6自由度动感平台的运行故障排除分析_徐鑫.pdf

年月机电工程技术第卷第期 收 稿 日 期：徐 鑫，朱 杰 自 由 度 动 感 平 台 的 运 行 故 障 排 除 分 析 机 电 工 程 技 术，（）：自由度动感平台的运行故障排除分析徐鑫，朱杰（上 海 科 技 馆，上 海）摘 要：介 绍 了自 由 度 动 感 平 台 的 系 统 组 成，针 对自 由 度 动 感 平 台 运 行 中 的 机 械、电 气 故 障，结 合 相 关 故 障 排 除 案 例，探 讨 其 运行 中 的 常 见 故 障 和 故 障 原 因，并 阐 述 了 动 感 平 台 的 预 防 性 维 护 保 养 过 程。介 绍 了自 由 度 动 感 平 台 主 要 机 械 部 件、电 气 元 件 的 维 护注 意 事 项，通 过 与 动 感 平 台 的 制 造 设 计 单 位 开 展 技 术 交 流 及 与 动 感 平 台 的 使 用 单 位 分 享 维 保 经 验，并 深 入 研 究 故 障 案 例，最 终 降 低了 设 备 的 停 机 时 间 和 故 障 率，并 提 出 了 提 高 动 感 平 台 使 用 寿 命 的 维 保 方 法，为 动 感 平 台 的 使 用 单 位 提 供 借 鉴，保 证 设 备 安 全 可 靠 运行，同 时 更 好 地 让 观 众 体 验 动 感 平 台 这 一 机 电 设 备 带 来 的 互 动 感 和 沉 浸 感。关 键 词：故 障 排 除；动 感 平 台；维 护 保 养中 图 分 类 号：文 献 标 志 码：文 章 编 号：（），（，）：，：；引 言随 着 科 技 水 平 的 发 展 和 人 民 精 神 生 活 日 益 丰 富 的 需求，动 感 平 台 由 早 期 的自 由 度 升 级 到自 由 度，且 其应 用 范 围 从 工 业 机 床、训 练 模 拟 器 等 领 域 逐 渐 扩 展 到 各大 主 题 乐 园、展 览 馆、博 物 馆 等 文 旅 市 场。群 众 对 前 沿科 技 和 文 化 生 活 的 期 待 更 加 热 切，基 于 动 感 平 台 的 设 施与 设 备 深 受 青 年 人 欢 迎。其 中，配 置 了自 由 度 动感 平 台 的 影 院、剧 场 和 博 物 馆 等 场 所 能 够 提 供 浸 式 交 互体 验，不 仅 提 高 了 游 客 互 动 参 与 度 和 感 受，也 拓 宽 了 知识 普 及 的 方 式，提 高 了 科 普 效 果，已 然 具 备 了 广 阔 的市 场 和 良 好 的 发 展 前 景。目 前 国 内 外 对自 由 度 动 感 平 台 的 设 计 制 造 已 趋 于成 熟，但 对 于 运 行 时 出 现 的 故 障 往 往 仍 需 要 大 量 时 间 去排 除，自 由 度 动 感 平 台 的 运 维 难 点 主 要 包 括 机 械 部 分的 维 护、电 气 部 分 的 维 护、安 全 培 训 和 日 常 管 理。本 文针 对 特 效 影 院 等 文 旅 行 业 中 应 用 的自 由 度 动 感 平 台，通 过 分 析自 由 度 动 感 平 台 的 设 备 结 构 及 工 作 原 理，分析 其 薄 弱 点，并 有 针 对 性 地 介 绍 主 要 维 护 方 式，希 望 能消 除 设 备 运 行 时 的 安 全 隐 患，确 保 设 备 的 正 常 运 转 和 用户 的 安 全。