金屬垃圾剪切機(jī)常見機(jī)械故障及解決措施

陳 麗，任小鴻，郝紅梅，李 磊，任志成

（1.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川瀘州 646300；2.瀘州華西機(jī)械有限責(zé)任公司，四川瀘州 643000）

0 引言

我國(guó)冶金工業(yè)快速發(fā)展，廢鋼回收加工變得越來越重要。2021 年國(guó)家發(fā)展改革委《“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》中指出：到2025 年，我國(guó)資源利用效率大幅提高，其中廢鋼利用量將達(dá)到3.2 億噸。據(jù)國(guó)際回收局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2021 年中國(guó)廢鋼使用量位居全球第一，達(dá)2.26 億噸。根據(jù)來源將廢鋼分為“自產(chǎn)廢鋼”“加工廢鋼”及“折舊廢鋼”三種，其中“加工廢鋼”和“折舊廢鋼”則主要由物資回收企業(yè)到加工企業(yè)，所有的廢鋼均需要進(jìn)行回收加工剪切、破碎等處理。目前，對(duì)廢鋼進(jìn)行剪切處理的設(shè)備為剪切機(jī)，由于效率與空間的影響，以鱷魚式液壓剪切機(jī)占有較大市場(chǎng)份額，然而，受到加工場(chǎng)所的影響，此類剪切機(jī)在使用過程中經(jīng)常發(fā)生故障，影響剪切效率，其中機(jī)械類故障發(fā)生的頻率比較高。目前，針對(duì)鱷魚式液壓剪切機(jī)故障診斷的文獻(xiàn)較少，其中，牛根欣[1]對(duì)T960 型剪切機(jī)液壓系統(tǒng)油溫過高進(jìn)行研究與分析，巫忠民[2]對(duì)剪切式生活垃圾破碎機(jī)刀具的磨損進(jìn)行分析，黃克勇[3]對(duì)剪切式生活垃圾破碎機(jī)刀具的磨損進(jìn)行研究。上述研究多關(guān)注液壓系統(tǒng)及刀具的局部分析。由此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以鱷魚式液壓剪切機(jī)為例，系統(tǒng)性地對(duì)常見機(jī)械故障進(jìn)行梳理，從形成機(jī)理的視角進(jìn)行原因分析，并尋找相應(yīng)的處理措施，為提高剪切機(jī)的安全、高效使用使用提參考。

1 結(jié)構(gòu)組成及工作原理

圖1 所示為一種常見金屬垃圾剪切機(jī)結(jié)構(gòu)組成，因其壓料板上安裝有類似鱷魚齒形的壓板，又稱為鱷魚式液壓剪切機(jī)，由底座、機(jī)架、剪切機(jī)構(gòu)、壓料機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)組成，因僅討論剪切機(jī)的工作過程，液壓系統(tǒng)部分略圖。剪切機(jī)工作時(shí)，在工作臺(tái)上放置需要剪切的廢料，壓料油缸活塞桿伸出，帶動(dòng)壓料板繞軸作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由其下端安裝的鱷魚齒形壓板壓緊廢料，同時(shí)剪切油缸的活塞桿伸出，推動(dòng)剪切刀架繞剪切主軸作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，在旋轉(zhuǎn)過程中，安裝在剪切刀架上的刀具切斷已固定的廢料，實(shí)現(xiàn)剪切動(dòng)作，剪切結(jié)束后，壓料板在壓料油缸活動(dòng)桿收縮的作用下，繞軸作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，離開廢料。同時(shí)，剪切刀架在剪切油缸活塞桿收縮動(dòng)作下繞剪切主軸作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，直到接觸行程開關(guān)，完成一個(gè)周期動(dòng)作，重復(fù)動(dòng)作時(shí)壓料油缸活動(dòng)桿伸出將完成下一個(gè)工作過程。

圖1 鱷魚式液壓剪切機(jī)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)組成

2 故障診斷方法

2.1 “四覺”檢查法

“四覺”檢查法是維修人員根據(jù)長(zhǎng)期積累的工作經(jīng)驗(yàn)，通過視覺、嗅覺、觸覺、聽覺等對(duì)剪切機(jī)故障進(jìn)行初步判斷，然后提出處理措施，解決相應(yīng)故障問題的一種方法。這種故障診斷方法對(duì)于維修人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)要求較高，需要有從事類似設(shè)備的維修經(jīng)歷，并通過在維修中積累各種故障現(xiàn)象，準(zhǔn)確判斷設(shè)備的故障點(diǎn)，從而提出處理方案。例如：鱷魚式液壓剪切機(jī)使用一段時(shí)間后，不同部位發(fā)出的聲音會(huì)有所不同，可根據(jù)剪切時(shí)發(fā)出的聲音判斷剪切總成是否過載，刀具是否磨損或刀具間隙是否合理等故障，若更換刀具后仍然出現(xiàn)問題，則要判斷是否是接觸點(diǎn)的磨損故障，總之，通過“四覺”檢查法，可以對(duì)剪切機(jī)的常見故障進(jìn)行判斷處理。

