非標成型設(shè)備擠條機的改造綜述

（中石化催化劑北京（有限）公司生產(chǎn)運行一部，北京 102500）

懸臂柱塞式擠條機，為催化劑顆粒載體成型專用設(shè)備，為非標設(shè)計制造的重載設(shè)備。該設(shè)備存在的主要問題是設(shè)備本身非標零件多，非標零件損耗量大，設(shè)備故障率高； 同時設(shè)備在擠出成型過程中，廢料產(chǎn)生量大。在當(dāng)前綠色經(jīng)濟的大環(huán)境下，對該設(shè)備進行了一系列綜合改造，使之成為環(huán)境友好的設(shè)備。

擠條機主要由傳動系統(tǒng)、切粒系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成[1]。傳動系統(tǒng)由快速電機和慢速電機分別驅(qū)動，當(dāng)快速電機運轉(zhuǎn)時，電機通過皮帶輪帶動1∶16 的蝸輪蝸桿減速機，再帶動傳動比為1∶3 的齒輪組，進而從動齒輪傳動絲桿在銅螺母中作直線運行，推動活塞空載前進。當(dāng)運行到中間位置時，離合器自動咬合，切換為慢速電機運轉(zhuǎn)，慢速電機帶動1∶20 蝸輪蝸桿減速機，再帶動1∶16 的蝸輪蝸桿減速機，即以理論傳動比1∶320 的低速運行，再帶動傳動比為1∶3 的齒輪組運行，同樣從動齒輪傳動絲杠在銅螺母中作直線運行，推動活塞負載前進。正常操作時，將坯料先行裝入缸筒，再令擠條機活塞從尾部快速前進至中間位置，自動切換為慢速前進，物料被活塞推動通過缸筒時，受壓成型擠出長條。切粒系統(tǒng)由飛刀電機和飛刀構(gòu)成，即在長條物料被擠出的同時，飛刀電機旋轉(zhuǎn)帶動刀盤，刀盤上刀片將長條物料切下，加工出圓柱狀催化劑顆粒。傳動系統(tǒng)和切粒系統(tǒng)配合，可以達到20 kg/h 的產(chǎn)量。而控制系統(tǒng)則是通過電氣控制達到活塞自動前進、后退和自動切換空載、負載擠出物料以及切粒飛刀旋轉(zhuǎn)切料的要求。擠條機的機械設(shè)計原理十分巧妙，每個部件的配合必須準確到位，才能安全穩(wěn)定運行。擠條機的主要部件分別為絲桿、銅螺母、拉臂光杠、橫梁壓板、缸筒及支腿、機架及傳動減速機構(gòu)、飛刀切粒等。傳動原理見圖1，電機轉(zhuǎn)動，通過螺母絲桿將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，推動活塞頭前進。傳動電機分為快速電機和慢速電機，快速電機的功能為不承載擠壓負荷時的快速前進和快速后退，慢速電機為承載擠壓負荷時的慢速前進和慢速后退[2]。

1 擠條機改造前存在的問題

快速電機頻繁燒毀，設(shè)備故障率高，非標備件損耗大，電氣元件損壞量大，擠出廢料多。擠條機在推進時，初期是空載前進，因此為快速電機帶動絲桿作直線運行，當(dāng)運行到中間光電感應(yīng)開關(guān)位置時，切換為慢速前進，重載運行，當(dāng)物料在缸筒內(nèi)完全擠出后，就會由慢速前進切換成快速后退，將活塞從缸筒中退出，使下一個坯料可以裝填進缸筒。在反復(fù)快慢切換過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)快速電機燒毀的情況。另外，柜內(nèi)有幾十個繼電器動作，電氣故障率高，發(fā)生故障后排查困難。再就是在處理故障時，物料在缸筒內(nèi)存留時間長，物料變干，或配方調(diào)整時，物料性能發(fā)生變化，物性差，不能再擠出合格產(chǎn)品，造成大量廢品產(chǎn)生。

2 解決設(shè)備長周期穩(wěn)定運行問題

2.1 解決快速電機頻繁燒毀問題

圖1 擠條機傳動原理簡圖Fig.1 Schematic diagram of the drive principle of the extruding machine

擠條機快速電機型號為YE2-100L2-4，功率3 kW。正常情況下，擠條機快速電機是在輕載狀態(tài)下運行，即快速電機帶動減速比為1∶16 的WHX 型蝸輪蝸桿減速機，傳動齒輪、銅螺母，帶動絲桿作直線運行。慢速電機是在重載狀態(tài)下運行，即對物料進行擠壓成型，慢速電機帶動減速比為1∶20 的蝸輪蝸桿減速機后再通過離合器接通上述1∶16 的減速機，使理論速比達到1∶320 的情況下帶動傳動齒輪、銅螺母、絲桿進行重載推進。一般情況下，快進或快退時不擠壓物料，即快進或快退為輕載，不應(yīng)該出現(xiàn)電機頻繁燒毀的情況。根據(jù)反復(fù)觀察，并對機械和電路分析，查到了問題所在。以快進為例，參見電氣原理（如圖2所示），電氣回路在接到快進的指令后，中間繼電器J5 和J6 動作，快速電機正轉(zhuǎn)，同時氣缸電磁線圈得電，命令氣缸向前推，拉桿向后，離合器脫開。這兩個動作在電氣回路中是同時進行的，因此就存在實際動作競爭的風(fēng)險，即：快速電機已經(jīng)開始運轉(zhuǎn)，但氣缸帶動拉桿并沒有同時脫開離合器，造成減速機反向傳動，蝸輪帶動蝸桿，瞬間鎖死，電機燒毀。在2018年8月至2019年8月期間，擠條機燒毀快速電機20 余臺次。分析原因主要為拉桿固定設(shè)計不合理，為特制單頭螺栓作為受力點，不能順暢脫開離合，如圖3所示；拉桿與離合器配合是靠銅滑塊，反復(fù)動作后，銅滑塊磨損嚴重，使拉桿作用力不能有效傳遞給離合器，造成離合器脫不開。