自 由 度 动 感 平 台 的 构 成 与 工 作 原 理 自 由 度 介 绍物 体 在 空 间 的自 由 度，指 沿 着、这个 坐 标轴 平 移 的 移 动 自 由 度 和 绕 这个 坐 标 轴 转 动 的 转 动 自 由度。自 由 度 动 感 平 台 由、并 联 六 连 杆 机 构 组 成 的运 动 平 台 和 其 上 安 装 的 转 台 座 舱 组 成，通 过 上 下 各只虎 克 铰 万 向 结 和 下 平 台 固 定 在 底 盘 基 座 上，借 助 并 联 六连 杆 机 构 伸 缩 驱 动，完 成 上 平 台 在 空 间个 自 由 度（，）的 运 动，从 而 模 拟 出 纵 向、横 向 移 动、俯 仰、横 滚、偏 航、旋 转 等 动 作 合 成。自 由 度 运 动平 台 现 已 广 泛 应 用 到 各 种 训 练 模 拟 器 如 飞 行 模 拟 器、驾驶 模 拟 器、船 舶 模 拟 器、地 震 模 拟 器 以 及 虚 拟 现 实 设 备、动 感 电 影、游 艺 设 备 等 众 多 领 域。此 外自 由 度 运 动平 台 在 制 造 业 被 制 成 六 轴 联 动 机 床，医 学 上 被 制 成 微 操作 手 术 机 器 人，在 军 事、航 天 等 重 要 领 域 也 有 飞 船 对 接模 拟 器 的 应 用。自 由 度 运 动 平 台 的 研 究 涉 及 机 械 传动、电 气 控 制、传 感 器 技 术、空 间 运 动、实 时 信 号 传 输处 理、图 形 显 示、动 态 仿 真 等 众 多 高 科 技 领 域，目 前 我国 高 等 院 校、科 研 机 构 对自 由 度 并 联 机 构 的 研 究 也 已经 取 得 了 较 大 成 果。自 由 度 动 感 平 台 的 构 成自 由 度 动 感 平 台（图）简 称平 台，是 动 感影 院 的 核 心 设 备。动 感 平 台 的 控 制 效 果 直 接 影 响 游 客 的沉 浸 式 体 验，控 制 精 度 不 良 的 动 感 平 台 往 往 使 人 产 生 眩晕 感。图 自 由 度 动 感 平 台在 驱 动 方 式 的 选 择上 有 电 动 驱 动、液 压 驱动、气 动 驱 动种，目 前动 感 平 台 最 常 采 用 的 是电 动 驱 动。液 压 驱 动借 助 液 压 缸 把 液 体 压 力转 换 为 机 械 能，液 压 驱动 的 优 点 是 负 载 能 力 很 强，但 是 因 传 动 效 率 低、维 修 难度 大 且 液 压 泵 站、配 管 等 周 围 设 备 易 造 成 液 压 油 泄 漏 而被 人 诟 病。气 动 驱 动 是 将 空 气 压 缩 产 生 压 力 能 传 递 给 气缸 完 成 各 种 动 作，优 点 是 以 空 气 作 为 介 质 对 环 境 影 响 小，缺 点 也 很 明 显：控 制 精 度 不 高、噪 声 大，超 声 速 排 气 时需 要 加 装 消 声 器，且 需 要 用 到 压 力 容 器。相 较 于 液 压 传动 和 气 动 传 动，电 动 驱 动 有 着 设 备 简 单、承 载 能 力 强、控 制 精 度 高、动 态 响 应 速 度 快、自 重 负 荷 比 小 维 护 便 利等 一 系 列 优 点。自 由 度 动 感 平 台 由 运 动 平 台、旋 转平 台 及 电 气 控 制 系 统 组 成。台 伺 服 电 动 缸 分 成对 组成 了 运 动 平 台，在 控 制 器 的 指 令 下，输 出 位 移 和 偏 角。传 动 链：电 动 缸位 移 和 偏 角平 台 动 作，配 对 实 现 动作 追 踪。