2.2 儀器儀表檢查法

針對(duì)鱷魚式液壓剪切機(jī)，相對(duì)“四覺”檢查法，儀器儀表檢查法更加準(zhǔn)確，是更好的一種檢查方法。儀器儀表檢查法是采用一些通用或?qū)Ｓ脙x器儀表對(duì)于剪切機(jī)在安裝、運(yùn)行和調(diào)試過程中的一些參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，通過與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，從而判斷設(shè)備故障的一種方法。其中針對(duì)鱷魚式液壓剪切機(jī)，需要的儀器包括測(cè)振儀、測(cè)溫儀、壓力表、工業(yè)電腦、流量計(jì)、傳感器等。要求維修人員具有一定的理論基礎(chǔ)和儀器儀表的操作及測(cè)試參數(shù)的分析研判能力，從而判斷設(shè)備的故障。例如：通過測(cè)量剪切主軸相關(guān)點(diǎn)位的溫度，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫度，可以研判出主軸的磨損情況。

2.3 設(shè)備解體法

針對(duì)鱷魚式液壓剪切機(jī)，設(shè)備解體法是經(jīng)過不解體的方法確定故障后才使用。所謂設(shè)備解體法，是根據(jù)前文所述的其他方法初步認(rèn)定部件或零件故障，由維修人員將剪切機(jī)進(jìn)行局部或全部拆解，通過清洗找到故障原因的一種方法。這種方法要求維修人員具有讀懂裝配圖及零件圖的能力，具有解體鱷魚式液壓剪切機(jī)的操作技能，具有規(guī)范操作的職業(yè)素養(yǎng)，還要具有處理故障的技能，才能將故障排除。例如：通過測(cè)溫儀初步判斷出剪切主軸變形，維修人員將主軸進(jìn)行規(guī)范拆解后，還要將主軸放置在檢測(cè)平臺(tái)上打軸向和徑向跳動(dòng)，從而提出解決方案。

3 故障診斷原則

（1）由里到外原則。鱷魚式液壓剪切機(jī)是機(jī)、電、液系統(tǒng)的組合體，運(yùn)行過程中的故障主要出現(xiàn)在這3 個(gè)系統(tǒng)。按照先里后外的原則，可有效提高故障診斷效率。

（2）由易到難原則。鱷魚式液壓剪切機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障往往是多種故障交織在一起，多種故障并行時(shí)，要先將簡(jiǎn)單的故障排除，才考慮復(fù)雜故障的處理，這樣，有利于成本節(jié)約和提高維修效果。

（3）由靜到動(dòng)原則。在設(shè)備靜止?fàn)顟B(tài)檢查過程中，確定設(shè)備已被損壞后，需要排除危險(xiǎn)后才能接通電源進(jìn)行調(diào)試，隨后觀察動(dòng)態(tài)情況。

（4）由機(jī)到電原則。機(jī)械故障往往不容易判斷，但容易解決，因此，若出現(xiàn)機(jī)和電的故障，要處理機(jī)械部分的故障，然后才考慮電氣部分的故障，與由易到難的原則相一致。

4 常見故障分析

4.1 剪切機(jī)剪切不斷

剪切機(jī)剪切不斷主要表現(xiàn)在當(dāng)?shù)毒咄逻\(yùn)動(dòng)與廢料接觸后，不能實(shí)現(xiàn)將廢料分離的現(xiàn)象，此類故障在剪切機(jī)使用過程中非常常見。根據(jù)剪切理論可知，剪不斷的因素有剪切力小、剪切間隙不合理及剪切刃口磨損等情況。剪切力的影響因素較多，有液壓缸油壓壓力不夠、液壓系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞、液壓油缸的力量傳遞到刀片上的阻力過大等。刀具與下工作臺(tái)側(cè)面的間隙過大時(shí)，也無法剪斷，若采用過大的力或許能將廢料剪斷，但會(huì)對(duì)機(jī)床的剛性產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞。刀具使用一段時(shí)間后磨損嚴(yán)重，刀片已無法剪斷金屬，實(shí)際可分析為刀具的剪切間隙過大，需要更大的剪切力才能實(shí)現(xiàn)剪切。

