橡膠壓塊機(jī)機(jī)械故障原因分析及優(yōu)化改進(jìn)

胡文文， 孫烈鵬， 單世平

（中國(guó)石油蘭州石化公司，蘭州 730060）

0 引言

合成橡膠如丁腈橡膠、丁苯橡膠等都是化學(xué)工業(yè)中的重要產(chǎn)品，主要用于輪胎、膠管膠帶、機(jī)械配件和生活日用品等物品的制造，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了較為堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。橡膠壓塊機(jī)是產(chǎn)品成型生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的設(shè)備之一，其具有新型液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)，不僅克服了一般機(jī)械傳動(dòng)的缺點(diǎn)，同時(shí)也具有能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)載保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)壓塊機(jī)設(shè)備的維護(hù)管理尚不成熟，并且在本體設(shè)計(jì)上存在缺陷，在一定層面上抑制了生產(chǎn)效率。

目前國(guó)內(nèi)多家橡膠后處理生產(chǎn)線上的壓塊機(jī)能耗高、可靠性較差，嚴(yán)重影響長(zhǎng)周期連續(xù)生產(chǎn)的要求[1]。面對(duì)技術(shù)裝備落后，文中主要針對(duì)如何降低壓塊機(jī)運(yùn)行的故障、提高壓塊機(jī)可靠性而做的試探性壓塊機(jī)改造維護(hù)。

1 壓塊機(jī)設(shè)備概況

橡膠壓塊機(jī)是將稱重后的橡膠散裝膠粒擠壓成符合形狀要求的專用設(shè)備，是橡膠產(chǎn)品后處理生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備。壓塊機(jī)由壓塊機(jī)本體，泵站及電氣控制等幾部分組成的，本體由壓塊機(jī)機(jī)體，垂直油缸，水平油缸等機(jī)械部件組成。壓塊機(jī)的工作階段一般分為四個(gè)階段：落料階段、擠壓階段、出腔階段、推出階段[2]。其主要關(guān)鍵部位是上蓋總成，四個(gè)工作階段中上蓋總成的故障相對(duì)較多，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要是懸掛式滾輪結(jié)構(gòu)，它通過(guò)螺栓型滾輪將上蓋主體懸掛支撐于導(dǎo)軌之上。通過(guò)螺栓型滾輪在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)上蓋總成作直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上蓋總成封閉、開啟腔口和推出膠塊作業(yè)[3]。

壓塊機(jī)上蓋總成是壓塊成形的關(guān)鍵設(shè)備，其作用主要是散膠壓塊過(guò)程中封閉和打開壓塊機(jī)落料腔體口，并將已經(jīng)壓完成形的膠塊推出橡膠壓塊機(jī)。上蓋總成的結(jié)構(gòu)形式主要是滾輪懸掛式，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中它通過(guò)導(dǎo)向滾輪將上蓋組件完全懸掛于運(yùn)行主導(dǎo)軌上面，通過(guò)上蓋滾輪在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)上蓋組件穩(wěn)定地作直線運(yùn)動(dòng)，滿足壓塊機(jī)上蓋封閉、打開腔口和推出膠塊的執(zhí)行動(dòng)作[4]。同時(shí)滿足上蓋組件能夠密閉和定位準(zhǔn)確的另一要素是側(cè)、下滑塊，它們由銅塊與石墨合成加工，使用中可減小上蓋總成運(yùn)動(dòng)時(shí)與導(dǎo)軌之間的摩擦力，同時(shí)也通過(guò)側(cè)滑塊和下滑塊作用使上蓋組件相對(duì)于腔體處于中位、定位準(zhǔn)確，并易于調(diào)整，從機(jī)械配合上確保上蓋組件運(yùn)行平穩(wěn)可靠。設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中，主要通過(guò)配磨調(diào)整墊、滑塊的厚度可以調(diào)整上蓋襯板與橡膠壓塊機(jī)腔口耐磨條之間的間隙，只有保證符合技術(shù)要求的間隙配合，才能可保證橡膠壓塊機(jī)壓出的膠塊外形美觀、無(wú)飛邊，產(chǎn)品包裝高質(zhì)量[5]。

壓塊機(jī)的執(zhí)行動(dòng)力主要由其自身油站液壓系統(tǒng)提供，運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵旋轉(zhuǎn)將電能轉(zhuǎn)化為液體的壓力能，并通過(guò)配合執(zhí)行組件即橡膠壓塊機(jī)的主油缸和水平油缸將液體的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能穩(wěn)定輸出，從而實(shí)現(xiàn)橡膠壓塊機(jī)的壓塊成形、出腔等工作環(huán)節(jié)。橡膠壓塊機(jī)的能源壓力配置主要包括電動(dòng)機(jī)、泵、油箱，控制閥、油路系統(tǒng)、冷卻及過(guò)濾系統(tǒng)[6]。

