частот шума при работе оборудования. Мы постепенно осознали, что редукторы роботов ABB Robotics перед полным выходом из строя, как правило, дают достаточно чёткие предупреждающие сигналы — просто ранее никто систематически их не анализировал. Раннее обнаружение неисправностей позволяет снизить затраты на обслуживание, избежать незапланированных простоев, предотвратить внезапное отключение оборудования среди ночи, а также исключить вторичные повреждения двигателя и энкодера, вызванные их совместной работой с неисправным редуктором. Именно поэтому во многих современных автоматизированных линиях высокого уровня состояние редукторов промышленных роботов теперь включено в планы регулярного технического осмотра и мониторинга.