圖2 電氣原理簡圖Fig.2 Electrical schematic diagram

圖3 拉桿固定方式不合理，離合器在合位Fig.3 Unreasonable fixing mode of pull rod，clutch in closed position

2.2 解決設(shè)備故障率高的問題

2.2.1 改變電氣控制方式

電氣控制改為PLC 控制，增加綜?？刂疲瑴p少柜體內(nèi)繼電器數(shù)量，降低故障率。改為PLC 控制后，控制柜內(nèi)電氣元件減少，柜體發(fā)熱量降低，故障率明顯減少。同時保護功能投入增加，熱過載、堵轉(zhuǎn)、起動超時、單相接地、斷相、電流不平衡、欠電壓、過電壓等均可投用，對設(shè)備起到了有效的保護作用。改造前后的電氣柜對比參見圖4，左為改前，右為改成PLC 控制后。

圖4 配電柜改造前后對比 Fig.4 Comparison of distribution cabinet before and after transformation

2.2.2 改變特制單頭螺栓連接的方式

取消原特制單頭螺栓的連接方式，改為在減速機一側(cè)焊接兩個半圓的板，板上打孔，與拉桿之間用一兩頭圓孔的壓板連接，兩邊都是普通螺栓連接，如圖5所示。這樣，原來單邊受力、生拉硬拽的情況不存在了。壓板在兩個螺栓孔之間可以自由運動，成為鉸鏈機構(gòu)，使拉桿在花鍵軸上的運行更為自如，降低離合器脫不開的風(fēng)險。同時，原來單頭螺栓受力狀態(tài)不好，經(jīng)常折斷，月平均消耗單頭螺栓近60 個。改后，不需要再備特制單頭螺栓，且連桿上部的氣缸伸出軸受力得到改善，氣缸斷軸情況大大減少，由原來月均消耗10 個降為月均消耗2 個。改造后只需要檢查壓板連接后兩邊的圓弧面有無卡阻即可，減少了檢修時間，也節(jié)省了大量的備件費。

2.2.3 改變銅滑塊的受力

在銅滑塊側(cè)面打兩個油孔，加入二硫化鉬，如圖6所示，使銅滑塊在離合器卡槽內(nèi)與拉桿接觸中形成油膜，更有利于拉桿動作。圖6中，左邊和中間的兩個銅滑塊是沒有油孔的磨損情況，非常嚴重，右邊的是有油孔的，磨損小，拉桿動作也順暢。經(jīng)比較，原來10 臺擠條機月均消耗銅滑塊近100 個，改造后10 臺擠條機月均消耗銅滑塊40 個，節(jié)約了大量的檢修費用和備件費用，為環(huán)境保護做出貢獻。

圖6 改造前后的銅滑塊對比Fig.6 Comparison of copper slider before and after transformation

3 解決廢料多的問題

因為物料在擠出后受重力作用下垂，使得飛刀切料過程中切到的是打了彎的物料，產(chǎn)生的廢料就多。通過在擠出頭處加長一段護套，使得物料受到一定的托舉，同時當(dāng)物料行程增加后，物料內(nèi)部水含量降低，擠出的物料不再打彎，產(chǎn)生的廢料大量減少。如圖7所示，上面為改造后加長的擠出機頭，下面為未加長的。

圖7 改造前后擠出機頭對比Fig.7 Comparison of extruder head before and after modification

自2019年8月改造后，10 臺擠條機一直運行平穩(wěn)，按一年計可節(jié)約和減少的固廢處理量如表1所示。

表1 擠條機改造前后減少固廢處理量對比表Tab.1 Comparison of spare parts and waste before and after the modification of extruder

4 結(jié)束語

通過上述改造可以看到，對非標重載的懸臂柱塞式擠出機，通過對其機械結(jié)構(gòu)的徹底分析，對其電路控制和機械動作之間關(guān)聯(lián)的判斷，可發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題的根源，并通過多種辦法對其進行解決。最終不僅可以使設(shè)備長周期穩(wěn)定運行，也能減少相關(guān)備品備件的消耗，更減少了大量工藝廢料的產(chǎn)生，為綠色經(jīng)濟、節(jié)能環(huán)保做出了貢獻。