2 壓塊機(jī)常見(jiàn)故障原因分析及設(shè)備優(yōu)化改造

壓塊機(jī)正常運(yùn)行在橡膠合成生產(chǎn)中占有重要的地位，結(jié)合壓塊機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本小節(jié)主要是歸納常見(jiàn)的故障，并進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的設(shè)備優(yōu)化方案。

2.1 壓塊機(jī)常見(jiàn)故障分析

壓塊機(jī)常見(jiàn)故障分析總結(jié)：

1）壓塊機(jī)開車后上蓋總成不運(yùn)動(dòng)。設(shè)備運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)上蓋總成不運(yùn)動(dòng)的主要原因是滾輪支座的聯(lián)接螺栓松動(dòng)、導(dǎo)軌連接螺栓松動(dòng)，側(cè)、下滑塊磨損量太大，致使配合間隙過(guò)大。

2）壓塊機(jī)運(yùn)行中上蓋總成運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，襯板出現(xiàn)劃痕跡象。發(fā)生此類故障原因主要是導(dǎo)軌磨損量超標(biāo)，導(dǎo)致兩導(dǎo)軌在運(yùn)行中不平行，另一原因?yàn)樯仙w總成與內(nèi)腔口間隙變小，導(dǎo)致機(jī)械卡阻。

3）產(chǎn)品成型膠塊產(chǎn)生飛邊。膠塊產(chǎn)生飛邊主要是由于上蓋襯板與腔口防磨條配合間隙過(guò)大所導(dǎo)致，主要是因?yàn)橐r板和防磨條設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)缺陷導(dǎo)致磨損消耗量超標(biāo)，造成膠塊飛邊問(wèn)題。

4）橡膠壓塊機(jī)主缸不動(dòng)作、動(dòng)作緩慢、沖擊故障。發(fā)生此類故障的主要原因是由于油站的流量泵等設(shè)備損壞或溢流閥損壞引起的油壓不足，擠壓頭密封條損壞出現(xiàn)機(jī)械卡阻現(xiàn)象，這兩者都會(huì)造成油站油路憋壓或泄壓，運(yùn)行壓力提供不穩(wěn)定，導(dǎo)致主動(dòng)力不足，最終影響到主油缸、水平油缸正常工作，造成膠塊形狀不規(guī)則，不能滿足產(chǎn)品形狀要求[7]。

5）壓塊機(jī)循環(huán)液壓油溫度過(guò)高。循環(huán)液壓油溫度過(guò)高主要是由于冷卻器損壞或者堵塞，油料循環(huán)過(guò)快所導(dǎo)致，引起泵和電動(dòng)機(jī)過(guò)熱造成故障狀態(tài)，定期清理冷卻器，實(shí)施循環(huán)水的改造是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

2.2 壓塊機(jī)結(jié)構(gòu)缺陷分析及優(yōu)化改造

通過(guò)對(duì)壓塊機(jī)常見(jiàn)故障分析及日常檢修維護(hù)總結(jié)得到:壓塊機(jī)部分故障可以通過(guò)周期性檢修維護(hù)有效處理，并保證設(shè)備的正常運(yùn)行，但一部分故障僅是臨時(shí)性解決不能徹底去除，比如壓塊機(jī)上蓋導(dǎo)軌易磨損、導(dǎo)向軸承易損壞導(dǎo)致上蓋運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，甚至上蓋機(jī)械卡阻不動(dòng)作，腔體防磨條易扭曲斷裂等故障[8]。為實(shí)現(xiàn)壓塊機(jī)低故障、高效運(yùn)行，本小節(jié)主要?dú)w納導(dǎo)致壓塊機(jī)頑固性故障的本體設(shè)計(jì)缺陷并提出相應(yīng)的優(yōu)化方案，從根本上解決本體上蓋故障率高的問(wèn)題。

2.3 壓塊機(jī)上蓋設(shè)計(jì)缺陷歸納

上蓋主導(dǎo)軌厚度38 mm,長(zhǎng)度1530 mm，導(dǎo)軌厚度過(guò)于單薄，其撓度變形量較大，導(dǎo)軌支撐結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度只有約400 mm，無(wú)法保證導(dǎo)軌的平行度，造成上蓋總成運(yùn)行不平穩(wěn)，同時(shí)造成側(cè)滑塊的過(guò)度磨損。

