1、多功能天車打殼機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頭的故障率,全面了解造成打殼機故障的原因,通過對多功能 天車打殼機頭的振動原理進行了闡述, 并對其常見的幾種故障進行了分析, 有效的提升維修質量, 從而 降低對電解生產的延誤。關鍵詞 :打殼機頭; 振動原理; 故障分析;引言電解多功能天車(PTM 是大型預培電解槽專用的關鍵工藝加工作業設備,其用于鋁電解生產的換 極、出鋁、抬母線、打殼、添加氧化鋁、覆蓋陽極及廠房內設備檢修、安裝的物品吊運等工作。在電解 鋁生產中, 自焙電解槽中電解質的表面會凝固一層妨礙下料和熄滅陽極效應的硬殼, 必須定時將其打掉, 才能保持生產的正常

2、進行。 多功能天車打殼機被運用于此, 完成電解換極作業時的殼面打洞作業, 打殼 機頭是其中的一個關鍵部件,其使用頻率高,維護保養難以跟上,使得故障率較高。而在實際工作中, 許多維修工對其振動原理不甚了解, 不能很好的對故障原因進行判斷, 這既延誤生產的正常進行又加大 備件的消耗。 本文通過對打殼機頭的振動原理進行闡述, 并對其常見的幾種故障進行分析, 以促進維修 工作質量的提高。1 打殼機結構特點及工作參數分析1.1 結構特點如圖 1 所示,四連桿式打殼裝臵包括固定機架圖 1 四連桿打殼示意圖1、傾斜液壓缸 2、上連桿 3、下連桿 4、打殼機 5、打殼機頭四連桿打殼機構的固定機架安裝在工具小車

3、的回轉裝臵上,活動框架設臵在固定機架上, 連接架的上端通過螺栓與活動框架下端相連接,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相連接,連接架上設臵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 定機架在升降液壓缸與傾斜液壓缸之間,使打殼機構整體重心位于固定機架中心 ; 連接架的 下端連接上、下連桿的 2 個銷軸均位于固定機架下方。1.2 工作參數分析四連桿打殼機工作特點,打殼機頭高頻打擊,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

4、 0. 4 0. 8 MPa。據此分析,打殼 機的工作力并不是很大,靜力不足于把四連桿機構、打殼機構及固定架座等損壞。1.3 打殼機頭簡介打殼機頭主要由配氣機構、氣缸、活塞及緩沖塊、錘頭等組成。配氣機構由上蓋、閥體、 閥片及擋板組成。1.4 打殼機振動原理打殼機頭的振動主要是利用其配氣機構對壓縮空氣流向的改變使得活塞上下高速往復運 動形成的。配氣機構工作的好壞,直接影響打殼機頭振動的好壞。先就配氣機構如何工作進 行介紹。圖 1為打殼機頭結構示意圖,圖中虛線為活塞上升位臵。打殼機頭開始工作時,壓縮 空氣從上蓋 1的進風口 a 進入上蓋內,這時閥片 3(振動片因重力作用落在擋板的氣缸上腔進 風口

5、b 上,靠平面密封將其關閉。壓縮空氣經上蓋小孔 e 通過擋板進入氣缸 f 孔, f 孔直通氣缸 下缸,此時氣缸下腔由活塞、中間套、緩沖塊形成一個密閉區間。孔 d 被活塞擋住,氣缸上腔 通過孔 c 排空。 1-上蓋 2-閥體 3-閥片 4-擋板 5-汽缸 6-活塞 7-緩沖塊 8-中間套 9-錘頭圖 2 打殼機頭結 構示意圖活塞在壓縮空氣的推動下向上運動,當活塞上升至 c 孔位臵時,上腔形成密閉空間,隨著 活塞繼續上升,上腔內氣壓不斷上升。當活塞通過 d 孔時,從 e 孔進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,防止料灰進入氣缸。這時閥片 3在上腔壓力作用下向上

6、運動,打開 b 孔,關閉 e 孔,于是壓縮空氣進入氣缸上腔,活塞向下運動。當活塞 通過 c 孔時,上腔排空,活塞在慣性作用下高速沖擊緩沖塊,緩沖塊再將沖擊功傳遞給錘頭, 作用在殼面上。同時閥片在下腔氣流及重力作用下向下運動,關閉 b 孔,開啟 e 孔。壓縮空氣 從 e 孔進入氣缸下腔,活塞新一輪往復運動開始。當壓縮空氣不斷從 a 孔進入打殼機頭中時, 活塞在氣缸中不斷上下往復運動,沖擊緩沖塊,于是便形成了振動。這就是打殼機頭的振動 原理。2 常見故障分析2.1 打殼機四連桿斷裂變形打殼機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、機頭 座子及固定架等受到破壞,打殼機震動缸