电 动 缸 一 端 与 底 盘 上 的 连 接 座 相 连，另 一 端 通过形 夹 与 平 台 的 活 动 盘 联 接。交 流 伺 服 电 机、减 速 箱和 大 小 齿 轮 副 组 成 了 旋 转 平 台，安 装 在 活 动 盘 上。在 活动 盘 中 心 装 有 滑 环 组 件，滑 环 组 件 在 设 备 中 起 到 帮 助 机械 不 绕 线，同 时 供 动 力 电 缆 和 信 号 线 缆 通 过 的 作 用，为两 个 连 续 或 断 续 旋 转 的 机 构 之 间 传 递 信 号 及 电 流。旋 转平 台 由 交 流 伺 服 电 机、减 速 箱 和 大 小 齿 轮 副 组 成，在 控制 器 控 制 下 实 现 左 右 偏 转。传 动 链：交 流 伺 服 电 机齿轮 减 速 箱小 齿 轮大 齿 轮。电 气 控 制 系 统 由、运动 控 制 器、伺 服 驱 动 器、变 频 器、各 种 传 感 器 及 电 气 附件 组 成。电 气 控 制 分 为 强 电 和 弱 电 控 制，强 电 部 分 主 要用 于 交 流 电 机 驱 动 等 三 相、单 相 电 源 用 电 控 制；弱 电 部分 主 要 是 信 号 传 输、程 序 运 行 等 控 制。自 由 度 动 感 平台 的个 交 流 异 步 电 机 由 变 频 器 控 制，旋 转 平 台 的 伺 服电 机 由 伺 服 驱 动 器 控 制。设 备 的 配 电 柜、控 制 柜 中 各 个分 路 均 配 有 过 热、过 载 及 漏 电 保 护 功 能。演 出 控 制 系 统和 演 出 监 管 系 统 紧 密 集 成 到 一 起，通 过、运 动 控 制器、伺 服 驱 动 器，变 频 器 和 其 余 传 感 器 汇 总 各 种 参 数 信号 汇 总 后 进 行 辨 别 和 处 理，实 现 数 据 双 向 联 动 交 换，便于 实 时 监 控 的 设 备 运 行 状 况，确 保 媒 体 与 动 感 平 台 之 间的 完 美 同 步，实 现 设 备 安 全 可 靠 运 行。自 由 度 动 感 平 台 的 维 护 与 保 养 机 械 结 构 的 维 护自 由 度 动 感 平 台 机 械 结 构 是 平 台 的 核 心 部 分 之 一，需 要 进 行 定 期 的 维 护 和 保 养，定 期 检 查 是 机 器 安 全 运 行的 保 障，技 术 人 员 要 加 强 对 设 备 的 巡 检 观 察，做 好 预 防性 维 护。必 要 时 制 作 设 备 的 点 检 表，对 设 备 的 重 点 结 构、元 器 件 做 好 定 期 检 查。检 查 的 重 点 是：异 常 的 噪 声、震动 和 冲 击；电 机 和 减 速 机 温 度 升 高 无 异 常 及 漏 油；主 要钢 结 构 受 力 部 位 无 变 形、裂 缝 等，发 现 异 常 应 立 即 停 止运 营。设 备 润 滑 的 好 坏 直 接 影 响 到 设 备 的 寿 命 和 运 转，技 术 人 员 必 须 严 格 按 照 保 养 周 期 进 行 润 滑 保 养。旋 转 平台 每 运 行 需 要 检 查 螺 栓 的 预 紧 力（预 紧 力 由 设 计图 纸 给 出），螺 栓 在 运 行 后 需 换 新。旋 转 平 台 每运 转 应 加 润 滑 脂次，润 滑 时 必 须 对 滚 道 注 满 润 滑脂，加 注 时 缓 慢 地 转 动 旋 转 平 台，使 润 滑 脂 填 充 均 匀。