主導(dǎo)軌安裝固定螺釘沉孔在導(dǎo)軌主要工作表面，在上蓋滾輪長(zhǎng)期作用下，固定螺釘沉孔邊緣因疲勞易產(chǎn)生凹坑，導(dǎo)致上蓋總成運(yùn)行不平穩(wěn)，振動(dòng)大。上蓋滾輪軸承使用周期短，同時(shí)由于主導(dǎo)軌上表面凹坑的影響，造成上蓋底板與腔體襯板防磨條之間0.15~0.20 mm間隙無(wú)法保證，致使上蓋底板、腔體襯板防磨條磨損，且經(jīng)常造成腔體襯板防磨條變形和固定螺栓斷裂，其檢修維護(hù)難度過(guò)大[9]。

上蓋滾輪型號(hào)為滾針單體軸承，屬于輕系列軸承，承載力不夠，使用周期為2~5個(gè)月，且由于軸承的破壞容易引起上蓋底板、腔體襯板防磨條的磨損、腔體襯板防磨條變形和固定螺栓斷裂[10]。

上蓋底板與腔體襯板防磨條材質(zhì)均為304不銹鋼，因選擇材質(zhì)不合理，造成兩者同時(shí)磨損。

2.4 壓塊機(jī)上蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

1）改造上蓋導(dǎo)輪，由原來(lái)單體滾針軸承改成由雙滾珠軸承嵌入的滾輪形式，滾輪形式由以前圓柱面結(jié)構(gòu)改造成導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。改造方案圖如下（圖1為改造前結(jié)構(gòu)，圖2為改造后結(jié)構(gòu)）。改造優(yōu)點(diǎn)：由單體滾針軸承滾動(dòng)改為導(dǎo)向滾輪形式可以增加滾輪的承載能力，保證滾輪直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)增加了滾輪與導(dǎo)軌的接觸線，有利于上蓋平穩(wěn)運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備使用周期。

2）更換上蓋底板材質(zhì)，用環(huán)氧玻璃布層壓板替換以前的304不銹鋼底板。改造優(yōu)點(diǎn)：環(huán)氧玻璃布層壓板經(jīng)過(guò)化學(xué)熱處理，高溫下機(jī)械性能較強(qiáng)，有耐磨特性，更換后避免了304不銹鋼底板與同材質(zhì)襯板的質(zhì)磨損問(wèn)題，環(huán)氧玻璃布層壓板損壞后較易更換[11]。

3）增大主導(dǎo)軌的寬度、厚度，改變固定主導(dǎo)軌的螺栓位置，條件容許的情況下可考慮選用高強(qiáng)度鋼增加導(dǎo)軌的耐磨性和強(qiáng)度，改造前后如圖3所示。改造優(yōu)點(diǎn)：消減由滾輪長(zhǎng)期運(yùn)行致使螺栓邊緣過(guò)度疲勞引起的凹坑損壞，此種改造有利于緩解上蓋動(dòng)作不平穩(wěn)、振動(dòng)大的相關(guān)問(wèn)題，同時(shí)降低設(shè)備維修難度。

圖1 改造前結(jié)構(gòu)

圖2 改造后結(jié)構(gòu)

圖3 導(dǎo)軌改造前后對(duì)比圖

4）改造腔體襯板防磨條：由于襯板防磨條在上蓋總成長(zhǎng)期運(yùn)行的情況下容易縱向斷裂，考慮到上蓋底板已更換環(huán)氧玻璃布層壓板材質(zhì)，可去掉防磨條（如圖2），設(shè)計(jì)改造成腔體整體模式，以便于減少設(shè)備故障，同時(shí)降低維護(hù)難度[12]。

5）優(yōu)化擠壓頭密封條，提高配合精度，其加工粗糙度從Ra6.3 μm提升到Ra3.2 μm，并延遲腔體噴硅油時(shí)間至6 s，保證腔體內(nèi)部的潤(rùn)滑要求，降低擠壓頭密封條與腔體的摩擦阻力。

6）對(duì)冷卻水使用系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，增大冷卻器容量，并將常用自來(lái)水凈化為脫鹽水，降低水中雜質(zhì)，抑制冷卻器內(nèi)的水垢生成，保證冷卻器的散熱和換熱功能，以提高其冷卻性能。

3 壓塊機(jī)維護(hù)措施

在現(xiàn)代工業(yè)中機(jī)械設(shè)備管理的宗旨是合理裝備、安全使用、服務(wù)生產(chǎn)，為保證工程質(zhì)量、加快生產(chǎn)進(jìn)度、提高生產(chǎn)效益、取得良好的經(jīng)濟(jì)效益創(chuàng)造條件。壓塊機(jī)在橡膠后系統(tǒng)生產(chǎn)中占有極其重要的位置，采取相應(yīng)的措施維護(hù)其正常、高效地工作是設(shè)備維護(hù)人員的重要職責(zé)，本節(jié)主要對(duì)壓塊機(jī)的日常維護(hù)提出相應(yīng)措施。