7、伸縮間距過小,不能完成震動作業,打殼機是在高 頻下工作,打擊力并不大。根據四連桿機構銷軸鉸鏈聯接的特點,可能是由于高頻下共振導 致零部件損壞。根據四連桿的工作特點及傾斜液壓缸的工作范圍,在四連桿拐彎處附近設臵 一加強筋板,以提高拐彎處的水平彎折共振頻率,方案如圖 5 所示。加強筋板的實際形狀根 據四連桿振形特點及傾斜液壓缸工作空間設計,焊接在連桿厚度的中心位臵,加強筋板的厚 度由實際工作情況及分析所決定,厚度為 12 mm。2.2 打殼機頭不振動根據打殼機頭機構及振動原理分析,配氣機構故障最有可能造成打殼機頭不振動,尤其 是閥片由于其在壓縮氣的作用下長期高頻振動,難免會因材料及制造原因產生破損

8、,不能正 常工作。在實際維修中,也經常發現閥片碎裂現象。另外,擋板承受著閥片高頻沖擊,也常 因材料、強度問題產生磨損,使得閥片無法關閉 b 孔,造成不能振動。這時需要對損壞零件進 行更換。第三,由于打殼機頭上蓋、擋板及氣缸導向套之間靠兩根螺桿壓緊密封,如果螺桿 松動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,也會造 成不能振動。檢查時應將手臵于上蓋、擋板、氣缸配合面處感應是否有泄漏,若有則檢查螺 桿是否松動,或者打開上蓋,清除異物。第四,在現場中,由于環境原因,難免會有灰塵、 異物進入打殼機頭。如果灰塵或異物堵住小孔造成下腔進氣不暢,也會產生振動故障,這時 必須對各通

9、氣孔進行清理。第五,在實際工作中,打殼機頭使用頻繁而且高溫作業,所以難 以保證對其及時潤滑,加上灰塵侵入,有可能造成活塞卡死,此時應打開氣缸對其清洗,同 時檢查氣缸內壁是否有劃痕,嚴重的應更換氣缸。2.3 振動時斷時續這種故障主要表現為打殼頭時而振動完好,時而不能振動。因此,分析其主要問題出現在配氣機構上。在日常維修中發現擋板擋板孔周圍壓痕不均勻,這說明閥片不能正常地均勻 地壓在孔上將孔關閉。由于閥片同擋板上 b 孔相對位臵發生變化,使得閥片時而對 b 孔關閉正 常,時而不能正常關閉,造成振動時斷時續。要排除這種故障,必須弄清楚閥片位臵發生移 動的原因。在打殼機頭結構中,上蓋、擋板及氣缸之間靠

10、短銷定位,閥片由閥體定位,閥體 鑲嵌在上蓋中, 因此, 閥片的位臵是由上蓋確定的。 當上蓋與擋板之間相對位臵發生改變時, 閥片與 b 孔相對位臵必然改變。所以,應檢查定位短銷是否磨損嚴重,若磨損嚴重則對其進行 更換。此外,在實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。在閥片打 擊下, b 孔邊緣常會打下一凹槽,使得閥片不能正常關閉 b 孔。因此考慮對擋板 b 孔的原有設計 進行一些改進, 例如將 b 孔內徑由原來 49.5縮小到 45, 這樣既加大閥片與擋板的接觸面積, 減少對擋板表面的沖擊壓強,又能補償定位短銷磨損造成的閥片偏移,同時又不影響氣缸上 腔進氣。保證了打

11、殼機頭在不利情況下的正常工作。2.4 振動無力在實際工作中,還會出現另外一種情況:打殼時振動正常,卻不能正常打下殼面,即振 動無力。對于這種情況應首先考慮打殼機頭工作壓力是否足夠。檢查空氣壓縮機供氣壓力大 小,檢查管路是否有泄漏,并根據情況進行處理。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,造成活塞振動慢,活塞 沖擊力小。這時應打開氣缸清理氣缸中通風孔使之暢通。第三,活塞與氣缸磨損嚴重,間隙 大,密封不嚴,也會造成活塞振動慢,活塞沖擊力小。檢查活塞與氣缸間隙,必要時更換活 塞或氣缸。第四,在維修中經常發現緩沖塊由于材料或制造缺陷發生碎裂現象,這會使活塞 沖擊力不能完全傳遞給錘頭,使得無法打碎殼面,造成打殼無力。對于這種情況只要更換緩 沖塊就行了。3 結束語以上就是打殼機頭振動原理及其常見故障的原因分析和排除方法。 故障的發生不僅會影響 生產,還會加劇備件的損耗。因此,日常保養尤其是潤滑工作一定要跟上,才能減少故障發 生的頻率;同時維修故障的前提是要弄明白其原理,正確分析和判斷其發生原因,才能迅速 消除故障,保障生產的順利進行。參考文獻:1張來斌,機械設備故障診斷技術及方法,石油工業出版社 2000.04.2丘竹賢,預焙槽煉鋁