陳 麗，任小鴻，郝紅梅，李 磊，任志成

（1.四川化工職業(yè)技術學院，四川瀘州 646300；2.瀘州華西機械有限責任公司，四川瀘州 643000）

0 引言

我國冶金工業(yè)快速發(fā)展，廢鋼回收加工變得越來越重要。2021 年國家發(fā)展改革委《“十四五”循環(huán)經濟發(fā)展規(guī)劃》中指出：到2025 年，我國資源利用效率大幅提高，其中廢鋼利用量將達到3.2 億噸。據國際回收局統計數據顯示，2021 年中國廢鋼使用量位居全球第一，達2.26 億噸。根據來源將廢鋼分為“自產廢鋼”“加工廢鋼”及“折舊廢鋼”三種，其中“加工廢鋼”和“折舊廢鋼”則主要由物資回收企業(yè)到加工企業(yè)，所有的廢鋼均需要進行回收加工剪切、破碎等處理。目前，對廢鋼進行剪切處理的設備為剪切機，由于效率與空間的影響，以鱷魚式液壓剪切機占有較大市場份額，然而，受到加工場所的影響，此類剪切機在使用過程中經常發(fā)生故障，影響剪切效率，其中機械類故障發(fā)生的頻率比較高。目前，針對鱷魚式液壓剪切機故障診斷的文獻較少，其中，牛根欣[1]對T960 型剪切機液壓系統油溫過高進行研究與分析，巫忠民[2]對剪切式生活垃圾破碎機刀具的磨損進行分析，黃克勇[3]對剪切式生活垃圾破碎機刀具的磨損進行研究。上述研究多關注液壓系統及刀具的局部分析。由此，本文在前人研究的基礎上，以鱷魚式液壓剪切機為例，系統性地對常見機械故障進行梳理，從形成機理的視角進行原因分析，并尋找相應的處理措施，為提高剪切機的安全、高效使用使用提參考。

1 結構組成及工作原理

圖1 所示為一種常見金屬垃圾剪切機結構組成，因其壓料板上安裝有類似鱷魚齒形的壓板，又稱為鱷魚式液壓剪切機，由底座、機架、剪切機構、壓料機構、液壓系統組成，因僅討論剪切機的工作過程，液壓系統部分略圖。剪切機工作時，在工作臺上放置需要剪切的廢料，壓料油缸活塞桿伸出，帶動壓料板繞軸作逆時針旋轉運動，由其下端安裝的鱷魚齒形壓板壓緊廢料，同時剪切油缸的活塞桿伸出，推動剪切刀架繞剪切主軸作逆時針旋轉運行，在旋轉過程中，安裝在剪切刀架上的刀具切斷已固定的廢料，實現剪切動作，剪切結束后，壓料板在壓料油缸活動桿收縮的作用下，繞軸作順時針旋轉，離開廢料。同時，剪切刀架在剪切油缸活塞桿收縮動作下繞剪切主軸作順時針旋轉，直到接觸行程開關，完成一個周期動作，重復動作時壓料油缸活動桿伸出將完成下一個工作過程。

圖1 鱷魚式液壓剪切機機械部分結構組成

2 故障診斷方法

2.1 “四覺”檢查法

“四覺”檢查法是維修人員根據長期積累的工作經驗，通過視覺、嗅覺、觸覺、聽覺等對剪切機故障進行初步判斷，然后提出處理措施，解決相應故障問題的一種方法。這種故障診斷方法對于維修人員的實踐經驗要求較高，需要有從事類似設備的維修經歷，并通過在維修中積累各種故障現象，準確判斷設備的故障點，從而提出處理方案。例如：鱷魚式液壓剪切機使用一段時間后，不同部位發(fā)出的聲音會有所不同，可根據剪切時發(fā)出的聲音判斷剪切總成是否過載，刀具是否磨損或刀具間隙是否合理等故障，若更換刀具后仍然出現問題，則要判斷是否是接觸點的磨損故障，總之，通過“四覺”檢查法，可以對剪切機的常見故障進行判斷處理。

2.2 儀器儀表檢查法

針對鱷魚式液壓剪切機，相對“四覺”檢查法，儀器儀表檢查法更加準確，是更好的一種檢查方法。儀器儀表檢查法是采用一些通用或專用儀器儀表對于剪切機在安裝、運行和調試過程中的一些參數進行檢測，通過與相關標準值進行對比，從而判斷設備故障的一種方法。其中針對鱷魚式液壓剪切機，需要的儀器包括測振儀、測溫儀、壓力表、工業(yè)電腦、流量計、傳感器等。要求維修人員具有一定的理論基礎和儀器儀表的操作及測試參數的分析研判能力，從而判斷設備的故障。例如：通過測量剪切主軸相關點位的溫度，結合現場的環(huán)境溫度，可以研判出主軸的磨損情況。