4.2 剪切后退刀時(shí)撞到行程開關(guān)不停車

剪切動(dòng)作完成后，剪切總成將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)復(fù)位，經(jīng)過行程開關(guān)時(shí)，若行程開關(guān)不起作用時(shí)，剪切總成將繼續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，直到液壓缸中活塞桿收縮到極限位置，容易引起液壓缸受損甚至產(chǎn)生高壓的危險(xiǎn)，還有可能發(fā)生剪切總成在慣性作用下破壞其他部件的后果[4]。影響行程開關(guān)的因素有外部因素與內(nèi)部因素，外部因素主要有松動(dòng)、位置移位、機(jī)械卡阻等，內(nèi)部因素主要有觸點(diǎn)燒壞、彈簧彈力減弱。在外部影響因素中，安裝不牢固將造成行程開關(guān)產(chǎn)生松動(dòng)，而位置移位則是行程開關(guān)受到了長(zhǎng)期的壓力或推力作用，固定螺柱松動(dòng)而產(chǎn)生；內(nèi)部影響因素中，觸點(diǎn)燒壞是由于電壓不穩(wěn)定、瞬間壓迫造成行程開關(guān)產(chǎn)生瞬時(shí)高壓，而彈簧彈力減弱是由于行程開關(guān)使用的頻率高，造成彈簧失效。若發(fā)生此類故障，剪切機(jī)將造成較大的損壞。

4.3 剪切機(jī)刀片中有卡料

剪切機(jī)刀片中有卡料是指剪切機(jī)工作過程中剪切刀片上粘有廢料，若不及時(shí)去除，剪切機(jī)進(jìn)行下一周期的剪切時(shí)將產(chǎn)生剪切不斷、甚至廢料飛濺傷人事故。刀片中有卡料的原因有：廢料過軟而粘在刀片上，刀片局部位置發(fā)生斷裂，剪切力過小而無法剪斷廢料，部分已剪切的廢料粘在刀片上。卡料的后果非常嚴(yán)重，特別是二次剪切時(shí)剪切力將急劇增加，對(duì)剪切機(jī)的各個(gè)部件均會(huì)有一定影響，同時(shí)，廢料飛濺后、特別是尖銳的廢料對(duì)人的傷害非常大。

4.4 剪切機(jī)軸承損壞

剪切機(jī)軸承損壞主要包括磨損、疲勞、腐蝕和開裂。磨損是最常見的故障，通常是由異物引起研磨損傷、擦傷、槽痕、圓周線痕或碎屑污染，或由于潤(rùn)滑不良造成內(nèi)圈滾動(dòng)體之間的干摩擦；疲勞的表現(xiàn)形式是剝落，即軸承表面出現(xiàn)麻點(diǎn)或脫落。軸承的生銹和腐蝕包括滾道、滾動(dòng)體表面的坑狀銹，導(dǎo)致套圈、滾動(dòng)體表面和滾動(dòng)體間隔相同的坑狀銹，后果非常嚴(yán)重[5]；軸承開裂主要表現(xiàn)套圈斷裂，非常少見，通常是突然過載引起的，原因包括軸承原材料缺陷、鍛造缺陷、熱處理缺陷、加工缺陷、主機(jī)缺陷等，因過載沖擊負(fù)荷或劇烈振動(dòng)而引起軸承套圈斷裂[5]。軸承的損壞將嚴(yán)重影響剪切機(jī)的正常運(yùn)行。

4.5 主軸彎曲變形

剪切機(jī)主軸彎曲變形主要表現(xiàn)在剪切總成剪切方向的偏移或剪切突變，剪切方向偏移的產(chǎn)生主要是由主軸的軸向變形較大，引起剪切刀具間隙不均勻，可能會(huì)造成部分廢料部分剪不斷，甚至造成刀具與工作臺(tái)面接觸或擦傷；剪切突變會(huì)加大剪切機(jī)在剪切過程中的振動(dòng)現(xiàn)象，增加剪切機(jī)的疲勞破壞，降低剪切機(jī)的使用壽命。引起主軸彎曲變形的原因主要有主軸的材料、熱處理、剪切機(jī)結(jié)構(gòu)等。

5 故障診斷與維修方案

5.1 剪切機(jī)剪切不斷的診斷與維修

維修人員根據(jù)剪切機(jī)剪切不斷的現(xiàn)象，首先通過“四覺”檢查法，仔細(xì)觀察剪切總成中剪切刀具有無問題，特別是有無斷裂，若有斷裂，則判斷為刀具斷裂引起，分析已剪廢料的情況，是否是廢料引起的局部刀具斷裂現(xiàn)象，或由刀具材料本身的問題，包括熱處理造成的刀具硬度不均勻，以上兩種情況需要更換刀具，然后觀察刀具使用情況；若刀具沒有損傷，通過儀器儀表檢查法查看安裝在設(shè)備上的壓力表，通過平時(shí)剪切時(shí)需要的壓力來判斷是否是液壓力不夠，若發(fā)現(xiàn)是壓力不夠，則需要考慮液壓系統(tǒng)的問題。若出現(xiàn)刀具也沒有損壞，液壓力也夠的情況，可通過“四覺”檢查法，并通過測(cè)量裝置，仔細(xì)測(cè)量出刀具間隙是否過大或間隙不均，造成無法剪切的情況。維修時(shí)將零件拆下，然后進(jìn)行調(diào)整安裝。