运 行 时 出 现 异 常 噪 声、振 动 冲 击、功 率 突 然 增 大 等 情 况，在 排 除 了 减 速 机 的 原 因 后，必 须 停 机 检 查。旋 转 平 台 密封 的 完 好 性 需 要 经 常 检 查，发 现 密 封 破 损 或 脱 落 要 及 时复 位 或 更 换。启 用 长 期 停 运 的 设 备 时，旋 转 平 台 必 须 加足 新 润 滑 脂，清 理 失 效 老 油 和 积 尘，观 察 到 新 脂 从 油 嘴中 冒 出 说 明 老 油 已 全 部 排 出。小 齿 轮 与 回 转 支 承 齿 轮 齿面 的 润 滑 情 况 需 定 期 检 查，并 清 理 齿 面 的 杂 物。检 查 啮合 齿 面 的 磨 损 情 况 和 径 向 窜 动 情 况，严 防 硬 质 异 物 进 入啮 合 区，发 现 异 常 情 况 立 即 停 机 处 理。减 速 机 在 出 厂 时，都 会 加 润 滑 油 至 油 标 位，以 后 每 年 至 少 更 换次 润 滑 油。各 紧 固 件 除 日 常 检 查 放 松 标 记 外，重 要 螺 栓 还 必 须 做 到每 月 定 期 复 查，发 现 松 动 必 须 及 时 紧 固。电 气 控 制 系 统 的 维 护电 气 元 件 方 面 每 月 要 做次 行 程 开 关、接 近 开 关 等传 感 器 元 件 的 触 点 检 查，确 保 传 感 器 的 可 靠 性。适 时 清理 伺 服 驱 动 器，避 免 灰 尘 及 污 垢 的 附 着，适 时 清 理 伺 服驱 动 器 的 吸 气 口 与 排 气 口，避 免 积 尘 堵 塞 风 口 而 长 时 间在 高 温 环 境 下 运 行，造 成 伺 服 驱 动 器 故 障。电 气 设 备 金属 外 壳 及 不 带 电 金 属 结 构 必 须 可 靠 接 地，设 备 每 年 至 少检 查次 接 地 的 可 靠 性，确 保 电 气 设 备 接 地 线 状 况 良 好。外 壳 上 有 接 地 螺 丝 的 电 机，接 地 线 必 须 与 接 地 螺 丝 连 接。外 壳 上 无 接 地 螺 丝 的 电 机，要 求 在 电 机 外 壳 适 当 位 置 加装 接 地 螺 丝 与 接 地 线 相 连 接。与 接 地 的 基 座 之 间 有 可 靠电 气 接 触 的 电 机 外 壳 可 不 接 地。低 压 配 电 系 统 保 护 接 地电 阻 应 符 合 相 关 标 准 要 求，不 能 大 于。测 量 接 地 电阻 时 要 用 接 地 电 阻 测 量 仪，不 建 议 使 用 测 量 误 差 稍 大 的万 用 表。对 于 滑 环 主 要 检 查 项 目 包 括 绝 缘 层 是 否 有 破 损和 裂 缝，碳 刷 是 否 与 滑 环 接 触 良 好，以 及 是 否 有 过 热 的现 象，检 查 滑 环 是 否 与 各 种 电 子 装 置 接 线 正 常，外 露 的集 电 器 需 检 查 防 水 措 施 是 否 完 好。主 要 故 障 现 象 应 对 措 施 机 械 结 构 故 障 应 对 措 施自 由 度 动 感 平 台 机 械 结 构 故 障 常 发 生 在 减 速 机 和年月 机 电 工 程 技 术 第卷第期电 动 缸。减 速 机 出 现 异 响、无 规 律 的 噪 声，这 时 需 检 查是 否 是 轴 承 损 坏 或 者 润 滑 油 有 异 物 导 致 的。