2.3 設備解體法

針對鱷魚式液壓剪切機，設備解體法是經過不解體的方法確定故障后才使用。所謂設備解體法，是根據前文所述的其他方法初步認定部件或零件故障，由維修人員將剪切機進行局部或全部拆解，通過清洗找到故障原因的一種方法。這種方法要求維修人員具有讀懂裝配圖及零件圖的能力，具有解體鱷魚式液壓剪切機的操作技能，具有規(guī)范操作的職業(yè)素養(yǎng)，還要具有處理故障的技能，才能將故障排除。例如：通過測溫儀初步判斷出剪切主軸變形，維修人員將主軸進行規(guī)范拆解后，還要將主軸放置在檢測平臺上打軸向和徑向跳動，從而提出解決方案。

3 故障診斷原則

（1）由里到外原則。鱷魚式液壓剪切機是機、電、液系統的組合體，運行過程中的故障主要出現在這3 個系統。按照先里后外的原則，可有效提高故障診斷效率。

（2）由易到難原則。鱷魚式液壓剪切機在運行過程中出現的故障往往是多種故障交織在一起，多種故障并行時，要先將簡單的故障排除，才考慮復雜故障的處理，這樣，有利于成本節(jié)約和提高維修效果。

（3）由靜到動原則。在設備靜止狀態(tài)檢查過程中，確定設備已被損壞后，需要排除危險后才能接通電源進行調試，隨后觀察動態(tài)情況。

（4）由機到電原則。機械故障往往不容易判斷，但容易解決，因此，若出現機和電的故障，要處理機械部分的故障，然后才考慮電氣部分的故障，與由易到難的原則相一致。

4 常見故障分析

4.1 剪切機剪切不斷

剪切機剪切不斷主要表現在當刀具往下運動與廢料接觸后，不能實現將廢料分離的現象，此類故障在剪切機使用過程中非常常見。根據剪切理論可知，剪不斷的因素有剪切力小、剪切間隙不合理及剪切刃口磨損等情況。剪切力的影響因素較多，有液壓缸油壓壓力不夠、液壓系統出現堵塞、液壓油缸的力量傳遞到刀片上的阻力過大等。刀具與下工作臺側面的間隙過大時，也無法剪斷，若采用過大的力或許能將廢料剪斷，但會對機床的剛性產生嚴重的損壞。刀具使用一段時間后磨損嚴重，刀片已無法剪斷金屬，實際可分析為刀具的剪切間隙過大，需要更大的剪切力才能實現剪切。

4.2 剪切后退刀時撞到行程開關不停車

剪切動作完成后，剪切總成將順時針旋轉復位，經過行程開關時，若行程開關不起作用時，剪切總成將繼續(xù)順時針旋轉，直到液壓缸中活塞桿收縮到極限位置，容易引起液壓缸受損甚至產生高壓的危險，還有可能發(fā)生剪切總成在慣性作用下破壞其他部件的后果[4]。影響行程開關的因素有外部因素與內部因素，外部因素主要有松動、位置移位、機械卡阻等，內部因素主要有觸點燒壞、彈簧彈力減弱。在外部影響因素中，安裝不牢固將造成行程開關產生松動，而位置移位則是行程開關受到了長期的壓力或推力作用，固定螺柱松動而產生；內部影響因素中，觸點燒壞是由于電壓不穩(wěn)定、瞬間壓迫造成行程開關產生瞬時高壓，而彈簧彈力減弱是由于行程開關使用的頻率高，造成彈簧失效。若發(fā)生此類故障，剪切機將造成較大的損壞。

4.3 剪切機刀片中有卡料

剪切機刀片中有卡料是指剪切機工作過程中剪切刀片上粘有廢料，若不及時去除，剪切機進行下一周期的剪切時將產生剪切不斷、甚至廢料飛濺傷人事故。刀片中有卡料的原因有：廢料過軟而粘在刀片上，刀片局部位置發(fā)生斷裂，剪切力過小而無法剪斷廢料，部分已剪切的廢料粘在刀片上?？系暮蠊浅乐兀貏e是二次剪切時剪切力將急劇增加，對剪切機的各個部件均會有一定影響，同時，廢料飛濺后、特別是尖銳的廢料對人的傷害非常大。

4.4 剪切機軸承損壞

剪切機軸承損壞主要包括磨損、疲勞、腐蝕和開裂。磨損是最常見的故障，通常是由異物引起研磨損傷、擦傷、槽痕、圓周線痕或碎屑污染，或由于潤滑不良造成內圈滾動體之間的干摩擦；疲勞的表現形式是剝落，即軸承表面出現麻點或脫落。軸承的生銹和腐蝕包括滾道、滾動體表面的坑狀銹，導致套圈、滾動體表面和滾動體間隔相同的坑狀銹，后果非常嚴重[5]；軸承開裂主要表現套圈斷裂，非常少見，通常是突然過載引起的，原因包括軸承原材料缺陷、鍛造缺陷、熱處理缺陷、加工缺陷、主機缺陷等，因過載沖擊負荷或劇烈振動而引起軸承套圈斷裂[5]。軸承的損壞將嚴重影響剪切機的正常運行。

