金属垃圾剪切机常见机械故障及解决措施

2023-08-29任小鸿郝红梅任志成

设备管理与维修 2023年13期

陈丽，任小鸿，郝红梅，李磊，任志成

（1.四川化工职业技术学院，四川泸州 646300；2.泸州华西机械有限责任公司，四川泸州 643000）

0 引言

我国冶金工业快速发展，废钢回收加工变得越来越重要。2021 年国家发展改革委《“十四五”循环经济发展规划》中指出：到2025 年，我国资源利用效率大幅提高，其中废钢利用量将达到3.2 亿吨。据国际回收局统计数据显示，2021 年中国废钢使用量位居全球第一，达2.26 亿吨。根据来源将废钢分为“自产废钢”“加工废钢”及“折旧废钢”三种，其中“加工废钢”和“折旧废钢”则主要由物资回收企业到加工企业，所有的废钢均需要进行回收加工剪切、破碎等处理。目前，对废钢进行剪切处理的设备为剪切机，由于效率与空间的影响，以鳄鱼式液压剪切机占有较大市场份额，然而，受到加工场所的影响，此类剪切机在使用过程中经常发生故障，影响剪切效率，其中机械类故障发生的频率比较高。目前，针对鳄鱼式液压剪切机故障诊断的文献较少，其中，牛根欣[1]对T960 型剪切机液压系统油温过高进行研究与分析，巫忠民[2]对剪切式生活垃圾破碎机刀具的磨损进行分析，黄克勇[3]对剪切式生活垃圾破碎机刀具的磨损进行研究。上述研究多关注液压系统及刀具的局部分析。由此，本文在前人研究的基础上，以鳄鱼式液压剪切机为例，系统性地对常见机械故障进行梳理，从形成机理的视角进行原因分析，并寻找相应的处理措施，为提高剪切机的安全、高效使用使用提参考。

1 结构组成及工作原理

图1 所示为一种常见金属垃圾剪切机结构组成，因其压料板上安装有类似鳄鱼齿形的压板，又称为鳄鱼式液压剪切机，由底座、机架、剪切机构、压料机构、液压系统组成，因仅讨论剪切机的工作过程，液压系统部分略图。剪切机工作时，在工作台上放置需要剪切的废料，压料油缸活塞杆伸出，带动压料板绕轴作逆时针旋转运动，由其下端安装的鳄鱼齿形压板压紧废料，同时剪切油缸的活塞杆伸出，推动剪切刀架绕剪切主轴作逆时针旋转运行，在旋转过程中，安装在剪切刀架上的刀具切断已固定的废料，实现剪切动作，剪切结束后，压料板在压料油缸活动杆收缩的作用下，绕轴作顺时针旋转，离开废料。同时，剪切刀架在剪切油缸活塞杆收缩动作下绕剪切主轴作顺时针旋转，直到接触行程开关，完成一个周期动作，重复动作时压料油缸活动杆伸出将完成下一个工作过程。

图1 鳄鱼式液压剪切机机械部分结构组成

2 故障诊断方法

2.1 “四觉”检查法

“四觉”检查法是维修人员根据长期积累的工作经验，通过视觉、嗅觉、触觉、听觉等对剪切机故障进行初步判断，然后提出处理措施，解决相应故障问题的一种方法。这种故障诊断方法对于维修人员的实践经验要求较高，需要有从事类似设备的维修经历，并通过在维修中积累各种故障现象，准确判断设备的故障点，从而提出处理方案。例如：鳄鱼式液压剪切机使用一段时间后，不同部位发出的声音会有所不同，可根据剪切时发出的声音判断剪切总成是否过载，刀具是否磨损或刀具间隙是否合理等故障，若更换刀具后仍然出现问题，则要判断是否是接触点的磨损故障，总之，通过“四觉”检查法，可以对剪切机的常见故障进行判断处理。

2.2 仪器仪表检查法

针对鳄鱼式液压剪切机，相对“四觉”检查法，仪器仪表检查法更加准确，是更好的一种检查方法。仪器仪表检查法是采用一些通用或专用仪器仪表对于剪切机在安装、运行和调试过程中的一些参数进行检测，通过与相关标准值进行对比，从而判断设备故障的一种方法。其中针对鳄鱼式液压剪切机，需要的仪器包括测振仪、测温仪、压力表、工业电脑、流量计、传感器等。要求维修人员具有一定的理论基础和仪器仪表的操作及测试参数的分析研判能力，从而判断设备的故障。例如：通过测量剪切主轴相关点位的温度，结合现场的环境温度，可以研判出主轴的磨损情况。