若 出 现 润 滑油 泄 漏 的 情 况，确 认 是 密 封 圈 损 坏 或 者 减 速 器 透 气 阀 失效 后，这 时 候 需 要 更 换 密 封 圈 或 者 给 减 速 器 透 气。出 现电 机 或 输 入 轴 转 动 而 输 出 轴 不 转，这 是 减 速 器 中 的 轴 轮毂 联 接 断 裂 导 致 的，需 要 将 减 速 机 返 厂 维 修，更 换 一 根新 的 减 速 机 高 速 轴，并 考 虑 是 否 减 速 机 选 型 不 当 或 者 超负 载 使 用 减 速 机 导 致 的，要 注 意 最 大 扭 矩 必 须 小 于 减 速机 额 定 输 出 扭 矩 的倍。电 动 缸 在 长 时 间 的 使 用 过 程 中 会 逐 渐 出 现 磨 损、老化 和 失 效 等 问 题，为 了 保 证 平 台 的 运 行 稳 定 和 精 度，需要 更 换 电 动 缸 来 避 免 电 动 缸 老 化 和 失 效 所 带 来 的 问 题，从 而 延 长 使 用 寿 命。电 动 缸 的 更 换 要 谨 慎 操 作 并 遵 循 正确 的 更 换 步 骤，需 要 更 换 单 个 或 者 多 个 电 动 缸 时，需 先用 支 承 架 对 平 台 整 体 进 行 支 撑 加 固，避 免 局 部 受 力 不 均造 成 机 械 结 构 弯 曲 断 裂 甚 至 出 现 安 全 事 故，消 除 安 全 隐患 后 再 拆 卸 电 动 缸。电 动 缸 需 按 如 下 顺 序 进 行 拆 卸（如 图所 示）：（）先 将 连 接 座、螺 母、连 接 螺 母拆 下 来；（）拆 卸 上端 盖，只 需 将 内 六 角 螺 栓 拧 下 来，上 端 盖 就 可 以 直 接取 下；（）拧 掉 盖 板上 螺 栓，将 盖 板 取 下；（）拆 下同 步 带，拧 松 同 步 带 轮 上 紧 定 螺 钉，拆 卸 同 步 带 轮；（）拧 掉 下 端 盖跟 安 装 板 的 连 接 螺 栓，可 以 将 整 个 缸体 拆 下；（）拧 掉 圆 螺 母及 垫 圈，用 铜 棒 轻 轻 敲 打 端部 直 至 缸 体 和 活 塞 杆 分 离。图电 动 缸 拆 卸 顺 序电 气 控 制 系 统 故 障 应 对 措 施自 由 度 动 感 平 台 电 气 控 制 系 统 故 障 主 要 是 传 感 器故 障 和 驱 动 器 故 障。当 旋 转 座 舱 出 现 停 靠 位 置 不 正 确 时，需 检 查 行 程 开 关 是 否 松 动 或 损 坏，并 检 查 传 感 器 的 防 松标 记，紧 固 行 程 开 关 或 者 更 换 新 的 传 感 器。动 感 平 台 出现 无 法 进 行 单 个 方 向 运 行（上 升 或 下 降）时，需 检 查 上到 位 或 下 到 位 限 位 开 关 是 否 松 动 或 损 坏，并 重 新 紧 固 或更 换 限 位 开 关；当 动 感 平 台 出 现 任 意 方 向 无 法 操 作，需要 检 查 伺 服 驱 动 器 是 否 出 现 故 障 报 警，设 置 动 作 参 数，手 动 复 位 平 台。电 动 缸 运 行 噪 声 严 重 并 有 剧 烈 振 动 时，这 是 缺 相 运 转 或 电 机 轴 与 联 轴 器 轴、齿 轮 盘 不 同 心 导 致的，必 须 暂 停 运 行 检 查 调 整。当 出 现 通 信 程 序 报 错 时，需 要 初 始 化 通 信控 制 程 序 回 路 重 新 上 电。