多功能天車打殼機(jī)的工作原理及常見故障分析

摘 要：為了降低電解多功能天車打殼機(jī)頭的故障率，全面了解造成打殼機(jī)故障的原因，通過對(duì)多功能天車打殼機(jī)頭的振動(dòng)原理進(jìn)行了闡述，并對(duì)其常見的幾種故障進(jìn)行了分析，有效的提升維修質(zhì)量，從而降低對(duì)電解生產(chǎn)的延誤。

關(guān)鍵詞： 打殼機(jī)頭； 振動(dòng)原理； 故障分析；

引言

電解多功能天車（PTM）是大型預(yù)培電解槽的關(guān)鍵工藝加工作業(yè)設(shè)備，其用于鋁電解生產(chǎn)的換極、出鋁、抬母線、打殼、添加氧化鋁、覆蓋陽(yáng)極及廠房?jī)?nèi)設(shè)備檢修、安裝的物品吊運(yùn)等工作。在電解鋁生產(chǎn)中，自焙電解槽中電解質(zhì)的表面會(huì)凝固一層妨礙下料和熄滅陽(yáng)極效應(yīng)的硬殼，必須定時(shí)將其打掉，才能保持生產(chǎn)的正常進(jìn)行。多功能天車打殼機(jī)被運(yùn)用于此，完成電解換極作業(yè)時(shí)的殼面打洞作業(yè)，打殼機(jī)頭是其中的一個(gè)關(guān)鍵部件，其使用頻率高，維護(hù)保養(yǎng)難以跟上，使得故障率較高。而在實(shí)際工作中，許多維修工對(duì)其振動(dòng)原理不甚了解，不能很好的對(duì)故障原因進(jìn)行判斷，這既延誤生產(chǎn)的正常進(jìn)行又加大備件的消耗。本文通過對(duì)打殼機(jī)頭的振動(dòng)原理進(jìn)行闡述，并對(duì)其常見的幾種故障進(jìn)行分析，以促進(jìn)維修工作質(zhì)量的提高。

1 打殼機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作參數(shù)分析

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

四連桿打殼機(jī)構(gòu)的固定機(jī)架安裝在工具小車的回轉(zhuǎn)裝置上，活動(dòng)框架設(shè)置在固定機(jī)架上，連接架的上端通過螺栓與活動(dòng)框架下端相連接，連接架的下端通過銷軸與上、下連桿的后端相連接，上、下連桿的前端與打殼機(jī)相連接，連接架上設(shè)置有升降液壓缸和傾斜液壓缸，升降液壓缸通過缸筒軸與固定機(jī)架相連接，傾斜液壓缸的活塞桿通過銷軸與下連桿相連接。固定機(jī)架在升降液壓缸與傾斜液壓缸之間，使打殼機(jī)構(gòu)整體重心位于固定機(jī)架中心; 連接架的下端連接上、下連桿的2 個(gè)銷軸均位于固定機(jī)架下方。

1.2 工作參數(shù)分析

四連桿打殼機(jī)工作特點(diǎn)，打殼機(jī)頭高頻打擊，每分鐘打擊鋁硬殼1 200 次，即打擊頻率為20 Hz;打擊功率為110 J，打擊行程26 mm，打擊氣壓為0. 4 ～ 0. 8 MPa。據(jù)此分析，打殼機(jī)的工作力并不是很大，靜力不足于把四連桿機(jī)構(gòu)、打殼機(jī)構(gòu)及固定架座等損壞。

1.3  打殼機(jī)頭簡(jiǎn)介

打殼機(jī)頭主要由配氣機(jī)構(gòu)、氣缸、活塞及緩沖塊、錘頭等組成。配氣機(jī)構(gòu)由上蓋、閥體、閥片及擋板組成。

1.4  打殼機(jī)振動(dòng)原理

打殼機(jī)頭的振動(dòng)主要是利用其配氣機(jī)構(gòu)對(duì)壓縮空氣流向的改變使得活塞上下高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)形成的。配氣機(jī)構(gòu)工作的好壞，直接影響打殼機(jī)頭振動(dòng)的好壞。先就配氣機(jī)構(gòu)如何工作進(jìn)行介紹。圖1為打殼機(jī)頭結(jié)構(gòu)示意圖，圖中虛線為活塞上升位置。打殼機(jī)頭開始工作時(shí)，壓縮空氣從上蓋1的進(jìn)風(fēng)口a進(jìn)入上蓋內(nèi)，這時(shí)閥片3（振動(dòng)片）因重力作用落在擋板的氣缸上腔進(jìn)風(fēng)口b上，靠平面密封將其關(guān)閉。壓縮空氣經(jīng)上蓋小孔e通過擋板進(jìn)入氣缸f孔，f孔直通氣缸下缸，此時(shí)氣缸下腔由活塞、中間套、緩沖塊形成一個(gè)密閉區(qū)間?？?/span>d被活塞擋住，氣缸上腔通過孔c排空。