4.5 主軸彎曲變形

剪切機主軸彎曲變形主要表現在剪切總成剪切方向的偏移或剪切突變，剪切方向偏移的產生主要是由主軸的軸向變形較大，引起剪切刀具間隙不均勻，可能會造成部分廢料部分剪不斷，甚至造成刀具與工作臺面接觸或擦傷；剪切突變會加大剪切機在剪切過程中的振動現象，增加剪切機的疲勞破壞，降低剪切機的使用壽命。引起主軸彎曲變形的原因主要有主軸的材料、熱處理、剪切機結構等。

5 故障診斷與維修方案

5.1 剪切機剪切不斷的診斷與維修

維修人員根據剪切機剪切不斷的現象，首先通過“四覺”檢查法，仔細觀察剪切總成中剪切刀具有無問題，特別是有無斷裂，若有斷裂，則判斷為刀具斷裂引起，分析已剪廢料的情況，是否是廢料引起的局部刀具斷裂現象，或由刀具材料本身的問題，包括熱處理造成的刀具硬度不均勻，以上兩種情況需要更換刀具，然后觀察刀具使用情況；若刀具沒有損傷，通過儀器儀表檢查法查看安裝在設備上的壓力表，通過平時剪切時需要的壓力來判斷是否是液壓力不夠，若發(fā)現是壓力不夠，則需要考慮液壓系統的問題。若出現刀具也沒有損壞，液壓力也夠的情況，可通過“四覺”檢查法，并通過測量裝置，仔細測量出刀具間隙是否過大或間隙不均，造成無法剪切的情況。維修時將零件拆下，然后進行調整安裝。

5.2 剪切后退刀時撞到行程開關不停車的診斷與維修

剪切后退刀時撞到行程開關后不停車的后果非常嚴重，應在第一時間切斷電源，首先通過“四覺”檢查法，檢查行程開關的位置是否松動，若發(fā)生松動，則在回位后將行程開關緊固好，若未發(fā)生松動，則檢查行程開關內部彈簧是否失效或觸點損傷，將行程開關更換后調試，合格后繼續(xù)加工。通過診斷不存在上述故障，則通過觀察判斷行程開關是否受到外界卡阻，采用去除卡阻物的方法進行維修。

5.3 剪切機刀片卡料的診斷與維修

操作人員會發(fā)現剪切刀片卡料時，應立即停止剪切，以免引起刀片卡料形成第二次剪切，檢修人員第一時間斷電，首先通過“四覺”檢查法檢查卡料部位的刀具是否出現裂紋，若有裂紋，則是刀片部分遇到較硬的廢料，需要采用設備解體法更換刀片。若無裂紋，則通過“儀器儀表檢查法”檢查壓力是否過小，若壓力不夠，則考慮為液壓系統出現故障，需要拆解液壓系統；若壓力無問題，則考慮為刀具與工作臺面的間隙不均勻，造成局部無法切斷廢料造成卡料。

5.4 剪切機軸承間隙超限或損壞的診斷與維修

操作過程中發(fā)現剪切機刀架總成有偏擺現象時要立即停車，由檢修人員對刀架總成進行研判，可通過“四覺”檢查法將刀具進行點動，然后觀察偏擺規(guī)律，通過聲音確定部位，進而采用設備解體法將刀架總成折下，檢查軸承是否潤滑不良，是否需要改進密封裝置，同時分析潤滑方式，停車時的防銹措施，改進保管方法，使用時要注意觀察是否有潤滑液流出。為避免過載沖擊載荷，選擇合適的過盈量，提高安裝精度[7]，改善使用條件。具體方法是，將潤滑裝置進行調整，并考慮適時更換潤滑油；若由于受到載荷造成軸承位置偏離問題，則在更換軸承的同時，分析刀架是否偏心、或重心偏移設計位置過多造成，這時需要考慮增加配重等方式，確保整個刀架總成運行穩(wěn)定。

5.5 主軸彎曲變形的診斷與維修

鱷魚剪切機主軸的彎曲變形相對來講比較常見，主要由于在設備運行過程中，廢料不具有規(guī)律性，受到的載荷不均勻造成，剪切主軸變彎的表現為刀架總成的運動軌跡呈現周期性運動，主要通過“四覺檢查法”觀察刀架總成的運動軌跡。同時也可以通過周期性的噪聲進行研判。解決方法有多種，一是校正，通過在檢測平臺上進行跳動檢測，然后做好標識，在液壓機上進行壓正；二是將彎曲的主軸外圓去掉一部分，然后通過焊接、表面鍍層等方式，使主軸的跳動符合要求。

6 結論

綜上所述，總結與分析剪切機在使用過程中出現的各種問題，采用不同的檢修方法進行檢修，在檢修過程中要注意方式方法，針對不同的問題制定不同的策略，并遵循相應的檢修原則進行方案制訂，及時高效地進行剪切機的維修。