结 束 语本 文 针 对自 由 度 动 感 平 台，从 平 台 的 构 成 与 工 作原 理 入 手，分 别 从 机 械 结 构 和 电 气 控 制 系 统 两 方 面 详 细给 出 了 平 台 的 维 护 与 保 养 方 式，并 针 对 平 台 常 见 故 障 给出 了 对 应 的 甄 别 及 其 排 除 技 巧，同 时，对 其 中 重 要 的 电动 缸 设 备，给 出 了 详 细 的 拆 卸 步 骤，以 期 指 导 类 似 设 备的 故 障 识 别 与 定 位，开 展 原 因 分 析，通 过 定 期 进 行 预 防性 维 护 来 延 长 设 备 的 使 用 寿 命。本 文 所 述 的自 由 度 动 感 平 台 维 护 和 故 障 处 理 方 式只 涵 盖 了 其 最 主 要 的 部 分 和 常 见 的 故 障，对 于 非 常 规 的故 障 需 要 进 一 步 深 入 研 究 分 析。动 感 平 台 生 产 厂 家 需 建立 完 善 厂 家 与 用 户 的 技 术 交 流 渠 道，搭 建 完 善 的 运 行 维护 与 培 训 机 制，同 时 加 强 设 备 研 发，提 供 设 备 安 全 运 行维 护 手 册，及 时 发 现 设 备 在 研 发、生 产 和 运 行 中 存 在 的 安全 隐 患，第 一 时 间 响 应 解 决。同 时 设 备 使 用 方 也 应 持 续 学习，把 握 设 备 的 安 全 可 靠 运 行 方 式 和 日 常 运 维 细 节，不 断积 累 维 护 与 管 理 经 验，提 高 设 备 的 运 行 效 率，降 低 运 行 故障 及 安 全 事 故 的 发 生，保 证 设 备 安 全 可 靠 运 行。参 考 文 献：虞 俊 俊，孙 汉 旭基 于技 术 的 动 感 平 台 设 计 研 究机电 工 程，（）：刘 玉 花特 效 电 影 及 其 科 普 功 能 初 探科 普 研 究，（）：任 凤 萍四 维 动 感 影 院 的 技 术 分 析 及 科 普 功 能电 子 世界，（）：王 旭 明动 感 影 院 系 统 研 究 与 设 计武 汉：华 中 科 技 大学，宗 富 强人 机 交 互 式 动 感 过 山 车 系 统 的 研 究 与 设 计沈阳：东 北 大 学，侯 凯 翔 自 由 度 动 感 体 验 设 备 及 控 制 系 统 开 发长 春：吉 林 大 学，杨 文 涛，杨 兆 军火 山 爆 发特 效 电 影 大 型 动 感 平 台 的 研 发现 代 电 影 技 术，（）：蒋 翔基 于 伺 服 电 机 的 动 感 座 椅 运 动 控 制 研 究株 洲：湖南 工 业 大 学，许 猛，韩 成 浩并 联自 由 度 运 动 平 台 的 设 计 与 实 现吉林 建 筑 工 程 学 院 学 报，（）：陶 永，高 彭，熊 禾 根文 化 主 题 园 区 创 意 展 示 系 统 虚 拟 体 验动 感 平 台 的 结 构 设 计 与 仿 真制 造 业 自 动 化，（）：王 红 州，邹 晓 晖，陈 润 六新 型 动 感 座 椅 设 备 的 仿 真 与 制 造装 备 制 造 技 术，（）：汪 锦 锦提 升自 由 度 动 感 影 院 用 户 体 验 的 设 计 研 究上 海：华 东 理 工 大 学，作 者 简 介：徐 鑫（），男，上 海 人，大 学 本 科，助 理 馆员，研 究 领 域 为 机 电、媒 体 类 展 项 的 日 常 运 行 维 护 和 展 示 效 果提 升，已 发 表 论 文篇。（编 辑：王 智 圣）徐 鑫，朱 杰：自 由 度 动 感 平 台 的 运 行 故 障 排 除 分 析