2.3 设备解体法

针对鳄鱼式液压剪切机，设备解体法是经过不解体的方法确定故障后才使用。所谓设备解体法，是根据前文所述的其他方法初步认定部件或零件故障，由维修人员将剪切机进行局部或全部拆解，通过清洗找到故障原因的一种方法。这种方法要求维修人员具有读懂装配图及零件图的能力，具有解体鳄鱼式液压剪切机的操作技能，具有规范操作的职业素养，还要具有处理故障的技能，才能将故障排除。例如：通过测温仪初步判断出剪切主轴变形，维修人员将主轴进行规范拆解后，还要将主轴放置在检测平台上打轴向和径向跳动，从而提出解决方案。

3 故障诊断原则

（1）由里到外原则。鳄鱼式液压剪切机是机、电、液系统的组合体，运行过程中的故障主要出现在这3 个系统。按照先里后外的原则，可有效提高故障诊断效率。

（2）由易到难原则。鳄鱼式液压剪切机在运行过程中出现的故障往往是多种故障交织在一起，多种故障并行时，要先将简单的故障排除，才考虑复杂故障的处理，这样，有利于成本节约和提高维修效果。

（3）由静到动原则。在设备静止状态检查过程中，确定设备已被损坏后，需要排除危险后才能接通电源进行调试，随后观察动态情况。

（4）由机到电原则。机械故障往往不容易判断，但容易解决，因此，若出现机和电的故障，要处理机械部分的故障，然后才考虑电气部分的故障，与由易到难的原则相一致。

4 常见故障分析

4.1 剪切机剪切不断

剪切机剪切不断主要表现在当刀具往下运动与废料接触后，不能实现将废料分离的现象，此类故障在剪切机使用过程中非常常见。根据剪切理论可知，剪不断的因素有剪切力小、剪切间隙不合理及剪切刃口磨损等情况。剪切力的影响因素较多，有液压缸油压压力不够、液压系统出现堵塞、液压油缸的力量传递到刀片上的阻力过大等。刀具与下工作台侧面的间隙过大时，也无法剪断，若采用过大的力或许能将废料剪断，但会对机床的刚性产生严重的损坏。刀具使用一段时间后磨损严重，刀片已无法剪断金属，实际可分析为刀具的剪切间隙过大，需要更大的剪切力才能实现剪切。

4.2 剪切后退刀时撞到行程开关不停车

剪切动作完成后，剪切总成将顺时针旋转复位，经过行程开关时，若行程开关不起作用时，剪切总成将继续顺时针旋转，直到液压缸中活塞杆收缩到极限位置，容易引起液压缸受损甚至产生高压的危险，还有可能发生剪切总成在惯性作用下破坏其他部件的后果[4]。影响行程开关的因素有外部因素与内部因素，外部因素主要有松动、位置移位、机械卡阻等，内部因素主要有触点烧坏、弹簧弹力减弱。在外部影响因素中，安装不牢固将造成行程开关产生松动，而位置移位则是行程开关受到了长期的压力或推力作用，固定螺柱松动而产生；内部影响因素中，触点烧坏是由于电压不稳定、瞬间压迫造成行程开关产生瞬时高压，而弹簧弹力减弱是由于行程开关使用的频率高，造成弹簧失效。若发生此类故障，剪切机将造成较大的损坏。

4.3 剪切机刀片中有卡料

剪切机刀片中有卡料是指剪切机工作过程中剪切刀片上粘有废料，若不及时去除，剪切机进行下一周期的剪切时将产生剪切不断、甚至废料飞溅伤人事故。刀片中有卡料的原因有：废料过软而粘在刀片上，刀片局部位置发生断裂，剪切力过小而无法剪断废料，部分已剪切的废料粘在刀片上。卡料的后果非常严重，特别是二次剪切时剪切力将急剧增加，对剪切机的各个部件均会有一定影响，同时，废料飞溅后、特别是尖锐的废料对人的伤害非常大。

4.4 剪切机轴承损坏

剪切机轴承损坏主要包括磨损、疲劳、腐蚀和开裂。磨损是最常见的故障，通常是由异物引起研磨损伤、擦伤、槽痕、圆周线痕或碎屑污染，或由于润滑不良造成内圈滚动体之间的干摩擦；疲劳的表现形式是剥落，即轴承表面出现麻点或脱落。轴承的生锈和腐蚀包括滚道、滚动体表面的坑状锈，导致套圈、滚动体表面和滚动体间隔相同的坑状锈，后果非常严重[5]；轴承开裂主要表现套圈断裂，非常少见，通常是突然过载引起的，原因包括轴承原材料缺陷、锻造缺陷、热处理缺陷、加工缺陷、主机缺陷等，因过载冲击负荷或剧烈振动而引起轴承套圈断裂[5]。轴承的损坏将严重影响剪切机的正常运行。