5.2 剪切后退刀時(shí)撞到行程開關(guān)不停車的診斷與維修

剪切后退刀時(shí)撞到行程開關(guān)后不停車的后果非常嚴(yán)重，應(yīng)在第一時(shí)間切斷電源，首先通過“四覺”檢查法，檢查行程開關(guān)的位置是否松動(dòng)，若發(fā)生松動(dòng)，則在回位后將行程開關(guān)緊固好，若未發(fā)生松動(dòng)，則檢查行程開關(guān)內(nèi)部彈簧是否失效或觸點(diǎn)損傷，將行程開關(guān)更換后調(diào)試，合格后繼續(xù)加工。通過診斷不存在上述故障，則通過觀察判斷行程開關(guān)是否受到外界卡阻，采用去除卡阻物的方法進(jìn)行維修。

5.3 剪切機(jī)刀片卡料的診斷與維修

操作人員會(huì)發(fā)現(xiàn)剪切刀片卡料時(shí)，應(yīng)立即停止剪切，以免引起刀片卡料形成第二次剪切，檢修人員第一時(shí)間斷電，首先通過“四覺”檢查法檢查卡料部位的刀具是否出現(xiàn)裂紋，若有裂紋，則是刀片部分遇到較硬的廢料，需要采用設(shè)備解體法更換刀片。若無裂紋，則通過“儀器儀表檢查法”檢查壓力是否過小，若壓力不夠，則考慮為液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，需要拆解液壓系統(tǒng)；若壓力無問題，則考慮為刀具與工作臺(tái)面的間隙不均勻，造成局部無法切斷廢料造成卡料。

5.4 剪切機(jī)軸承間隙超限或損壞的診斷與維修

操作過程中發(fā)現(xiàn)剪切機(jī)刀架總成有偏擺現(xiàn)象時(shí)要立即停車，由檢修人員對(duì)刀架總成進(jìn)行研判，可通過“四覺”檢查法將刀具進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)，然后觀察偏擺規(guī)律，通過聲音確定部位，進(jìn)而采用設(shè)備解體法將刀架總成折下，檢查軸承是否潤(rùn)滑不良，是否需要改進(jìn)密封裝置，同時(shí)分析潤(rùn)滑方式，停車時(shí)的防銹措施，改進(jìn)保管方法，使用時(shí)要注意觀察是否有潤(rùn)滑液流出。為避免過載沖擊載荷，選擇合適的過盈量，提高安裝精度[7]，改善使用條件。具體方法是，將潤(rùn)滑裝置進(jìn)行調(diào)整，并考慮適時(shí)更換潤(rùn)滑油；若由于受到載荷造成軸承位置偏離問題，則在更換軸承的同時(shí)，分析刀架是否偏心、或重心偏移設(shè)計(jì)位置過多造成，這時(shí)需要考慮增加配重等方式，確保整個(gè)刀架總成運(yùn)行穩(wěn)定。

5.5 主軸彎曲變形的診斷與維修

鱷魚剪切機(jī)主軸的彎曲變形相對(duì)來講比較常見，主要由于在設(shè)備運(yùn)行過程中，廢料不具有規(guī)律性，受到的載荷不均勻造成，剪切主軸變彎的表現(xiàn)為刀架總成的運(yùn)動(dòng)軌跡呈現(xiàn)周期性運(yùn)動(dòng)，主要通過“四覺檢查法”觀察刀架總成的運(yùn)動(dòng)軌跡。同時(shí)也可以通過周期性的噪聲進(jìn)行研判。解決方法有多種，一是校正，通過在檢測(cè)平臺(tái)上進(jìn)行跳動(dòng)檢測(cè)，然后做好標(biāo)識(shí)，在液壓機(jī)上進(jìn)行壓正；二是將彎曲的主軸外圓去掉一部分，然后通過焊接、表面鍍層等方式，使主軸的跳動(dòng)符合要求。

6 結(jié)論

綜上所述，總結(jié)與分析剪切機(jī)在使用過程中出現(xiàn)的各種問題，采用不同的檢修方法進(jìn)行檢修，在檢修過程中要注意方式方法，針對(duì)不同的問題制定不同的策略，并遵循相應(yīng)的檢修原則進(jìn)行方案制訂，及時(shí)高效地進(jìn)行剪切機(jī)的維修。