3.1 壓塊機(jī)機(jī)械部件維護(hù)措施

為保證膠塊的質(zhì)量及保持正常的生產(chǎn)，設(shè)備維護(hù)人員必須要定期檢查、清潔或更換相關(guān)部件以降低設(shè)備出現(xiàn)故障。現(xiàn)提出以下幾項(xiàng)關(guān)鍵維護(hù)措施：1）每季度檢查一次壓塊導(dǎo)軌平行度，并保證其平行度為0.04 mm；2）半年檢查一次壓塊機(jī)襯板是否有扭曲變形，不能滿足運(yùn)行要求時(shí)必須更換襯板；3）在設(shè)備檢修時(shí)，檢查主導(dǎo)軌的磨損情況，磨損嚴(yán)重的應(yīng)及時(shí)更換（技術(shù)要求：側(cè)滑塊與導(dǎo)軌之間的間隙要求在0.04~0.10 mm，下滑塊與本體內(nèi)腔間隙為0.05~0.10 mm，要求側(cè)、下滑塊厚度為12 mm，厚度減少1.5 mm時(shí)應(yīng)更換新滑塊）[13];4）壓塊機(jī)頂升平面與腔口上表面的距離必須保證在0.5~1.0 mm之間；5）上蓋托輥每季度更換1次，每月檢查緊固螺栓1次；6）主導(dǎo)軌固定螺栓，每半年檢查緊固一次，并清理螺栓孔中的物料和廢膠，保證其清潔度，抑制腐蝕損壞。

3.2 壓塊機(jī)液壓油站維護(hù)措施

液壓系統(tǒng)是壓塊機(jī)的主要?jiǎng)恿刂葡到y(tǒng)，液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行關(guān)系著壓塊機(jī)能否正常有效工作。壓塊機(jī)油站液壓系統(tǒng)的檢修維護(hù)在日常保養(yǎng)工作中至關(guān)重要，其維護(hù)保養(yǎng)工作的重心任務(wù)是保證液壓系統(tǒng)的工作油液清潔性[14]；保證液壓系統(tǒng)的密封性；保證液壓元件及液壓系統(tǒng)達(dá)到規(guī)定的工作條件，以確保液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)按預(yù)定的要求進(jìn)行工作。下面提出幾條關(guān)于液壓系統(tǒng)的檢修維護(hù)措施供參考：1）保持油站上的環(huán)境整潔，防止散膠粒、雜物或空氣混入油站油箱，并每季度檢查一次油箱底部是否存在雜質(zhì)；2）根據(jù)需要添充油液至規(guī)定位置（油標(biāo)管的2/3處）[15]；3）日常巡檢中，維護(hù)人員可不定期檢查冷卻系統(tǒng)的換熱效果，并通過(guò)觸摸屏觀察，確定油溫是否在規(guī)定的范圍30~60℃之間；4）主缸正常工作壓力為20 MPa，水平缸正常工作壓力為10 MPa。正負(fù)誤差不得超過(guò)2 MPa，否則對(duì)油管受力及各接口的密封造成部分損壞，導(dǎo)致泄壓；5）檢查有無(wú)泄漏或腐蝕，定期清理水管的沉淀物，加大冷卻水的供應(yīng)，清理周期為90 d；6）每月檢查一次膠管有無(wú)松動(dòng)或損壞，對(duì)接口的密封件要每季度更換一次；7）定期檢查頂升油缸、水平油缸的密封件，每年更換一次。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析橡膠壓塊機(jī)常見(jiàn)的機(jī)械故障，與此同時(shí)找出設(shè)備存在的缺陷和不足，對(duì)壓塊機(jī)本體上蓋導(dǎo)軌、滾輪形式、底板材質(zhì)、螺栓位置、壓條等結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了優(yōu)化改造，很大程度上消除了壓塊機(jī)在日常運(yùn)行中的機(jī)械類、液壓類頑固性故障，保證設(shè)備長(zhǎng)周期運(yùn)行，并制定相應(yīng)的檢修維護(hù)措施，提高液壓系統(tǒng)的維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)建議升級(jí)脫鹽水改造項(xiàng)目等措施，不僅提高設(shè)備的運(yùn)行效率而且保證工藝生產(chǎn)效率，而且降低了設(shè)備保運(yùn)維護(hù)難度，節(jié)省日常維護(hù)保運(yùn)材料費(fèi)用。