4.5 主轴弯曲变形

剪切机主轴弯曲变形主要表现在剪切总成剪切方向的偏移或剪切突变，剪切方向偏移的产生主要是由主轴的轴向变形较大，引起剪切刀具间隙不均匀，可能会造成部分废料部分剪不断，甚至造成刀具与工作台面接触或擦伤；剪切突变会加大剪切机在剪切过程中的振动现象，增加剪切机的疲劳破坏，降低剪切机的使用寿命。引起主轴弯曲变形的原因主要有主轴的材料、热处理、剪切机结构等。

5 故障诊断与维修方案

5.1 剪切机剪切不断的诊断与维修

维修人员根据剪切机剪切不断的现象，首先通过“四觉”检查法，仔细观察剪切总成中剪切刀具有无问题，特别是有无断裂，若有断裂，则判断为刀具断裂引起，分析已剪废料的情况，是否是废料引起的局部刀具断裂现象，或由刀具材料本身的问题，包括热处理造成的刀具硬度不均匀，以上两种情况需要更换刀具，然后观察刀具使用情况；若刀具没有损伤，通过仪器仪表检查法查看安装在设备上的压力表，通过平时剪切时需要的压力来判断是否是液压力不够，若发现是压力不够，则需要考虑液压系统的问题。若出现刀具也没有损坏，液压力也够的情况，可通过“四觉”检查法，并通过测量装置，仔细测量出刀具间隙是否过大或间隙不均，造成无法剪切的情况。维修时将零件拆下，然后进行调整安装。

5.2 剪切后退刀时撞到行程开关不停车的诊断与维修

剪切后退刀时撞到行程开关后不停车的后果非常严重，应在第一时间切断电源，首先通过“四觉”检查法，检查行程开关的位置是否松动，若发生松动，则在回位后将行程开关紧固好，若未发生松动，则检查行程开关内部弹簧是否失效或触点损伤，将行程开关更换后调试，合格后继续加工。通过诊断不存在上述故障，则通过观察判断行程开关是否受到外界卡阻，采用去除卡阻物的方法进行维修。

5.3 剪切机刀片卡料的诊断与维修

操作人员会发现剪切刀片卡料时，应立即停止剪切，以免引起刀片卡料形成第二次剪切，检修人员第一时间断电，首先通过“四觉”检查法检查卡料部位的刀具是否出现裂纹，若有裂纹，则是刀片部分遇到较硬的废料，需要采用设备解体法更换刀片。若无裂纹，则通过“仪器仪表检查法”检查压力是否过小，若压力不够，则考虑为液压系统出现故障，需要拆解液压系统；若压力无问题，则考虑为刀具与工作台面的间隙不均匀，造成局部无法切断废料造成卡料。

5.4 剪切机轴承间隙超限或损坏的诊断与维修

操作过程中发现剪切机刀架总成有偏摆现象时要立即停车，由检修人员对刀架总成进行研判，可通过“四觉”检查法将刀具进行点动，然后观察偏摆规律，通过声音确定部位，进而采用设备解体法将刀架总成折下，检查轴承是否润滑不良，是否需要改进密封装置，同时分析润滑方式，停车时的防锈措施，改进保管方法，使用时要注意观察是否有润滑液流出。为避免过载冲击载荷，选择合适的过盈量，提高安装精度[7]，改善使用条件。具体方法是，将润滑装置进行调整，并考虑适时更换润滑油；若由于受到载荷造成轴承位置偏离问题，则在更换轴承的同时，分析刀架是否偏心、或重心偏移设计位置过多造成，这时需要考虑增加配重等方式，确保整个刀架总成运行稳定。

5.5 主轴弯曲变形的诊断与维修

鳄鱼剪切机主轴的弯曲变形相对来讲比较常见，主要由于在设备运行过程中，废料不具有规律性，受到的载荷不均匀造成，剪切主轴变弯的表现为刀架总成的运动轨迹呈现周期性运动，主要通过“四觉检查法”观察刀架总成的运动轨迹。同时也可以通过周期性的噪声进行研判。解决方法有多种，一是校正，通过在检测平台上进行跳动检测，然后做好标识，在液压机上进行压正；二是将弯曲的主轴外圆去掉一部分，然后通过焊接、表面镀层等方式，使主轴的跳动符合要求。