   活塞在壓縮空氣的推動(dòng)下向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞上升至c孔位置時(shí)，上腔形成密閉空間，隨著活塞繼續(xù)上升，上腔內(nèi)氣壓不斷上升。當(dāng)活塞通過d孔時(shí)，從e孔進(jìn)入下腔的壓縮空氣通過d孔一部分向上排空，一部分向下吹向緩沖塊、錘頭，防止料灰進(jìn)入氣缸。這時(shí)閥片3在上腔壓力作用下向上運(yùn)動(dòng)，打開b孔，關(guān)閉e孔，于是壓縮空氣進(jìn)入氣缸上腔，活塞向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞通過c孔時(shí)，上腔排空，活塞在慣性作用下高速?zèng)_擊緩沖塊，緩沖塊再將沖擊功傳遞給錘頭，作用在殼面上。同時(shí)閥片在下腔氣流及重力作用下向下運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉b孔，開啟e孔。壓縮空氣從e孔進(jìn)入氣缸下腔，活塞新一輪往復(fù)運(yùn)動(dòng)開始。當(dāng)壓縮空氣不斷從a孔進(jìn)入打殼機(jī)頭中時(shí)，活塞在氣缸中不斷上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，沖擊緩沖塊，于是便形成了振動(dòng)。這就是打殼機(jī)頭的振動(dòng)原理。

2 常見故障分析

2.1 打殼機(jī)四連桿斷裂變形

打殼機(jī)裂紋主要出在四連桿的上連桿拐彎處，裂紋使馬蹄螺絲、打殼升降液壓缸、機(jī)頭座子及固定架等受到破壞，打殼機(jī)震動(dòng)缸伸縮間距過小，不能完成震動(dòng)作業(yè)，打殼機(jī)是在高頻下工作，打擊力并不大。根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)銷軸鉸鏈聯(lián)接的特點(diǎn)，可能是由于高頻下共振導(dǎo)致零部件損壞。根據(jù)四連桿的工作特點(diǎn)及傾斜液壓缸的工作范圍，在四連桿拐彎處附近設(shè)置一加強(qiáng)筋板，以提高拐彎處的水平彎折共振頻率，方案如圖5 所示。加強(qiáng)筋板的實(shí)際形狀根據(jù)四連桿振形特點(diǎn)及傾斜液壓缸工作空間設(shè)計(jì)，焊接在連桿厚度的中心位置，加強(qiáng)筋板的厚度由實(shí)際工作情況及分析所決定，厚度為12 mm。

2.2 打殼機(jī)頭不振動(dòng)

根據(jù)打殼機(jī)頭機(jī)構(gòu)及振動(dòng)原理分析，配氣機(jī)構(gòu)故障zui有可能造成打殼機(jī)頭不振動(dòng)，尤其是閥片由于其在壓縮氣的作用下長(zhǎng)期高頻振動(dòng)，難免會(huì)因材料及制造原因產(chǎn)生破損，不能正常工作。在實(shí)際維修中，也經(jīng)常發(fā)現(xiàn)閥片碎裂現(xiàn)象。另外，擋板承受著閥片高頻沖擊，也常因材料、強(qiáng)度問題產(chǎn)生磨損，使得閥片無(wú)法關(guān)閉b孔，造成不能振動(dòng)。這時(shí)需要對(duì)損壞零件進(jìn)行更換。第三，由于打殼機(jī)頭上蓋、擋板及氣缸導(dǎo)向套之間靠?jī)筛輻U壓緊密封，如果螺桿松動(dòng)或者配合面中夾有雜物使得各零部件密封不正常，壓縮空氣從配合縫隙中逸出，也會(huì)造成不能振動(dòng)。檢查時(shí)應(yīng)將手置于上蓋、擋板、氣缸配合面處感應(yīng)是否有泄漏，若有則檢查螺桿是否松動(dòng)，或者打開上蓋，清除異物。第四，在現(xiàn)場(chǎng)中，由于環(huán)境原因，難免會(huì)有灰塵、異物進(jìn)入打殼機(jī)頭。如果灰塵或異物堵住小孔造成下腔進(jìn)氣不暢，也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)故障，這時(shí)必須對(duì)各通氣孔進(jìn)行清理。第五，在實(shí)際工作中，打殼機(jī)頭使用頻繁而且高溫作業(yè)，所以難以保證對(duì)其及時(shí)潤(rùn)滑，加上灰塵侵入，有可能造成活塞卡死，此時(shí)應(yīng)打開氣缸對(duì)其清洗，同時(shí)檢查氣缸內(nèi)壁是否有劃痕，嚴(yán)重的應(yīng)更換氣缸。

2.3 振動(dòng)時(shí)斷時(shí)續(xù)

這種故障主要表現(xiàn)為打殼頭時(shí)而振動(dòng)完好，時(shí)而不能振動(dòng)。因此，分析其主要問題出現(xiàn)在配氣機(jī)構(gòu)上。在日常維修中發(fā)現(xiàn)擋板擋板孔周圍壓痕不均勻，這說明閥片不能正常地均勻地壓在孔上將孔關(guān)閉。由于閥片同擋板上b孔相對(duì)位置發(fā)生變化，使得閥片時(shí)而對(duì)b孔關(guān)閉正常，時(shí)而不能正常關(guān)閉，造成振動(dòng)時(shí)斷時(shí)續(xù)。要排除這種故障，必須弄清楚閥片位置發(fā)生移動(dòng)的原因。在打殼機(jī)頭結(jié)構(gòu)中，上蓋、擋板及氣缸之間靠短銷定位，閥片由閥體定位，閥體鑲嵌在上蓋中，因此，閥片的位置是由上蓋確定的。當(dāng)上蓋與擋板之間相對(duì)位置發(fā)生改變時(shí)，閥片與b孔相對(duì)位置必然改變。所以，應(yīng)檢查定位短銷是否磨損嚴(yán)重，若磨損嚴(yán)重則對(duì)其進(jìn)行更換。此外，在實(shí)際工作中由于閥片與擋板接觸面較小，為b孔周圍2mm寬的圓環(huán)。在閥片打擊下，b孔邊緣常會(huì)打下一凹槽，使得閥片不能正常關(guān)閉b孔。因此考慮對(duì)擋板b孔的原有設(shè)計(jì)進(jìn)行一些改進(jìn)，例如將b孔內(nèi)徑由原來(lái)￠49.5縮小到￠45，這樣既加大閥片與擋板的接觸面積，減少對(duì)擋板表面的沖擊壓強(qiáng)，又能補(bǔ)償定位短銷磨損造成的閥片偏移，同時(shí)又不影響氣缸上腔進(jìn)氣。保證了打殼機(jī)頭在不利情況下的正常工作。

2.4 振動(dòng)無(wú)力

在實(shí)際工作中，還會(huì)出現(xiàn)另外一種情況：打殼時(shí)振動(dòng)正常，卻不能正常打下殼面，即振動(dòng)無(wú)力。對(duì)于這種情況應(yīng)首先考慮打殼機(jī)頭工作壓力是否足夠。檢查空氣壓縮機(jī)供氣壓力大小，檢查管路是否有泄漏，并根據(jù)情況進(jìn)行處理。第二，小孔e堵住，氣缸下腔通氣不暢，活塞上升速度慢，或者氣缸上、下腔排空孔堵塞，活塞下降受到影響，造成活塞振動(dòng)慢，活塞沖擊力小。這時(shí)應(yīng)打開氣缸清理氣缸中通風(fēng)孔使之暢通。第三，活塞與氣缸磨損嚴(yán)重，間隙大，密封不嚴(yán)，也會(huì)造成活塞振動(dòng)慢，活塞沖擊力小。檢查活塞與氣缸間隙，必要時(shí)更換活塞或氣缸。第四，在維修中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)緩沖塊由于材料或制造缺陷發(fā)生碎裂現(xiàn)象，這會(huì)使活塞沖擊力不能*傳遞給錘頭，使得無(wú)法打碎殼面，造成打殼無(wú)力。對(duì)于這種情況只要更換緩沖塊就行了。

3 結(jié)束語(yǔ)

以上就是打殼機(jī)頭振動(dòng)原理及其常見故障的原因分析和排除方法。故障的發(fā)生不僅會(huì)影響生產(chǎn)，還會(huì)加劇備件的損耗。因此，日常保養(yǎng)尤其是潤(rùn)滑工作一定要跟上，才能減少故障發(fā)生的頻率；同時(shí)維修故障的前提是要弄明白其原理，正確分析和判斷其發(fā)生原因，才能迅速消除故障，保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張來(lái)斌，機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)及方法，石油工業(yè)出版社2000.04.

[2]丘竹賢，預(yù)焙槽煉鋁（第三版），北京：冶金工業(yè)出版社，2005.06.

[3] 張質(zhì)文，虞和謙，王金諾，等. 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.中國(guó)鐵道出版社，1998.

[4] 丁科，陳月順. 有限單元法［M］. 北京大學(xué)出版社，2006.

[5] 何定源，顧洪樞. 打殼機(jī)工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)［J］. 有色金屬( 冶煉部分) ，2002 ( 3) .

[6] 石瑞偉. 機(jī)械動(dòng)力學(xué)［M］. 中國(guó)電力出版社，2007.